JP3348238B2 - 車両のステアリング・コラム制御装置及びエア・バッグの作動方法 - Google Patents

車両のステアリング・コラム制御装置及びエア・バッグの作動方法

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    • B60R16/027—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for transmission of signals between vehicle parts or subsystems between relatively movable parts of the vehicle, e.g. between steering wheel and column

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両制御システム、さ
らに詳しくは、車両の衝突時にエアバッグを展開する信
号を発生することができる制御装置に関し、この信号は
ステアリング・ホイール／コラムのなかに収容されたエ
アバッグ用のものであり、またコラムを介してホィール
からセンサ処理制御回路に、選択されたドライバ制御信
号を送るためにホィール内の制御回路にバイアス用電力
信号を伝送するためのものでもある。
【０００２】本発明は、特に信号を回転インターフェー
スを介して信号を伝送するための制御装置に利用でき
る。この装置はエアバッグの展開信号と駆動制御信号
（クルーズ、気候制御等の）の両方をステアリング・ホ
イールからステアリング・コラム伝送することができる
ように意図されている。しかしながら、当業者に正しく
評価されるように、本発明は、たとえば、周波数と振幅
を変化させる複数の信号が物理的な可動部分を介して送
られる必要があるような他の環境に容易に使用すること
が容易にできるであろう。
【０００３】
【従来の技術】自動車用エア・バッグが市場に最初に登
場したときには、ステアリング・ホイールからドライバ
制御機能部を取り除き、さらに、エア・バッグをステア
リング・コラムから伸びた軸上に取り付けることが必要
であった。一般的には、ホィールに取付けられたままの
品目は２つだけで、これらはエア・バッグとホーン（警
音器）であった。このホーン用信号は、ホィールからコ
ラムへスリップ・リングを通じて伝送された。このスリ
ップ・リングは、ステアリング・ホイールの上に位置す
るボール接点と「計時用ばね」の一部である円形導体と
からなっていた。この計時用ばねは、エア・バッグをそ
の制御モジュールに接続する２つの導体リボン・ケーブ
ルを収納した成型プラスチック部品であった。このよう
な計時用ばねは、ホイールの回転中、電気的な接続を保
つことができる。
【０００４】ドライバ制御部をステアリング・ホイール
の裏側に置くという要求が増えたので、多芯導体リボン
・ケーブルとスリップ・リングの一方またはその両方の
ためのハウジングを含めるように、計時用ばねは変更さ
れた。この配置によって、エア・バッグと複数のドライ
バ制御スイッチは両方ともステアリング・ホイール上で
独立して作動することができた。いくつかの計時用ばね
には、導体リボン・ケーブルを６つも持ち、スリップ・
リングを持たないものもある。
【０００５】スリップ・リングと計時用ばねの適合を含
む多くの設計概念は、多くの問題を伴ってきており、そ
の経済的及び実用的価値は制限されている。スリップ・
リングの配置には、スリップ・リング構造それ自体の固
有の性質による信頼性の問題と性能の問題が、常に障害
となってきた。接触方法の電気的保全性は、時が経るに
つれてごみや摩耗、また変化する周囲の条件によって必
然的に低下することになる。さらに、ステアリング・コ
ラム内の多芯導体リボン・ケーブルに関する組立要件
は、自動車メーカーにとっては、ケーブルや接触部品自
体が比較的高価であるのみならず、組立て作業に伴う人
件費が原因で、周知のとおり望ましいものではなかっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を克服する新規で改善された方法と装置を意図するもの
であって、新しい車両用ステアリング・コラムの制御装
置を与えるために、設計が比較的簡単で、製造と組立て
が経済的であり、また、エア・バッグの作動信号と、バ
イアス用電力及びドライバ制御信号の伝送の両方を実行
する際に、高い信頼性と性能を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、下記の
３つの主要機能を果たす電子制御回路が提供される。す
なわち、 (1) エア・バッグのトリガ要素を作動させるのに十分な
ステアリング・ホイール用の回転変圧器に高い電力信号
を送ること。
【０００８】(2) いろいろな制御目的で、（クルーズ制
御指令信号などの）ドライバ制御信号の伝送を、回転変
圧器を介してステアリング・ホイールからステアリング
・コラムに与えること。
【０００９】(3) ドライバが制御する通信装置を含む絶
縁されたホイール側電子装置のための連続低レベルの作
動用電力を、コラム側から回転変圧器を通ってホイール
側に供給すること。
【００１０】本発明の装置は、第１，第２の磁気構造と
の間の回転角には関係なく回転インターフェース全体を
介して均一に結合する回転変圧器を採用する。この変圧
器は、実際にステアリング・ホイール／コラム構造のな
かに一体に統合することができるように十分に小さな寸
法になっているが、エア・バッグトリガ要素を作動する
のに必要な数アンペアの電流を送ることができる。
【００１１】本発明は、さらに詳しくは、第１，第２の
磁気構造を有し、第１磁気構造はステアリング・コラム
のコラム側に連結され、第２磁気構造はステアリング・
コラムのホィール側に連結されている回転変圧器を含む
車両のステアリング・コラムに電力信号と通信信号を伝
送するための制御回路を含んでいる。
