遠隔入力装置
【課題】複雑な処理、制御を必要とせずに、モータのトルク変動の影響が少ない反力制御を行なうことができ、操作ノブによる遠隔操作入力時の操作感に優れた遠隔入力装置を提供する。
【解決手段】入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、および、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５を備え、メニュー表示がされる表示部３００上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部１００と、メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及び前記ポインタの位置座標に基づく反力を２次元駆動部を介して遠隔操作部１００に力覚として付与する駆動部２０１と、２次元駆動部の駆動特性に基づいて２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部２０２とを有する操作制御部と、を有した構成とする。
【解決手段】入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、および、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５を備え、メニュー表示がされる表示部３００上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部１００と、メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及び前記ポインタの位置座標に基づく反力を２次元駆動部を介して遠隔操作部１００に力覚として付与する駆動部２０１と、２次元駆動部の駆動特性に基づいて２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部２０２とを有する操作制御部と、を有した構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔入力装置に関し、特に、表示画面と連携した操作感覚を有する遠隔操作スイッチによる遠隔入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠隔入力装置において、操作者によって操作される操作部に操作感を付与するものとして、力覚付与型の遠隔入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。この遠隔入力装置は、操作者によって操作される操作部と、操作状態を検出するストローク検出部と、操作部に力覚を付与する力覚発生部と、外部装置と、ストローク検出部より出力されるストローク情報及び外部装置より送信される部品データに基づいて力覚発生部の駆動を制御し、操作部にその操作状態に応じた所定の力覚を付与する制御部とを有して構成されている。
【０００３】
この遠隔入力装置によれば、操作者が操作部を操作するときに力覚発生部から操作部に反力が作用するので、その操作状態に応じた操作感が得られる。そして、反力を操作部に付与するための力覚パターンを何段階にも切替えて調整することで操作性の向上を行なう構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示すような遠隔入力装置は、力覚発生のための駆動部としてＤＣモータを使用する場合が多く、コギング等によるトルクリップルが出力変動として操作ノブの反力に反映されてしまい、本来意図した反力とは異なる出力となるため、ユーザの操作フィールの低下に繋がるという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、複雑な処理、制御を必要とせずに、モータのトルク変動の影響が少ない反力制御を行なうことができ、操作ノブによる遠隔操作入力時の操作感に優れた遠隔入力装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は上記目的を達成するため、入力スイッチ、位置検出部、および、２次元駆動部を備え、メニュー表示がされる表示部上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部と、前記メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及び前記ポインタの位置座標に基づく反力を前記２次元駆動部を介して前記遠隔操作部に力覚として付与する駆動部と、前記２次元駆動部の駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部とを有する操作制御部と、を有することを特徴とする遠隔入力装置を提供する。
【０００８】
［２］前記２次元駆動部は、ＤＣモータであることを特徴とする上記［１］に記載の遠隔入力装置であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記補正部は、前記２次元駆動部のコギングに起因する駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップル補正を行なうことを特徴とする上記［１］または［２］に記載の遠隔入力装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複雑な処理、制御を必要とせずに、モータのトルク変動の影響が少ない反力制御を行なうことができ、操作ノブによる遠隔操作入力時の操作感に優れた遠隔入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する表示部３００、遠隔操作部１００が車両のセンターコンソール６に装着された斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する遠隔操作部１００を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１の構成ブロック図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１における表示部３００に表示された表示メニュー例であり、（ｂ）は、その表示メニュー上での反力エリアと反力が働く方向を矢印で示した図であり、（ｃ）は、表示メニュー画面に対応するＸ位置とＸ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例であり、また、（ｄ）は、表示メニュー画面に対応するＹ位置とＹ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例である。
【図５】図５（ａ）は、ＤＣモータの出力トルクの変動を示すトルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｂ）は、上記のＴ（θ）−θの関係に基づいて求められる補正係数α（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｃ）は、エンコーダの出力パルスを示す図である。
【図６】図６は、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）、および、駆動部２０１の構成例を示す回路図である。
