JP2018521892A - 車内での使用のための静電容量式検知装置及びシステム - Google Patents

Abstract

車内での使用のための静電容量式検知装置（１２）及び静電容量式検知システム（１０）であって、少なくとも車内の構成要素に部分的に取り付けされた少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）と、車両使用者に対し採り得る最短距離と比べて少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の直近に配置された少なくとも１つの導電性層（２６）と、を包含し、少なくとも１つの導電性層（２６）と少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）との間のガルバニック接続は回避されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車内での使用のための静電容量式検知装置及び静電容量式検知システム、並びにそのような取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両シート及び車両ステアリングホイールに関する。

車両シート使用検知システムは、今日、車両、特に乗用車において、様々な器具に、例えばシートベルトリマインダ（SBR）システム或いは補助拘束システム（ARS）の起動制御の目的で、シート使用信号を提供するために広く使用されている。シート使用検知システムは、存在することが知られている多数の別種のもの、例えば静電容量式感知、変形感知、又は圧力/力の感知に基づくシート使用センサを含む。容易な組込みと必要とされる頑強性に関する要件を満たすために、重量感知シート使用センサは、典型的には車両シートのＢ面、例えばシートクッションの気泡体とシートパン又は車両シートのクッション支持バネとの間に配置されている。

さらに、車両シート使用検知システムは、エアバッグのような取り付けされた乗員拘束システムの起こり得る起動を評価するための手段として採用されていることが知られている。

さらに検知システムを、車両のステアリングホイールにおける運転者の手の存否の検知のために採用することが知られている。このような検知システムは、例えば自動運転者支援システム（ADAS）に入力を提供する。

例えば、米国特許出願2002/0038947 A1は、乗員用のエアバッグ付き車両の乗員用シートに着座している乗員を検知するための乗員検知装置を説明している。荷重センサがシートの底部に設けられている。複数の第１の電界センサがシートの底部に設けられており、複数の第２の電界センサがシートの後部に設けられている。エアバッグ膨張許可制御ユニットは、荷重センサと第１及び第２の電界センサの出力によって、エアバッグの膨張を許可する。

米国特許出願201000228417 A1は、車両が自律運転モード状態において、車両運転者が車両のステアリングホイールを握っているか否かを判定するためのシステム及び方法を説明している。車両は、電動パワーステアリング（EPS）システムを含み、かつアクティブフロントステアリング（AFS）システムを含んでいてもよく、それらはいずれも車両運転者には感知されず、車両を旋回させることはないが、ステアリング角度センサによって検知可能な高い周波数でかつ低い振幅の擾乱信号を車両のステアリングホイールに印加可能なモータを含んでいる。その方法は、ステアリング角度信号からステアリング角度指令信号を差し引き、道路外乱を除去し、次に、誘起された擾乱信号がステアリング角度センサ信号中に存在するか否かを判定するものである。もし擾乱信号が存在すれば、そのときシステムは車両運転者がステアリングホイールを握っていないことを知る。

本発明の目的は、特に車両使用者（vehicle occupant）の車内の構成要素（component）に対する近位（proximal presence）又は不在の検知のための改良された性能と高い信頼性と容易な取り付け性とを有する、車内で使用する静電容量式検知装置を提供することである。

本発明の１つの態様では、この目的は、少なくとも部分的に車内の構成要素に取り付けされた少なくとも１つの導電性ワイヤと、時間的に変化する出力信号を生成し、時間的に変化する出力信号を少なくとも１つの導電性ワイヤの各導電性ワイヤに印加するように設けられた信号生成ユニットを包含する静電容量式検知装置により達成される。
静電容量式検知装置は、少なくとも１つの導電性層に最も近い構成要素の外面部分に垂直な方向で、少なくとも１つの導電性ワイヤと少なくとも部分的に重なるように配置された少なくとも１つの導電性層をさらに含んでいる。少なくとも１つの導電性層と少なくとも１つの導電性ワイヤとの間のガルバニック接続は回避される。

構成要素の外面部分から少なくとも１つの導電性ワイヤまでの最短距離及び構成要素の外面部分から少なくとも１つの導電性層までの最短距離のうち、少なくとも１つの導電性ワイヤと少なくとも１つの導電性層との間の構成要素の外面部分の位置での最短距離に対する比のうち小さい方の比は、構成要素に取り付けされた少なくとも１つの導電性ワイヤの部分の少なくとも大部分について２．０以上である。

