JP4645899B2

JP4645899B2 - 挟み込み検出装置

Info

Publication number: JP4645899B2
Application number: JP2005217816A
Authority: JP
Inventors: 岳彦杉浦; 正佳竹内
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: US20070022818A1; JP2007033266A; US7330007B2

Description

本発明は、開閉する装置に物体が挟まれたことを検出する挟み込み検出回路に関し、特に機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサの出力に基づいて物体が挟まれたことを検出する挟み込み検出回路に関する。

建築物の自動ドアや、ワゴン、バン等の車両の電動スライドドア装置では、モータ等によってドアをスライドさせて開閉する電動開閉装置が備えられている。このような電動開閉装置では、ドアを閉める閉扉動作中にドア枠とドアとの間に物体を挟み込むことがある。このような場合に、この挟み込みを検出して閉扉動作を停止させたり、ドアを開ける開扉動作に変更させたりするような制御手段を備えた電動開閉装置が提案されている。

例えば、衝撃や振動によって発生する加速度を検出する圧電素子を用いて挟み込みを検出する挟み込みセンサが近年検討され、実用化されてきている。圧電素子は、加速度などの外力（応力）に応じた電気分極を発生させるものである。この圧電素子を用いた圧電センサは、開閉するドア等に物体が挟み込まれたこと等の外力に応じて発生した電気分極により、例えば正弦波のような振動する電圧信号を出力する。このセンサは、挟み込みに限らず、機械的な振動によっても電圧信号を出力する。しかし、その電圧波形の周波数が異なるために、被検知事象（この場合は、物体の挟み込み。）と、他の機械的な振動とを良好に識別することができる。また、挟み込みの初期など、外力の弱い時から電圧を発生するので、早期の検出が可能であり、挟み込んだ物体に加わる力が大きくなる前に対処が可能となる。下記に示す特許文献１には、この圧電素子を用いた挟み込み検出センサを自動車のハッチバックドアに利用する技術が示されている。

特許文献１に示された挟み込み検出装置は、図１７に示すように、圧電センサ１と、圧電センサ１の出力信号から所定の周波数成分のみを通過させるフィルタ４０と、フィルタ４０からの出力信号に基づいて挟み込みを判定する判定部５０とを備えている。フィルタの特性は、自動車の車体の振動特性等を考慮して最適化されている。具体的には、自動車のエンジンや走行による振動を除去するために、約１０Ｈｚ以下の信号成分を抽出するローパスフィルタとされている。判定部５０は、フィルタを通過した圧電センサ１からの出力信号の振幅が、所定の値（ＴＨ５０）以上であれば、挟み込みが生じたと判定する比較器である。図１７に示す符号７０は、インピーダンス変換や信号増幅等を行う演算増幅器である。

特開２００３−１０６０４８号公報（第５〜７、第１７〜２９段落、第４、５図）

上述したように、圧電センサは振動などによって生じる圧電素子の歪により電圧を生じる圧電効果を利用したセンサである。従って、挟み込み等の衝撃による振動に限らず、他の事象による振動によっても検出信号を出力する。例えば、圧電センサが車両のスライドドアに備えられた場合、走行中の車両の振動やエンジンの振動などによっても検出信号を出力する。図１８（ａ）に示す波形において、中央の大きな振幅は挟み込みによって生じた波形、その左右の小さな振幅は車両の振動やエンジンの振動に起因して生じた波形である。これら機械的な振動に起因する圧電センサの出力は、図１８に示すように、物体が挟み込まれた場合とは異なり、周波数が高い。従って、図１７に示すフィルタ４０（ローパスフィルタ）によって、良好に除去される。また、フィルタ４０で減衰しきれずに一部が通過したとしても、振幅が小さいため、判定部５０において判定しきい値ＴＨ５０を超えず、挟み込みとは検出されない。

しかし、全ての事象に起因する振動がそれぞれ明確な差異を有しているとは限らない。例えば、車両の電動スライドドア装置は、単純なスライド動作のみで開閉するのではない。閉扉の際には、車両の前方向へスライドドアをスライドさせた後、スライドドアをドアレールの屈曲部の屈曲に沿って車両の外側から内側方向に引き込む誘導動作を行う。車両のスライドドアが一定方向へのスライド動作をしている場合には加速度は生じないが、屈曲部において誘導する動作に移る際には移動方向が急激に変わり、加速度を生じる。これは、図１８（ｂ）に示すように、発生電圧が急激に立ち上がり、その後ゆっくりとチャージされた電荷を放電するような波形を示す。この放電時間Ｔｂは、図１８（ａ）に示した挟み込みを生じた場合のセンサの出力波形の半周期の時間Ｔａと近くなる場合があり、フィルタ４０を通過する。また、振幅も充分に大きいため、判定部５０において判定しきい値ＴＨ５０を超え、挟み込みと検出される場合がある。このような事象は、スライドドアのスライド方向の変化以外に、外来ノイズによって生じる場合もある。