【図７】図７（ａ）は、表示メニュー上での反力エリアと反力が働く方向を矢印で示した図であり、（ｂ）、（ｃ）は、Ｘ、Ｙの力覚パターン上にポインタ３２０の反力レベルをそれぞれ記載した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１は、入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、および、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５を備え、メニュー表示がされる表示部３００上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部１００と、メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及びポインタの位置座標に基づく反力を２次元駆動部を介して遠隔操作部１００に力覚として付与する駆動部２０１と、２次元駆動部の駆動特性に基づいて２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部２０２とを有する操作制御部と、を有して構成されている。
【００１３】
ポインタによる選択、決定で特定の機能を実行するメニュー表示上の特定範囲を反力エリアという。例えば、特定の機能を実行するアイコン、また、そのアイコンの周辺領域で一定の機能が割り当てられた領域である。力覚パターンは、この反力エリアがメニュー表示に対応して形成された２次元データプロファイルである。具体的には、メニュー表示に対応して、Ｘ方向、Ｙ方向距離Ｓと反力レベルＦとの関係（Ｆ−Ｓ特性）が規定され、力覚パターンとして定義されている。このＦ−Ｓ特性は、記憶部に数値データ、テーブルとして格納され、所定の処理時に適宜参照される。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する遠隔操作部１００が車両のセンターコンソール６に装着された場合の斜視図である。運転席５の左方で車両の中央付近に遠隔操作部１００が設けられたセンターコンソール６が配置され、インスツルメントパネル８でステアリング７の左方、運転者から視認できる位置に表示部３００が設けられている。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する遠隔操作部１００を示す斜視図である。遠隔操作部１００には、ベース１１０およびベース１１０を覆うカバー１１１と、運転者が操作できるようにこのカバー１１１から突出して取付けられた操作ノブ１２０が設けられている。この操作ノブ１２０は、ベース１１０に取付けられたＸＹ球面軸受１２４に一端が支持されたノブシャフト１２５に取り付けられている。
【００１６】
Ｘ方向にはノブシャフト１２５と当接しＹ方向にはノブシャフト１２５と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト１２５と当接しＸ方向にはノブシャフト１２５と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１４５により、２次元スライド機構が構成されている。操作ノブ１２０のＸＹ操作により、ノブシャフト１２５はこの２次元スライド機構をＸ方向およびＹ方向に移動させる。
【００１７】
一方、Ｘキャリッジ１４０、Ｙキャリッジ１４５は、それぞれの両端がＸ軸スライドガイド１８０とＹ軸スライドガイド１８５にそれぞれ支持されている。それぞれの一端側にはＸ軸ラックギア１３０、Ｙ軸ラックギア１３５が取付けられており、このラックギアはベース１１０側に装着されたＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５のＸ軸モータギア１６０、Ｙ軸モータギア１６５と歯合して、各モータから力覚パターンに基づいた反力を受ける。
【００１８】
上記の反力は、２次元スライド機構およびノブシャフト１２５を介してＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５からの力を操作ノブ１２０に作用させて反力を呈示する。すなわち、遠隔操作部１００に対して力覚制御を行い、操作者が操作ノブ１２０を操作する際に適度な操作感覚を付与する。
【００１９】
ここで、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５は、それぞれＤＣモータを使用する。ＤＣモータは、固定子に永久磁石を使い、回転子（電機子）にコイルを使って構成されたもので、電機子に流れる電流の向きを切り替えることで磁力の反発、吸引の力で回転力を生成させるものである。
【００２０】
本実施の形態では、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５として、永久磁石が２極でロータのスロット数が３のＤＣブラシモータをそれぞれ使用する。このＤＣモータは回転制御がし易く、制御用モータとして非常に優れた特性を持つと共に、低コストである。但し、永久磁石２極とロータのスロット数３から、モータ１回転につき６周期のコギングが発生し、主にこれに起因するトルクリップルが発生する。このトルクリップルを低減する補正については、後述する。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１の構成ブロック図である。遠隔操作部１００は、入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、および、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５を備える。入力スイッチ１９０、Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５、および、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５は、いずれも制御ＥＣＵ２００と接続されている。
【００２２】
入力スイッチ１９０は、操作ノブ１２０の押圧操作によりスイッチＯＮされて、制御ＥＣＵ２００にスイッチ信号を出力する。また、Ｘ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５は、操作ノブ１２０のＸＹ操作によるＸ方向移動信号およびＹ方向移動信号を制御ＥＣＵ２００に出力する。一方、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５には、制御ＥＣＵ２００から力覚制御のための駆動電流が供給される。
【００２３】
制御ＥＣＵ２００は、主に判断処理を行なうマイコン（ＣＰＵ）、処理演算プログラム、メニュー画面の位置データ、力覚付与のための力覚パターン等を記憶しておく記憶部、演算処理の作業領域としてのＲＡＭ等から構成される。また、Ｘ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５をドライブするための駆動部２０１、後述するＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５のトルクリップルを低減するための補正部２０２を備えている。この制御ＥＣＵ２００は表示部３００に接続され、メニュー画面の位置データに基づいて表示部３００にメニュー表示を行なうと共に、操作ノブ１２０のＸＹ操作によるポインタを表示部３００に表示する。
【００２４】
また、制御ＥＣＵ２００は、ＣＡＮ通信等の車載ＬＡＮの車両通信バス４００を介して制御対象機器、例えば、カーナビ装置４０１、エアコン装置４０２等と接続されている。これにより、表示部３００に表示されたメニュー表示に対する遠隔操作部１００の操作に基づいて、車両通信バス４００を介して制御対象機器、例えば、カーナビ装置４０１、エアコン装置４０２等が遠隔制御される。
【００２５】
図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る遠隔入力装置１における表示部３００に表示された表示メニュー例であり、（ｂ）は、その表示メニュー上での反力エリアと反力が働く方向を矢印で示した図であり、（ｃ）は、表示メニュー画面に対応するＸ位置とＸ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例であり、また、（ｄ）は、表示メニュー画面に対応するＹ位置とＹ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例である。