この出願で使用される用語“車両”は、乗用車、トラックとバスを包含するものと特に理解されたい。

この出願で使用される句“大部分”は、３０％より多い部分、より好ましくは５０％より多い部分、そして最も好ましくは７０％より多い部分と特に理解されたい。

静電容量式検知装置の性能は、採用された導電性ワイヤの配線の面積密度に直接的に関連付けられている。本発明による静電容量式検知装置の少なくとも１つの導電性層は、車両使用者が車内の構成要素に対し接近または離反する場合における少なくとも１つの導電性ワイヤの静電容量の変化を増幅し、そのことが静電容量式検知装置の感度を高めることを有利に可能にするか、又は同一感度を達成するために要求される手間（material effort）がより少ない容易な取り付けを可能にする。

少なくとも１つの導電性ワイヤの静電容量の変化は、当業者に適していると思われる任意の単純な電子回路により検知可能である。

好ましくは、時間的に変化する出力信号は周期的な出力信号である。周期的な信号は、正弦波信号又は矩形波信号でよい。１つの実施形態では、周期的な出力信号は、１kHzと１MHzとの間の範囲から選択された基本周波数を有する。

本発明の別の態様では、以上で開示した静電容量式検知装置を包含し、少なくとも１つの導電性ワイヤの静電容量の変化を表す電気量の変化を感知するために設けられ、かつ感知された電気量の変化を表す出力信号を生成するように設けられた信号評価ユニットをさらに含む静電容量式検知システムが提供される。このように、検知された車両使用者の車内の構成要素に対する不在又は近位は、他の車両、又はシートベルトリマインダ（SBR）システムのための入力、及び補助拘束システム（ARS）若しくは自動運転者支援システム（ADAS）の起動制御としての補助制御ユニットで容易に利用可能である。

信号生成ユニットと信号評価ユニットが別個のユニットとして設けられていてもよいことが理解されるであろう。しかしながら、好ましい実施形態では、信号生成ユニットと信号評価ユニットは、例えば特定用途向け集積回路（ASIC）のような単一の電子モジュール又は回路に統合される。

信号評価ユニットにより提供される出力は、アナログ電気信号、デジタル電気信号又はデジタル光信号でよい。

好ましくは、少なくとも１つの導電性ワイヤの静電容量の変化は、車両のシャシーに対して感知される。

本発明のさらに別の態様では、以上で開示した取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両シートが提供される。車両シートは、シートベースクッションを支えるように構成されたシートベースを含む。シートベースとシートベースクッションは、シート使用者の臀部を支えるように設けられている。車両シートは、シート使用者の腰と背中を支えるように設けられた背もたれクッションを支えるように構成された背もたれをさらに包含する。静電容量式検知システムの少なくとも１つの導電性ワイヤの少なくとも１つの導電性ワイヤは、シートベースクッションと背もたれクッションのうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に取り付けされている。

このように、シート使用者の存在は容易かつ確実に検知できる。適切な実施形態では、検知されたシート使用者は、例えば“大人”と“子供”のような少なくとも２つの種類に分類することも可能である。

もし、好ましい別の実施形態で、車両シートが少なくとも１つのシート加熱ワイヤを有するシート加熱装置を含むならば、少なくとも１つのシート加熱ワイヤの少なくとも１つのシート加熱ワイヤは、信号生成ユニットの時間的に変化する出力信号が印加される少なくとも１つの導電性ワイヤとして機能する。それによって、静電容量式検知装置に関連するハードウェアの手間が有利に軽減可能である。少なくとも１つのシート加熱ワイヤは、シートベースクッション又は背もたれクッションに取り付けできる。

取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両シートの考え得る実施形態では、静電容量式検知システムは、２つの導電性ワイヤ及び２つの導電性層を包含する。
各導電性ワイヤは、導電性層に最も近いシートベースクッションの表面と背もたれクッションの表面のうちの１つの部分に垂直な方向で、２つの導電性層の１つと少なくとも部分的に重なっている。２つの導電性ワイヤは、車両シートのシートベースクッションと背もたれクッションのうちの１つの好ましくは表面の近くに取り付けされている。このように、冗長性が創造され、２つの導電性ワイヤのうち１つが故障した場合でもシート使用者の存在を検知するための信頼性が保証可能である。

