力覚付与型のシフト装置
【課題】シフトレバーを介して操作者が受ける節度感等の操作荷重の最適化を電子的な力覚制御で容易に行えるようにして、操作性の向上や疲労の低減等を図る力覚付与型のシフト装置を提供する。
【解決手段】シフト装置（１）は、シフトレバー（２）に反力を生じさせる駆動手段としてのＸモータ（３１）及びＹモータ（３６）とを備える。力覚制御部（５０）に接続されるメモリ（５１）には、シフトレバーの往路操作と復路操作とで特性が異なるヒステリシスを有する力覚パターン（５２）が予め記憶される。例えばホームポジション（６５）からシフトアップポジション（６４）への往路操作のときには節度感を生じさせる力覚パターンが選択され、ホームポジションへ戻す復路操作のときにはトルクを単調に減少させる力覚パターンが選択される。シフトレバーの操作方向に応じて力覚パターンを適宜変更することで、操作性の向上や疲労の低減等が図られる。
【解決手段】シフト装置（１）は、シフトレバー（２）に反力を生じさせる駆動手段としてのＸモータ（３１）及びＹモータ（３６）とを備える。力覚制御部（５０）に接続されるメモリ（５１）には、シフトレバーの往路操作と復路操作とで特性が異なるヒステリシスを有する力覚パターン（５２）が予め記憶される。例えばホームポジション（６５）からシフトアップポジション（６４）への往路操作のときには節度感を生じさせる力覚パターンが選択され、ホームポジションへ戻す復路操作のときにはトルクを単調に減少させる力覚パターンが選択される。シフトレバーの操作方向に応じて力覚パターンを適宜変更することで、操作性の向上や疲労の低減等が図られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジョイスティック等からなるシフトレバーに反力としての力覚を付与する力覚付与型のシフト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠隔操作が求められる多くの分野で、操作感覚を疑似的に再現して操作性能を向上させる力覚付与型デバイスが注目されている。力覚付与型の入力装置は、機械的な入力機構に換えて操作部の操作状態を電気信号に変換して出力する、いわゆるバイワイヤ方式の入力装置において、操作状態の検出信号に基づく反力を操作部にフォースフィードバック制御することにより、所与の条件に応じた力覚を操作者に与えるものである。
【０００３】
一方で自動車の分野においては、走行性能に加え、安全性、快適性及び環境等の観点から車両内の電子化が進み、エアコン、カーナビ、オーディオ等の様々な操作対象機器類が搭載されるのが一般的となっている。このような多種に渡る機器類を操作する操作者の負担を軽減するため、操作入力を運転席内の１つの入力装置で一元化できるジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような力覚付与型入力装置によれば、ジョイスティックに例えば疑似的な節度感（クリックフィーリング）を生じさせ、または次にすべき操作を反力で促すような操作の支援制御といった多様な操作感を力覚として付与することが可能となる。また、操作対象機器の動作や操作の目的に応じて力覚パターンを適宜変更することで、多用途、多目的の入力装置として共有することができる。
【０００５】
また、車両の自動変速機を切り換えるバイワイヤ方式のシフト装置（ＳＢＷ：Shift By Wire）において、一方向のみ往復傾倒操作可能なシフト装置に上述の力覚付与の技術を応用したものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５８７８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のバイワイヤ方式のシフト装置（ＳＢＷシフター）では、シフトポジションにおける節度感を、節度山に対するディテントピンの係合等により機械的に生じさせているため、シフトレバーの操作荷重を変更することが困難であった。シフト操作に伴う節度感やシフトレバーのモーメンタリ動作による復帰力等の操作荷重が操作者によっては過度に感じられたりする場合もあり、これらの操作荷重を変更して最適化できれば、シフト装置における操作性の向上や疲労感の低減等が期待される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、シフトレバーを介して操作者が受ける節度感等の操作荷重の最適化を電子的な力覚制御で容易に行えるようにして、操作性の向上や疲労の低減等を図る力覚付与型のシフト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］上記目的を達成するため本発明に係る力覚付与型のシフト装置は、操作者により操作されるシフトレバーと、前記シフトレバーに力を付与する駆動手段と、前記シフトレバーの操作状態を検出する検出手段と、前記シフトレバーの一つの操作経路における操作量に対する前記力との連続的な関係を対応付けた力覚パターンにヒステリシス特性を持たせてデータ化した力覚パターンデータを記憶する記憶手段と、前記検出手段が検出する前記シフトレバーの操作方向に応じて前記力覚パターンデータとして記憶された予め定められた一方の力覚パターンを選択する操作荷重変更手段と、前記操作荷重変更手段が選択した前記力覚パターンに従って、前記シフトレバーの操作状態に基づく前記駆動手段の力制御を行う力覚制御手段と、を備える。
【００１０】
［２］また、前記シフトレバーが一つのホームポジションから他のシフトポジションへ操作される往路の操作方向のときに選択される一方の前記力覚パターンは、前記シフトレバーの操作に伴って前記他のシフトポジションにおいて知覚される節度感に対応して前記力が変化する特性を有し、前記シフトレバーが前記他のシフトポジションから前記一つのホームポジションへ操作される復路の操作方向のときに選択される他方の前記力覚パターンは、前記力が単調に減少する特性を有している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、力覚パターンにヒステリシス特性を持たせ、操作荷重変更手段がシフトレバーの操作方向に応じて力覚パターンを変更するようにした。これにより、シフトレバーに生じる節度感等の操作荷重を操作状態に合せてきめ細かく最適化することができ、シフト装置における操作性の向上や疲労の低減等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態によるシフト装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、シフト装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、シフト装置において設定されるシフトポジションの配列とシフトレバーの軌道との位置関係を示す図である。
【図４】図４は、シフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用するトルク特性である力覚パターンを例示する図である。
【図５】図５は、ホーム（Ｈ）ポジションからシフトアップ（＋）ポジション間の傾倒操作に関連して、ヒステリシスを有する力覚パターンを例示する図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態による操作荷重変更手段の動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、シフトレバーの種々の操作経路を示す操作パターン図（ａ）〜（ｆ）である。
