JP2022048796A

JP2022048796A - 感圧式タッチセンサ及び車両用ドアシステム

Info

Publication number: JP2022048796A
Application number: JP2020154819A
Authority: JP
Inventors: 貴哉上田; Takaya Ueda; 宏文青山; Hirofumi Aoyama
Original assignee: Hi Lex Corp
Current assignee: Hi Lex Corp
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-03-28

Abstract

【課題】人体や物体の挟み込みが発生した状態なのかグランドショートが発生した状態なのかを区別できる感圧式タッチセンサ及び車両用ドアシステムを提供する。【解決手段】感圧式タッチセンサ１０は、電源２１に接続されるプルアップ抵抗２２に対して直列接続される第１抵抗１１と、前記第１抵抗に直列接続される第１信号線１と、前記第１信号線に直列接続される第２抵抗１２と、前記第２抵抗に直列接続され、外力が加わると前記第１信号線と接触する第２信号線２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、感圧式タッチセンサ及び車両用ドアシステムに関する。

特許文献１に開示されている車両用電動ドアシステムは、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）とタッチセンサを備え、ＥＣＵ内の抵抗とタッチセンサ内の抵抗とが直列接続されることで分圧回路が形成される。特許文献１では、人体や物体がタッチセンサに接触することによりタッチセンサの２つの電極線が接触することを表すため、タッチセンサに圧力が加わっていない場合にＯＦＦ状態となり、タッチセンサに圧力が加わった場合にＯＮ状態となる疑似的なスイッチの存在が仮定されている。

タッチセンサに圧力が加わっていない場合、タッチセンサ内の抵抗に電流が流れることによって、当該抵抗の両端に発生する電圧の値が、第１電圧値として電圧検出回路で検出される。

一方、タッチセンサに圧力が加わった場合、擬似的なスイッチがＯＮ状態となるため、タッチセンサ内の抵抗を迂回するようにして、当該スイッチに電流が流れる経路が形成される。これにより、当該抵抗の両端に発生する電圧の値（第２電圧値）が低くなる。このように、第１電圧値よりも低くなった第２電圧値を電圧検出回路が検出することで、人体や物体の挟み込みの発生を検知できる。

特開２０１１－７３６３６号公報

しかしながら従来技術では、タッチセンサに圧力が加わった際に迂回経路となるスイッチの抵抗成分が非常に小さいため、第２電圧値が０Ｖ付近の小さな値になる。従って、０Ｖ付近の第２電圧値を電圧検出回路が検出した場合、挟み込みが発生した状態なのか、グランドショートが発生した状態なのかを区別することが難しい、という課題がある。

本発明の目的は、人体や物体の挟み込みが発生した状態なのかグランドショートが発生した状態なのかを区別できる感圧式タッチセンサ及び車両用ドアシステムを提供することである。

本発明の感圧式タッチセンサは、電源に接続されるプルアップ抵抗に対して直列接続される第１抵抗と、前記第１抵抗に直列接続される第１信号線と、前記第１信号線に直列接続される第２抵抗と、前記第２抵抗に直列接続され、外力が加わると前記第１信号線と接触する第２信号線と、を備える。

本発明の車両用ドアシステムは、上記の感圧式タッチセンサと、前記プルアップ抵抗と前記第１抵抗との間の点においてグランドに対する電圧を検出する検出回路と、を備える。

本発明によれば、人体や物体の挟み込みが発生した状態なのかグランドショートが発生した状態なのかを区別できる感圧式タッチセンサ及び車両用ドアシステムを得ることができる。

本発明の実施の形態に係る感圧式タッチセンサ１０を備えた車両用ドアシステム１００の構成例を示す図挟み込みが発生しておらず、第１信号線１と第２信号線２とが非接触状態にあるときに、感圧式タッチセンサ１０に流れる電流Ｃ１の経路を示す図挟み込みが発生したことで、第１信号線１と第２信号線２とが接触状態にあるときに、感圧式タッチセンサ１０に流れる電流Ｃ２の経路を示す図プルアップ抵抗から第１抵抗までの区間と、第２抵抗からグランドまでの区間とがグランドショートしたときに流れる電流Ｃ３の経路を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態に係る感圧式タッチセンサ１０を備えた車両用ドアシステム１００の構成例を示す図である。車両用ドアシステム１００は、感圧式タッチセンサ１０及びＥＣＵ２０を備える。

（感圧式タッチセンサ１０の構成）
感圧式タッチセンサ１０は、自動車、鉄道車両などの車両に搭載される電動ドアの閉作動時に、人体や物体（以下、人など）の挟み込みを検知するためのセンサである。