【００２６】
図４（ａ）において、左上に原点Ｏをとり、右方向にＸ軸、下方向にＹ軸とする。表示メニュー３１０の中央部付近には、カーナビ装置４０１のアイコン３１１とエアコン装置４０２のアイコン３１２が表示されている。反力エリアは、アイコン３１１、アイコン３１２、アイコンを取り巻く周辺領域３１７、および、外周領域３１８に区画されたエリアである。
【００２７】
アイコン３１１は、ポインタによる選択、決定によってカーナビ装置４０１の詳細メニューに切替えられ、アイコン３１２は、同様にエアコン装置４０２の詳細メニューに切替えられる。周辺領域３１７、および、外周領域３１８は、ポインタ３２０による選択、決定によって特定の機能が実行される設定とはされていない。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、各反力エリア（３１１、３１２、３１７、３１８）には、それぞれのパターンにより反力が作用する。アイコン３１１、アイコン３１２の反力エリアでは、それぞれのアイコン中心に引き込むような反力が作用する。周辺領域３１７の反力エリアでは、反力は作用しない。また、外周領域３１８の反力エリアでは、ポインタを周辺領域３１７の方向に反力呈示して、表示部３００の縁部３２３にポインタが滞留しないように設定されている。
【００２９】
図４（ｃ）に示すように、Ｘ方向について、各々のアイコン３１１、３１２の左側エッジ領域Ｘ２、Ｘ５では、左側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、右側へ引込むために反力レベルはマイナス値Ｆｘｍに力覚パターン設定されている。一方、各々のアイコン３１１、３１２の右側エッジ領域Ｘ４、Ｘ７では、右側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、左側へ引込むために反力レベルはプラス値Ｆｘｐに力覚パターン設定されている。尚、急激な操作感の変化を緩和するために、上記の力覚パターンは図に示したように台形状に設定されているが、矩形状でもよく、また、角部を曲線状にした力覚パターン等でもよい。
【００３０】
外周領域３１８のうち、Ｘ０〜Ｘ１の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように右方向への反力Ｆｘｖが作用し、Ｘ８〜Ｘ９の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように左方向への反力Ｆｘｗが作用する。
【００３１】
Ｙ方向についても同様である。図４（ｄ）に示すように、各々のアイコン３１１、３１２の上側エッジ領域Ｙ２では、上側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、下側へ引込むために反力レベルはマイナス値Ｆｙｍに力覚パターン設定されている。一方、各々のアイコン３１１、３１２の下側エッジ領域Ｙ４では、下側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、上側へ引込むために反力レベルはプラス値Ｆｙｐに力覚パターン設定されている。尚、急激な操作感の変化を緩和するために、上記の力覚パターンは図に示したように台形状に設定されているが、矩形状でもよく、また、角部を曲線状にした力覚パターン等でもよい。
【００３２】
また、外周領域３１８のうち、Ｙ０〜Ｙ１の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように下方向への反力Ｆｙｖが作用し、Ｙ５〜Ｙ６の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように上方向への反力Ｆｙｗが作用する。
【００３３】
図５（ａ）は、ＤＣモータの出力トルクの変動を示すトルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｂ）は、上記のＴ（θ）−θの関係に基づいて求められる補正係数α（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｃ）は、エンコーダの出力パルスを示す図である。
【００３４】
本実施の形態では、永久磁石が２極でロータのスロット数が３のＤＣブラシモータを使用するので、図５（ａ）に示すように、モータ１回転につき６周期のトルクリップルが発生する。このトルクリップルは、永久磁石の極数とロータのスロット数で決まるコギングに起因するので、トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係は再現性がある。従って、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）からの基準パルスＰｂを基準にすれば、操作ノブ１２０のＸＹ操作とＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の動作は１対１に対応し、ＤＣモータのトルク補正により操作ノブ１２０の反力補正が可能である。
【００３５】
図５（ａ）において、力覚制御時の目標トルクＴｔｇに対して、実際にモータから出力される出力トルクＴ（θ）は、モータ回転角θの０〜３６０ｄｅｇの間で、６周期のリップルが発生する。このトルク変動は、再現性があり、図５（ｂ）に示すように、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の出力トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を事前に測定し、制御ＥＣＵ２００の記憶部に記憶しておく。
【００３６】
一方、図５（ｃ）に示すように、カウント用のパルスＰｃとして、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）から、移動方向も判別可能な９０°位相が異なるＡ相パルスおよびＢ相パルスが出力される。また、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）からＸ、Ｙ方向の基準位置用として、それぞれの可動範囲でＸ０、Ｙ０の位置で１パルスだけ基準パルスＰｂが出力される（図示省略）。この基準パルスＰｂは、エンコーダから出力されるカウント用のパルスＰｃとは別に出力されている。従って、２次元駆動部のＸ、Ｙ方向の位置は、基準パルスＰｂを基準として、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）からの出力パルスＰｃをそれぞれカウントすることにより得られる。
【００３７】
上記の基準パルスＰｂに対応した２次元駆動部のＸ、Ｙ方向の基準位置Ｘ０、Ｙ０を基準として、２次元駆動部のＸ、Ｙ方向位置、モータギア（Ｘ軸モータギア１６０、Ｙ軸モータギア１６５）およびラックギア（Ｘ軸ラックギア１３０、Ｙ軸ラックギア１３５）と連動するＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の出力トルクＴ（θ）、および、モータ回転角θの関係が決まる。
【００３８】
制御ＥＣＵ２００の補正部２０２において、目標トルクＴｔｇに対して、記憶部に記憶された図５（ａ）に示す出力トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を基に、モータ回転角θに対する補正係数α（θ）は、図５（ｂ）に示すように、
α（θ）＝Ｔｔｇ／Ｔ（θ）・・・・（１）
と求められる。そして、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の出力電圧Ｖ（θ）を、