【００１２】第１回路は、エア・バッグの作動に適した
高エネルギー電力信号を、コラム側からホイール側に伝
送する。第２回路は、絶縁されたホイール側電子装置の
作動に適した低エネルギー電力信号を、コラム側からホ
イール側に伝送する。第３回路は、ホイール側指令を信
号で通信するのに適した低レベル制御信号を、ホイール
側からコラム側に通信し、この場合、第２回路と第３回
路は同時に連続的に作動することができ、各信号を相互
に減衰させることはない。第１回路によって伝送された
高エネルギー電力信号は、もちろん他の信号を圧倒する
ようなエネルギーを有するが、エア・バッグが活動可能
になる衝突の条件では、ホイール側制御信号は無関係に
なる。
【００１３】本発明の他の態様によれば、第１回路は、
自動車衝突時に活動可能になるコラム側に連結された作
動スイッチと、エア・バッグの作動条件においてトリガ
要素に高電力信号を接続するために、ホイール側に連結
されたトリガスイッチとを含む。トリガスイッチは、通
常作動条件で低エネルギー電力信号と複数の低レベル制
御信号からトリガ要素を分離して、このトリガ要素によ
ってトリガスイッチの他の機能をもたらす分路への接続
を防止する手段を含む。
【００１４】本発明のさらに別の態様によれば、高エネ
ルギー電力部分の信号は、低エネルギー電力信号の周波
数から検出可能に離間された周波数に同調され、高エネ
ルギー電力信号は、複数の低レベル制御信号の電圧レベ
ルから検出可能に離間された電圧レベルを有する。低エ
ネルギー電力信号と複数の低レベル制御信号は、フィル
タによってトリガ要素から隔離される。このフィルタに
は、低エネルギー電力信号を減衰するための周波数帯域
フィルタと、複数の低レベル制御信号を除外するための
レベル検出回路が含まれる。
【００１５】本発明のさらに限定された態様によれば、
第１回路は、高電力信号を発生するための電力スイッチ
に連結したトリガ電力回路を含む。トリガ電力回路は、
トリガ要素が存在して自動車始動時に高電力信号を受け
とることができるかどうかを試験するためのテスト回路
を含んでいる。電力の上昇は制御回路から検出され、回
路の全機能を動かして実証するために、トリガの作動点
以下になるように選定された選択的に低下された電力レ
ベルで、パルスが高電力信号のトリガ要素に供給され
る。
【００１６】本発明によって得られる１つの利点は、構
造的に簡単で信頼性の高い回転インターフェースを介し
て複数の制御信号と電力信号を一緒に伝送できるように
する、エア・バッグ制御システムである。多芯リボン・
ケーブル導体とスリップ・リング導体の以前の構造的な
要件は除かれる。
【００１７】本発明から得られる他の利点は、組立てと
構造のコストの面で経済的により効率的な、エア・バッ
グ作動用の制御装置である。
【００１８】本発明のさらなる利点は、ステアリング・
コラム制御回路にあり、この制御回路は、非接触信号伝
送方法をもたらす信号伝送用の回転変圧器と組み合わせ
た、向上した信頼性と性能に関して証明された性能の達
成を有する信号制御回路（ＤＴＭＦ）を使用している。
【００１９】本発明の新しい制御システムに関するその
他の利点と長所は、本明細書を読むことにより、当業者
には明らかになるであろう。
【００２０】
【実施例】本発明は、いくつかの要素と要素の配置にお
いて物理的形状をとることができ、これらの好ましい実
施例と代替実施例を本明細書に詳しく説明し、かつ添付
の図面に図示する。
【００２１】ここで図面を参照するが、この図示は、本
発明の好ましい実施例と代替実施例のみを図示するのが
目的であり、実施例を限定することを目的とするもので
はない。これらの図は、特に自動車（図示せず）のステ
アリング・コラムで使用することを意図した制御回路を
示す。
【００２２】制御回路は、電力信号と通信信号を、選択
的に回転可能なホイールと固定されたステアリング・コ
ラム部とからなるステアリング・コラムを介して伝送す
る。この回路は、基本的に、車両のステアリング・コラ
ムを通じて信号を同時発生的に並行伝送する共通信号磁
気結合装置から構成される。これは、第１，第２の磁気
構造を有する１つの回転変圧器１０として示されるのが
好ましく、この場合、第１磁気構造はステアリング・コ
ラムのコラム側（図２及び図４）に連結され、第２磁気
構造はステアリング・コラムのホイール側に連結される
（図３及び図５）。
【００２３】図４と図６の回路構成を包含する第１回路
２０は、エア・バッグ（図示せず）を作動させるのに適
した高エネルギー電力信号を、コラム側からホイール側
に伝送する。図２に示す第２回路３０は、低エネルギー
電力信号をコラム側から、絶縁されたホイール側の電子
装置を作動させるのに適したホイール側に伝送し、ドラ
イバによって発生した制御信号をデコードする。図５に
示す第３回路４０は、ホイール側指令（クルーズ、気象
制御など）を信号で送るために適した低レベル制御信号
を、ホイール側からコラム側に通信する。
【００２４】本発明の特徴は、第２回路３０と第３回路
４０が、ステアリング・コラムに対するホイールの回転
位置に関係なく、信号を減衰させる相互作用もなく連続
的に、変圧器１０を介して同時に作動できることであ
る。出力回路としての第１回路２０は、比較的高い電力
信号を発生して、トリガ要素５０を作動させてエア・バ
ッグを作動して膨らませ、自動車の運転者を衝突から保
護する。
【００２５】図１のブロック図において示された他の要
素には、トリガ要素５０を作動する高電力用半導体スイ
ッチ６０と、自動車の始動時などに実際にトリガ要素を
作動させずにトリガ作動回路の動作を試験するテスト回
路７０が含まれる。
【００２６】回路が通常に作動している（エア・バッグ
の非作動時）間は、ステアリング・コラムを通じてホイ
ール側背後にある制御スイッチから、通信機能のみが変
圧器１０を介してコラム側に必要とされる。これらの通
信機能を果たすため、ホイール側電子装置に、コラム側
から連続的に電力を伝送しなければならない。３０ｋＨ
ｚの信号発生器３２は正弦波形の電圧信号を発生させ