感圧式タッチセンサ１０は、第１抵抗１１、第２抵抗１２、第３抵抗１３、スイッチ１４、第１信号線１及び第２信号線２を備える。

第１抵抗１１の一端は、第１配線３１に接続される。第１抵抗１１は、第１配線３１を介して、ＥＣＵ２０内のプルアップ抵抗２２に対して直列接続される抵抗体である。

第１配線３１は、ＥＣＵ２０と感圧式タッチセンサ１０とを電気的に接続するための正極側配線である。

第１信号線１は、第１抵抗１１に直列接続される導電性の配線である。第２抵抗１２は、第１信号線１に直列接続される抵抗体である。

第２抵抗１２には、第２信号線２が直列接続される。第２信号線２は、第２抵抗１２に直列接続され、外力が加わると第１信号線１と接触する導電性の配線である。

第２信号線２には、第２配線３２が接続される。第２配線３２は、ＥＣＵ２０と感圧式タッチセンサ１０とを電気的に接続するための負極側配線である。

第３抵抗１３は、第１信号線１と第２信号線２との間に形成される仮想的なインピーダンスを表す。

例えば、車両のドアに人などが挟まれた場合、感圧式タッチセンサ１０を押し込むような力が加えられたことによって、第１信号線１と第２信号線２とが接触して、両信号線間の抵抗が小さくなる。本実施の形態では、第１信号線１と第２信号線２との間の仮想的な抵抗である第３抵抗１３が存在するものと仮定する。

スイッチ１４は、第１信号線１と第２信号線２とが接触状態又は非接触状態にあることを表すための仮想的なスイッチである。

スイッチ１４が開いた状態は、第１信号線１と第２信号線２とが非接触状態にあることを表し、スイッチ１４が閉じた状態は、第１信号線１と第２信号線２とが接触状態にあることを表す。

（ＥＣＵ２０の構成）
ＥＣＵ２０は、直流電源である電源２１と、一端が電源２１に接続され他端が第１配線３１に接続されるプルアップ抵抗２２と、プルアップ抵抗２２と第１抵抗１１との間の点２４においてグランド２５に対する電圧を検出する検出回路２３とを備える。

検出回路２３は、感圧式タッチセンサ１０で発生する電圧を検出し、検出した電圧の値に基づき、挟み込みの有無を判定するための回路である。

例えば、感圧式タッチセンサ１０に印加される電圧の値によって、検出回路２３が挟み込みを検知した場合、ＥＣＵ２０は、検出回路２３の検出結果に従い、ドア駆動モータユニット３０に対して、電動ドアの閉作動を停止させる制御、あるいは、開動作に転じる制御を行わせる。これにより電動ドアによる挟み込みを防止し、安全性を高めることができる。

また検出回路２３は、検出した電圧の値に基づいて、感圧式タッチセンサ１０に外力が加わったのか（挟み込みが発生したのか）、又は、プルアップ抵抗２２から第１抵抗１１までの区間にグランドショートが発生したかを判定する判定部２３ａを備える。

（車両用ドアシステム１００の動作）
次に図２などを参照して車両用ドアシステム１００の動作を説明する。

（挟み込みが発生していない場合）
図２は、挟み込みが発生しておらず、第１信号線１と第２信号線２とが非接触状態にあるときに、感圧式タッチセンサ１０に流れる電流Ｃ１の経路を示す図である。

第１信号線１と第２信号線２とが非接触状態の場合、スイッチ１４が開放されている。この場合、電源２１から供給される電流Ｃ１は、プルアップ抵抗２２、第１配線３１、第１抵抗１１、第１信号線１、第２抵抗１２、第２信号線２、第２配線３２及びグランド２５の順に流れる。

このとき、検出回路２３で検出される電圧Ｖ_ｏｐｅｎは、下記（１）式により表すことができる。ここで、Ｖ_ｃｃは電源２１の電圧を表し、Ｒ_２２はプルアップ抵抗２２の抵抗値を表し、Ｒ_１１は第１抵抗１１の抵抗値を表し、Ｒ_１２は第２抵抗１２の抵抗値を表す。

Ｖ_ｏｐｅｎ＝Ｖ_ｃｃ・（Ｒ_１１＋Ｒ_１２）／（Ｒ_２２＋Ｒ_１１＋Ｒ_１２）・・・（１）

例えば、Ｖ_ｃｃが１０Ｖ、Ｒ_２２が１０Ω、Ｒ_１１が２０Ω、Ｒ_１２が３０Ωの場合、Ｖ_ｏｐｅｎは約８．３Ｖである。

判定部２３ａは、Ｖ_ｏｐｅｎ（後述する第１電圧よりも高い第３電圧）に基づき、感圧式タッチセンサ１０に外力が加わっていないと判定する。この場合、ドア駆動モータユニット３０に対して、電動ドアの閉作動を停止させる制御や、開動作に転じる制御を行わせる必要がないため、ＥＣＵ２０は、判定部２３ａの判定結果に従い、これらの制御を行うための制御指令を出力しない。これにより、車両の電動ドアを閉じることができる。