取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両シートの好ましいさらに別の実施形態では、少なくとも１つの導電性ワイヤの各導電性ワイヤは蛇行パターンを形成している。蛇行パターンは、シートベースクッション又は背もたれクッションの表面の大部分をカバーする。このように、シート使用者がゆったりとした非標準的な方法でシートを使用している場合にもシートの使用を検知可能である。

本発明のもう１つの態様では、ここで開示した取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両ステアリングホイールが提供される。少なくとも１つの導電性ワイヤは、ステアリングホイールの周縁部分でステアリングホイールに少なくとも部分的に取り付けされている。このように、車両運転者の手の存在が容易かつ確実に検知され、かつ信号評価ユニットの出力信号は自動運転者支援システム（ADAS）の起動制御の支援に使用可能である。

もし少なくとも１つの導電性層が、ワイヤと導電性層との間の高い結合が達せられるようにステアリングホイールの外面部分をカバーするように配置されるならば、車両運転者の手の存在が信頼できる方法で、かつ非標準的なものを含む多数の個別の把持箇所で有利に検知可能である。

取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両ステアリングホイールの好ましい実施形態では、少なくとも１つの導電性ワイヤの面積密度は、車両運転者が直進方向に運転している時の通常の把持位置に対応するステアリングホイールの回転軸に対する方位角位置の領域でより高い。このように、特にハイウェーを高速走行している重大な局面における車両運転者の手の存在を検知する感度が増強可能である。

もし車両ステアリングホイールが少なくとも１つの加熱ワイヤを有する加熱装置を含むならば、少なくとも１つの加熱ワイヤの少なくとも１つの加熱ワイヤは、信号生成ユニットの時間的に変化する出力信号が印加される少なくとも１つの導電性ワイヤとして機能し、ハードウェアと取り付けの手間を有利に節約する。

次に、本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して例示して説明する。
本発明に係る取り付けされた静電容量式検知システムを備えた車両シートの概略図である。 本発明に係る静電容量式検知装置と車両使用者の構成を概略的に示す。

図１は、本発明に係る取り付けされた静電容量式検知システム１０を備えた車両シート３０の概略図である。車両シート３０は、シートベースクッション３４を支えるように構成されたシートベース３２を包含する。シートベース３２とシートベースクッション３４は、シート使用者５０の臀部を支えるように設けられている。車両シート３０は、シート使用者５０の腰と背中を支えるように設けられた背もたれクッションを支えるように構成された背もたれをさらに含む。簡明にするため図１には示されていない背もたれは、図１の右側に示されているシートベース３２の後端３６に配置される。

車両シート３０は、例えば外側電気絶縁層５２を有するコンスタンタン（登録商標）ワイヤから作られた１つ以上のシート加熱ワイヤ４６を含むシート加熱装置を含む。シート加熱ワイヤ４６（単数又は複数）は、シートの様々な場所を通って延在するように、車両シート３０内に配置されている。加熱ワイヤ４６の１つの部分は、シート使用者の大腿部を支えるように設けられた２つのシートベースクッション側面部材３８のうちの１つにそれぞれ取り付けされている。加熱ワイヤ４６の別の部分は、シートベースクッション前面部材４０に取り付けされており、さらに加熱ワイヤのあと２つの部分は、２部分（two-part）のシートベースクッション中央部材４２におけるシートベースクッション３４のＡ面４４の近くに取り付けされている。加熱ワイヤの異なる部分の異なる加熱ワイヤは、互いに独立しているか、又は１つの加熱ループを形成するように互いに接続されていてよいことに留意されたい。以下で説明するように、この加熱ワイヤ４６（単数又は複数）は、静電容量式検知システム１０の信号生成ユニット１４の時間的に変化する出力信号が印加される導電性ワイヤ２４として機能する。

静電容量式検知システム１０は、シートベースクッション中央部材４２に取り付けされた加熱ワイヤ４６により形成された導電性ワイヤ２４を包含する。導電性ワイヤ２４は、シートベースクッション中央部材４２のＡ面４４に平行に配置された蛇行パターンを形成する。静電容量式検知システム１０は、２つの導電性層２６をさらに含む。各導電性層２６は、導電性層２６に最も近いシートベースクッション中央部材４２の表面の部分に垂直な方向２８でシートベースクッション中央部材４２の２つの部分（two parts）に取り付けされた２つの加熱ワイヤ２４，４６により形成された蛇行パターンと重なるように配置されている。導電性層２６は、少なくとも人/手が近接することが予想される領域で蛇行パターンと重なるように配置されている。２つの分離された導電性層２６の代わりに、１つの導電性層がシートベースクッション中央部材４２の双方の部分に重なるように配置されてもよいことが理解されるであろう。