る。正弦波形は、車両システムへのＥＭＩ干渉をできる
だけ少なくするために使用される。高域フィルタ３４
は、電力信号としての正弦波電圧を、回転変圧器１０の
一次側に入る数ボルトの電圧レベルに増幅する。
【００２７】特に、図２を参照すると、回路手段の第２
回路の詳細図が示されており、ここでは(ICL8083等) の
関数発生プログラム集積回路３６が正弦波形の信号を発
生し、それからこの信号は、電力増幅器集積回路３８(L
M380) によって、変圧器の一次側に入る数ボルトの電圧
レベルに増幅される。
【００２８】この電力信号は、トーン・エンコーダ回路
４０の低エネルギー電力信号として、変圧器１０の第２
巻線に伝送される。詳しくは、この信号は、電流制限用
抵抗器４５と整流ダイオード(IN4934)４６を通じて１マ
イクロファラッドのコンデンサ４７に供給される。この
コンデンサの両端間に生ずるＤＣ電圧は、ホイール側電
子装置のための低電力ＤＣ電圧源４１（Ｖcc）である。
低電力の伝送のみが通常の信号通信動作に必要であるか
ら、高い３０ｋＨｚの周波数は、第１巻線のリアクタン
スが第１電流を比較的低いレベルに保つに十分な高さに
なることを保証する。
【００２９】また、次に３０ｋＨｚの信号を、 697Ｈｚ
と1645Ｈｚの間で発生する低レベル通信信号と２ｋＨｚ
に設定された高電力エア・バッグ作動信号から、より容
易に濾過すなわち分離することができる。好ましい実施
例は、低電力信号を３０ｋＨｚとして開示しているが、
もちろん他の周波数でも良く、これらを適当なフィルタ
によって他の周波数から分離することができるならば、
使用することができる。
【００３０】ホイール側スイッチ指令のための複数の通
信信号は、標準電話キーパッドエンコーダ集積回路４２
によって完成される。このデュアルトーン／多周波エン
コーダ(D.T.M.F.)は、スイッチ閉路指令を 697Ｈｚから
1645Ｈｚまでの範囲のトーン信号に単に変換するもの
で、それからこの信号は、回転変圧器の二次側を通じて
戻され、コラム側の第１巻線に戻されて結合され、ここ
でトーンは制御を目的として取り出され、増幅され、デ
コードされる。トーン信号は３０ｋＨｚの低エネルギー
供給信号に対して数ボルトの電圧が存在する場合に、わ
ずか数ミリボルトという非常に低い電圧レベルであるか
ら、上記のことは本発明の重要な作動上の特徴である。
この作動上の利点は下記のようにして達成される。
【００３１】第１に、変圧器の一次側における信号は、
３０ｋＨｚ信号のかなり大きな減衰をもたらす３０ｋＨ
ｚに同調された「ツインＴ」ノッチ・フィルタ４３に供
給されるが、これによって、通信トーン信号は事実上減
衰されることなく通過することができる。それからフィ
ルタの出力は追加のＲＣフィルタ４３a に供給される。
ここで、３０ｋＨｚ信号はトーン信号のレベル以下に低
下される。トーン信号はなおも非常に低い電圧レベルに
あるが、この時点で、トーン信号は使用できる電圧レベ
ルへ電圧増幅器４４(LM386) によって増幅される。
【００３２】次に、増幅器４４の出力は、結合されてい
るいずれかの３０ｋＨｚトーン信号をさらに濾過するた
めに、２段ＲＣフィルタ４９に供給される。すでに増幅
された「クリーン」なトーン信号はＤＴＭＦデコーダ４
８(75T204)に供給され、論理信号に変換される。論理信
号はマルチプレクサ・インターフェース９９に供給さ
れ、それから自動車ＭＸバスを通じて適当なデジタル信
号処理回路に供給される。ＤＴＭＦエンコーダ４２とデ
コーダ４８の両方は、あらゆる条件の下で極めて高い安
定性を有する水晶発振器で制御され、同調や調整は必要
としない。このような部品は、電話をベースとした利用
のための幅広い増加普及を享受しており、したがって低
廉で信頼性がある。
【００３３】本装置をＤＴＭＦエンコーダ４２とデコー
ダ４８を使用するものとして説明したが、他の通信機構
も本発明の範囲内にあり、電力信号周波数の隔離のため
に適切な濾過が達成されているので、首尾よく検討され
評価された。このような他の方法には、（トーン信号を
線形的に混合するのではなく）電力信号を「搬送周波
数」として使用して、トーン信号を電力信号に変調する
こと、または周波数変調の一方式であるＦＳＫ（freque
ncy shift keying) の技術を使用することが含まれる。
このような他の代替技術は、双方向通信において実際に
使用されている。
【００３４】エア・バッグ作動の条件 エア・バッグ作動の条件は衝突が発生した場合に起る。
その時、切り替えられた指令信号、すなわち作動スイッ
チ８０は電力を高電力インバータ回路２２に印加する。
約２ｋＨｚの方形波信号は、高電流「Ｈ駆動」回路２２
を通じて変圧器の第１巻線（第１磁気構造）に加えられ
る。この周波数で、変圧器１０は大きな電力量を伝送す
ることができる。エア・バッグのトリガ要素５０のよう
な低インピーダンス負荷が変圧器の二次側の端子間に接
続された場合には、一次側から見た低インピーダンスに
より非常に高い一次側（及び二次側）電流を流すことが
できるが、これは適切な電力駆動回路が使用される場合
のみである。
【００３５】Ｈ駆動回路は、一次側を印加される装置の
直流電力に等しい順方向極性の方形波信号と逆極性の方
形波信号によって交互に切り替わる。従来の１２ボルト
の自動車用システムでは、これは変圧器１０に±１２ボ
ルトの方形波（ピーク間電圧２４ボルト）を印加するこ
とと等価であるが、単端１２ボルトの電源のみを使用す
る。したがって、一次側電流は２０アンペアを超過し、
二次側電圧とその結果であるトリガ要素への電流はエア
・バッグを作動するのに十分である。
【００３６】図４に示す実施例では、まず、方形波信号
が、インバータとＰＷＭ電源に利用するために特別に設
計された２ｋＨｚ信号発生器回路２４(TL494集積回路）
によって発生する。２つの交番方形波信号出力が発生し
て（ピン９、１０）、Ｈ駆動回路２２を駆動するために
使用される。Ｈ駆動回路の出力は、４個の高電流電力用