Ｖ（θ）＝ａ・Ｔ（θ）・α（θ）・・・・（２）
とすることにより、ＤＣモータのトルク変動の影響を取り除くことができる。但し、ａは、トルクと電圧の比例係数である。
【００３９】
また、上記に加えて、下式による電流制御でもよい。但し、ｂは、トルクと電流の比例係数である。
Ｉ（θ）＝ｂ・Ｔ（θ）・α（θ）・・・・（３）
【００４０】
図６は、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）をＨブリッジ回路により駆動する駆動部２０１の構成例を示す回路図である。ＭＯＳ−ＦＥＴ２１０Ａ〜２１０ＤをＰＷＭ１（２０３Ａ）信号、ＰＷＭ２（２０３Ｂ）信号、および、ゲート信号であるＧａｔｅＳｉｇ１（２０４Ａ）、ＧａｔｅＳｉｇ２（２０４Ｂ）で制御することにより、ＤＣモータ１５０（１５５）を単一の電源で正逆回転の制御を行なうことができる。
【００４１】
図６において、ＰＷＭ１（２０３Ａ）とＧａｔｅＳｉｇ１（２０４Ａ）だけを同時にオンするとＤＣモータ１５０（１５５）は正転し、ＰＷＭ２（２０３Ｂ）とＧａｔｅＳｉｇ２（２０４Ｂ）だけを同時にオンするとＤＣモータ１５０（１５５）は逆転し、ＧａｔｅＳｉｇ１（２０４Ａ）とＧａｔｅＳｉｇ２（２０４Ｂ）だけを同時にオンするとＤＣモータ１５０（１５５）にブレーキをかける動作となる。
【００４２】
ＭＯＳ−ＦＥＴ（２１０Ａ、２１０Ｂ）
に入力される電圧Ｖ（θ）は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)回路２０３Ａ、２０３Ｂから目標トルク値に応じてデューティ比が変調されて入力される。この電圧Ｖ（θ）は、（２）式で算出されたＤＣモータの出力電圧である。従って、駆動部２０１に（１）、（２）式で補正された出力電圧Ｖ（θ）でゲート制御することにより、ＤＣモータから出力されるトルクはトルクリップルが大幅に低減されたものなり、図５（ａ）に示した目標トルクＴｔｇに近似するものとなる。これにより、操作ノブ１２０の位置に応じた反力が、トルクリップルが大幅に低減された状態で力覚付与される。尚、上記の補正係数α（θ）によるトルクリップルの電圧補正は、Ｘ、Ｙそれぞれについて行なわれる。
【００４３】
（本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１の動作）
図７（ａ）において、例えば、ポインタ３２０をアイコン３１１からアイコン３１２へ移動する場合を説明する。図７（ａ）に示すように、アイコン３１１内にあるポインタ３２０には、アイコン中心に引き込もうとする反力が作用する。従って、ポインタ３２０をアイコン３１１の中心からアイコン３１２へ移動させる場合には、図７（ｂ）に示すように、Ｘ３〜Ｘ４の区間で同図左方向に反力が作用する。この反力に抗してポインタ３２０を右方向に移動させると、Ｘ４〜Ｘ５の区間では反力レベルが一旦ゼロとなり、さらにＸ５から右方向へ移動させるとポインタ３２０には右方向への反力が作用してアイコン３１２の中心へ引き込まれるような反力が作用する。従って、アイコン３１１からアイコン３１２へ移動する場合、最初にアイコン３１１の中心から右エッジであるＸ４まで反力に抗して移動させれば、容易に隣のアイコン３１２に移動させることができる。
【００４４】
ここで、ポインタ３２０が、例えば、図７（ｂ）に示すＸｐの位置のときには、操作ノブ１２０に左方向への反力として、Ｆｘｐが作用する。この反力Ｆｘｐは、Ｘ軸モータ１５０からＸ軸モータギア１６０、Ｘ軸ラックギア１３０を介して伝達されるものであり、図５（ｃ）に示したＸ軸エンコーダ１７０の基準パルスＰｂを基準に、前述の（１）式、および、（２）式によりトルクリップルの電圧補正が行なわれる。従って、上記のＸ軸モータ１５０の主にコギングに起因したトルク変動が打ち消され、Ｘ方向にトルクリップルの影響が低減された操作ノブ１２０の操作が可能である。尚、上記のように補正された反力は、上述のＰＷＭ制御により所定のデューティ比でＸ軸モータ１５０を駆動することにより、この例では反力Ｆｘｐを発生させる。
【００４５】
一方、ポインタ３２０をアイコン３１１の中心から下方向（Ｙ方向）へ移動させる場合には、図７（ｃ）に示すように、Ｙ３〜Ｙ４の区間で同図上方向に反力が作用する。この反力に抗してポインタ３２０を下方向に移動させると、Ｙ４〜Ｙ５の区間では反力レベルが一旦ゼロとなる。さらにＹ５から下方向へ移動させようとすると、上方向の反力Ｆｙｗが作用し、アイコン３１１側へ押し戻されるような力覚制御がなされる。
【００４６】
ここで、ポインタ３２０が、例えば、図７（ｃ）に示すＹｐの位置のときには、操作ノブ１２０に上方向への反力として、Ｆｙｐが作用する。この反力Ｆｙｐは、Ｙ軸モータ１５５からＹ軸モータギア１６５、Ｙ軸ラックギア１３５を介して伝達されるものであり、図５（ｃ）に示したＹ軸エンコーダ１７５の基準パルスＰｂを基準に、前述の（１）式、および、（２）式によりトルクリップルの電圧補正が行なわれる。従って、上記のＹ軸モータ１５５の主にコギングに起因したトルク変動が打ち消され、Ｙ方向にトルクリップルの影響が低減された操作ノブ１２０の操作が可能である。尚、上記のように補正された反力は、上述のＰＷＭ制御により所定のデューティ比でＹ軸モータ１５５を駆動することにより、この例では反力Ｆｙｐを発生させる。
【００４７】
（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態では、制御ＥＣＵ２００の補正部２０２において、目標トルクＴｔｇに対して、出力トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を基に、モータ回転角θに対する補正係数α（θ）を予め測定し、これが再現性があるとして、出力電圧Ｖ（θ）を補正する。従って、例えば、フィードバック制御のような複雑な処理、制御を必要とせずにモータのトルクリップルが低減でき、遠隔操作入力時の操作ノブの操作感が優れた遠隔入力装置を提供することが可能となる。
【００４８】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、２次元駆動部のトルクリップル補正をコギングに主に起因する２次元駆動部の駆動特性に基づいて行なうとしたが、Ｘ軸モータ１５０（Ｙ軸モータ１５５）の駆動力からＸ軸モータギア１６０（Ｙ軸モータギア１６５）、Ｘ軸ラックギア１３０（Ｙ軸ラックギア１３５）等の全ての伝達要素を含む駆動特性に基づいて、補正係数の測定とこれに基づくトルク補正を行なうようにすることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１…遠隔入力装置、、５…運転席、６…センターコンソール、７…ステアリング、８…インスツルメントパネル、１００…遠隔操作部、１１０…ベース、１１１…カバー、１２０…操作ノブ、１２４…球面軸受、１２５…ノブシャフト、１３０…Ｘ軸ラックギア、１３５…Ｙ軸ラックギア、１４０…Ｘキャリッジ、１４５…Ｙキャリッジ、１５０…Ｘ軸モータ、１５５…Ｙ軸モータ、１７０…Ｘ軸エンコーダ、１７５…Ｙ軸エンコーダ、１８０…Ｘ軸スライドガイド、１８５…Ｙ軸スライドガイド、１９０…入力スイッチ、２００…制御ＥＣＵ、２０１…駆動部、２０２…補正部、２０３Ａ、Ｂ…ＰＷＭ１、２、２０４Ａ、Ｂ…ＧａｔｅＳｉｇ１、２、２１０Ａ〜Ｄ…ＭＯＳ−ＦＥＴ、３００…表示部、３１０…表示メニュー、３１１、３１２…アイコン、３１７…周辺領域、３１８…外周領域、３２０…ポインタ、３２３…縁部、４００…車両通信バス、４０１…カーナビ装置、４０２…エアコン装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔入力装置に関し、特に、表示画面と連携した操作感覚を有する遠隔操作スイッチによる遠隔入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、遠隔入力装置において、操作者によって操作される操作部に操作感を付与するものとして、力覚付与型の遠隔入力装置がある（例えば、特許文献１参照）。この遠隔入力装置は、操作者によって操作される操作部と、操作状態を検出するストローク検出部と、操作部に力覚を付与する力覚発生部と、外部装置と、ストローク検出部より出力されるストローク情報及び外部装置より送信される部品データに基づいて力覚発生部の駆動を制御し、操作部にその操作状態に応じた所定の力覚を付与する制御部とを有して構成されている。