導電性層２６と導電性ワイヤ２４との間に配置可能な導電性ワイヤ２４/加熱ワイヤ４６の外側電気絶縁材５２とオプションの電気絶縁層とにより、導電性層２６と導電性ワイヤ２４との間のガルバニック接続が回避される。導電性ワイヤ２４/加熱ワイヤ４６により形成された蛇行パターンは、シートベースクッション中央部材４２の表面の大部分をカバーする。

さらに、静電容量式検知システム１０は、車両シート３０から遠く離れて取り付けされた信号生成ユニット１４と信号評価ユニット１８を含む。信号生成ユニット１４は、その出力端子（単数又は複数）１６が、シートベースクッション中央部材４２に取り付けされた加熱ワイヤ（単数又は複数）で形成された導電性ワイヤ２４に電気的に接続されている。信号生成ユニット１４は、正弦波出力信号を生成し、その出力信号を１つの導電性ワイヤ２４又は複数の導電性ワイヤ２４に印加するように設けられている。

導電性ワイヤ２４は、信号生成ユニット１４を介して信号評価ユニット１８の入力端子２０に接続されている。信号評価ユニット１８は、導電性ワイヤ２４の静電容量の変化を表す電気量の変化を感知するように設けられており、かつ感知された電気量の変化を表す出力信号をその出力端子２２で生成するように設けられている。

信号生成ユニット１４と信号評価ユニット１８が、好ましくは例えば特定用途向け集積回路（ASIC）のような単一の電子モジュール又は回路に統合されていることが理解されるであろう。

静電容量式検知装置１２とシート使用者５０の構成が概略的に図２に示されている。その構成は、繰り返しを避けるために図示されていない本発明に係る取り付けされた静電容量式検知システム１０を備えた車両ステアリングホイール、及び車両運転者としてステアリングホイールを握っている車両使用者にも適用される。

明らかに縮尺を意図していない図２には、シートベースクッション中央部材４２（図２には示されていない）のＡ面４４に隣接して配置された、矩形波出力信号が印加される導電性ワイヤ２４が底部に示されている。導電性ワイヤ２４の上には、導電性層２６が最短距離ｄ_１で配置されている。原理上、導電性ワイヤ２４が導電性層２６の上に配置されるように、導電性ワイヤ２４と導電性層２６の順序は反転させてもよい。導電性層２６の上には、車内構成要素のトリム（trim）層４８が示されており、それは図１に示されている車両シート３０の場合は、シートベースクッション３４又は背もたれクッションのカバー層でよく、また車両ステアリングホイールの場合は、ステアリングホイールのトリム層でよい。シート使用者５０が採ることのできる静電容量式検知装置１２への最も近い位置は、それぞれシートベースクッション３４（又は背もたれクッション）のカバー層、又はステアリングホイールのトリム層に接触する位置となる。

車内構成要素の外面部分と導電性ワイヤ２４との間の最短距離はｄ_１＋ｄ_２によって与えられる。構成要素の外面部分と導電性層２６との間の最短距離はｄ_２によって与えられる。したがって、これらの２つの最短距離のうち小さい方は、図示の実施形態ではｄ_２によって与えられている。

２つの最短距離の、構成要素の外面部分の位置での、導電性ワイヤ２４と導電性層２６との間である最短距離ｄ_１に対する比のうち小さい方の比は、したがってｄ_２/ｄ_１によって与えられ、そして、構成要素に取り付けされている導電性ワイヤ２４の部分の大部分、例えばシートベースクッション中央部材４２について２．０以上である（図２に示されている実施形態では略２．６）。

本発明を図面と上記の説明で詳細に例示及び説明したが、このような例示及び説明は、例証的又は例示的であり限定的でないと考えるべきである、すなわち、本発明は開示された実施形態に限定されない。

開示された実施形態の他の変形は、図面、開示内容、及び添付された請求項から、請求された発明を実施する際に、当業者により理解されかつ達成され得る。
請求項において、用語“包含する”は、他の要素又はステップを除外せず、また不定冠詞“ａ”又は“an”は複数を除外しない。単にある特定の手段が相互に異なる従属クレームで列挙されるという事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も特許請求の範囲を限定するものと解釈されるべきでない。

