JP2006160063A

JP2006160063A - 車両の乗員に振動で情報を伝えるための振動伝達装置

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Publication number: JP2006160063A
Application number: JP2004354114A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Suganuma; 久幸菅沼; Nobutaka Tauchi; 庸貴田内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-12-07
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】車両の乗員に振動で情報を伝達する情報伝達装置において、情報の伝達のための振動と、車両の振動との区別がつき易くなるようにする。
【解決手段】車両の乗員に振動を伝えるための操作部１と、複数の振動子駆動パターンを記憶するメモリ部２４と、を有するハプティックコントローラ１００が、当該複数の振動子駆動パターンと、車両振動センサ４が検出した車両振動パターンとを比較し、車両振動パターンと最も異なる振動子駆動パターンを選び出し、その選び出した振動子駆動パターンで、操作部１を振動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の乗員に振動で情報を伝えるための振動伝達装置に関する。

従来、車両の乗員に情報を振動で伝達するための技術が種々提案されている。このような技術を提供するための装置として、特許文献１には、操作部にその操作量や操作方向等の操作状態に応じたクリック感触、抵抗感等の力感を与えるフォースフィードバック機能付きのハプティックコントローラが開示されている。この特許文献１では、ハプティックコントローラの操作部の位置を乗員が目で確認しなくてもよいように、振動で位置情報を乗員に伝達する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ラジオ音声等の他の音に紛れて、ナビゲーションシステムが発する音声情報を乗員が聞き漏らす恐れを低減するため、バイブレータの振動により乗員に車両情報を伝達する技術が開示されている。
特開１１−３３９６０１号公報特開２０００−１５５８９３号公報

しかし、車両は、走行することでランダムな振動を発生するため、情報伝達の振動パターンが車両の振動パターンと一致、あるいは似通っている場合には、受けた振動が情報伝達のためのものなのか車両の振動によるものなのかの区別がつきづらい。

本発明はこのような事情に鑑み、車両の乗員に振動で情報を伝達する情報伝達装置において、情報の伝達のための振動と、車両の振動との区別がつき易くなるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、車両の乗員に振動を伝えるための振動手段と、車両に取り付けられた振動センサからの検出信号に基づく車両振動パターンと異なる振動パターンで、前記振動手段を振動させる制御手段と、を備えた振動伝達装置である。

このようになっているので、振動伝達装置は、車両振動パターンと異なる振動パターンの振動を乗員に伝えることができるので、情報伝達にこのような振動伝達装置を用いることで、情報の伝達のための振動と、車両の振動との区別が、乗員にとってつき易くなる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の振動伝達装置が、複数の振動パターンを記憶する記憶媒体を備え、前記制御手段は、前記記憶媒体が記憶する複数の振動パターンと前記車両振動パターンとを比較することで、当該複数の振動パターンのうちから選び出した１つの振動パターンで、前記振動手段を振動させることを特徴とする。

このようになっているので、振動伝達装置は、車両振動パターンとの比較に基づいて、記憶された振動パターンのうちから１つを選ぶことで、車両振動パターンと異なるパターンの振動を乗員に伝えることができる。

なお、振動パターンとしては、振動パターンの時間−振幅関係のデータ、振動パターンの周波数−振幅関係のデータ等が考えられる。また、周波数−振幅関係のデータの一例としては、帯域通過特性を持つデジタルフィルタの特性データが考えられる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係るハプティックコントローラ１００の構成を概略的に示す。このハプティックコントローラ１００は、車両の乗員、特にドライバの操作を受け、その操作に基づいた信号を車内のナビゲーション装置、カーエアコン、カーオーディオ等の機器に送信し、また、車両の乗員に操作のクリック感、抵抗感等の力感を伝え、また情報伝達のための振動を乗員に伝達するための装置である。

このハプティックコントローラ１００は、操作部１、制御部２、機能選択切替部３、および車両振動センサ４を有している。

操作部１は、乗員の操作を受け、また乗員に力感や振動を伝える部分である。この操作部１は、車両の運転席の左または右側の、ドライバが運転中に操作することができるような位置に固定されている。