また、実際に挟み込みが生じた場合であっても、挟み込んだ物体の材質の柔らかさなどによっては、例えば図１８（ｃ）に示すように、振幅が小さい場合がある。この波形の周期は図１８（ａ）と同様であるので、フィルタ４０を通過する。しかし、振幅が小さいために判定部５０において判定しきい値ＴＨ５０を超えない。このように、図１７に示す従来の構成によって、周波数と信号の大きさ（振幅）とを評価するのみでは、正確な判定ができない場合が生じる。

これに対応するため、例えばフィルタ４０に代えて、精度良く周波数を解析する方法を採ることが考えられる。しかし、上述したように、挟み込みを検出した場合の圧電センサの出力電圧の周波数は、約１０Ｈｚ以下と非常に低周波数である。従って、周波数を判定するために一周期の間、波形を観測すると、周波数の逆数、即ち１００ミリ秒以上要することになる。そうすると、特許文献１や２に記載された感圧方式のセンサに代えて、挟み込みの初期からの検出が可能である高感度の圧電センサを利用した利点を充分に活かすことができない。

本願発明は上記課題に鑑みてなされたもので、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、センサの出力を短時間で解析して、良好に挟み込みを検出することのできる挟み込み検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る挟み込み検出装置は、開閉する装置に機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサを備え、この圧電センサの出力の周波数成分と出力信号の大きさとに基づいて前記装置に物体が挟み込まれたことを検出するものであって、以下の特徴構成を有する。
即ち、共に前記圧電センサの出力の一周期の範囲内に設定された所定の第一状態から第二状態へと前記圧電センサの出力が変化する遷移時間における前記圧電センサの出力差を分析して、周波数成分と出力の大きさとが情報として包含された特徴量を求める分析手段と、前記特徴量が、所定の基準特徴量よりも大きい場合には、前記圧電センサの出力に拘らず、前記装置に物体が挟み込まれていないと判定する判定手段と、を備える点を特徴とする。

この特徴構成によれば、分析手段は、圧電センサの出力の遷移時間当たりの変化を分析して特徴量を求める。特徴量には、周波数成分と出力の大きさとが情報として含まれるので、判定手段は、この特徴量が所定の基準特徴量よりも大きい場合には、開閉する装置に物体が挟み込まれていないと判定することができる。つまり、特徴量が大きすぎる場合には、周波数が高すぎる、出力が大きすぎる、周波数と出力の大きさとのバランスが悪すぎる、などの原因が想定されるので、判定手段は、特徴量に基づき、物体が挟み込まれていないと判定することができる。また、特徴量を求めるための遷移時間が、圧電センサの一周期よりも短くなるように第一状態と第二状態とが設定されるので、少なくとも一周期を待つことなく、短時間で圧電センサ出力の周波数と大きさとを評価することができる。
従って、例えば、図１８（ｂ）に示したような波形を良好に排除することができる。また、分析手段は、圧電センサの出力の変化を分析して特徴量を求めるものであって、単純に出力の振幅を評価するものではない。従って、例えば、図１８（ｃ）に示したような波形を不用意に排除することなく、正確な挟み込み検出が可能となる。

また、本発明に係る挟み込み検出装置は、センサの出力波形の周波数と信号の大きさとを定量的に分析して判定する。従来の構成である図１７に示すようにフィルタ４０を備えていても、周波数を定量的に検出することはできなかった。フィルタは、特定の周波数帯域に対して効力があるが、その境界は連続的である。従って、圧電センサの出力が挟み込みを示す周波数である場合とそうでない周波数である場合とに、明確な境界線を設けられるものではない。それに対して、本発明のように周波数を分析すれば、明確な境界線を設けることも可能である。また、これによりフィルタ４０が不要になれば、その分回路規模を小さくすることができる。さらに、フィルタ４０には、コンデンサが含まれることが多いが、これがなくなるために、電源投入後に挟み込み検出装置が動作可能となるまでの時間も短縮できる。
つまり、本特徴構成によれば、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、センサの出力を短時間で解析して、良好に挟み込みを検出することのできる挟み込み検出装置を提供することができる。

ここで、前記遷移時間を、前記圧電センサの出力が振幅中心から振幅の頂上部へ向かって変化する際に、振幅中心側に設定された前記第一状態から、前記第一状態よりも振幅方向の前記頂上部側に設定された前記第二状態に達するまでの第一遷移時間とすると、前記分析手段は、前記出力差を前記第一遷移時間で除して得られる前記圧電センサの出力の傾きを前記特徴量として求めることができる。