（挟み込みが発生している場合）
図３は、挟み込みが発生したことで、第１信号線１と第２信号線２とが接触状態にあるときに、感圧式タッチセンサ１０に流れる電流Ｃ２の経路を示す図である。

第１信号線１と第２信号線２とが接触状態の場合、スイッチ１４が閉じている。この場合、電源２１から供給される電流Ｃ２は、プルアップ抵抗２２、第１配線３１、第１抵抗１１、第１信号線１、第３抵抗１３、第２信号線２、第２配線３２及びグランド２５の順に流れる。

このとき、検出回路２３で検出される電圧Ｖ_{ｃｌｏｓｅ}は、下記（２）式により表すことができる。ここで、Ｖ_ｃｃは電源２１の電圧を表し、Ｒ_２２はプルアップ抵抗２２の抵抗値を表し、Ｒ_１１は第１抵抗１１の抵抗値を表し、Ｒ_１３は第３抵抗１３の抵抗値を表す。

Ｖ_{ｃｌｏｓｅ}＝Ｖ_ｃｃ・（Ｒ_１１＋Ｒ_１３）／（Ｒ_２２＋Ｒ_１１＋Ｒ_１３）・・・（２）

例えば、Ｖ_ｃｃが１０Ｖ、Ｒ_２２が１０Ω、Ｒ_１１が２０Ω、Ｒ_１３が１Ωの場合、Ｖ_{ｃｌｏｓｅ}は、約６．８Ｖであり、Ｖ_ｏｐｅｎよりも低い値になる。

判定部２３ａは、Ｖ_ｏｐｅｎ（第１電圧）に基づき、感圧式タッチセンサ１０に外力が加わったと判定する。ＥＣＵ２０は、判定部２３ａの判定結果に従い、ドア駆動モータユニット３０に対して、電動ドアの閉作動を停止させる制御、あるいは、開動作に転じる制御を行わせる制御指令を出力する。これにより、電動ドアによる挟み込みを防止し、安全性を高めることができる。

（グランドショートが発生した場合）
図４は、プルアップ抵抗から第１抵抗までの区間と、第２抵抗からグランドまでの区間とがグランドショート（短絡）したときに流れる電流Ｃ３の経路を示す図である。

例えば、第１配線３１が第２配線３２に接続されて、グランドショート状態になった場合、電源２１から供給される電流Ｃ３は、プルアップ抵抗２２、第１配線３１、第２配線３２及びグランド２５の順に流れる。

このとき、検出回路２３で検出される電圧Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}は例えば約０．１Ｖとなる。詳しくは以下の通りである。電圧Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}は、下記（３）式により表すことができる。ここで、Ｖ_ｃｃは電源２１の電圧を表し、Ｒ_２２はプルアップ抵抗２２の抵抗値を表し、Ｒ_Ｌは第１配線３１及び第２配線３２の抵抗値を表す。

Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}＝Ｖ_ｃｃ・Ｒ_Ｌ／（Ｒ_２２＋Ｒ_Ｌ）・・・（３）

例えば、Ｖ_ｃｃが１０Ｖ、Ｒ_２２が１０Ω、Ｒ_Ｌが０．１Ωの場合、Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}は、約０．１Ｖであり、Ｖ_{ｃｌｏｓｅ}よりもさらに低い値になる。

判定部２３ａは、Ｖ_{ｓｈｏｒｔ}（第１電圧よりも低い第２電圧）に基づき、グランドショートが発生したと判定する。ＥＣＵ２０は、判定部２３ａの判定結果に従い、ドア駆動モータユニット３０に対して、電動ドアの閉作動を停止させる制御指令を出力する。さらにＥＣＵ２０は、例えば車両に異常が生じていることを車両の搭乗者に知らせるため、車載モニタに警告表示を行う。

従来のタッチセンサは、前述した第２抵抗１２と第３抵抗１３に相当する抵抗体を備えるが、上記の第１抵抗１１に相当する抵抗体を備えていない。そのため、タッチセンサに圧力が加わって擬似的なスイッチがオン状態となり、スイッチに直列接続された抵抗値が小さな抵抗体（上記の第３抵抗１３に相当するもの）に電流が流れると、検出回路で検出される電圧は、０Ｖ付近の非常に低い値になる。

従って、タッチセンサから検出回路に向かって伸びる信号線がグランドショートしたことによって検出される電圧と、挟み込みが生じたときに検出される電圧との間で大小関係を判別できず、グランドショート状態なのか、挟み込み状態なのかを区別できない。