【０００３】
この遠隔入力装置によれば、操作者が操作部を操作するときに力覚発生部から操作部に反力が作用するので、その操作状態に応じた操作感が得られる。そして、反力を操作部に付与するための力覚パターンを何段階にも切替えて調整することで操作性の向上を行なう構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１９１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に示すような遠隔入力装置は、力覚発生のための駆動部としてＤＣモータを使用する場合が多く、コギング等によるトルクリップルが出力変動として操作ノブの反力に反映されてしまい、本来意図した反力とは異なる出力となるため、ユーザの操作フィールの低下に繋がるという問題があった。
【０００６】
従って、本発明の目的は、複雑な処理、制御を必要とせずに、モータのトルク変動の影響が少ない反力制御を行なうことができ、操作ノブによる遠隔操作入力時の操作感に優れた遠隔入力装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］本発明は上記目的を達成するため、入力スイッチ、位置検出部、および、２次元駆動部を備え、メニュー表示がされる表示部上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部と、前記メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及び前記ポインタの位置座標に基づく反力を前記２次元駆動部を介して前記遠隔操作部に力覚として付与する駆動部と、前記２次元駆動部の駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部とを有する操作制御部と、を有することを特徴とする遠隔入力装置を提供する。
【０００８】
［２］前記２次元駆動部は、ＤＣモータであることを特徴とする上記［１］に記載の遠隔入力装置であってもよい。
【０００９】
［３］また、前記補正部は、前記２次元駆動部のコギングに起因する駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップル補正を行なうことを特徴とする上記［１］または［２］に記載の遠隔入力装置であってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複雑な処理、制御を必要とせずに、モータのトルク変動の影響が少ない反力制御を行なうことができ、操作ノブによる遠隔操作入力時の操作感に優れた遠隔入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する表示部３００、遠隔操作部１００が車両のセンターコンソール６に装着された斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する遠隔操作部１００を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１の構成ブロック図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１における表示部３００に表示された表示メニュー例であり、（ｂ）は、その表示メニュー上での反力エリアと反力が働く方向を矢印で示した図であり、（ｃ）は、表示メニュー画面に対応するＸ位置とＸ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例であり、また、（ｄ）は、表示メニュー画面に対応するＹ位置とＹ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例である。
【図５】図５（ａ）は、ＤＣモータの出力トルクの変動を示すトルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｂ）は、上記のＴ（θ）−θの関係に基づいて求められる補正係数α（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｃ）は、エンコーダの出力パルスを示す図である。
【図６】図６は、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）、および、駆動部２０１の構成例を示す回路図である。
【図７】図７（ａ）は、表示メニュー上での反力エリアと反力が働く方向を矢印で示した図であり、（ｂ）、（ｃ）は、Ｘ、Ｙの力覚パターン上にポインタ３２０の反力レベルをそれぞれ記載した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本発明の実施の形態）
本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１は、入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、および、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５を備え、メニュー表示がされる表示部３００上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部１００と、メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及びポインタの位置座標に基づく反力を２次元駆動部を介して遠隔操作部１００に力覚として付与する駆動部２０１と、２次元駆動部の駆動特性に基づいて２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部２０２とを有する操作制御部と、を有して構成されている。
【００１３】
ポインタによる選択、決定で特定の機能を実行するメニュー表示上の特定範囲を反力エリアという。例えば、特定の機能を実行するアイコン、また、そのアイコンの周辺領域で一定の機能が割り当てられた領域である。力覚パターンは、この反力エリアがメニュー表示に対応して形成された２次元データプロファイルである。具体的には、メニュー表示に対応して、Ｘ方向、Ｙ方向距離Ｓと反力レベルＦとの関係（Ｆ−Ｓ特性）が規定され、力覚パターンとして定義されている。このＦ−Ｓ特性は、記憶部に数値データ、テーブルとして格納され、所定の処理時に適宜参照される。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する遠隔操作部１００が車両のセンターコンソール６に装着された場合の斜視図である。運転席５の左方で車両の中央付近に遠隔操作部１００が設けられたセンターコンソール６が配置され、インスツルメントパネル８でステアリング７の左方、運転者から視認できる位置に表示部３００が設けられている。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１を構成する遠隔操作部１００を示す斜視図である。遠隔操作部１００には、ベース１１０およびベース１１０を覆うカバー１１１と、運転者が操作できるようにこのカバー１１１から突出して取付けられた操作ノブ１２０が設けられている。この操作ノブ１２０は、ベース１１０に取付けられたＸＹ球面軸受１２４に一端が支持されたノブシャフト１２５に取り付けられている。
【００１６】