この構成によれば、振幅中心側に設定された第一状態から、この第一状態よりも振幅方向の前記頂上部側に設定された第二状態に達するまでの第一遷移時間における特徴量を求める。従って、一周期の１／４程度までの短時間でセンサの出力を解析することができる。その結果、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、センサの出力を短時間で解析して、良好に挟み込みを検出することができる。
尚、振幅の中心側から振幅方向の頂上部へ向かっての変化には、振幅の中心から上方及び下方、何れの頂上部へ向かっての変化をも含むものである。

さらに、前記第一状態と前記第二状態とが複数設定されると共に、当該複数の第一状態及び第二状態のうちの一対の前記第一状態と前記第二状態とで定められる前記出力差が複数設定される場合には、前記分析手段が、複数の前記特徴量を、これら複数の前記出力差とそれぞれの前記出力差に対応する前記第一遷移時間とに基づいて求め、前記判定手段が、これら複数の前記特徴量の少なくとも何れか１つに基づいて判定することができる。

出力差が複数設定される場合には、振幅の異なる出力に対して、それぞれの出力に応じた条件で傾きを算出することが可能となる。つまり、算出された傾きの分散を小さくすることができ、傾きに基づく判定の精度を高くすることができる。その結果、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、精度よく挟み込みを検出することができる。

また、本発明に係る挟み込み検出装置において、前記遷移時間を、前記圧電センサの出力が、振幅中心として設定された振幅中心基準値と一致する前記第一状態から、振幅の一方の頂上部を経て前記振幅中心基準値と一致する前記第二状態に達するまでの第二遷移時間とすると、前記分析手段は、前記第二遷移時間における前記圧電センサの最大出力差の絶対値を前記第二遷移時間で除して得られる比率を前記特徴量として求めることができる。

この構成によれば、分析手段は、振幅中心基準値から、振幅の一方の頂上部（一方側の最大振幅）を経て再び振幅中心基準値に達するまでの第二遷移時間において特徴量を求める。センサの出力の１／２周期の時間がほぼ正確に検出されるので、周波数の検出精度が高い。さらに、第二遷移時間における圧電センサの最大出力差、つまり１／２周期の間の最大振幅を用いて比率が求められるので、精度の良い特徴量が求められる。また、一周期の１／２程度の短時間でセンサの出力を解析することができる。従って、センサの出力を正確且つ短時間で解析することができる。その結果、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、センサの出力を短時間で解析して、良好に挟み込みを検出することができる。

また、本発明に係る挟み込み検出装置において、前記基準特徴量は、一定の幅を有した基準範囲であり、前記判定手段は、前記特徴量がこの基準範囲の中に含まれる場合に、前記装置に物体が挟み込まれたことを判定することができる。

本発明のように周波数を定量的に分析すれば、圧電センサの出力が挟み込みを示す場合とそうでない場合とに、明確な境界線を設けることも可能である。しかし、物理量の変化の計測には誤差を伴うため、ある程度の緩衝領域を設けることによりこの誤差の影響を抑制する。つまり、上記のように基準特徴量を一定の幅を有した基準範囲とする。その結果、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、良好に挟み込みを検出することのできる挟み込み検出装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の挟み込み検出装置の構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１に示す圧電センサの構成例を示す模式図であり、図３は、車両のスライドドアに図２の圧電センサを配設する例を示す説明図である。
圧電センサ１は、圧電体を２つの電極で挟み、加速度や振動などの機械的な外力により圧電体に生じる歪によって電極間に電圧を生じる。図２は、導線又は軸心に導電体を巻きつけた第一電極１１と、チューブ状の第二電極１２との間に、圧電体１３を挟み込み、全体を被覆１４で覆って同軸ケーブル状に構成した例を示している。図３に示すような、開閉する装置としての車両１００のスライドドアのドア９０の端部に良好に配設することができる。
本発明の挟み込み検出装置は、圧電センサ１の出力の周波数成分と出力信号の大きさとに基づいて、例えば図３に示すような車両のスライドドアなどの開閉する装置に物体が挟み込まれたことを検出するものである。

図１に示すように、本発明の挟み込み検出装置は、圧電センサ１の出力が所定の第一状態から第二状態へと変化する遷移時間における圧電センサ１の出力差を分析して特徴量を求める分析手段２を備える。また、この特徴量が、所定の基準特徴量よりも大きい場合には、圧電センサ１の出力に拘らず、スライドドアに物体が挟み込まれていないと判定する判定手段３を備える。符号７は、インピーダンス変換や信号増幅等を行う演算増幅器である。
ここで、所定の第一状態と第二状態とは、共に圧電センサ１の出力の一周期の範囲内に設定されたものである。また、特徴量は、圧電センサ１の出力の周波数成分と出力の大きさとが情報として包含されたものである。
分析手段２は、上記遷移時間を検出するための時間変化検出手段４と、この遷移時間における圧電センサ１の出力差を検出する電圧変化検出手段５と、これら検出結果より特徴量を定める特徴量決定手段６と、を有している。
以下、具体的実施形態に基づいて、説明する。