【図８】図８は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示するものであって、シフトレバーのステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態として、車両の自動変速機を切り換えるための、力覚付与型のシフト装置１について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（シフト装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態によるシフト装置１の構成を示す分解斜視図である。このシフト装置１は、シフトレバー２と、ジョイスティック機構部３と、ジョイスティック機構部３を収納するケース部材４とを備えている。
【００１５】
シフトレバー２は、二次元（ＸＹ面）上の任意の方向への傾倒操作（シフト操作）が可能なジョイスティック操作部であり、操作者が手動で操作する把持部２ａと、皿状で下面が凹状に湾曲する被案内面を有する支持摺動部２ｂと、把持部２ａ及び支持摺動部２ｂを連結する支柱部２ｃとにより一体形成されている。
【００１６】
ジョイスティック機構部３は、シフトレバー２が先端部に固定されるシャフト１１と、シャフト１１の傾倒動作を一定の範囲に規制するゲートブロック２０とを備えている。シャフト１１は、例えば、柱状の棒状部材からなり、互いに直交するように設けられた第１キャリッジ１２及び第２キャリッジ１３の各長孔を貫通している。
【００１７】
第１キャリッジ１２は、四角形の管状の部材からなり、シャフト１１をその長孔の長手方向（Ｘ方向）に沿って傾倒可能に枢着させるＸ軸１４と、Ｘ軸１４に直交する方向（Ｙ方向）に突出するＹ軸１５とを備えている。各Ｙ軸１５は、第１キャリッジ１２の両外壁に一体に形成され、Ｙ軸１５の各両端部にはベアリング１６が嵌着されている。ベアリング１６がベアリングホルダ１７を介してジョイスティック機構部３の図示しないフレームに固定されることにより、第１キャリッジ１２は、当該フレームに対しＹ軸１５を中心に揺動可能とされている。
【００１８】
第２キャリッジ１３は、シャフト１１が貫通している長孔が形成される平板部と、当該平板部と直交するアーム部とが一体形成される外形Ｕ字状の部材から構成されている。第２キャリッジ１３の長孔は、Ｙ方向に沿って長く形成され、シャフト１１のＹ方向への傾倒動作を許容する一方で、Ｘ方向の傾倒に対しては第２キャリッジ１３を揺動させるように形成されている。
【００１９】
ゲートブロック２０は、上面部に四角形の開口を有する箱状の強度部材であり、シャフト１１の傾倒動作を所定の範囲に制限するために設けられている。すなわち、ゲートブロック２０の開口内部には、シャフト１１の基端部が挿入され、シャフト１１が最大ストローク傾倒する位置で当該基端部がゲートブロック２０の内壁に当接することにより、それ以上のシャフト１１の傾倒動作が規制される。
【００２０】
また、ジョイスティック機構部３は、２つのセクターギア２１，２６と、シフトレバー２及びシャフト１１の傾倒状態を検出する検出手段としての２つの回転センサ３２，３７と、シャフト１１を介してシフトレバー２に力（反力）を生じさせる駆動手段としてのＸモータ３１及びＹモータ３６とを備えている。セクターギア２１，２６は、それぞれ扇状の基端部に揺動軸が設けられ、その揺動軸を中心とする同一半径の周面部にギア歯２１ａ，２６ａが形成されている。
【００２１】
第１のセクターギア２１は、ジョイスティック機構部３の図示しないフレームにその揺動軸が枢着されて揺動可能であるとともに、第２キャリッジ１３のアーム部が同軸に連結している。第１のセクターギア２１のギア歯２１ａには、Ｘモータ３１のモータギア３１ａが噛合している。また、回転センサ３２は、例えば、モータギア３１ａに連結して回転する回転エンコーダ部とその回転数をカウントして回転角度あるいは回転位置を検出する光検出器等により構成されている。
【００２２】
第２のセクターギア２６は、その揺動軸が第１キャリッジ１２の一方のＹ軸１５に連結している。また、第２のセクターギア２６のギア歯２６ａには、Ｙモータ３６のモータギア３６ａが噛合している。また、回転センサ３７は、例えば、モータギア３６ａに連結して回転する回転エンコーダ部とその回転数をカウントして回転角度あるいは回転位置を検出する光検出器等により構成されている。
【００２３】
ここで、２つの回転センサ３２，３７は、フォトディテクタを用いた光検出方式のエンコーダで構成されている。また、回転センサ３２，３７は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた磁気検出方式のエンコーダであってもよい。回転センサ３２，３７は、Ｘモータ３１及びＹモータ３６の回転に応じて位相の異なる２つのパルスを出力する。これにより、Ｘモータ３１及びＹモータ３６の回転方向と回転量が検出される。また、回転センサ３２，３７の出力に基づいて、セクターギア２１，２６等を介して連結されているシャフト１１及びシフトレバー２のＸＹ面における傾倒方向とその傾倒角度が同時に検出される。
【００２４】
ケース部材４は、ジョイスティック機構部３を内部に収容する箱状のケースフレーム４ａと、ケースフレーム４ａの上面部において突出する案内ドーム４ｂとを有して一体に形成される。また、案内ドーム４ｂの頂部には、略四角形の開口４ｃが形成されている。
【００２５】
ジョイスティック機構部３に備えられるシャフト１１は、その先端部がケース部材４の内側から案内ドーム４ｂの開口４ｃに挿入されてシフトレバー２の支柱部２ｃに固定される。このとき、シフトレバー２は、支持摺動部２ｂの下面である被案内面が案内ドーム４ｂの上面に支持され、かつ、その上面に対してＸＹの方向に摺動するように取り付けられる。
【００２６】
シフトレバー２がＸ方向に傾倒操作されシャフト１１が傾倒すると、これに連動して第２キャリッジ１３及び第２キャリッジ１３に軸を一にして連結するセクターギア２１が揺動する。これに伴いセクターギア２１のギア歯２１ａに噛合するモータギア３１ａが回転するので、その回転角に基づいて回転センサ３２によりシャフト１１のＸ方向における傾倒動作が検出される。同様に、シフトレバー２がＹ方向に傾倒操作されると、シャフト１１に係合する第１キャリッジ１２及びこれに連結するセクターギア２６が揺動する。これに伴いセクターギア２６のギア歯２６ａに噛合するモータギア３６ａが回転し、その回転角に基づいて回転センサ３７によりシャフト１１のＹ方向における傾倒動作が検出される。
【００２７】
更に、Ｘモータ３１に駆動電流が供給されると、モータギア３１ａ、セクターギア２１及び第２キャリッジ１３を介してシャフト１１及びシフトレバー２にＸ方向に傾倒させるトルクが伝達される。同様にＹモータ３６に駆動電流が供給されると、モータギア３６ａ、セクターギア２６及び第１キャリッジ１２を介してシャフト１１及びシフトレバー２にＹ方向に傾倒させるトルクが伝達される。次に説明する力覚制御部５０は、Ｘモータ３１及びＹモータ３６に駆動電流を供給し、回転センサ３２，３７が検出するシフトレバー２の操作状態に基づきフィードバック制御することにより、所望の反力をシフトレバー２に付与する力覚制御を行う。
【００２８】
図２は、本実施の形態によるシフト装置１のシステム構成を示すブロック図である。力覚制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭからなるメモリ、各種センサやスイッチが接続される入出力ポート、車載ＬＡＮコントローラ等をハードウエア回路として備え、ＣＰＵが予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って演算制御処理を実行する電子制御のマイコンユニットとして構成される。力覚制御部５０には、Ｘモータ３１、回転センサ３２、Ｙモータ３６、回転センサ３７が接続されている。力覚制御部５０は、回転センサ３２，３７の出力に基づいて、シフトレバー２の操作状態（ＸＹ面における傾倒方向とその傾倒角度）を演算して求め車両の自動変速機に出力する。また、力覚制御部５０は、シフトレバー２が所定の軌道（経路）を逸脱するような想定外の異常操作がされたときに、車両の安全管理装置（ブザーやランプ等の警報手段を含む）７０やエンジンＥＣＵ（図示せず）等にエラー信号を出力するようにも構成されている。