制御部２は、操作部１に対する乗員の操作を検出し、その操作に基づいた信号を車内の他の機器に出力し、また、乗員に力感や振動を伝えるよう操作部１を制御する装置である。

機能選択切替部３は、本ハプティックコントローラの制御対象の切り替えスイッチであり、その設定に基づく信号を制御部２に出力するようになっている。

車両振動センサ４は、車両の振動を検出し、その振動のパターンを示す信号を制御部２に出力する装置である。この車両振動センサ４は、操作部１の固有振動の影響を受けない範囲で、車両の振動をより直接的に受けやすい位置（例えば車両のシャーシ）に直接固定されている。これは、車両振動センサ４が車両のシート等、車両の振動を吸収するような物に取り付けられると、車両の振動を十分に検出できない場合があるからである。

なお、図１においては、操作部１は断面図として記載されている。この図に示すように、操作部１は、車両に直接固定され、操作部１の下部を覆う外殻部１１、トラックボール部１２、アクチュエータ部１３、位置検出部１４、および振動子部１５を有している。

トラックボール部１２は、外殻部１１によって覆われていない操作部１の上部から、乗員が直接触れて操作することができるようになっている。そしてトラックボール部１２は、乗員の操作によって外殻部１１内で動くことができるようになっている。

アクチュエータ部１３は、制御部２からの制御信号に基づいて、ソレノイドやリニアモータ等の周知の電磁的または機械的な手段により、トラックボール部１２の下部を駆動することができるようになっている。このアクチュエータ部１３がトラックボール部１２を駆動することによって、トラックボール部１２に触れている乗員は、トラックボール部１２からのクリック感、抵抗感等の力感を受けることができる。

位置検出部１４は、トラックボール部１２の動きを、ロータリーエンコーダや可変抵抗器等の周知の手段を用いて検出し、検出した動きに基づく信号を、制御部２に出力する装置である。

振動子部１５は、トラックボール部１２の内部に埋め込まれ、モータ等の周知の振動手段によって自ら振動することで、トラックボール部１２を振動させるようになっている。また振動子部１５は、制御部２からの制御信号に基づく振動パターンで振動するようになっている。なお、振動子部１５は、トラックボール部１２に接触するように取り付けられていてもよいし、外殻部１１に取り付けられていてもよい。すなわち、トラックボール部１２を振動させることができれば、どこに取り付けられていてもよい。

また、図１においては、制御部２はブロック図として記載されている。この図に示すように、制御部２は、振動子駆動部２１、出力部２２、入力部２３、メモリ部２４、および演算処理部２５を有している。

振動子駆動部２１は、演算処理部２５から振動子駆動パターンのデータを受けると、そのパターンに基づいて振動子部１５を振動させるような制御信号を、振動子部１５に出力するようになっている。

出力部２２は、演算処理部２５からトラックボール部１２の駆動量のデータを受けると、その駆動量でトラックボール部１２が動くように、アクチュエータ部１３に制御信号を出力するようになっている。

入力部２３は、機能選択切替部３、車両振動センサ４、位置検出部１４からの信号を受けると、それをデータとして演算処理部２５に出力するようになっている。

メモリ部２４は、演算処理部２５が実行するためのプログラム、複数種類の振動子駆動パターン（振動パターンに相当する）、機能ごとの目標位置、初期設定値、および補正値等のデータを記憶するためのＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体と、演算処理部２５の作業領域であるＲＡＭを有している。

１つの振動子駆動パターンは、サンプリング周期ΔＴ（例えば１０ミリ秒）毎の振動の振幅値を時系列に複数個（例えば１００個）有する、時間長Ｔ（例えば１秒）のデータである。各振動子駆動パターンは、それぞれ振幅の時間変化のパターンが異なっている。

機能ごとの目標位置、初期設定値、および補正値は、ナビゲーション装置、カーエアコン、カーオーディオ等の機能毎の、トラックボール部１２を駆動する条件や駆動量を示すデータである。より具体的には、目標位置は、トラックボール部１２を停止させるべき位置のデータであり、初期設定値および補正値は、それぞれトラックボール部１２に与えるべき駆動量の大きさを示す基本データおよび微調整データである。