ＦＥＴ９１、９２、９３、９４から成り、２個はＰチャ
ンネル型であり、他の２個はＮチャンネル型である。作
動については、たとえば、ＦＥＴ９１、９４は、変圧器
の一次側を通じて電流を一方向に導くように向けるもの
である。実際に、巻線の片側は＋１２ボルトに接続され
ており、他の側は接地されている。次の半サイクルで、
これはＦＥＴ９１、９４をオフにし、代りにＦＥＴ９
２、９３をオンにすることによって逆転され、そして実
際に変圧器に対して極性を逆転する。
【００３７】信号発生器回路２４は、極性逆転の間の短
い「オフ」時間が、主電源と接地を通ずる短絡の原因と
なり得る、ブリッジの片側上の２つのＦＥＴが同時にオ
ンにされないことを確実にする形式で作動する（すなわ
ち、ＦＥＴ９１、９３は決して同時にオンにならず、ま
たはＦＥＴ９２、９４も同様である）。信号発生器回路
２４とＨ駆動回路２２との間にある論理回路２６は、Ｈ
駆動回路２２を非作動状態（通常システム作動）から作
動条件に切り替えるために使用される。言い換えれば、
ステアリング制御システムの通常作動中は、Ｈ駆動回路
２２は高電力インバータ・モードでは作動してはならな
い。むしろ、ＦＥＴ９４はバイアスされた単なるＦＥＴ
であり、これは、通常な作動に必要な変圧器の一次側の
一端でアースするために行われる。他の３個のＦＥＴ９
１、９２、９３は論理回路によってオフ状態に維持さ
れ、変圧器の一次側を、妨害なく作動するように通常の
低電力通信信号のために効果的に開いたままにしてお
く。
【００３８】本制御装置の詳細図に示す他の特徴は、Ｆ
ＥＴ９２に組み込まれた逆転したソースからドレインま
での基板ダイオードは、入力信号がアースに対して負に
振れるときには、入力信号をクランプする傾向があるこ
とである。これは、図示の回路に示すように、ＦＥＴ９
２のソース・アース接続部でトランソーブＤ２２（高電
力用ツェナ・ダイオードIN6283) を使用することによっ
て防止される。ツェナ・ダイオードは、変圧器一次側へ
の入力信号（３０ｋＨｚ信号）の逆極性の状態中に、ア
ースからソース（及び基板ダイオード）までの逆電流の
流れを防ぐ。
【００３９】Ｈ駆動回路２２がその高電力インバータ・
モードにあるときには、ダイオードは、約０．６ボルト
の順バイアス電圧降下の場合を除いて、回路に対して本
質的に信号列を通過させる能力を示す「トランペアレン
シ(transparency)」の状態である。電流の流れは作動モ
ードでは高いので、ダイオードはこの電流を取り扱うこ
とができなければならず、このために大型のツェナ・ダ
イオード（トランソーブ）が使用される。
【００４０】順方向でのダイオード電圧降下を減らすた
めに、「ショットキー」ダイオードＤ２１がツェナダイ
オードと並行に示されている。これは、順電圧降下をさ
らに０．２ボルト〜０．３ボルトまでに減らすのに役立
つ。図示された実施例では、５個の比較的小型のショッ
トキー・ダイオード（IN5817) が使用されたが、単一の
比較的大型の装置に用いるのが適切のようである。
【００４１】本発明による回路のさらなる特徴は、１個
の集積回路(4538)から成る「ワンショット」回路すなわ
ち単安定回路２８の使用である。エアバッグの作動シー
ケンスが発生すると、論理回路はＨ駆動回路２２をその
高電力インバータ・モードに向け、ワンショット回路２
８は起動され、スイッチ８０からの作動入力指令が長い
時間の間持続したとしても、これを単に短い時間（２０
０ミリ秒）だけ起動させる。これは、トリガ要素５０を
作動させるには短い時間しか要しないからである。この
ワンショットの特徴は、変圧器が、変圧器の巻線を過熱
させる恐れのある長い時間駆動されないようにする、と
いう利点を持つ。
【００４２】トリガ作動スイッチ 変圧器１０の二次側では、正常な条件の下でトリガ要素
５０は変圧器の二次側とは絶縁されなければならず、す
なわちトリガ要素の低い抵抗は、低い電力信号と複数の
通信信号を分路することになる。それでも、作動モード
を発生させるときには、トリガ要素５０は、低抵抗高電
流スイッチを使用して二次側に両端間で切換えなければ
ならない。これは「２ｋＨｚトリガスイッチ」の下に示
される回路によって達成される（図３）。
【００４３】ここで、半導体素子の高電流ＡＣスイッチ
６２を使用して、正常作動条件の下でトリガ要素５０を
変圧器１０の二次側から絶縁する。２個の背中合せのＮ
チャンネル型電力用ＦＥＴ９６、９７はＡＣスイッチと
して作用するように構成されている。ＡＣ線の１つの方
向では、ＦＥＴの１つが、そのドレイン・ソース接続部
の両端間に正の極性を有し、他のＦＥＴは逆の極性を有
する。順バイアスのＦＥＴは電流をドレインからソース
に正常方向に流し、（そのゲートからソースまでがバイ
アスされるとき）、また逆転ＦＥＴは、それがそのモー
ドで正常トランジスタとして作動していなくても、逆バ
イアスのソースを介してドレイン基板ダイオードに電流
を流すことになる。
【００４４】ＡＣ線の極性がＡＣ線の他の半サイクルの
上にあるとき、各ＦＥＴの役割は逆転されることにな
る。ＤＣゲート電圧が２個のＦＥＴの共通ソース接続部
から共通ゲート接続部に印加されると常に、ＡＣスイッ
チ６２はオンになり、そしてゲート信号が除去される
と、これらは両方ともオフになり、両方向の電流接続を
遮断する。
【００４５】本発明の回路では、ＡＣスイッチ６２はト
リガ負荷の高い側に接続され、これは、ＦＥＴが「オ
ン」条件にあるときは、アース電位より高いレベルにあ
り、変圧器二次側からの流入電力信号によって変化する
ことを意味する。
【００４６】こうして、ＦＥＴ９６のゲートが共通ソー
ス端に対し少なくとも５ボルト高くバイアスされるこ
と、すなわちＦＥＴ９６をオン状態に保つことを確実す
るために、アース電位に対してバイアス信号は、ＡＣス
イッチの最大正極性電圧レベルを少なくとも５ボルト以
上にしなければならない。これを導き出すために電圧ブ
ースタ回路６１を使用する。この回路は、小型の変成器