【００２９】
また、力覚制御部５０には、不揮発性のメモリ５１が接続されている。このメモリ５１には、シフトレバー２の操作状態に応じて反力を付与する力覚制御、ホームポジションへの自動復帰制御及びシフトレバー２の操作を所定の軌道のみに規制する軌道制御をするための参照テーブルデータである力覚パターンデータ５２が予め記憶されている。力覚制御部５０は、次に具体的に説明する力覚パターンが電子データ化された力覚パターンデータ５２を参照し、回転センサ３２，３７の出力から演算されるシフトレバー２の操作状態に基づいてＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクを制御する。これにより、力覚パターンデータ５２に応じた反力がシフトレバー２に付与される。
【００３０】
図３は、本実施の形態によるシフト装置１において設定される複数のシフトポジションの配列とシフトレバー２の軌道（経路）との位置関係（シフトパターン）を示す図である。シフトレバー２のＸＹ方向における物理的に移動操作可能な領域６９の限界は、図１に示したゲートブロック２０で画される。その全領域６９内に、本実施の形態では、シフトレバー２の操作許容エリア６７（第１〜第３の操作許容エリア６７ａ，６７ｂ，６７ｃ）と、それ以外の操作規制エリア６８とが、互いに排他的に区分けされて設定されている。操作許容エリア６７は、シフトレバー２の軌道に沿って設定されている。
【００３１】
図３に示されるように、右側の縦の第１の操作許容エリア６７ａには、車両の自動変速機のリバース（「Ｒ」と略して表記する。）、ニュートラル（「Ｎ」と略して表記する。）及びドライブ（「Ｄ」と略して表記する。）に対応するシフトポジションであるＲポジション６１、Ｎポジション６２及びＤポジション６３が順に配列して設定されている。また、左側の縦の第２の操作許容エリア６７ｂには、シフトアップポジション（「＋」と表記する。）６４と、ホームポジション６５（「Ｈ」と略して表記する。）と、シフトダウンポジション（「−」と表記する。）６６が順に配列して設定されている。更に、Ｈポジション６５と、Ｎポジション６２とを横方向に連結する第３の操作許容エリア６７ｃが設定されている。
【００３２】
（シフトレバーの自動復帰制御手段）
次に、シフト装置１に備えられるシフトレバー２の自動復帰制御手段を説明する。なお、自動復帰の動作（モーメンタリ動作）は、力覚制御部５０のＣＰＵが回転センサ３２，３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、メモリ５１に記憶された力覚パターンデータ５２を参照しながらＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで実行される。
【００３３】
図４は、Ｈポジション６５を傾倒操作の原点としてシフトレバー２に作用する力覚パターンを例示する図である。これらの力覚パターンは、力覚パターンデータ５２として電子化されてメモリ５１に記憶されている。ここで、図４（ａ）に示されるように、Ｈポジション６５を中心とし第２の操作許容エリア６７ｂに沿うＹ方向への傾倒操作（ＹＨ＋〜ＹＨ−）と、第３の操作許容エリア６７ｃに沿うＸ方向への傾倒操作（ＸＨ＋〜ＸＨ−）を考える。
【００３４】
図４（ｂ）は、Ｙ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＹストローク（ＹＨ＋〜ＹＨ−）を縦軸として、これに対するＹモータ３６に生じさせるトルクとの関係（ＹＨ軸における力覚パターン）を示すグラフである。
【００３５】
図４（ｂ）の力覚パターンによると、シフトレバー２のストロークがＹＨ＋側にあるとき、これとは逆向き（下方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＹモータ３６のトルクが制御される。また、シフトレバー２のストロークがＹＨ−側にあるとき、これとは逆向き（上方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＹモータ３６のトルクが制御される。したがって、第２の操作許容エリア６７ｂにあるシフトレバー２には、Ｈポジション６５を中心に自動復帰する方向に力が作用する。
【００３６】
また、図４（ｂ）によれば、シフトレバー２が＋ポジション６４よりもＹＨ＋側、または−ポジション６６よりもＹＨ−側への傾倒操作に対しては、Ｙモータ３６のトルクが最大（ＹｎｍａｘまたはＹｐｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者が＋ポジション６４から更に上へ、または−ポジション６６から更に下へシフトレバー２を傾倒させようとしても、シフトレバー２を介して知覚される「反力の壁」により、第２の操作許容エリア６７ｂを逸脱するような傾倒操作が防止される。
【００３７】
図４（ｃ）は、Ｘ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＸストローク（ＸＨ＋〜ＸＨ−）を横軸として、これに対するＸモータ３１に生じさせるトルクとの関係（ＸＨ軸における力覚パターン）を示すグラフである。図４（ｃ）によれば、シフトレバー２のストロークがＸＨ＋側にあるとき、これとは逆向き（左方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＸモータ３１のトルクが制御される。したがって、第３の操作許容エリア６７ｃにあるシフトレバー２には、Ｈポジション６５に自動復帰する方向に反力が作用する。
【００３８】
また、シフトレバー２がＮポジション６２よりもＸＨ＋側、またはＨポジション６５よりもＸＨ−側への傾倒操作に対しては、Ｘモータ３１のトルクが最大（ＸｐｍａｘまたはＸｎｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者がシフトレバー２をＮポジション６２から更に右へ、またはＨポジション６５から更に左へ傾倒させようとしても、シフトレバー２を介して知覚される「反力の壁」により、第３の操作許容エリア６７ｃから逸脱するような傾倒操作が防止される。
【００３９】
図５は、第２の操作許容エリア６７ｂに沿ってＹ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量（Ｙストローク）に対するＹモータ３６に生じさせるトルクとの関係（ＹＨ軸における力覚パターンＰ１，Ｐ２）を示すグラフである。なお、図５では、特にモーメンタリ動作（自動復帰動作）するＨポジション６５から＋ポジション６４間のシフト操作に関連して、Ｈポジション６５から＋ポジション６４への往路操作における操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ１を実線で示し、＋ポジション６４からＨポジション６５への復路操作における操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ２を破線で示している。なお、かかるヒステリシスを有する力覚パターンは、ここでは説明を省略するが、Ｈポジション６５から−ポジション６６へのシフト操作経路等のモーメンタリ動作が適用される他の操作経路にも同様に設定されている。
【００４０】
（シフト装置における操作荷重変更手段の動作）
次に、力覚制御部５０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」という。）が回転センサ３２，３７の出力から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、操作荷重を変更する操作荷重変更手段の動作を説明する。なお、ここでは代表例として、Ｈポジション６５から＋ポジション６４間のシフト操作経路において、図５に示した力覚パターンに基づく操作荷重を変更する動作について説明する。
【００４１】