〔第一実施形態〕
図４〜図６に基づいて、圧電センサ１の出力波形の例と、これらの波形を第一実施形態により分析する方法を説明する。図４は挟み込みを検出した場合の圧電センサ１の出力の標準的な波形例（ＷＡ）を示し、図６は挟み込みを検出した場合の圧電センサ１の出力の他の波形例（ＷＣ）を示し、図５は挟み込み以外の事象により生じた圧電センサの出力の波形例（ＷＢ）を示している。
図４〜図６においては、符号ＴＨ１はセンサ１の出力の第一状態を定めるための第一所定電圧を示し、符号ＴＨ２はセンサ１の出力の第二状態を定めるための第二所定電圧を示している。本第一実施形態において、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とは、圧電センサ１の出力に拘らず、それぞれ共通の値である。従って、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２との電位差Ｅ１も、共通である。本第一実施形態において、この電位差Ｅ１はセンサ１の出力の第一状態と第二状態との出力差に相当する。

各波形ＷＡ〜ＷＣが振幅中心から振幅方向の頂上部へ向かって変化する際に、センサ１の出力が第一状態から第二状態へと変化する時間が遷移時間である。本第一実施形態において、第一状態とは、上記のように変化するセンサ１の出力が、振幅中心側に設定された第一所定電圧ＴＨ１であることをいう（時刻ｔ１）。同様に第二状態とは、上記のように変化するセンサ１の出力が、第一所定電圧ＴＨ１よりも振幅方向の頂上側に設定された第二所定電圧ＴＨ２であることをいう（時刻ｔ２）。即ち時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間が、本第一実施形態における遷移時間である第一遷移時間Ｔ１である。この時刻ｔ１及びｔ２は、波形ＷＡ〜ＷＣごとに異なる時刻となる。時間変化検出手段４は、圧電センサ１の出力が、第一状態である時刻ｔ１（ｔ１ａ、ｔ１ｂ）と、第二状態である時刻ｔ２（ｔ２ａ、ｔ２ｂ）と、両時刻から算出される第一遷移時間Ｔ１（Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ）と、を検出する。
電圧変化検出手段５は、圧電センサ１の出力が、第一所定電圧ＴＨ１に達したことと、第二所定電圧ＴＨ２に達したことと、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２との電位差が第一電位差Ｅ１であることと、を検出する。

特徴量決定手段６は、第一電位差Ｅ１を第一遷移時間ＴＨ１で除して得られる圧電センサ１の出力の電圧波形ＷＡ〜ＷＣの傾きを特徴量として決定する。この特徴量は、圧電センサ１の出力の傾きであるから、周波数成分と出力の大きさとが情報として包含されたものである。標準的な波形ＷＡと、波形ＷＡよりも小さな振幅であるが挟み込みを検出した場合である波形ＷＣとの第一遷移時間Ｔ１とＴ１ｂとは近い値である。第一電位差Ｅ１は共通なので、特徴量としての傾きも近い値となる。
一方、波形ＷＡと、挟み込み以外の事象により生じた圧電センサの出力である波形ＷＢとの第一遷移時間Ｔ１とＴ１ａとは大きく異なる。つまり、波形ＷＢから得られた特徴量である傾き（Ｅ１／Ｔ１ａ）は、波形ＷＡから得られた特徴量である傾き（Ｅ１／Ｔ１）よりも大きい。

判定手段３は、分析手段２が求めた特徴量（傾き）が所定の基準特徴量（傾き）よりも大きければ、物体が挟み込まれていないと判定する。この所定の基準特徴量は、設計値、実験による測定値などから検出したい事象に対応する特徴量（傾き）を求めて設定する。例えば、標準的な波形ＷＡの傾きが、所定の基準特徴量だとすれば、波形ＷＢから得られた傾きは、基準特徴量よりも大きくなる。その結果、波形ＷＢが観測された場合には、判定手段３は物体が挟み込まれていないと判定する。

図７〜図８は、第一実施形態の別実施形態により、圧電センサ１の出力の波形を分析する方法を示す説明図である。図７は、図４と同様に挟み込みを検出した場合の圧電センサ１の出力の標準的な波形例（ＷＡ）であり、図８は図６と同様に挟み込みを検出した場合の圧電センサ１の出力の他の波形例（ＷＣ）である。
挟み込みにより生じる圧電センサ１の出力の周波数は、概ね近い値となる。従って、振幅中心近傍から振幅の頂上近傍までの遷移時間は、ほぼ等しくなる。第一実施形態では、遷移時間（第一遷移時間Ｔ１）を検出するための第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とを全て共通としている。従って、必ずしも全ての波形に対して、振幅中心近傍から振幅の頂上近傍までの遷移時間を測定しているとはいえない。そのため、挟み込みにより生じる圧電センサ１の出力が、異なる振幅を有する場合、その周波数が概ね近い値であるにも拘らず、検出される第一遷移時間Ｔ１に差が生じることがある。その結果、得られる特徴量（傾き）にも差が生じることになる。