これに対して、本発明の実施の形態に係る感圧式タッチセンサ１０は、プルアップ抵抗２２と第２抵抗１２との間に、直列接続される第１抵抗１１を追加し、プルアップ抵抗２２と第２抵抗１２との間の点２４に発生する電圧を検出する構成を採用している。そのため、感圧式タッチセンサ１０に圧力が加わった場合、第１抵抗１１を介して電流が流れるため、第３抵抗１３の抵抗値が非常に小さいときでも、グランドショート時に検出される第２電圧よりも高い第１電圧を検出できる。

一方、プルアップ抵抗２２と第１抵抗１１との間の区間でグランドショートが発生した場合、第１抵抗１１を介さずに短絡電流が流れるため、第１電圧値よりも低い第２電圧値が検出される。

その結果、挟み込みが発生した状態なのか、グランドショートが発生した状態なのかを容易に区別できる。

なお、例えば、以下のような態様も本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

（１）感圧式タッチセンサは、電源に接続されるプルアップ抵抗に対して直列接続される第１抵抗と、前記第１抵抗に直列接続される第１信号線と、前記第１信号線に直列接続される第２抵抗と、前記第２抵抗に直列接続され、外力が加わると前記第１信号線と接触する第２信号線と、を備える。

（２）車両用ドアシステムは、上記の感圧式タッチセンサと、前記プルアップ抵抗と前記第１抵抗との間の点においてグランドに対する電圧を検出する検出回路と、を備える。

（３）前記検出回路は、前記電圧に基づいて、前記外力が加わったのか、又は、前記プルアップ抵抗から前記第１抵抗までの区間にグランドショートが発生したかを判定する判定部をさらに備える。

（４）前記判定部は、前記プルアップ抵抗、前記第１抵抗、前記第１信号線、及び前記第２信号線を介して電流が流れたときに発生する第１電圧に基づき前記外力が加わったと判定し、前記プルアップ抵抗から前記第１抵抗までの区間と、前記第２抵抗からグランドまでの区間とを短絡するように電流が流れたときに発生する、前記第１電圧よりも低い第２電圧に基づき前記グランドショートが発生したと判定する。

（５）前記判定部は、前記プルアップ抵抗、前記第１抵抗、前記第１信号線、前記第２抵抗及び前記第２信号線を介して電流が流れたときに発生する、前記第１抵抗、前記第１信号線、及び前記第２信号線を介して電流が流れたときに発生する第１電圧よりも高い第３電圧に基づき、前記外力が加わっていないと判定し、及び前記グランドショートが発生していないと判定する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均などの意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係る感圧式タッチセンサは、挟み込みが発生した状態なのかグランドショートが発生した状態なのかを区別できる装置として有用である。

１第１信号線
２第２信号線
１０感圧式タッチセンサ
１１第１抵抗
１２第２抵抗
１３第３抵抗
１４スイッチ
２１電源
２２プルアップ抵抗
２３検出回路
２３ａ判定部
２４点
２５グランド
３０ドア駆動モータユニット
３１第１配線
３２第２配線
１００車両用ドアシステム

Claims

電源に接続されるプルアップ抵抗に対して直列接続される第１抵抗と、
前記第１抵抗に直列接続される第１信号線と、
前記第１信号線に直列接続される第２抵抗と、
前記第２抵抗に直列接続され、外力が加わると前記第１信号線と接触する第２信号線と、
を備える感圧式タッチセンサ。
請求項１に記載の感圧式タッチセンサと、
前記プルアップ抵抗と前記第１抵抗との間の点においてグランドに対する電圧を検出する検出回路と、
を備える車両用ドアシステム。
前記検出回路は、
前記電圧に基づいて、前記外力が加わったのか、又は、前記プルアップ抵抗から前記第１抵抗までの区間にグランドショートが発生したかを判定する判定部をさらに備える、請求項２に記載の車両用ドアシステム。
前記判定部は、
前記プルアップ抵抗、前記第１抵抗、前記第１信号線、及び前記第２信号線を介して電流が流れたときに発生する第１電圧に基づき前記外力が加わったと判定し、
前記プルアップ抵抗から前記第１抵抗までの区間と、前記第２抵抗からグランドまでの区間とを短絡するように電流が流れたときに発生する、前記第１電圧よりも低い第２電圧に基づき前記グランドショートが発生したと判定する、請求項３に記載の車両用ドアシステム。
前記判定部は、前記プルアップ抵抗、前記第１抵抗、前記第１信号線、前記第２抵抗及び前記第２信号線を介して電流が流れたときに発生する、前記第１抵抗、前記第１信号線、及び前記第２信号線を介して電流が流れたときに発生する第１電圧よりも高い第３電圧に基づき、前記外力が加わっていないと判定し、及び前記グランドショートが発生していないと判定する、請求項３又は４に記載の車両用ドアシステム。