図６は、操作荷重変更手段の動作を示すフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ１０）。ＣＰＵは、シフトレバー２がＨポジション６５にあると検出すると（ステップ１０：ＹＥＳ）、メモリ５１から往路操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ１の力覚パターンデータ５２を読み取って選択する（ステップＳ１１）。
【００４２】
そして、ＣＰＵは、回転センサ３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、力覚パターンＰ１を参照しながらＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで、シフトレバー２のＹ方向への往路における力覚制御を行う（ステップＳ１２）。このとき、＋ポジション６４付近では、力覚パターンＰ１のトルクが変化することにより、シフトレバー２に節度感が生じることとなる。
【００４３】
なお、シフトレバー２のＸ方向への傾倒操作に対しては、第２の操作許容エリア６７ｂの両側に「反力の壁」を作ることで所定の操作軌道から逸脱させないような力覚制御がＸモータ３１を介して同時にされる。
【００４４】
ＣＰＵは、シフトレバー２が＋ポジション６４に傾倒操作されたのを検出すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、メモリ５１から復路操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ２の力覚パターンデータ５２を読み取って選択する（ステップＳ１４）。そして、ＣＰＵは、回転センサ３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、力覚パターンＰ２を参照しながらＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで、シフトレバー２のＹ方向への復路における力覚制御を行う（ステップＳ１５）。
【００４５】
シフトレバー２が復路において選択される力覚パターンＰ２は、図５に示すように原点（Ｈポジション６５）に向けてトルクが単調に減少する特性を有している。したがって、ステップＳ１５の復路における力覚制御においては、往路のような節度感が生じない。
【００４６】
（実施の形態による効果）
［１］本実施の形態のシフト装置１によれば、Ｈポジション６５から他のシフトポジションへのシフトレバー２の往路と復路の操作に分けて力覚パターンを変更するようにしたので、操作者にシフトポジションへ操作がされたことを力覚で認識させることができる。これにより、操作性を向上させることができる。
［２］シフトレバー２の往路と復路の操作で力覚パターンにヒステリシスを持たせたことにより、Ｈポジション６５へのシフトレバー２の自動復帰動作やその復帰速度から視覚的にもシフトポジションへ操作がされたことを操作者に認識させることができる。
［３］また、シフトレバー２の往路操作では、シフトポジション近辺のトルク変化により節度感を生じさせる一方で、復路の操作ではトルクを単調に減少させて節度感を生じさせないようにした。これにより、無駄な操作荷重をなくして、操作者の疲労を低減させることができる。
［４］以上のように、本実施の形態のシフト装置１では、電子的な力覚制御によりシフトレバー２に生じさせる節度感等の操作荷重を操作状態（ストローク及び操作方向）に合せてきめ細かく最適化することができ、これにより、操作性の向上や疲労の低減等を図ることができる。
【００４７】
以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。例えば、車両においてエアコンやカーナビ等を一元的に操作するための、一般的なジョイスティックタイプの入力装置等に広く応用され得る。
【００４８】
また、例えば、本実施の形態に示したＨ形状のパターンだけでなく、種々の操作パターンに対応できる。図７は、シフトレバーの種々の操作経路を示す操作パターン図（ａ）〜（ｆ）である。これによれば、車種等に応じて、Ｈ形状のパターン、Ｉ形状のパターンや、これらの組合せとして種々の操作経路を有する操作パターンに対応できる。さらに、図示は省略するが、任意の角度で交差する操作パターンを含む操作経路を有する操作パターン等にも対応可能である。
【００４９】
また、これらの操作形状パターンを力覚制御する力覚パターンは、本実施の形態に示した力覚パターンに限られず種々の制御パターンに変更可能である。本実施の形態に示した図４に示す力覚パターンは、ＹＨ＋側においてＲポジション６１の位置でもＹモータトルクが常に下方向側に作用する。また、Ｄポジション６３の位置でもＹモータトルクが常に上方向側に作用する。従って、シフトレバー２は、Ｒポジション６１、Ｄポジション６３にシフト操作された後、それらの位置に留まらずに、Ｈポジション６５に戻ってくる。すなわち、シフトレバーへの操作力を解除した後にＨポジション６５に自動復帰するモーメンタリ動作を制御するための力覚パターンである。
【００５０】
これに対して、本実施の形態において、シフトレバーをステーショナリ動作で制御することも可能である。図８は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示するものであって、シフトレバーのステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。図８（ｂ）のＹＨ＋側においてＹモータトルクはＲポジション６１の付近で上下反転する。また、Ｄポジション６３の付近でも上下反転する。従って、シフトレバー２は、Ｒポジション６１にシフト操作された後、Ｙモータトルクが上方向から下方向に反転するゼロクロス点ＺＣ１に留まる。同様に、シフトレバー２は、Ｄポジション６３にシフト操作された後、Ｙモータトルクが下方向から上方向に反転するゼロクロス点ＺＣ２に留まる。よって、図４で示す力覚パターンを図８に示すような力覚パターンに変更することにより、シフトレバー２のステーショナリ動作においてヒステリシス特性を持たせた制御にも対応可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…シフト装置、２…シフトレバー、２ａ…把持部、２ｂ…支持摺動部、２ｃ…支柱部、３…ジョイスティック機構部、４…ケース部材、４ａ…ケースフレーム、４ｂ…案内ドーム、４ｃ…開口、１１…シャフト、１２…第１キャリッジ、１３…第２キャリッジ、１４…Ｘ軸、１５…Ｙ軸、１６…ベアリング、１７…ベアリングホルダ、２０…ゲートブロック、２１…セクターギア、２１ａ…ギア歯、２６…セクターギア、２６ａ…ギア歯、３１…Ｘモータ、３１ａ…モータギア、３２…回転センサ、３６…Ｙモータ、３６ａ…モータギア、３７…回転センサ、５０…力覚制御部、５１…メモリ、５２…力覚パターンデータ、６１…リバース（Ｒ）ポジション、６２…ニュートラル（Ｎ）ポジション、６３…ドライブ（Ｄ）ポジション、６４…シフトアップ（＋）ポジション、６５…ホーム（Ｈ）ポジション、６６…シフトダウン（−）ポジション、６７，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ…操作許容エリア、６８…操作規制エリア、６９…シフトレバーの操作可能な全領域、７０…安全管理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジョイスティック等からなるシフトレバーに反力としての力覚を付与する力覚付与型のシフト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、遠隔操作が求められる多くの分野で、操作感覚を疑似的に再現して操作性能を向上させる力覚付与型デバイスが注目されている。力覚付与型の入力装置は、機械的な入力機構に換えて操作部の操作状態を電気信号に変換して出力する、いわゆるバイワイヤ方式の入力装置において、操作状態の検出信号に基づく反力を操作部にフォースフィードバック制御することにより、所与の条件に応じた力覚を操作者に与えるものである。