図４〜６に基づいて上述したように、波形（ＷＡ）と、これよりも小さな振幅である波形（ＷＣ）とは、第一遷移時間Ｔ１とＴ１ｂとは概ね近い値であり、その結果、特徴量としての傾きは差があるものの近い値であった。しかし、より精密な判定を行いたい場合には、この差も取り除くとよい。そこで、図７及び図８に示すように、第一電位差Ｅ１（出力差）を、複数種類設定する。つまり、分析手段２は、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とで定められる第一電位差Ｅ１を複数、例えば、符号Ｅ１１とＥ１２との２つ設定する。
図７及び図８においては、第一電位差Ｅ１を２つ設定するために、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とを２つ設定している。つまり、第一所定電圧ＴＨ１として、符号ＴＨ１１、ＴＨ１２で示す電圧値を設定し、第二所定電圧ＴＨ２として、符号ＴＨ２１と符号ＴＨ２２で示す電圧値を設定している。本例では、符号ＴＨ１１と符号ＴＨ１２で示す電圧値を共通化しているが、これらそれぞれ２つの第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とによって、２つの第一電位差Ｅ１１とＥ１２とが設定される。ここで、符号Ｅ１２で示す第一電位差は、符号Ｅ１１で示す第二電位差よりも大きい電位差である。

図７に示す波形ＷＡにおいては、大きい電位差である符号Ｅ１２で示す第一電位差Ｅ１が、その振幅のほぼ半分を占めるものとなる。図８に示す波形ＷＣにおいては、小さい電位差である符号Ｅ１１で示す第一電位差Ｅ１が、その振幅のほぼ半分を占めるものとなる。その結果、波形ＷＡに対して第一電位差をＥ１２とした場合に求められる特徴量（傾き）と、波形ＷＣに対して第一電位差をＥ１１とした場合に求められる特徴量（傾き）とが、近い値となる。
尚、波形ＷＣにおいては、第一電位差Ｅ１を符号Ｅ１２とした場合には、波形ＷＣが第二所定電圧ＴＨ２２に達しないため、第一遷移時間Ｔ１を検出できない。判定手段３は、２つの第一遷移時間Ｔ１２とＴ１１ａとが検出された波形ＷＡの場合には、より広い第一電位差Ｅ１２と、これに対応して検出された第一遷移時間Ｔ１２とを用いて求められた特徴量に基づいて判定する。１つの第一遷移時間Ｔ１１ｂしか検出されていない波形ＷＣの場合には、検出された第一遷移時間Ｔ１１ｂと、これに対応する第一電位差Ｅ１１とを用いて求められた特徴量に基づいて判定する。
このように、判定手段３が、これら複数の特徴量の少なくとも何れか１つに基づいて判定すると、精度のよい検出が可能となる。

図９は、第一実施形態の基準特徴量の一例を示すグラフである。既に説明したように、特徴量は、第一遷移時間Ｔ１と第一電位差Ｅ１との関数である。これをグラフとして示したものが実線Ｒ１である。判定手段３は、一例としてこの実線Ｒ１を基準特徴量として、これよりも特徴量が大きい場合、即ち、図９のグラフ上においてＡ側の特徴量が求められた場合には、物体が挟み込まれていないと判定する。

尚、物理量の変化の計測には誤差を伴うため、基準特徴量を一定の幅を有した基準範囲とすることにより、この誤差を抑制する。具体的には、図９に示すように、実線Ｒ１の両側に設定した破線Ｒ１Ｈを基準特徴量の上限値とし、破線Ｒ１Ｌを基準特徴量の下限値として、両限界値に挟まれた範囲を基準範囲Ｒとする。判定手段３は、分析手段２によって求められた特徴量がこの基準範囲を超えてＡ側に検出された場合には、挟み込みに起因するものではないと判定する。また、分析手段２によって求められた特徴量がこの基準範囲Ｒの中に含まれる場合には、物体が挟み込まれたと判定する。

尚、上記説明においては、全て圧電センサ１の出力波形の振幅中心よりも高出力側を評価したが、これは発明を限定するものではない。振幅中心よりも低出力側を評価してもよいし、両方を評価してもよい。また、上記説明においては、説明を容易にするため、電子回路上で取り扱いが容易な電圧波形を例に説明した。しかしこれに限らず、圧電センサの出力が電流波形である場合でも同様の技術思想に基づいて、遷移時間と、遷移時間における出力差とによって圧電センサの出力の傾きを分析し、判定することができる。