Ｘ方向にはノブシャフト１２５と当接しＹ方向にはノブシャフト１２５と摺動するＸ方向へスライド移動可能なＸキャリッジ１４０と、Ｘキャリッジ１４０と直交しＹ方向にはノブシャフト１２５と当接しＸ方向にはノブシャフト１２５と摺動するＹ方向へスライド移動可能なＹキャリッジ１４５により、２次元スライド機構が構成されている。操作ノブ１２０のＸＹ操作により、ノブシャフト１２５はこの２次元スライド機構をＸ方向およびＹ方向に移動させる。
【００１７】
一方、Ｘキャリッジ１４０、Ｙキャリッジ１４５は、それぞれの両端がＸ軸スライドガイド１８０とＹ軸スライドガイド１８５にそれぞれ支持されている。それぞれの一端側にはＸ軸ラックギア１３０、Ｙ軸ラックギア１３５が取付けられており、このラックギアはベース１１０側に装着されたＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５のＸ軸モータギア１６０、Ｙ軸モータギア１６５と歯合して、各モータから力覚パターンに基づいた反力を受ける。
【００１８】
上記の反力は、２次元スライド機構およびノブシャフト１２５を介してＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５からの力を操作ノブ１２０に作用させて反力を呈示する。すなわち、遠隔操作部１００に対して力覚制御を行い、操作者が操作ノブ１２０を操作する際に適度な操作感覚を付与する。
【００１９】
ここで、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５は、それぞれＤＣモータを使用する。ＤＣモータは、固定子に永久磁石を使い、回転子（電機子）にコイルを使って構成されたもので、電機子に流れる電流の向きを切り替えることで磁力の反発、吸引の力で回転力を生成させるものである。
【００２０】
本実施の形態では、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５として、永久磁石が２極でロータのスロット数が３のＤＣブラシモータをそれぞれ使用する。このＤＣモータは回転制御がし易く、制御用モータとして非常に優れた特性を持つと共に、低コストである。但し、永久磁石２極とロータのスロット数３から、モータ１回転につき６周期のコギングが発生し、主にこれに起因するトルクリップルが発生する。このトルクリップルを低減する補正については、後述する。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１の構成ブロック図である。遠隔操作部１００は、入力スイッチ１９０、位置検出部としてのＸ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５、および、２次元駆動部としてのＸ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５を備える。入力スイッチ１９０、Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５、および、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５は、いずれも制御ＥＣＵ２００と接続されている。
【００２２】
入力スイッチ１９０は、操作ノブ１２０の押圧操作によりスイッチＯＮされて、制御ＥＣＵ２００にスイッチ信号を出力する。また、Ｘ軸エンコーダ１７０とＹ軸エンコーダ１７５は、操作ノブ１２０のＸＹ操作によるＸ方向移動信号およびＹ方向移動信号を制御ＥＣＵ２００に出力する。一方、Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５には、制御ＥＣＵ２００から力覚制御のための駆動電流が供給される。
【００２３】
制御ＥＣＵ２００は、主に判断処理を行なうマイコン（ＣＰＵ）、処理演算プログラム、メニュー画面の位置データ、力覚付与のための力覚パターン等を記憶しておく記憶部、演算処理の作業領域としてのＲＡＭ等から構成される。また、Ｘ軸モータ１５０とＹ軸モータ１５５をドライブするための駆動部２０１、後述するＸ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５のトルクリップルを低減するための補正部２０２を備えている。この制御ＥＣＵ２００は表示部３００に接続され、メニュー画面の位置データに基づいて表示部３００にメニュー表示を行なうと共に、操作ノブ１２０のＸＹ操作によるポインタを表示部３００に表示する。
【００２４】
また、制御ＥＣＵ２００は、ＣＡＮ通信等の車載ＬＡＮの車両通信バス４００を介して制御対象機器、例えば、カーナビ装置４０１、エアコン装置４０２等と接続されている。これにより、表示部３００に表示されたメニュー表示に対する遠隔操作部１００の操作に基づいて、車両通信バス４００を介して制御対象機器、例えば、カーナビ装置４０１、エアコン装置４０２等が遠隔制御される。
【００２５】
図４（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る遠隔入力装置１における表示部３００に表示された表示メニュー例であり、（ｂ）は、その表示メニュー上での反力エリアと反力が働く方向を矢印で示した図であり、（ｃ）は、表示メニュー画面に対応するＸ位置とＸ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例であり、また、（ｄ）は、表示メニュー画面に対応するＹ位置とＹ方向の反力レベルの関係を示す力覚パターン例である。
【００２６】
図４（ａ）において、左上に原点Ｏをとり、右方向にＸ軸、下方向にＹ軸とする。表示メニュー３１０の中央部付近には、カーナビ装置４０１のアイコン３１１とエアコン装置４０２のアイコン３１２が表示されている。反力エリアは、アイコン３１１、アイコン３１２、アイコンを取り巻く周辺領域３１７、および、外周領域３１８に区画されたエリアである。
【００２７】
アイコン３１１は、ポインタによる選択、決定によってカーナビ装置４０１の詳細メニューに切替えられ、アイコン３１２は、同様にエアコン装置４０２の詳細メニューに切替えられる。周辺領域３１７、および、外周領域３１８は、ポインタ３２０による選択、決定によって特定の機能が実行される設定とはされていない。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、各反力エリア（３１１、３１２、３１７、３１８）には、それぞれのパターンにより反力が作用する。アイコン３１１、アイコン３１２の反力エリアでは、それぞれのアイコン中心に引き込むような反力が作用する。周辺領域３１７の反力エリアでは、反力は作用しない。また、外周領域３１８の反力エリアでは、ポインタを周辺領域３１７の方向に反力呈示して、表示部３００の縁部３２３にポインタが滞留しないように設定されている。
【００２９】
図４（ｃ）に示すように、Ｘ方向について、各々のアイコン３１１、３１２の左側エッジ領域Ｘ２、Ｘ５では、左側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、右側へ引込むために反力レベルはマイナス値Ｆｘｍに力覚パターン設定されている。一方、各々のアイコン３１１、３１２の右側エッジ領域Ｘ４、Ｘ７では、右側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、左側へ引込むために反力レベルはプラス値Ｆｘｐに力覚パターン設定されている。尚、急激な操作感の変化を緩和するために、上記の力覚パターンは図に示したように台形状に設定されているが、矩形状でもよく、また、角部を曲線状にした力覚パターン等でもよい。
【００３０】