【０００３】
一方で自動車の分野においては、走行性能に加え、安全性、快適性及び環境等の観点から車両内の電子化が進み、エアコン、カーナビ、オーディオ等の様々な操作対象機器類が搭載されるのが一般的となっている。このような多種に渡る機器類を操作する操作者の負担を軽減するため、操作入力を運転席内の１つの入力装置で一元化できるジョイスティックタイプの力覚付与型入力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような力覚付与型入力装置によれば、ジョイスティックに例えば疑似的な節度感（クリックフィーリング）を生じさせ、または次にすべき操作を反力で促すような操作の支援制御といった多様な操作感を力覚として付与することが可能となる。また、操作対象機器の動作や操作の目的に応じて力覚パターンを適宜変更することで、多用途、多目的の入力装置として共有することができる。
【０００５】
また、車両の自動変速機を切り換えるバイワイヤ方式のシフト装置（ＳＢＷ：Shift By Wire）において、一方向のみ往復傾倒操作可能なシフト装置に上述の力覚付与の技術を応用したものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５８７８２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のバイワイヤ方式のシフト装置（ＳＢＷシフター）では、シフトポジションにおける節度感を、節度山に対するディテントピンの係合等により機械的に生じさせているため、シフトレバーの操作荷重を変更することが困難であった。シフト操作に伴う節度感やシフトレバーのモーメンタリ動作による復帰力等の操作荷重が操作者によっては過度に感じられたりする場合もあり、これらの操作荷重を変更して最適化できれば、シフト装置における操作性の向上や疲労感の低減等が期待される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、シフトレバーを介して操作者が受ける節度感等の操作荷重の最適化を電子的な力覚制御で容易に行えるようにして、操作性の向上や疲労の低減等を図る力覚付与型のシフト装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
［１］上記目的を達成するため本発明に係る力覚付与型のシフト装置は、操作者により操作されるシフトレバーと、前記シフトレバーに力を付与する駆動手段と、前記シフトレバーの操作状態を検出する検出手段と、前記シフトレバーの一つの操作経路における操作量に対する前記力との連続的な関係を対応付けた力覚パターンにヒステリシス特性を持たせてデータ化した力覚パターンデータを記憶する記憶手段と、前記検出手段が検出する前記シフトレバーの操作方向に応じて前記力覚パターンデータとして記憶された予め定められた一方の力覚パターンを選択する操作荷重変更手段と、前記操作荷重変更手段が選択した前記力覚パターンに従って、前記シフトレバーの操作状態に基づく前記駆動手段の力制御を行う力覚制御手段と、を備える。
【００１０】
［２］また、前記シフトレバーが一つのホームポジションから他のシフトポジションへ操作される往路の操作方向のときに選択される一方の前記力覚パターンは、前記シフトレバーの操作に伴って前記他のシフトポジションにおいて知覚される節度感に対応して前記力が変化する特性を有し、前記シフトレバーが前記他のシフトポジションから前記一つのホームポジションへ操作される復路の操作方向のときに選択される他方の前記力覚パターンは、前記力が単調に減少する特性を有している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、力覚パターンにヒステリシス特性を持たせ、操作荷重変更手段がシフトレバーの操作方向に応じて力覚パターンを変更するようにした。これにより、シフトレバーに生じる節度感等の操作荷重を操作状態に合せてきめ細かく最適化することができ、シフト装置における操作性の向上や疲労の低減等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態によるシフト装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、シフト装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、シフト装置において設定されるシフトポジションの配列とシフトレバーの軌道との位置関係を示す図である。
【図４】図４は、シフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用するトルク特性である力覚パターンを例示する図である。
【図５】図５は、ホーム（Ｈ）ポジションからシフトアップ（＋）ポジション間の傾倒操作に関連して、ヒステリシスを有する力覚パターンを例示する図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態による操作荷重変更手段の動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、シフトレバーの種々の操作経路を示す操作パターン図（ａ）〜（ｆ）である。
【図８】図８は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示するものであって、シフトレバーのステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施の形態として、車両の自動変速機を切り換えるための、力覚付与型のシフト装置１について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（シフト装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態によるシフト装置１の構成を示す分解斜視図である。このシフト装置１は、シフトレバー２と、ジョイスティック機構部３と、ジョイスティック機構部３を収納するケース部材４とを備えている。
【００１５】
シフトレバー２は、二次元（ＸＹ面）上の任意の方向への傾倒操作（シフト操作）が可能なジョイスティック操作部であり、操作者が手動で操作する把持部２ａと、皿状で下面が凹状に湾曲する被案内面を有する支持摺動部２ｂと、把持部２ａ及び支持摺動部２ｂを連結する支柱部２ｃとにより一体形成されている。
【００１６】
ジョイスティック機構部３は、シフトレバー２が先端部に固定されるシャフト１１と、シャフト１１の傾倒動作を一定の範囲に規制するゲートブロック２０とを備えている。シャフト１１は、例えば、柱状の棒状部材からなり、互いに直交するように設けられた第１キャリッジ１２及び第２キャリッジ１３の各長孔を貫通している。
【００１７】
第１キャリッジ１２は、四角形の管状の部材からなり、シャフト１１をその長孔の長手方向（Ｘ方向）に沿って傾倒可能に枢着させるＸ軸１４と、Ｘ軸１４に直交する方向（Ｙ方向）に突出するＹ軸１５とを備えている。各Ｙ軸１５は、第１キャリッジ１２の両外壁に一体に形成され、Ｙ軸１５の各両端部にはベアリング１６が嵌着されている。ベアリング１６がベアリングホルダ１７を介してジョイスティック機構部３の図示しないフレームに固定されることにより、第１キャリッジ１２は、当該フレームに対しＹ軸１５を中心に揺動可能とされている。
【００１８】
第２キャリッジ１３は、シャフト１１が貫通している長孔が形成される平板部と、当該平板部と直交するアーム部とが一体形成される外形Ｕ字状の部材から構成されている。第２キャリッジ１３の長孔は、Ｙ方向に沿って長く形成され、シャフト１１のＹ方向への傾倒動作を許容する一方で、Ｘ方向の傾倒に対しては第２キャリッジ１３を揺動させるように形成されている。
【００１９】