図１０は、第一実施形態の分析手段２及び判定手段３の具体的な構成例を模式的に示すブロック図である。この構成例においては、第一所定電圧ＴＨ１をしきい値電圧とする比較器４１と、第二所定電圧ＴＨ２をしきい値電圧とする比較器４２と、Ａ／Ｄコンバータを内蔵したＭＰＵ（Micro Processing Unit）２１とが備えられている。しきい値電圧は、定電圧回路５１及び５２によって生成される。比較器４１は、圧電センサ１の出力波形が、第一所定電圧ＴＨ１に達した時刻ｔ１を情報としてＭＰＵ２１へ伝達する。比較器４２は、圧電センサ１の出力波形が、第二所定電圧ＴＨ２に達した時刻ｔ２を情報としてＭＰＵ２１へ伝達する。具体的には、比較器４１及び４２が出力する信号が時刻ｔ１及びｔ２において変化し、ＭＰＵ２１はこの変化点を検出することによって、時刻情報を取得する。

また、定電圧回路５１、５２からは、第一所定電圧ＴＨ１、及び第二所定電圧ＴＨ２のそれぞれの電圧値がＭＰＵ２１へ伝達されている。ＭＰＵ２１は、比較器４１及び４２から伝達された時刻ｔ１とｔ２とに基づいて、第一遷移時間Ｔ１を算出する。また、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とを内蔵のＡ／Ｄコンバータでデジタル化して、第一電位差Ｅ１を算出する。そして、第一遷移時間Ｔ１と第一電位差Ｅ１とに基づいて、特徴量（傾き）を算出する。さらに、この特徴量と、所定の基準特徴量あるいは、基準範囲とに基づいて、開閉する装置に物体が挟み込まれたか否かを判定する。

ここで、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２を生成する定電圧回路５１と５２とは、電圧変化検出手段５を構成するものである。比較器４１と４２とは、入力される圧電センサ１の出力が、第一所定電圧ＴＨ１、第二所定電圧ＴＨ２であることを検出するので、電圧変化検出手段５を構成するものである。また、同時に、第一所定電圧ＴＨ１、第二所定電圧ＴＨ２である時刻、つまり第一状態及び第二状態の時刻ｔ１及びｔ２を検出するので、比較器４１と４２とは、時間変化検出手段４を構成するものである。

ＭＰＵ２１は、第一所定電圧ＴＨ１と第二所定電圧ＴＨ２とを入力されて、第一電位差Ｅ１を算出するので、電圧変化検出手段５を構成する。また、時刻ｔ１及びｔ２から、第一遷移時間Ｔ１を算出するので、時間変化検出手段４を構成する。そして、第一遷移時間Ｔ１と、第一電位差Ｅ１とから、特徴量を算出するので、特徴量決定手段６を構成する。さらに、決定された特徴量が所定の基準特徴量（基準範囲）よりも大きい場合には、物体が挟み込まれていないと判定すると共に、この特徴量が所定の基準範囲に含まれる場合には、物体が挟み込まれたことを判定する。従って、ＭＰＵ２１は、判定手段３を構成する。

このように、本発明の各手段は、具体的実施形態において必ずしも物理的に独立したものとはならない場合がある。本発明の各手段は、機能としての分担を示すものであり、これら機能を備えた挟み込み検出装置は、本発明の技術範囲に属するものとして適宜改変可能である。

以上、説明したように、第一実施形態に係る挟み込み検出装置によれば、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、センサの出力を短時間で解析して、良好に挟み込みを検出することができる。
即ち、特徴量が所定の基準特徴量よりも大きい場合には、挟み込みではないと判定するので、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することがない。また、振幅中心側に設定された第一状態から、第一状態よりも振幅方向外側に設定された第二状態に達するまでの第一遷移時間Ｔ１における特徴量を求めるので、センサの出力を短時間で解析することができる。つまり、少なくとも、一周期の１／４程度までの短時間でセンサの出力を解析することができる。

〔第二実施形態〕
図１１〜図１３に基づいて、圧電センサ１の出力波形の例と、これらの波形を第二実施形態により分析する方法を説明する。図１１は図４と同様に挟み込みを検出した場合の圧電センサ１の出力の標準的な波形例（ＷＡ）を示し、図１２は図６と同様に挟み込みを検出した場合の圧電センサ１の出力の他の波形例（ＷＢ）を示し、図１３は図５と同様に挟み込み以外の事象により生じた圧電センサの出力の波形例（ＷＣ）を示している。
図１１〜図１３において、符号Ｅ２は本発明の出力差に相当する第二電位差を示している。

図１１〜図１３に示す各波形において、圧電センサ１の出力が、振幅中心として設定された振幅中心基準値Ｅ０である第一状態から、振幅の一方の頂上部（一方側の最大振幅）を経て振幅中心基準値Ｅ０である第二状態に達するまでの時間、即ち時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間が、第二遷移時間Ｔ２である。第二遷移時間Ｔ２は、圧電センサ１の出力波形の１／２周期の時間と概ね等価であり、各波形によって異なる時間である。
第二電位差Ｅ２は、第二遷移時間Ｔ２における圧電センサ１の最大出力差の絶対値、つまり半周期の間の最大振幅の絶対値である。