外周領域３１８のうち、Ｘ０〜Ｘ１の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように右方向への反力Ｆｘｖが作用し、Ｘ８〜Ｘ９の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように左方向への反力Ｆｘｗが作用する。
【００３１】
Ｙ方向についても同様である。図４（ｄ）に示すように、各々のアイコン３１１、３１２の上側エッジ領域Ｙ２では、上側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、下側へ引込むために反力レベルはマイナス値Ｆｙｍに力覚パターン設定されている。一方、各々のアイコン３１１、３１２の下側エッジ領域Ｙ４では、下側からポインタ３２０をアイコン中心方向へ移動させる場合、上側へ引込むために反力レベルはプラス値Ｆｙｐに力覚パターン設定されている。尚、急激な操作感の変化を緩和するために、上記の力覚パターンは図に示したように台形状に設定されているが、矩形状でもよく、また、角部を曲線状にした力覚パターン等でもよい。
【００３２】
また、外周領域３１８のうち、Ｙ０〜Ｙ１の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように下方向への反力Ｆｙｖが作用し、Ｙ５〜Ｙ６の区間では、ポインタ３２０をアイコン側へ寄せるように上方向への反力Ｆｙｗが作用する。
【００３３】
図５（ａ）は、ＤＣモータの出力トルクの変動を示すトルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｂ）は、上記のＴ（θ）−θの関係に基づいて求められる補正係数α（θ）とモータ回転角θの関係を示す図であり、（ｃ）は、エンコーダの出力パルスを示す図である。
【００３４】
本実施の形態では、永久磁石が２極でロータのスロット数が３のＤＣブラシモータを使用するので、図５（ａ）に示すように、モータ１回転につき６周期のトルクリップルが発生する。このトルクリップルは、永久磁石の極数とロータのスロット数で決まるコギングに起因するので、トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係は再現性がある。従って、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）からの基準パルスＰｂを基準にすれば、操作ノブ１２０のＸＹ操作とＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の動作は１対１に対応し、ＤＣモータのトルク補正により操作ノブ１２０の反力補正が可能である。
【００３５】
図５（ａ）において、力覚制御時の目標トルクＴｔｇに対して、実際にモータから出力される出力トルクＴ（θ）は、モータ回転角θの０〜３６０ｄｅｇの間で、６周期のリップルが発生する。このトルク変動は、再現性があり、図５（ｂ）に示すように、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の出力トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を事前に測定し、制御ＥＣＵ２００の記憶部に記憶しておく。
【００３６】
一方、図５（ｃ）に示すように、カウント用のパルスＰｃとして、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）から、移動方向も判別可能な９０°位相が異なるＡ相パルスおよびＢ相パルスが出力される。また、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）からＸ、Ｙ方向の基準位置用として、それぞれの可動範囲でＸ０、Ｙ０の位置で１パルスだけ基準パルスＰｂが出力される（図示省略）。この基準パルスＰｂは、エンコーダから出力されるカウント用のパルスＰｃとは別に出力されている。従って、２次元駆動部のＸ、Ｙ方向の位置は、基準パルスＰｂを基準として、エンコーダ（Ｘ軸エンコーダ１７０、Ｙ軸エンコーダ１７５）からの出力パルスＰｃをそれぞれカウントすることにより得られる。
【００３７】
上記の基準パルスＰｂに対応した２次元駆動部のＸ、Ｙ方向の基準位置Ｘ０、Ｙ０を基準として、２次元駆動部のＸ、Ｙ方向位置、モータギア（Ｘ軸モータギア１６０、Ｙ軸モータギア１６５）およびラックギア（Ｘ軸ラックギア１３０、Ｙ軸ラックギア１３５）と連動するＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の出力トルクＴ（θ）、および、モータ回転角θの関係が決まる。
【００３８】
制御ＥＣＵ２００の補正部２０２において、目標トルクＴｔｇに対して、記憶部に記憶された図５（ａ）に示す出力トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を基に、モータ回転角θに対する補正係数α（θ）は、図５（ｂ）に示すように、
α（θ）＝Ｔｔｇ／Ｔ（θ）・・・・（１）
と求められる。そして、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）の出力電圧Ｖ（θ）を、
Ｖ（θ）＝ａ・Ｔ（θ）・α（θ）・・・・（２）
とすることにより、ＤＣモータのトルク変動の影響を取り除くことができる。但し、ａは、トルクと電圧の比例係数である。
【００３９】
また、上記に加えて、下式による電流制御でもよい。但し、ｂは、トルクと電流の比例係数である。
Ｉ（θ）＝ｂ・Ｔ（θ）・α（θ）・・・・（３）
【００４０】
図６は、ＤＣモータ（Ｘ軸モータ１５０、Ｙ軸モータ１５５）をＨブリッジ回路により駆動する駆動部２０１の構成例を示す回路図である。ＭＯＳ−ＦＥＴ２１０Ａ〜２１０ＤをＰＷＭ１（２０３Ａ）信号、ＰＷＭ２（２０３Ｂ）信号、および、ゲート信号であるＧａｔｅＳｉｇ１（２０４Ａ）、ＧａｔｅＳｉｇ２（２０４Ｂ）で制御することにより、ＤＣモータ１５０（１５５）を単一の電源で正逆回転の制御を行なうことができる。
【００４１】
図６において、ＰＷＭ１（２０３Ａ）とＧａｔｅＳｉｇ１（２０４Ａ）だけを同時にオンするとＤＣモータ１５０（１５５）は正転し、ＰＷＭ２（２０３Ｂ）とＧａｔｅＳｉｇ２（２０４Ｂ）だけを同時にオンするとＤＣモータ１５０（１５５）は逆転し、ＧａｔｅＳｉｇ１（２０４Ａ）とＧａｔｅＳｉｇ２（２０４Ｂ）だけを同時にオンするとＤＣモータ１５０（１５５）にブレーキをかける動作となる。
【００４２】
ＭＯＳ−ＦＥＴ（２１０Ａ、２１０Ｂ）
に入力される電圧Ｖ（θ）は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)回路２０３Ａ、２０３Ｂから目標トルク値に応じてデューティ比が変調されて入力される。この電圧Ｖ（θ）は、（２）式で算出されたＤＣモータの出力電圧である。従って、駆動部２０１に（１）、（２）式で補正された出力電圧Ｖ（θ）でゲート制御することにより、ＤＣモータから出力されるトルクはトルクリップルが大幅に低減されたものなり、図５（ａ）に示した目標トルクＴｔｇに近似するものとなる。これにより、操作ノブ１２０の位置に応じた反力が、トルクリップルが大幅に低減された状態で力覚付与される。尚、上記の補正係数α（θ）によるトルクリップルの電圧補正は、Ｘ、Ｙそれぞれについて行なわれる。
【００４３】
（本発明の実施の形態に係る遠隔入力装置１の動作）
図７（ａ）において、例えば、ポインタ３２０をアイコン３１１からアイコン３１２へ移動する場合を説明する。図７（ａ）に示すように、アイコン３１１内にあるポインタ３２０には、アイコン中心に引き込もうとする反力が作用する。従って、ポインタ３２０をアイコン３１１の中心からアイコン３１２へ移動させる場合には、図７（ｂ）に示すように、Ｘ３〜Ｘ４の区間で同図左方向に反力が作用する。この反力に抗してポインタ３２０を右方向に移動させると、Ｘ４〜Ｘ５の区間では反力レベルが一旦ゼロとなり、さらにＸ５から右方向へ移動させるとポインタ３２０には右方向への反力が作用してアイコン３１２の中心へ引き込まれるような反力が作用する。従って、アイコン３１１からアイコン３１２へ移動する場合、最初にアイコン３１１の中心から右エッジであるＸ４まで反力に抗して移動させれば、容易に隣のアイコン３１２に移動させることができる。