Ｘ２を回転変圧器１０の二次側を介して接続され、ダイ
オードＤ７とコンデンサＣ３５を通じての追加の電源、
限流抵抗器Ｒ６１、及びツェナ・ダイオードＤ８を提供
する。代替として、（より小さなゲージのワイヤによ
る）追加二次巻線を回転変圧器１０に組み込んでステッ
プアップすることもできる。
【００４７】次に、この絶縁された電源の負端子を正常
なホイール側電源（Ｖcc) の正の側に接続して、上げら
れた電圧を供給するが、この電圧は次にＰＮＰトランジ
スタＱ１３のエミッタに供給される。このトランジスタ
をオンにすると、これは上げられた電圧を、電流制限用
抵抗器Ｒ５１を通じてＦＥＴ９６，９７のゲートに供給
してＦＥＴをオンにする。ツェナ・ダイオードＤ１０は
ゲートからソースまでの電圧を常時１６Ｖdcを越えない
ようにするが、特にＡＣ電力信号の極性が逆方向にある
ときに、ゲート回路を過度の電圧から保護する。
【００４８】次に、Ｑ１３のベースは、抵抗器Ｒ５５を
通じてＮＰＮトランジスタＱ１２のコレクタ回路によっ
て駆動される。Ｑ１２は、レベル検出器６６の一部とし
てＵ１４Ｂのレベル検出器／比較器６５の論理出力によ
って、オンまたはオフに切換わる。
【００４９】これは次のように実施される。すなわち、
第１に、回転変圧器１０の二次側の２ｋＨｚ作動信号を
３０ｋＨｚ電力信号から区別しなければならない。両信
号ともかなりの電圧レベルの振れがあるが、周波数が大
きく異なっている。第２に、２ｋＨｚ信号を、周波数が
非常に接近しているが振幅が非常に低い通信トーン信号
から区別しなければならない。これを、プロトタイプ型
式の回路では、鋭い周波数選択「低域」フィルタ６４を
使用して達成するが、このフィルタは３０ｋＨｚ信号を
非常に低いレベルに減衰して除去し、一方、低い２ｋＨ
ｚ作動信号周波数は減衰しないで通過させる。
【００５０】図１にも示す低域フィルタ６４は、演算増
幅器６３（Ｕ１４Ａ）と付属部品から成る２極能動フィ
ルタである。ここで３０ｋＨｚ信号は実際に除去されて
いるが、通信ＤＴＭＦトーン信号は除去されておらず、
正常動作条件では、これらの信号はフィルタを通過す
る。これらのトーン信号の振幅は非常に低いので、フィ
ルタ６４の後のレベル検出回路６６によって排除され
る。これは、フィルタの出力をダイオードＤ９で整流し
て、コンデンサＣ３９で平滑化し、それからこれをＵ１
４Ｂと基準ディバイダＲ４７、ＶＲ３、Ｒ４８から成る
電圧比較器回路に供給することによって、実施される。
【００５１】ディバイダは、Ｕ１４Ｂが作動用の論理信
号を準備する前にフィルタ出力ＡＣのピークが超えなけ
ればならないＤＣ電圧レベルを設定する。２ｋＨｚのト
リガ作動信号のみが低周波数と高振幅のレベルを有し、
フィルタを通過し、それから(1N4148 ダイオードＤ９と
０．１マイクロファラッドのＣ３９によって）ＤＣレベ
ルに整流され、出力ＡＣスイッチのゲート回路を駆動さ
せるために使用される比較器を切り換えるのに適切なＤ
Ｃ電圧を生じさせ、トリガ要素５０を変圧器１０に接続
する。
【００５２】ここで、フィルタ／しきい値検出回路は、
通常は、低電力用の３０ｋＨｚ電源回線上の最低負荷を
与える「マイクロパワー」型ＩＣであるＵ１４によっ
て、非常に低い電力レベルで作動することに留意された
い。高電力用の２ｋＨｚトリガ作動バースト電圧が変圧
器の両端間に生ずると、利用可能な電源がここで強く感
応し、スイッチ制御回路はターンオンするためのより多
くの動作電流を引き出すことができ、この電流により、
Ｑ１２とＱ１３をオン状態に切り替えてＦＥＴゲートを
駆動する（すなわち、トリガ作動スイッチ回路は通常
は、作動シーケンスが発生するまで非常に低い電流レベ
ルのままであり、作動シーケンス時には、この回路はＦ
ＥＴをバイアスするためにより多くの電流を引き出す。
ただしこれは、その後にトリガ要素に切り替えられる電
流に匹敵するものではない）。
【００５３】組込まれたテスト回路 多くのエア・バッグ装置によって、テスト機能が自動車
の始動時に引き合いに出される。このようなテスト機能
によれば、この動作は、２ｋＨｚ電力インバータ２２
を、ただしトリガ要素の作動点以下の電力レベルで、活
性化することによって電力上昇を検出し、トリガ作動シ
ーケンスを短くパルス化し、同時にトリガ要素５０がイ
ンバータ信号を受けとっていることを検査することであ
る。本発明はこの課題を、インバータ信号のデューティ
・サイクルを低下することによって達成する。
【００５４】方形波のセグメントは、正極にほぼ５０
％、負極に５０％のデューティ・サイクルを有するの
で、パルスは通常のオン時間の約５〜１０％のみオンと
なる。これは、ホイール側に組み込まれたテスト回路７
０とステアリング・コラム側に組み込まれたテスト回路
９０によって達成される。ステアリング・コラム側に組
み込まれたテスト回路９０は、システム電力上昇検出回
路９２、ＰＷＭデューティ・サイクル制御装置９４、及
びエア・バッグ・スイッチ８０の両端間の接点を制御す
るためにリレーを操作するリレー駆動論理回路９６を含
む。
【００５５】図６を詳しく参照すると、ステアリング・
コラム側に組み込まれたテスト回路９０は、パルス幅変
調制御のために設計されているので、信号発生器２４
（ＴＬ４９４）によって完成される。たとえば、ピン３
上のＤＣ電圧レベルを変化させることによって、出力デ
ューティ・サイクルは事実上０から１００％まで変化す
ることが可能である。
【００５６】こうして、電力上昇試験のために、変圧器
１０、トリガ作動回路２０、及びトリガスイッチ６０を
含む、全トリガ作動回路は、トリガ要素５０を作動させ
るためにヒィーテング・デューティ・サイクルをトリガ
要素５０に適用することなく、試験することができる。
この低下したデューティ・サイクル・パルス列をサンプ
ルホールド回路７２を含む組込みテスト回路７０を通じ
て検出し、次に論理信号として論理回路７４からトーン
・エンコーダ回路４０に供給し、それから、電力パルス
列の直後のバッグテスト機能のための「ＯＫ」信号が終