演算処理部２５は、ＣＰＵ等から成り、メモリ部２４に記録されたプログラムを実行することで、メモリ部２４に対してデータの読み出し、書き込みの処理を行い、また機能選択切替部３、車両振動センサ４、位置検出部１４から入力部２３を介して信号を受け、振動子駆動部２１、出力部２２、および車内の他の機器に信号を出力する。

具体的には、演算処理部２５は、機能選択切替部３からの信号に基づいて、現在の機能を特定し、位置検出部１４から受けた信号に基づく位置データを、その機能に該当する車内の他の機器に出力する。また、その機能に対応する目標位置、初期設定値、補正値をメモリ部２４から読み出し、位置検出部１４から受けた信号によって検出したトラックボール部１２の位置が、当該目標位置に近づくと、当該目標位置で乗員がトラックボール部１２の動きを自然に止めることができるような、当該初期設定値および当該補正値に基づく駆動量のデータを、出力部２２に出力する。

また演算処理部２５は、各種警告通知時等、トラックボール部１２を介して乗員に情報伝達のための振動を伝える与える必要のある場合、メモリ部２４のＲＡＭに記憶されている振動子駆動パターンの１つを指定するデータを読み出し、その指定の振動子パターンのデータを出力する。

この振動子駆動パターンを１つ指定するデータは、図２にフローチャートとして示すプログラム２００を演算処理部２５が常時実行することによって逐次生成・更新される。演算処理部２５は、このプログラム２００の実行において、まずステップ２１０で、トラックボール部１２に対する乗員の操作があるまで待ち、あると続いてステップ２２０で、車両振動センサ４から車両振動パターンを取得し、さらにステップ２３０で、その車両振動パターンから最も異なるメモリ部２４中の振動子駆動パターンを１つ選び出し、その振動パターンを指定するデータをメモリ部２４のＲＡＭに記録し、再度ステップ２１０を実行する。

ここで、ステップ２１０における、トラックボール部１２からの乗員の操作の有無は、位置検出部１４からの信号の時間的変化があるか否かで判定する。また、ステップ２２０において取得する車両振動パターンは、メモリ部２４中の振動子駆動パターンと同じサンプリング周期ΔＴの振動データとし、その時間長は、振動子駆動パターンの時間長Ｔに、サンプリング周期ΔＴの複数倍ｍを乗じたものを加えたものとする。車両振動パターンの時間長としては、以下に説明するステップ２３０の処理手順（１）および（３）においては振動子駆動パターンの時間長Tと同じで良いが、（２）においては振動子駆動パターンの時間長Ｔの２倍が特に望ましい。

また、ステップ２３０では、車両振動パターンと振動子駆動パターンとの差異の指標として、例えば、（１）最大振幅のずれ、（２）時間−振幅特性のずれ、（３）周波数−振幅特性のずれ等を用いる。

（１）最大振幅のずれを用いて車両振動パターンと振動子駆動パターンとの差異を評価する場合は、メモリ部２４中の複数の振動子駆動パターンのうち、ステップ２２０で取得した車両振動パターンの最大振幅よりも大きく、かつ当該車両振動パターンの最大振幅から最も離れた最大振幅を有する振動子駆動パターンを、当該車両振動パターンから最も異なる振動子駆動パターンとする。

（２）時間−振幅特性のずれを用いて車両振動パターンと振動子駆動パターンとの差異を評価する場合は、ある振動子駆動パターンと当該車両振動パターンとの差異を、類似度Ａで評価する。図３に、類似度Ａの算出の方法を示すための折れ線グラフを示す。このグラフの横軸は時間、縦軸は振幅を表し、実線５１は１つの振動子駆動パターンについてのグラフである。

類似度Ａは、当該車両振動パターンから、当該振動子駆動パターンの時間長Ｔと同じ時間長の連続するデータを切り出し、切り出されたデータの各サンプル毎の振幅と、当該振動子駆動パターンの対応する順番のサンプルの振幅との差の自乗の、全サンプルについて総和である。図３においては、点線５２が、切り出された車両振動パターンを示すデータである。この類似度Ａを数式で表すと、
類似度Ａ＝Σ（Δｙ_ｎ）^２＝Σ（ｙ_ｎ−ｙ’_ｎ）^２
となる。ここで、ｙ_ｎは、当該切り出された車両振動パターンの最初から数えて第ｎ番目のサンプルの振幅値であり、ｙ’_ｎは、当該振動子駆動パターンの最初から数えて第ｎ番目のサンプルの振幅値である。またΣは、すべてのｎについての総和を表す。