１０ 静電容量式検知システム
１２ 静電容量式検知装置
１４ 信号生成ユニット
１６ 出力端子
１８ 信号評価ユニット
２０ 入力端子
２２ 出力端子
２４ 導電性ワイヤ
２６ 導電性層
２８ 方向
３０ 車両シート
３２ シートベース
３４ シートベースクッション
３６ 後端
３８ シートベースクッション側面部材
４０ シートベースクッション前面部材
４２ シートベースクッション中央部材
４４ Ａ面
４６ シート加熱ワイヤ
４８ トリム層
５０ シート使用者
５２ 電気絶縁材
ｄ_１ 最短距離
ｄ_２ 最短距離

Claims (9)

1. 車内での使用のための静電容量式検知装置（１２）であって、
   少なくとも部分的に車内の構成要素に取り付けされた少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）と、
   時間的に変化する出力信号を生成し、時間的に変化する出力信号を少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の各導電性ワイヤ（２４）に印加するように設けられた信号生成ユニット（１４）と、
   少なくとも１つの導電性層（２６）に最も近い構成要素の外面部分に垂直な方向（２８）で、少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）と少なくとも部分的に重なるように配置された少なくとも１つの導電性層（２６）であって、少なくとも１つの導電性層（２６）と少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）との間のガルバニック接続が回避された少なくとも１つの導電性層（２６）と、を包含し、
   ・構成要素の外面部分から少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）までの最短距離と、
   ・構成要素の外面部分から少なくとも１つの導電性層（２６）までの最短距離（ｄ_２）のうち
   少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）と少なくとも１つの導電性層（２６）との間の構成要素の外面部分の位置での最短距離（ｄ_１）に対する比のうち小さい方の比は、構成要素に取り付けされた少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の部分の少なくとも大部分について２．０以上である、静電容量式検知装置。
2. 請求項１に記載された静電容量式検知装置（１２）を包含する静電容量式検知システム（１０）であって、
   少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の静電容量の変化を表す電気量の変化を感知するように設けられ、かつ感知された電気量の変化を表す出力信号を生成するように設けられた信号評価ユニット（１８）をさらに含む静電容量式検知システム。
3. 請求項２に記載された取り付けされた静電容量式検知システム（１０）を備えた車両シート（３０）であって、車両シート（３０）は、
   シートベースクッション（３４）を支えるように構成されたシートベース（３２）、シート使用者（５０）の臀部を支えるように設けられたシートベース（３２）及びシートベースクッション（３４）、シート使用者（５０）の腰と背中を支えるように設けられた背もたれクッションを支えるように構成された背もたれを包含し、
   少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）は、シートベースクッション（３４）及び背もたれクッションのうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に取り付けされている、車両シート。
4. 請求項３に記載された車両シート（３０）であって、
   少なくとも１つのシート加熱ワイヤ（４６）を含むシート加熱装置をさらに包含し、少なくとも１つのシート加熱ワイヤ（４６）の少なくとも１つのシート加熱ワイヤ（４６）は、信号生成ユニット（１４）の時間的に変化する出力信号が印加される少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）として機能する、車両シート。
5. 請求項３から４のいずれか１つに記載された車両シート（３０）であって、
   少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の各導電性ワイヤ（２４）は蛇行パターンを形成し、蛇行パターンは、シートベースクッション（３４）又は背もたれクッションの表面の大部分をカバーする、車両シート。
6. 請求項２に記載された取り付けされた静電容量式検知システム（１０）を備えた車両ステアリングホイールであって、
   少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）は、ステアリングホイールの周縁部分でステアリングホイールに少なくとも部分的に取り付けされている、車両ステアリングホイール。
7. 請求項６に記載された車両ステアリングホイールであって、
   少なくとも１つの導電性層（２６）がステアリングホイールの表面の部分をカバーするように配置されている、車両ステアリングホイール。
8. 請求項６又は７に記載された車両ステアリングホイールであって、
   少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）の面積密度は、車両運転者が直進方向に運転している時の通常の把持位置に対応するステアリングホイールの回転軸に関する方位角位置の領域でより高い、車両ステアリングホイール。
9. 請求項６から８のいずれか１つに記載された車両ステアリングホイールであって、
   少なくとも１つの加熱ワイヤを有する加熱装置をさらに含み、少なくとも１つの加熱ワイヤの少なくとも１つの加熱ワイヤは、信号生成ユニット（１４）の時間的に変化する出力信号が印加される少なくとも１つの導電性ワイヤ（２４）として機能する、車両ステアリングホイール。

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