特徴量決定手段６は、第二電位差Ｅ２を第二遷移時間ＴＨ２で除して得られる電圧波形の比率を特徴量として決定する。上述したようにセンサの出力の１／２周期の時間がほぼ正確に検出され、さらに、１／２周期の間の最大振幅を用いて比率が求められるので、精度の良い特徴量が求められる。また、この特徴量は、圧電センサ１の出力の概ね１／２周期の時間とこの間の最大振幅値とから求められるので、周波数成分と出力の大きさとが情報として包含されたものである。
図１１に示す波形ＷＡの特徴量としての比率は、（Ｅ２／Ｔ２）であり、図１２に示す波形ＷＢの特徴量としての比率は、（Ｅ２ａ／Ｔ２ａ）であり、図１３に示す波形ＷＣの特徴量としての比率は、（Ｅ２ｂ／Ｔ２ｂ）である。
図１１〜図１３より明らかなように、Ｅ２とＥ２ａとはほぼ同等であり、Ｅ２＞Ｅ２ｂである。また、Ｔ２とＴ２ｂとはほぼ同等であり、Ｔ２＞Ｔ２ａである。従って、特徴量としての比率は、下記のような関係となる。

（Ｅ２ａ／Ｔ２ａ）＞（Ｅ２／Ｔ２）＞（Ｅ２ｂ／Ｔ２ｂ）

判定手段３は、分析手段２より、入力された比率（特徴量）が所定の基準特徴量（比率）よりも大きければ、物体が挟み込まれていないと判定する。この所定の基準特徴量は、設計値、実験による測定値などから検出したい事象に対応する特徴量（比率）を求めて設定する。図１１に示す波形ＷＡは、圧電センサ１の標準的な出力を示す例であるので、比率（Ｅ２／Ｔ２）は、ほぼ基準特徴量に相当する。従って、比率（Ｅ２／Ｔ２）よりも大きい比率（Ｅ２ａ／Ｔ２ａ）を有する図１２に示す波形ＷＢは、基準特徴量（比率）よりも大きな比率であるとして、物体が挟み込まれたものに起因しないと判定される。

図１４及び図１５は、第二実施形態の基準特徴量を示すグラフである。特徴量は、第二遷移時間Ｔ２と第二電位差Ｅ２との関数である。これをグラフとして示したものが実線Ｒ２である。判定手段３は、一例としてこの実線Ｒ２を基準特徴量として、これよりも特徴量が大きい場合、即ち、図９のグラフ上においてＡ側の特徴量が求められた場合には、物体が挟み込まれていないと判定する。

第一実施形態と同様に、物理量の変化の計測には誤差を伴うため、基準特徴量を一定の幅を有した基準範囲とすることにより、この誤差を抑制する。具体的には、図１４及び図１５に示すように、実線Ｒ２の両側に設定した破線Ｒ２Ｈを基準特徴量の上限値とし、破線Ｒ２Ｌを基準特徴量の下限値として、両限界値に挟まれた範囲を基準範囲Ｒとする。判定手段３は、分析手段２によって求められた特徴量がこの基準範囲を超えてＡ側に検出された場合には、挟み込みに起因するものではないと判定する。また、分析手段２によって求められた特徴量がこの基準範囲Ｒの中に含まれる場合には、物体が挟み込まれたと判定する。

尚、上記説明においては、全て圧電センサ１の出力波形の振幅中心よりも高出力側を評価したが、これは発明を限定するものではない。振幅中心よりも低出力側を評価してもよいし、両方を評価してもよい。また、上記説明においては、説明を容易にするため、電子回路上で取り扱いが容易な電圧波形を例に説明した。しかしこれに限らず、圧電センサの出力が電流波形である場合でも同様の技術思想に基づいて、遷移時間と、遷移時間における出力差との比率を分析し、判定することができる。

図１６は、第二実施形態の分析手段２及び判定手段３の構成例を模式的に示すブロック図である。この構成例においては、振幅中心基準値Ｅ０をしきい値電圧とする比較器４３と、最大振幅を測定するピークホールド回路５３と、Ａ／Ｄコンバータを内蔵したＭＰＵ２１とが備えられている。振幅中心基準値Ｅ０は、定電圧回路５４によって生成される。比較器４３は、圧電センサ１の出力波形が、振幅中心基準値Ｅ０と交差した時刻ｔ３と、その後振幅の頂点を越えて振幅中心基準値Ｅ０に達した時刻ｔ４とを情報としてＭＰＵ２１へ伝達する。具体的には、比較器４３が出力する信号が時刻ｔ３及びｔ４において変化し、ＭＰＵ２１はこの変化点を検出することによって、時刻情報を取得する。