了すると、トーン信号として、ステアリング・コラム側
のデコーダ４８に伝送して戻すことができる。このよう
な試験動作は、トリガ要素５０の抵抗を単に見てそれが
あるかどうかを調べる簡単な試験よりも、はるかに高い
信頼性を全エア・バッグ作動装置にもたらす。
【００５７】上記のように、本装置は、相互作用または
障害なしに、連続作動に成功するためにすべての回路を
いっしょに統合するという特定の問題に直面した。本発
明による回路構成の共同作動は、エア・バッグ制御作動
回路に、従来の技術によるシステムを凌駕する利点をも
たらす。
【００５８】図２〜図６に示す詳細な概念図に関して本
来の当業者には十分理解される、いくつかのさらなる解
説として、下記の内容があげられる。
【００５９】図５において、ホイール側電源回路におけ
る電圧クランプ用１０オームの電流制限用抵抗器Ｒ５８
と1N4739ツェナ・ダイオードＤ１４は、主に、２ｋＨｚ
電力インバータ信号が存在するときの保護のためであ
る。
【００６０】２０ｋＨｚドライバ回路の出力と変圧器一
次側との間のコンデンサは、過度に大きくすることはで
きない。大きすぎると、そのリアクタンスはＬＭ３８０
の低出力インピーダンスと関連し、ホイール側から戻っ
てくるトーン周波数を分流する（減衰する）ことにな
る。また、２ｋＨｚインバータ信号は、可能出力が大き
い場合にはそのブランチを通じて分流する。理想的に
は、より効果的な「高域」フィルタをこの箇所に使用す
べきである。
【００６１】高レベル３０ｋＨｚ信号の存在下で低レベ
ルトーン信号を引き出すには、上記のようにわずかな濾
過を必要とする。
【００６２】Ｈ駆動回路を２モードまたは３モードで働
かせ、また正常作動に影響を与えないようにしたこと
は、タイミングの問題ならびにコストと信頼性を示そう
とした、切換え用のリレー接触器を使用しない挑戦であ
った。
【００６３】第１に、変圧器１０を、トリガ作動電力を
ステアリング・コラムからステアリング・ホイールに効
率的に伝送するように設計する必要があった。これを約
２ｋＨｚで作動するように最適化された。他の機能と回
路を、この変圧器で働くように調整しなければならなか
った。高電力伝送に理想的であった一次側対二次側巻数
比とワイヤ寸法は、低電力伝送と通信機能にとっては理
想的ではなかった。
【００６４】連続稼働の低エネルギー電力信号はＥＭＩ
発生を最少にするために正弦波形で伝送されたが、高電
力作動信号は効率のために方形波信号として発生した。
エア・バッグ作動シナリオ中のいかなる短いＥＭＩノイ
ズにも影響されることはない。トリガ作動スイッチにお
ける活動フィルタの使用は他の方法で実施されることも
あるが、どのようなフィルタが使用されても、大幅に異
なった振幅レベルでいくつかの同時信号を処理できなけ
ればならない。単一成分の信号でうまく働くデジタル・
フィルタもあるが、信号の組合せを取り扱うことはでき
ない。アナログ濾過は、使用されているように良好に働
いている。これはまた、ＤＴＭＦトーン・デコーダ回路
の入力側で使用される濾過に対して適合する。
【００６５】最高電力として必要とされたＨ駆動回路
は、単一巻線に結合されるようになっていた。センター
タップの二重の１２ボルト巻線が使用できた場合には、
ドライバを簡単な２トランジスタ「プッシュプル」型の
出力にすることができた。プロトタイプ型式の変圧器に
おける巻線空間の考察ではこれは不可能であるから、単
一巻線の順逆方向ドライブすなわちＨ駆動回路が必要と
なった。
【００６６】本発明を、好ましい実施例を参照して説明
してきた。本明細書を読めば理解できるように、他への
変更や代替が発生することは明らかである。このような
変更や代替はすべて、これらが添付の特許請求の範囲ま
たはこれらと等価の内容の範囲内にあるかぎり含まれる
ことが意図されるものである。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したことから、本発明は、ステ
アリングコラム制御装置において、そのコラム側とホィ
ール側との間に回転変圧器を結合し、コラム側には、エ
アバッグを作動する高エネルギー電力信号を発生してホ
イール側に伝送する第１回路と、ホィール側の電子装置
を作動するための低エネルギー電力信号を発生してホイ
ール側に伝送する第２回路を設け、ホィール側には、ホ
ィール側の指令信号を送る制御信号をコラム側に伝送す
る第３回路を設けて、電力信号と通信信号の制御信号が
相互に減衰することなく連続的にかつ同時に伝送するこ
とができるようにしたので、車両の衝突時にドライバー
を保護するエアバックの作動と通常の車両の運転走行中
でのクルーズ制御等の駆動制御を１つの制御装置で同時
に行うことができる。この結果、設計が簡単でかつ高い
信頼性と性能を維持すると共に、製造と組立が容易とな
るので、装置のコスト削減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって形成されたステアリング・コラ
ム制御装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る第２回路の詳細配線図である。
【図３】本発明に係るトリガ作動スイッチ回路の詳細配
線図である。
【図４】本発明に係るＨ駆動回路の詳細配線図である。
【図５】本発明に係るトーン・エンコーダ回路の詳細配
線図である。
【図６】図４と一体となって本発明に係る高出力インバ
ータ用の制御回路を示す一部回路図である。
【符号の説明】
