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技術 車両の乗員に振動で情報を伝えるための振動伝達装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 菅沼久幸田内庸貴
出願日 2004年12月7日 (15年11ヶ月経過) 出願番号 2004-354114
公開日 2006年6月22日 (14年5ヶ月経過) 公開番号 2006-160063
状態 未査定
技術分野 航行(Navigation) 航行(Navigation) 車両用電気・流体回路
主要キーワード 振動伝達装置 微調整データ 周波数サンプル FFT解析 情報伝達装置 ラジオ音声 帯域通過特性 振動データ
関連する未来課題
重要な関連分野

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特許:約8,000万件, クラウドファンディング:約100万年件, 科研費・グラントデータ:約500万件, 発明者・研究者情報:約600万人

この項目の情報は公開日時点(2006年6月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

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。

概要

背景

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

概要

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。 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。

目的

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。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

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

請求項2

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。

技術分野

0001

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。

背景技術

0002

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。

0003

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

発明が解決しようとする課題

0004

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。

0005

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。

課題を解決するための手段

0006

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。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

発明を実施するための最良の形態

0011

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。

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

この振動子駆動パターンを1つ指定するデータは、図2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。

0033

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。

0034

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。

0035

(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。

0036

(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。

0037

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(Δyn)2=Σ(yn−y’n)2
となる。ここで、yn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。

0038

ここで、yn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。

0039

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。

0040

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。

0041

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。

0042

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|Δyn|=Σ|yn−y’n|
としてもよい。

0043

(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(Δzn)2=Σ(zn−z’n)2
となる。ここで、zn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。

0044

ここで、zn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。

0045

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。

0046

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|Δzn|=Σ|zn−z’n|
としてもよい。

0047

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。

0048

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。

0049

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。

0050

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。

0051

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。

0052

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。

図面の簡単な説明

0053

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

0054

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。

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