ゲートブロック２０は、上面部に四角形の開口を有する箱状の強度部材であり、シャフト１１の傾倒動作を所定の範囲に制限するために設けられている。すなわち、ゲートブロック２０の開口内部には、シャフト１１の基端部が挿入され、シャフト１１が最大ストローク傾倒する位置で当該基端部がゲートブロック２０の内壁に当接することにより、それ以上のシャフト１１の傾倒動作が規制される。
【００２０】
また、ジョイスティック機構部３は、２つのセクターギア２１，２６と、シフトレバー２及びシャフト１１の傾倒状態を検出する検出手段としての２つの回転センサ３２，３７と、シャフト１１を介してシフトレバー２に力（反力）を生じさせる駆動手段としてのＸモータ３１及びＹモータ３６とを備えている。セクターギア２１，２６は、それぞれ扇状の基端部に揺動軸が設けられ、その揺動軸を中心とする同一半径の周面部にギア歯２１ａ，２６ａが形成されている。
【００２１】
第１のセクターギア２１は、ジョイスティック機構部３の図示しないフレームにその揺動軸が枢着されて揺動可能であるとともに、第２キャリッジ１３のアーム部が同軸に連結している。第１のセクターギア２１のギア歯２１ａには、Ｘモータ３１のモータギア３１ａが噛合している。また、回転センサ３２は、例えば、モータギア３１ａに連結して回転する回転エンコーダ部とその回転数をカウントして回転角度あるいは回転位置を検出する光検出器等により構成されている。
【００２２】
第２のセクターギア２６は、その揺動軸が第１キャリッジ１２の一方のＹ軸１５に連結している。また、第２のセクターギア２６のギア歯２６ａには、Ｙモータ３６のモータギア３６ａが噛合している。また、回転センサ３７は、例えば、モータギア３６ａに連結して回転する回転エンコーダ部とその回転数をカウントして回転角度あるいは回転位置を検出する光検出器等により構成されている。
【００２３】
ここで、２つの回転センサ３２，３７は、フォトディテクタを用いた光検出方式のエンコーダで構成されている。また、回転センサ３２，３７は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を用いた磁気検出方式のエンコーダであってもよい。回転センサ３２，３７は、Ｘモータ３１及びＹモータ３６の回転に応じて位相の異なる２つのパルスを出力する。これにより、Ｘモータ３１及びＹモータ３６の回転方向と回転量が検出される。また、回転センサ３２，３７の出力に基づいて、セクターギア２１，２６等を介して連結されているシャフト１１及びシフトレバー２のＸＹ面における傾倒方向とその傾倒角度が同時に検出される。
【００２４】
ケース部材４は、ジョイスティック機構部３を内部に収容する箱状のケースフレーム４ａと、ケースフレーム４ａの上面部において突出する案内ドーム４ｂとを有して一体に形成される。また、案内ドーム４ｂの頂部には、略四角形の開口４ｃが形成されている。
【００２５】
ジョイスティック機構部３に備えられるシャフト１１は、その先端部がケース部材４の内側から案内ドーム４ｂの開口４ｃに挿入されてシフトレバー２の支柱部２ｃに固定される。このとき、シフトレバー２は、支持摺動部２ｂの下面である被案内面が案内ドーム４ｂの上面に支持され、かつ、その上面に対してＸＹの方向に摺動するように取り付けられる。
【００２６】
シフトレバー２がＸ方向に傾倒操作されシャフト１１が傾倒すると、これに連動して第２キャリッジ１３及び第２キャリッジ１３に軸を一にして連結するセクターギア２１が揺動する。これに伴いセクターギア２１のギア歯２１ａに噛合するモータギア３１ａが回転するので、その回転角に基づいて回転センサ３２によりシャフト１１のＸ方向における傾倒動作が検出される。同様に、シフトレバー２がＹ方向に傾倒操作されると、シャフト１１に係合する第１キャリッジ１２及びこれに連結するセクターギア２６が揺動する。これに伴いセクターギア２６のギア歯２６ａに噛合するモータギア３６ａが回転し、その回転角に基づいて回転センサ３７によりシャフト１１のＹ方向における傾倒動作が検出される。
【００２７】
更に、Ｘモータ３１に駆動電流が供給されると、モータギア３１ａ、セクターギア２１及び第２キャリッジ１３を介してシャフト１１及びシフトレバー２にＸ方向に傾倒させるトルクが伝達される。同様にＹモータ３６に駆動電流が供給されると、モータギア３６ａ、セクターギア２６及び第１キャリッジ１２を介してシャフト１１及びシフトレバー２にＹ方向に傾倒させるトルクが伝達される。次に説明する力覚制御部５０は、Ｘモータ３１及びＹモータ３６に駆動電流を供給し、回転センサ３２，３７が検出するシフトレバー２の操作状態に基づきフィードバック制御することにより、所望の反力をシフトレバー２に付与する力覚制御を行う。
【００２８】
図２は、本実施の形態によるシフト装置１のシステム構成を示すブロック図である。力覚制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭからなるメモリ、各種センサやスイッチが接続される入出力ポート、車載ＬＡＮコントローラ等をハードウエア回路として備え、ＣＰＵが予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って演算制御処理を実行する電子制御のマイコンユニットとして構成される。力覚制御部５０には、Ｘモータ３１、回転センサ３２、Ｙモータ３６、回転センサ３７が接続されている。力覚制御部５０は、回転センサ３２，３７の出力に基づいて、シフトレバー２の操作状態（ＸＹ面における傾倒方向とその傾倒角度）を演算して求め車両の自動変速機に出力する。また、力覚制御部５０は、シフトレバー２が所定の軌道（経路）を逸脱するような想定外の異常操作がされたときに、車両の安全管理装置（ブザーやランプ等の警報手段を含む）７０やエンジンＥＣＵ（図示せず）等にエラー信号を出力するようにも構成されている。
【００２９】
また、力覚制御部５０には、不揮発性のメモリ５１が接続されている。このメモリ５１には、シフトレバー２の操作状態に応じて反力を付与する力覚制御、ホームポジションへの自動復帰制御及びシフトレバー２の操作を所定の軌道のみに規制する軌道制御をするための参照テーブルデータである力覚パターンデータ５２が予め記憶されている。力覚制御部５０は、次に具体的に説明する力覚パターンが電子データ化された力覚パターンデータ５２を参照し、回転センサ３２，３７の出力から演算されるシフトレバー２の操作状態に基づいてＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクを制御する。これにより、力覚パターンデータ５２に応じた反力がシフトレバー２に付与される。
【００３０】
図３は、本実施の形態によるシフト装置１において設定される複数のシフトポジションの配列とシフトレバー２の軌道（経路）との位置関係（シフトパターン）を示す図である。シフトレバー２のＸＹ方向における物理的に移動操作可能な領域６９の限界は、図１に示したゲートブロック２０で画される。その全領域６９内に、本実施の形態では、シフトレバー２の操作許容エリア６７（第１〜第３の操作許容エリア６７ａ，６７ｂ，６７ｃ）と、それ以外の操作規制エリア６８とが、互いに排他的に区分けされて設定されている。操作許容エリア６７は、シフトレバー２の軌道に沿って設定されている。
【００３１】
図３に示されるように、右側の縦の第１の操作許容エリア６７ａには、車両の自動変速機のリバース（「Ｒ」と略して表記する。）、ニュートラル（「Ｎ」と略して表記する。）及びドライブ（「Ｄ」と略して表記する。）に対応するシフトポジションであるＲポジション６１、Ｎポジション６２及びＤポジション６３が順に配列して設定されている。また、左側の縦の第２の操作許容エリア６７ｂには、シフトアップポジション（「＋」と表記する。）６４と、ホームポジション６５（「Ｈ」と略して表記する。）と、シフトダウンポジション（「−」と表記する。）６６が順に配列して設定されている。更に、Ｈポジション６５と、Ｎポジション６２とを横方向に連結する第３の操作許容エリア６７ｃが設定されている。
【００３２】