ここで、ｙ_ｎおよびｙ’_ｎは、それぞれ車両振動パターンおよび振動子駆動パターンの最大振幅（または自乗和）によって正規化されていることが望ましい。

なお、取得した車両振動パターンの時間長はＴ＋ｍΔＴとなっているので、車両振動パターンの切り出し方は、ｍ＋１通りある。したがって、ある車両振動パターンとある振動子駆動パターンとの類似度Ａの値は、ｍ＋１個あることになる。図３においては、一点鎖線５３が、点線５２で示されるデータと切り出し位置がΔＴだけずれている車両振動パターンのデータを示している。

本実施形態では、取得した車両振動パターンとある振動子駆動パターンとの類似度を、これらｍ＋１通りすべてについて算出し、そのうち最も値が小さいものを、当該車両振動パターンと当該振動子駆動パターンの真の類似度とする。

そして、ステップ２３０では、メモリ部２４中のすべての振動子駆動パターンについて、取得した車両振動パターンとの真の類似度を特定し、それらのうち、最も真の類似度の値が大きくなった振動子駆動パターン、すなわち真の類似度が最も低くなった振動子駆動パターンを、車両振動パターンと最も異なる振動子駆動パターンとする。

なお、類似度Ａとしては、自乗和の代わりに絶対値和を用いて、
類似度Ａ＝Σ｜Δｙ_ｎ｜＝Σ｜ｙ_ｎ−ｙ’_ｎ｜
としてもよい。

（３）周波数−振幅特性のずれを用いて車両振動パターンと振動子駆動パターンとの差異を評価する場合は、ある振動子駆動パターンと当該車両振動パターンとの差異を、類似度Ｂで評価する。図４に、類似度Ｂの算出の方法を示すための棒グラフを示す。このグラフの横軸は周波数、縦軸は振幅を表している。類似度Ｂは、当該車両振動パターンおよび当該振動子駆動パターンのそれぞれに対してＦＦＴ解析等の周波数解析を行い、その結果の車両振動パターンの周波数−振幅データと、振動子駆動パターンの周波数−振幅データとの、各周波数サンプル毎の振幅の差の自乗の、全サンプルについての総和である。図４においては、棒６１〜６６が１つの振動子駆動パターンの各周波数における振幅値を表し、棒７１〜７６が１つの車両振動パターンの各周波数における振幅値を表している。この類似度Ｂを数式で表すと、
類似度B＝Σ（Δｚ_ｎ）^２＝Σ（ｚ_ｎ−ｚ’_ｎ）^２
となる。ここで、ｚ_ｎは、当該車両振動パターンの周波数−振幅データの最初から数えて第ｎ番目の周波数サンプルの振幅値であり、ｚ’_ｎは、当該振動子駆動パターンの周波数−振幅データの最初から数えて第ｎ番目の周波数サンプルの振幅値である。またΣは、すべてのｎについての総和を表す。

ここで、ｚ_ｎおよびｚ’_ｎは、それぞれ車両振動パターンおよび振動子駆動パターンの最大振幅（または自乗和）によって正規化されていることが望ましい。

そして、ステップ２３０では、メモリ部２４中のすべての振動子駆動パターンについて、取得した車両振動パターンとの類似度Ｂを特定し、それらのうち、最も類似度Ｂの値が大きくなった振動子駆動パターン、すなわち類似度Ｂが最も低くなった振動子駆動パターンを、車両振動パターンと最も異なる振動子駆動パターンとする。