【００４４】
ここで、ポインタ３２０が、例えば、図７（ｂ）に示すＸｐの位置のときには、操作ノブ１２０に左方向への反力として、Ｆｘｐが作用する。この反力Ｆｘｐは、Ｘ軸モータ１５０からＸ軸モータギア１６０、Ｘ軸ラックギア１３０を介して伝達されるものであり、図５（ｃ）に示したＸ軸エンコーダ１７０の基準パルスＰｂを基準に、前述の（１）式、および、（２）式によりトルクリップルの電圧補正が行なわれる。従って、上記のＸ軸モータ１５０の主にコギングに起因したトルク変動が打ち消され、Ｘ方向にトルクリップルの影響が低減された操作ノブ１２０の操作が可能である。尚、上記のように補正された反力は、上述のＰＷＭ制御により所定のデューティ比でＸ軸モータ１５０を駆動することにより、この例では反力Ｆｘｐを発生させる。
【００４５】
一方、ポインタ３２０をアイコン３１１の中心から下方向（Ｙ方向）へ移動させる場合には、図７（ｃ）に示すように、Ｙ３〜Ｙ４の区間で同図上方向に反力が作用する。この反力に抗してポインタ３２０を下方向に移動させると、Ｙ４〜Ｙ５の区間では反力レベルが一旦ゼロとなる。さらにＹ５から下方向へ移動させようとすると、上方向の反力Ｆｙｗが作用し、アイコン３１１側へ押し戻されるような力覚制御がなされる。
【００４６】
ここで、ポインタ３２０が、例えば、図７（ｃ）に示すＹｐの位置のときには、操作ノブ１２０に上方向への反力として、Ｆｙｐが作用する。この反力Ｆｙｐは、Ｙ軸モータ１５５からＹ軸モータギア１６５、Ｙ軸ラックギア１３５を介して伝達されるものであり、図５（ｃ）に示したＹ軸エンコーダ１７５の基準パルスＰｂを基準に、前述の（１）式、および、（２）式によりトルクリップルの電圧補正が行なわれる。従って、上記のＹ軸モータ１５５の主にコギングに起因したトルク変動が打ち消され、Ｙ方向にトルクリップルの影響が低減された操作ノブ１２０の操作が可能である。尚、上記のように補正された反力は、上述のＰＷＭ制御により所定のデューティ比でＹ軸モータ１５５を駆動することにより、この例では反力Ｆｙｐを発生させる。
【００４７】
（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態では、制御ＥＣＵ２００の補正部２０２において、目標トルクＴｔｇに対して、出力トルクＴ（θ）とモータ回転角θの関係を基に、モータ回転角θに対する補正係数α（θ）を予め測定し、これが再現性があるとして、出力電圧Ｖ（θ）を補正する。従って、例えば、フィードバック制御のような複雑な処理、制御を必要とせずにモータのトルクリップルが低減でき、遠隔操作入力時の操作ノブの操作感が優れた遠隔入力装置を提供することが可能となる。
【００４８】
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは調整しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、本実施の形態では、２次元駆動部のトルクリップル補正をコギングに主に起因する２次元駆動部の駆動特性に基づいて行なうとしたが、Ｘ軸モータ１５０（Ｙ軸モータ１５５）の駆動力からＸ軸モータギア１６０（Ｙ軸モータギア１６５）、Ｘ軸ラックギア１３０（Ｙ軸ラックギア１３５）等の全ての伝達要素を含む駆動特性に基づいて、補正係数の測定とこれに基づくトルク補正を行なうようにすることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１…遠隔入力装置、、５…運転席、６…センターコンソール、７…ステアリング、８…インスツルメントパネル、１００…遠隔操作部、１１０…ベース、１１１…カバー、１２０…操作ノブ、１２４…球面軸受、１２５…ノブシャフト、１３０…Ｘ軸ラックギア、１３５…Ｙ軸ラックギア、１４０…Ｘキャリッジ、１４５…Ｙキャリッジ、１５０…Ｘ軸モータ、１５５…Ｙ軸モータ、１７０…Ｘ軸エンコーダ、１７５…Ｙ軸エンコーダ、１８０…Ｘ軸スライドガイド、１８５…Ｙ軸スライドガイド、１９０…入力スイッチ、２００…制御ＥＣＵ、２０１…駆動部、２０２…補正部、２０３Ａ、Ｂ…ＰＷＭ１、２、２０４Ａ、Ｂ…ＧａｔｅＳｉｇ１、２、２１０Ａ〜Ｄ…ＭＯＳ−ＦＥＴ、３００…表示部、３１０…表示メニュー、３１１、３１２…アイコン、３１７…周辺領域、３１８…外周領域、３２０…ポインタ、３２３…縁部、４００…車両通信バス、４０１…カーナビ装置、４０２…エアコン装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力スイッチ、位置検出部、および、２次元駆動部を備え、メニュー表示がされる表示部上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部と、
前記メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及び前記ポインタの位置座標に基づく反力を前記２次元駆動部を介して前記遠隔操作部に力覚として付与する駆動部と、前記２次元駆動部の駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部とを有する操作制御部と、
を有することを特徴とする遠隔入力装置。
【請求項２】
前記２次元駆動部は、ＤＣモータであることを特徴とする請求項１に記載の遠隔入力装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記２次元駆動部のコギングに起因する駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップル補正を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の遠隔入力装置。
【請求項１】
入力スイッチ、位置検出部、および、２次元駆動部を備え、メニュー表示がされる表示部上へポインタを表示して遠隔入力操作する遠隔操作部と、
前記メニュー表示の座標に対応した力覚パターン及び前記ポインタの位置座標に基づく反力を前記２次元駆動部を介して前記遠隔操作部に力覚として付与する駆動部と、前記２次元駆動部の駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップルの電圧補正を行なう補正部とを有する操作制御部と、
を有することを特徴とする遠隔入力装置。
【請求項２】
前記２次元駆動部は、ＤＣモータであることを特徴とする請求項１に記載の遠隔入力装置。
【請求項３】
前記補正部は、前記２次元駆動部のコギングに起因する駆動特性に基づいて前記２次元駆動部のトルクリップル補正を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の遠隔入力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１６４７２０（Ｐ２０１１−１６４７２０Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３６１４（Ｐ２０１０−２３６１４）
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【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２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【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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