（シフトレバーの自動復帰制御手段）
次に、シフト装置１に備えられるシフトレバー２の自動復帰制御手段を説明する。なお、自動復帰の動作（モーメンタリ動作）は、力覚制御部５０のＣＰＵが回転センサ３２，３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、メモリ５１に記憶された力覚パターンデータ５２を参照しながらＸモータ３１及びＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで実行される。
【００３３】
図４は、Ｈポジション６５を傾倒操作の原点としてシフトレバー２に作用する力覚パターンを例示する図である。これらの力覚パターンは、力覚パターンデータ５２として電子化されてメモリ５１に記憶されている。ここで、図４（ａ）に示されるように、Ｈポジション６５を中心とし第２の操作許容エリア６７ｂに沿うＹ方向への傾倒操作（ＹＨ＋〜ＹＨ−）と、第３の操作許容エリア６７ｃに沿うＸ方向への傾倒操作（ＸＨ＋〜ＸＨ−）を考える。
【００３４】
図４（ｂ）は、Ｙ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＹストローク（ＹＨ＋〜ＹＨ−）を縦軸として、これに対するＹモータ３６に生じさせるトルクとの関係（ＹＨ軸における力覚パターン）を示すグラフである。
【００３５】
図４（ｂ）の力覚パターンによると、シフトレバー２のストロークがＹＨ＋側にあるとき、これとは逆向き（下方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＹモータ３６のトルクが制御される。また、シフトレバー２のストロークがＹＨ−側にあるとき、これとは逆向き（上方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＹモータ３６のトルクが制御される。したがって、第２の操作許容エリア６７ｂにあるシフトレバー２には、Ｈポジション６５を中心に自動復帰する方向に力が作用する。
【００３６】
また、図４（ｂ）によれば、シフトレバー２が＋ポジション６４よりもＹＨ＋側、または−ポジション６６よりもＹＨ−側への傾倒操作に対しては、Ｙモータ３６のトルクが最大（ＹｎｍａｘまたはＹｐｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者が＋ポジション６４から更に上へ、または−ポジション６６から更に下へシフトレバー２を傾倒させようとしても、シフトレバー２を介して知覚される「反力の壁」により、第２の操作許容エリア６７ｂを逸脱するような傾倒操作が防止される。
【００３７】
図４（ｃ）は、Ｘ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量であるＸストローク（ＸＨ＋〜ＸＨ−）を横軸として、これに対するＸモータ３１に生じさせるトルクとの関係（ＸＨ軸における力覚パターン）を示すグラフである。図４（ｃ）によれば、シフトレバー２のストロークがＸＨ＋側にあるとき、これとは逆向き（左方向）の反力がシフトレバー２に作用するようにＸモータ３１のトルクが制御される。したがって、第３の操作許容エリア６７ｃにあるシフトレバー２には、Ｈポジション６５に自動復帰する方向に反力が作用する。
【００３８】
また、シフトレバー２がＮポジション６２よりもＸＨ＋側、またはＨポジション６５よりもＸＨ−側への傾倒操作に対しては、Ｘモータ３１のトルクが最大（ＸｐｍａｘまたはＸｎｍａｘ）まで急激に立ち上がるように力覚パターンが設定されている。これにより、操作者がシフトレバー２をＮポジション６２から更に右へ、またはＨポジション６５から更に左へ傾倒させようとしても、シフトレバー２を介して知覚される「反力の壁」により、第３の操作許容エリア６７ｃから逸脱するような傾倒操作が防止される。
【００３９】
図５は、第２の操作許容エリア６７ｂに沿ってＹ方向へのシフトレバー２の傾倒操作量（Ｙストローク）に対するＹモータ３６に生じさせるトルクとの関係（ＹＨ軸における力覚パターンＰ１，Ｐ２）を示すグラフである。なお、図５では、特にモーメンタリ動作（自動復帰動作）するＨポジション６５から＋ポジション６４間のシフト操作に関連して、Ｈポジション６５から＋ポジション６４への往路操作における操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ１を実線で示し、＋ポジション６４からＨポジション６５への復路操作における操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ２を破線で示している。なお、かかるヒステリシスを有する力覚パターンは、ここでは説明を省略するが、Ｈポジション６５から−ポジション６６へのシフト操作経路等のモーメンタリ動作が適用される他の操作経路にも同様に設定されている。
【００４０】
（シフト装置における操作荷重変更手段の動作）
次に、力覚制御部５０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」という。）が回転センサ３２，３７の出力から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、操作荷重を変更する操作荷重変更手段の動作を説明する。なお、ここでは代表例として、Ｈポジション６５から＋ポジション６４間のシフト操作経路において、図５に示した力覚パターンに基づく操作荷重を変更する動作について説明する。
【００４１】
図６は、操作荷重変更手段の動作を示すフローチャートである。ＣＰＵは、常時、シフトレバー２がＨポジション６５にあるか否かを検出する（ステップＳ１０）。ＣＰＵは、シフトレバー２がＨポジション６５にあると検出すると（ステップ１０：ＹＥＳ）、メモリ５１から往路操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ１の力覚パターンデータ５２を読み取って選択する（ステップＳ１１）。
【００４２】
そして、ＣＰＵは、回転センサ３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、力覚パターンＰ１を参照しながらＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで、シフトレバー２のＹ方向への往路における力覚制御を行う（ステップＳ１２）。このとき、＋ポジション６４付近では、力覚パターンＰ１のトルクが変化することにより、シフトレバー２に節度感が生じることとなる。
【００４３】
なお、シフトレバー２のＸ方向への傾倒操作に対しては、第２の操作許容エリア６７ｂの両側に「反力の壁」を作ることで所定の操作軌道から逸脱させないような力覚制御がＸモータ３１を介して同時にされる。
【００４４】
ＣＰＵは、シフトレバー２が＋ポジション６４に傾倒操作されたのを検出すると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、メモリ５１から復路操作荷重に対応づけられる力覚パターンＰ２の力覚パターンデータ５２を読み取って選択する（ステップＳ１４）。そして、ＣＰＵは、回転センサ３７から得られるシフトレバー２の操作状態に基づいて、力覚パターンＰ２を参照しながらＹモータ３６のトルクをフィードバック制御することで、シフトレバー２のＹ方向への復路における力覚制御を行う（ステップＳ１５）。
【００４５】
シフトレバー２が復路において選択される力覚パターンＰ２は、図５に示すように原点（Ｈポジション６５）に向けてトルクが単調に減少する特性を有している。したがって、ステップＳ１５の復路における力覚制御においては、往路のような節度感が生じない。
【００４６】
（実施の形態による効果）
［１］本実施の形態のシフト装置１によれば、Ｈポジション６５から他のシフトポジションへのシフトレバー２の往路と復路の操作に分けて力覚パターンを変更するようにしたので、操作者にシフトポジションへ操作がされたことを力覚で認識させることができる。これにより、操作性を向上させることができる。