１０ 変圧器 ２０ 第１回路 ２２ 高電流Ｈ駆動回路（トリガ電力回路） ２８ 単安定回路、ワンショット回路 ３０ 第２回路 ３２ ３０ｋＨｚ信号発生器 ３４ 高域フィルタ ３６ 関数発生プログラム集積回路 ４０ トーン・エンコーダ回路（第３回路） ４３ 周波数帯域フィルタ ４４ 電圧増幅器 ４８ デコーダ ５０ トリガ要素 ６０ 高電力用半導体スイッチ ６２ 高電流ＡＣスイッチ（絶縁手段） ７０ テスト回路 ８０ 作動スイッチ ９０ テスト回路 ９６，９７ 電力用ＦＥＴ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール グレゴリー ロプス アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53022 ジャーマンタウン フレイスタ ッド ロード ノース 120 ウエスト 17470 (72)発明者 ジェームズ エドワード ハンセン アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53154 オーククリーク エス．バーデ ブ ドライブ 8260 (72)発明者 ルース エレン ハッベル アメリカ合衆国 ウイスコンシン ミル ウォーキー レイントリー ドライブ 69220 (72)発明者 ビー．エリッヒ レーム アメリカ合衆国 ウイスコンシン 53095 ウエスト ベンド ジャンツ ドライブ 4125 (56)参考文献 特開 昭63−305614（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−126522（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60R 16/02 675 B60R 21/32

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両のステアリング・コラムを介して電
    力信号と通信信号を伝送する制御回路において、 第１，第２の磁気構造を有し、第１磁気構造は前記ステ
    アリング・コラムのコラム側に連結され、第２磁気構造
    は前記ステアリング・コラムのホィール側に連結されて
    いる１つの回転変圧器(10)と、 エア・バッグを作動するために適した高エネルギーの電
    力信号を発生し、前記コラム側からホィール側に前記回
    転変圧器を介して前記電力信号を伝送する第１回路(20)
    と、 絶縁されたホイール側の電子装置を作動するために適し
    た低エネルギーの電力信号を前記コラム側からホィール
    側に前記回転変圧器を介して伝送する第２回路(30)と、 前記ホィール側からコラム側にホイール側の指令信号を
    送るために適した低レベル制御信号を、前記回転変圧器
    を介して伝送する第３回路(40)を備えており、 前記第２，第３回路は、各信号を相互に減衰させること
    なく連続的かつ同時に動作可能であることを特徴とする
    制御回路。
  2. 【請求項２】 第１回路は、コラム側に連結され、車両
    の衝突により使用可能となる作動スイッチ(80)と、ホイ
    ール側に連結され、エア・バッグの作動条件時において
    トリガ要素(50)に高エネルギーの電力信号を供給するた
    めのトリガスイッチ(60)を含むことを特徴とする請求項
    １に記載の制御回路。
  3. 【請求項３】 トリガスイッチ(60)が、通常作動条件に
    おける低エネルギー電力信号および低レベル制御信号か
    らトリガ要素(50)を絶縁し、前記トリガ要素(50)によっ
    てトリガスイッチからの分路を防止するための絶縁手段
    (62)を含むことを特徴とする請求項２に記載の制御回
    路。
  4. 【請求項４】 前記絶縁手段(62)は、高エネルギー電力
    信号をトリガ要素(50)に供給するための高電流スイッチ
    (96,97) と、低エネルギー電力信号および低レベル制御
    信号をトリガ要素(50)から濾過するフィルタ手段とを含
    むことを特徴とする請求項３に記載の制御回路。
  5. 【請求項５】 高エネルギー電力信号は、低エネルギー
    電力信号の周波数から検出可能に離間された周波数に対
    して選択的に設定され、高エネルギー電力信号は、低レ
    ベル制御信号の電圧レベルから検出可能に離間された電
    圧を有し、さらに、前記フィルタ手段が、低エネルギー
    電力信号を減衰させるための周波数帯フィルタと、低レ
    ベル制御信号を除外するためのレベル検出回路とを有す
    ることを特徴とする請求項４に記載の制御回路。
  6. 【請求項６】 高エネルギー電力信号は２ｋＨｚの周波
    数に選択的に設定され、低エネルギー電力信号が３０ｋ
    Ｈｚの周波数に選択的に設定されていることを特徴とす
    る請求項５に記載の制御回路。
  7. 【請求項７】 第１回路(20)は、作動スイッチ(80)に連
    結されて高エネルギー電力信号を発生するためのトリガ
    電力回路(22)をさらに含むことを特徴とする請求項２に
    記載の制御回路。
  8. 【請求項８】 トリガ電力回路(22)は、車両システム用
    電源の２倍のピーク間レベルの高エネルギー電力信号を
    発生するためのインバータ回路を含むことを特徴とする
    請求項７に記載の制御回路。
  9. 【請求項９】 トリガ電力回路(22)は、トリガ要素を作
    動するのに不十分な低いデューティ・サイクルでのテス
    ト条件中に、インバータ回路をオン状態で使用可能にす
    る手段を含むことを特徴とする請求項８に記載の制御回
    路。
  10. 【請求項１０】 トリガ電力回路(22)は、コイルの損傷
    を回避するため回転変圧器(10)に対する高エネルギー電
    力信号の伝送を選択的に制限するためのワンショット回
    路(28)をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の
    制御回路。
  11. 【請求項１１】 トリガ電力回路(22)は、車の発進時に
    トリガ要素が高エネルギー電力信号を受信中であるかを
    試験するテスト回路手段(70)をさらに含み、このテスト
    回路手段が、制御回路の電力上昇を検出する手段(92)
    と、トリガ要素(50)の作動点以下の選択的に低下された