なお、類似度Bとしては、自乗和の代わりに絶対値和を用いて、
類似度B＝Σ｜Δｚ_ｎ｜＝Σ｜ｚ_ｎ−ｚ’_ｎ｜
としてもよい。

なお、ステップ２２０、２３０の処理にかかる時間は毎回ほぼ一定なので、トラックボール部１２の操作がある間は、ステップ２１０〜２３０が定期的に実行されることになる。

以上のような演算処理部２５の作動により、ハプティックコントローラ１００は、トラックボール部１２に対するユーザの操作がある間は、繰り返し定期的に、メモリ部２４中の複数の振動子駆動パターンと、車両振動センサ４が検出した車両振動パターンとを比較し、車両振動パターンと最も異なる振動子駆動パターンを選び出し、その選び出した振動子駆動パターンで、操作部１を振動させる。

このようになっているので、振動伝達装置は、車両振動パターンとの比較に基づいて、記憶された振動パターンのうちから、車両振動パターンと異なる振動パターンの振動を乗員に伝えることができるので、情報の伝達のための振動と、車両の振動との区別が、乗員にとってつき易くなる。

なお、上記の実施形態において、ハプティックコントローラ１００が振動伝達装置に相当し、操作部１が振動手段に相当し、制御部２が制御手段に相当し、メモリ部２４が記憶媒体に相当し、車両振動センサ４が振動センサに相当する。
（他の実施形態）
上記の実施形態においては、メモリ部２４に記憶された振動子駆動パターンは、時間−振幅特性のサンプルとなっているが、必ずしもこのようになっておらずともよい。例えば、振動子駆動パターンではなく、帯域通過特性を持つデジタルフィルタの特性データであってもよい。このような特性データのうちから、車両振動パターンと最も異なる１つを選ぶ方法としては、上述の周波数−振幅特性のずれを用いて車両振動パターンと振動子駆動パターンとの差異を評価する方法を採用すればよい。そして、演算処理部２５が出力部２２に出力する駆動パターンのデータは、その選んだフィルタにランダムな振幅を通した結果のデータとすればよい。

また、車両振動センサ４が、車両の３次元の各方向の振動を検出することができるようになっている場合、演算処理部２５は、プログラム２００のステップ２２０において、車両振動パターンとして、それらの軸のうち特定の１方向を用いてもよいし、特定の２方向の振動の和を用いるようになっていてもよいし、３方向すべてについての振動の和を用いてもよい。また、３方向のそれぞれに重みを付けた和を用いてもよい。

また、上記の実施形態では、ハプティックコントローラ１００は、複数の振動子駆動パターンのうち、車両振動パターンと最も異なるパターンで、トラックボール部１２を振動させるようになっているが、必ずしもこのようになっておらずともよく、例えば、振幅差、真の類似度または類似度Ｂが、所定の基準より大きくなっている振動子駆動パターンのうち、ランダムに選んだ１つのパターンで、トラックボール部１２を振動させるようになっていてもよい。

本発明の実施形態に係るハプティックコントローラ１００の概略構成図である。演算処理部２５の実行するプログラム２００のフローチャートである。振動子駆動パターン５１と車両振動パターン５２、５３との比較方法を示すためのグラフである。振動子駆動パターンと車両振動パターンの周波数特性の比較方法を示すためのグラフである。

符号の説明

１…操作部、２…制御部、３…機能選択切替部、４…車両振動センサ、１１…外殻部、
１２…トラックボール部、１３…アクチュエータ部、１４…位置検出部、
１５…振動子部、２１…振動子駆動部、２２…出力部、２３…入力部、
２４…メモリ部、２５…演算処理部、５１…振動子駆動パターン、
５２、５３…車両振動パターン、６１〜６６…振動子駆動パターン、
７１〜７６…車両振動パターン、１００…ハプティックコントローラ、
２００…プログラム。

Claims

車両の乗員に振動を伝えるための振動手段と、
車両に取り付けられた振動センサからの検出信号に基づく車両振動パターンと異なる振動パターンで、前記振動手段を振動させる制御手段と、を備えた振動伝達装置。
複数の振動パターンを記憶する記憶媒体を備え、
前記制御手段は、前記記憶媒体が記憶する複数の振動パターンと前記車両振動パターンとを比較することで、当該複数の振動パターンのうちから選び出した１つの振動パターンで、前記振動手段を振動させることを特徴とする請求項１に記載の振動伝達装置。