［２］シフトレバー２の往路と復路の操作で力覚パターンにヒステリシスを持たせたことにより、Ｈポジション６５へのシフトレバー２の自動復帰動作やその復帰速度から視覚的にもシフトポジションへ操作がされたことを操作者に認識させることができる。
［３］また、シフトレバー２の往路操作では、シフトポジション近辺のトルク変化により節度感を生じさせる一方で、復路の操作ではトルクを単調に減少させて節度感を生じさせないようにした。これにより、無駄な操作荷重をなくして、操作者の疲労を低減させることができる。
［４］以上のように、本実施の形態のシフト装置１では、電子的な力覚制御によりシフトレバー２に生じさせる節度感等の操作荷重を操作状態（ストローク及び操作方向）に合せてきめ細かく最適化することができ、これにより、操作性の向上や疲労の低減等を図ることができる。
【００４７】
以上、本発明に好適な実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々の変形、応用が可能である。例えば、車両においてエアコンやカーナビ等を一元的に操作するための、一般的なジョイスティックタイプの入力装置等に広く応用され得る。
【００４８】
また、例えば、本実施の形態に示したＨ形状のパターンだけでなく、種々の操作パターンに対応できる。図７は、シフトレバーの種々の操作経路を示す操作パターン図（ａ）〜（ｆ）である。これによれば、車種等に応じて、Ｈ形状のパターン、Ｉ形状のパターンや、これらの組合せとして種々の操作経路を有する操作パターンに対応できる。さらに、図示は省略するが、任意の角度で交差する操作パターンを含む操作経路を有する操作パターン等にも対応可能である。
【００４９】
また、これらの操作形状パターンを力覚制御する力覚パターンは、本実施の形態に示した力覚パターンに限られず種々の制御パターンに変更可能である。本実施の形態に示した図４に示す力覚パターンは、ＹＨ＋側においてＲポジション６１の位置でもＹモータトルクが常に下方向側に作用する。また、Ｄポジション６３の位置でもＹモータトルクが常に上方向側に作用する。従って、シフトレバー２は、Ｒポジション６１、Ｄポジション６３にシフト操作された後、それらの位置に留まらずに、Ｈポジション６５に戻ってくる。すなわち、シフトレバーへの操作力を解除した後にＨポジション６５に自動復帰するモーメンタリ動作を制御するための力覚パターンである。
【００５０】
これに対して、本実施の形態において、シフトレバーをステーショナリ動作で制御することも可能である。図８は、力覚付与型のシフト装置において、ホーム（Ｈ）ポジションを傾倒操作の原点としてシフトレバーに作用する力覚パターンを例示するものであって、シフトレバーのステーショナリ動作を制御するための力覚パターンの例示図である。図８（ｂ）のＹＨ＋側においてＹモータトルクはＲポジション６１の付近で上下反転する。また、Ｄポジション６３の付近でも上下反転する。従って、シフトレバー２は、Ｒポジション６１にシフト操作された後、Ｙモータトルクが上方向から下方向に反転するゼロクロス点ＺＣ１に留まる。同様に、シフトレバー２は、Ｄポジション６３にシフト操作された後、Ｙモータトルクが下方向から上方向に反転するゼロクロス点ＺＣ２に留まる。よって、図４で示す力覚パターンを図８に示すような力覚パターンに変更することにより、シフトレバー２のステーショナリ動作においてヒステリシス特性を持たせた制御にも対応可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…シフト装置、２…シフトレバー、２ａ…把持部、２ｂ…支持摺動部、２ｃ…支柱部、３…ジョイスティック機構部、４…ケース部材、４ａ…ケースフレーム、４ｂ…案内ドーム、４ｃ…開口、１１…シャフト、１２…第１キャリッジ、１３…第２キャリッジ、１４…Ｘ軸、１５…Ｙ軸、１６…ベアリング、１７…ベアリングホルダ、２０…ゲートブロック、２１…セクターギア、２１ａ…ギア歯、２６…セクターギア、２６ａ…ギア歯、３１…Ｘモータ、３１ａ…モータギア、３２…回転センサ、３６…Ｙモータ、３６ａ…モータギア、３７…回転センサ、５０…力覚制御部、５１…メモリ、５２…力覚パターンデータ、６１…リバース（Ｒ）ポジション、６２…ニュートラル（Ｎ）ポジション、６３…ドライブ（Ｄ）ポジション、６４…シフトアップ（＋）ポジション、６５…ホーム（Ｈ）ポジション、６６…シフトダウン（−）ポジション、６７，６７ａ，６７ｂ，６７ｃ…操作許容エリア、６８…操作規制エリア、６９…シフトレバーの操作可能な全領域、７０…安全管理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者により操作されるシフトレバーと、
前記シフトレバーに力を付与する駆動手段と、
前記シフトレバーの操作状態を検出する検出手段と、
前記シフトレバーの一つの操作経路における操作量に対する前記力との連続的な関係を対応付けた力覚パターンにヒステリシス特性を持たせてデータ化した力覚パターンデータを記憶する記憶手段と、
前記検出手段が検出する前記シフトレバーの操作方向に応じて前記力覚パターンデータとして記憶された予め定められた一方の力覚パターンを選択する操作荷重変更手段と、
前記操作荷重変更手段が選択した前記力覚パターンに従って、前記シフトレバーの操作状態に基づく前記駆動手段の力制御を行う力覚制御手段と、を備える力覚付与型のシフト装置。
【請求項２】
前記シフトレバーが一つのホームポジションから他のシフトポジションへ操作される往路の操作方向のときに選択される一方の前記力覚パターンは、前記シフトレバーの操作に伴って前記他のシフトポジションにおいて知覚される節度感に対応して前記力が変化する特性を有し、
前記シフトレバーが前記他のシフトポジションから前記一つのホームポジションへ操作される復路の操作方向のときに選択される他方の前記力覚パターンは、前記力が単調に減少する特性を有している、請求項１に記載の力覚付与型のシフト装置。
【請求項１】
操作者により操作されるシフトレバーと、
前記シフトレバーに力を付与する駆動手段と、
前記シフトレバーの操作状態を検出する検出手段と、
前記シフトレバーの一つの操作経路における操作量に対する前記力との連続的な関係を対応付けた力覚パターンにヒステリシス特性を持たせてデータ化した力覚パターンデータを記憶する記憶手段と、
前記検出手段が検出する前記シフトレバーの操作方向に応じて前記力覚パターンデータとして記憶された予め定められた一方の力覚パターンを選択する操作荷重変更手段と、
前記操作荷重変更手段が選択した前記力覚パターンに従って、前記シフトレバーの操作状態に基づく前記駆動手段の力制御を行う力覚制御手段と、を備える力覚付与型のシフト装置。
【請求項２】
前記シフトレバーが一つのホームポジションから他のシフトポジションへ操作される往路の操作方向のときに選択される一方の前記力覚パターンは、前記シフトレバーの操作に伴って前記他のシフトポジションにおいて知覚される節度感に対応して前記力が変化する特性を有し、
前記シフトレバーが前記他のシフトポジションから前記一つのホームポジションへ操作される復路の操作方向のときに選択される他方の前記力覚パターンは、前記力が単調に減少する特性を有している、請求項１に記載の力覚付与型のシフト装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−５６４２５（Ｐ２０１２−５６４２５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２００９９９（Ｐ２０１０−２００９９９）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００００３５５１）株式会社東海理化電機製作所 (3,198)
【Ｆターム（参考）】
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