    電力レベルの高エネルギー電力信号でトリガ要素(50)を
    駆動するためのパルス手段(94,96) とを含むことを特徴
    とする請求項７に記載の制御回路。
  12. 【請求項１２】 第３回路(40)は、低レベル制御信号を
    低エネルギー電力信号から濾過するフィルタ手段を含
    み、このフィルタ手段が、低エネルギー電力信号を減衰
    するように同調された周波数帯域フィルタ(43)と、低レ
    ベル制御信号の電圧レベルを増幅する増幅器(44)とを含
    むことを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
  13. 【請求項１３】 第３回路(40)は、低レベル制御信号を
    論理信号に変換するためのデコーダ回路(48)をさらに含
    むことを特徴とする請求項１２に記載の制御回路。
  14. 【請求項１４】 車両のステアリング・コラムのコラム
    側とホィール側との間で電力信号および複数の制御信号
    を結合するための車両のステアリング・コラム信号装置
    において、 エア・バッグを作動するための高出力信号と、ホイール
    側回路にバイアスをかけるための低出力信号と、オペレ
    ータが発するホイール側指令を表す低レベル制御信号と
    を発生する回路手段(20,30,40)と、 車両のステアリング・コラムを介して前記各信号を同時
    に並行伝送するための１つの共通信号磁気結合装置(10)
    と、 前記各信号が、信号障害相互作用を起こすことなく前記
    共通信号磁気結合装置を通じて一斉に伝送されるとき
    に、これらの信号をそれぞれ独立に識別するための識別
    手段(43,44) と、を含むことを特徴とする車両のステア
    リング・コラム信号装置。
  15. 【請求項１５】 前記各信号は、周波数と電圧レベルの
    一方に関して検出可能に離間されるように予め定められ
    ていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 高出力信号は、低出力信号の第２周波
    数から検出可能に離間された第１周波数に固定され、さ
    らに、前記高出力信号が、低レベル制御信号の第２電圧
    レベルから検出可能な異なる第１電圧レベルを有する、
    請求項１５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 識別手段は、低出力信号を高出力信号
    から減衰するための周波数帯域フィルタ(64)と、低レベ
    ル制御信号を排除するための電圧レベル検出器(66)とを
    含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 共通信号磁気結合装置(10)は、非接触
    型伝送器からなることを特徴とする請求項１４に記載の
    装置。
  19. 【請求項１９】 共通信号磁気結合装置(10)は、広帯域
    変圧器からなることを特徴とする請求項１４に記載の装
    置。
  20. 【請求項２０】 前記共通信号磁気結合装置は、少なく
    とも１つの回転変圧器からなることを特徴とする請求項
    １４記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記少なくとも１つの回転変圧器は、
    第１、第２のコイルを含んでいることを特徴とする請求
    項２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】 オペレータが発する指令を、車両のス
    テアリング・コラムのホイール側からコラム側へ、また
    エア・バッグ作動信号をコラム側からホイール側へ通信
    するための、車両のステアリング・コラム制御装置にお
    いて、 変圧器の第１，第２の磁気構造間の回転角とは関係な
    く、ホイール側とコラム側との均一な電気的結合を行う
    ために、前記ステアリング・コラム内に配置された１つ
    の回転変圧器(10)と、 ホイール側の電子装置を作動するために低エネルギー電
    力信号を発生し、オペレータが発する指令を表す低レベ
    ル制御信号を前記回転変圧器(10)を介して伝送し、さら
    に、エア・バッグ作動信号を前記回転変圧器(10)を介し
    て伝送するものであって、前記回転変圧器を介して一斉
    に通信されることが可能な前記複数の信号をそれぞれ独
    立に識別するための回路手段(41,64,66)を含んでいる回
    路(20,30,40)と、を備えていることを特徴とする制御装
    置。
  23. 【請求項２３】 車両のステアリング・コラムのホイー
    ル側とコラム側との間で複数の電力信号と制御信号を伝
    送するための、非接触形装置(10)を含む車両のステアリ
    ング・コラム内に配置されたエア・バッグの作動方法で
    あって、 ホイール側の電子装置を第１周波数で作動させるための
    低エネルギー電力信号を発生し、この低エネルギー電力
    信号をコラム側からホイール側に前記非接触形装置(10)
    を介して伝送し、 前記低エネルギー電力信号をトリガ要素(50)から分離
    し、 オペレータが発するホイール側指令を表す低レベル制御
    信号をホイール側からコラム側へ通信し、前記 第１周波数から検出可能に異なる第２周波数で、エ
    ア・バッグを作動させるために、トリガ要素(50)を作動
    するのに適した高エネルギー電力信号を発生し、 この高エネルギー電力信号をコラム側からホイール側に
    前記非接触形装置(10)を介して伝送する、各ステップを
    含んでいることを特徴とする作動方法。
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