ピークホールド回路５３からは、振幅方向の最大電圧値がＭＰＵ２１へ伝達されている。また、振幅中心基準値Ｅ０の電圧値もＭＰＵ２１へ入力されている。ＭＰＵ２１は、比較器４１及び４２から伝達された時刻ｔ３とｔ４とに基づいて、第二遷移時間Ｔ２を算出する。また、振幅中心基準値Ｅ０とピークホールド回路の出力値とを内蔵のＡ／Ｄコンバータでデジタル化して、第二電位差Ｅ２を算出する。そして、第二遷移時間Ｔ２と第二電位差Ｅ２とに基づいて、特徴量（比率）を算出する。さらに、この特徴量と、所定の基準特徴量あるいは、基準範囲とに基づいて、開閉する装置に物体が挟み込まれたか否かを判定する。

尚、ピークホールド回路５３は、電圧を維持した状態をリセットされなければ、次の周期の最大振幅を計測することができない。このリセット信号は、例えばＭＰＵ２１から与えることができる（不図示）。ＭＰＵ２１は、時刻ｔ３とｔ４とを情報として取得しており、測定すべき振幅の頂点はこの時刻ｔ３とｔ４との間に存在する。従って、ＭＰＵ２１は例えば時刻ｔ４を取得した直後に、ピークホールド回路５３からの入力を取得し、取得後直ちにピークホールド回路５３をリセットする。

ここで、振幅中心基準値Ｅ０の電圧を生成する定電圧回路５４は、電圧変化検出手段５を構成するものである。ピークホールド回路５３は、圧電センサ１の出力の最大振幅を測定するので、電圧変化検出手段５を構成するものである。比較器４３は、入力される圧電センサ１の出力が、振幅中心基準値Ｅ０を超えた時刻ｔ３と、振幅中心基準値Ｅ０を下回った時刻ｔ４とを検出するので、時間変化検出手段４を構成するものである。

ＭＰＵ２１は、第二電位差Ｅ２を算出するので、電圧変化検出手段５を構成する。また、時刻ｔ３とｔ４とから、第二遷移時間Ｔ２を算出するので、時間変化検出手段４を構成する。そして、第二遷移時間Ｔ２と、第二電位差Ｅ２とから、特徴量を算出するので、特徴量決定手段６を構成する。さらに、決定された特徴量が所定の基準特徴量（基準範囲）よりも大きい場合には、物体が挟み込まれていないと判定すると共に、この特徴量が所定の基準範囲に含まれる場合には、物体が挟み込まれたことを判定する。従って、ＭＰＵ２１は、判定手段３を構成する。

以上、説明したように、第二実施形態に係る挟み込み検出装置によれば、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することなく、センサの出力を短時間で解析して、良好に挟み込みを検出することができる。
即ち、特徴量が所定の基準特徴量よりも大きい場合には、挟み込みではないと判定するので、挟み込みとは異なる事象により発生する検出信号を挟み込みにより発生したものと混同することがない。また、一周期の１／２程度の第二遷移時間Ｔ２において、その間の最大振幅との関係で特徴量を求め、この特徴量に基づいて挟み込みを判定する。従って、一周期の１／２程度の短時間でセンサの出力の周波数成分と出力信号の大きさとに基づいて、挟み込みを検出することができる。

本発明の挟み込み検出装置の構成を模式的に示すブロック図図１に示す圧電センサの構成例を示す模式図車両のスライドドアに図２の圧電センサを配設する例を示す説明図挟み込みを検出した場合の圧電センサの出力の標準的な波形例と、これを第一実施形態により分析する方法を示す説明図挟み込み以外の事象により生じた圧電センサの出力の波形例と、これを第一実施形態により分析する方法を示す説明図挟み込みを検出した場合の圧電センサの出力の他の波形例と、これを第一実施形態により分析する方法を示す説明図図４の波形例を第一実施形態の別実施形態で分析する方法を示す説明図図６の波形例を第一実施形態の別実施形態で分析する方法を示す説明図第一実施形態の基準特徴量の一例を示すグラフ第一実施形態の構成例を模式的に示すブロック図挟み込みを検出した場合の圧電センサの出力の標準的な波形例と、これを第二実施形態により分析する方法を示す説明図挟み込み以外の事象により生じた圧電センサの出力の波形例と、これを第二実施形態により分析する方法を示す説明図挟み込みを検出した場合の圧電センサの出力の他の波形例と、これを第二実施形態により分析する方法を示す説明図第二実施形態の基準特徴量の一例を示すグラフ第二実施形態の基準特徴量の他の例を示すグラフ第二実施形態の構成例を模式的に示すブロック図従来の挟み込み検出装置の構成を模式的に示すブロック図圧電センサの出力波形の例を示す波形図

符号の説明

１圧電センサ
２分析手段
３判定手段
Ｔ１第一遷移時間
Ｔ２第二遷移時間
Ｅ０振幅中心基準値
Ｅ１第一電位差
Ｅ２第二電位差
Ｒ基準特徴量、基準範囲
Ｒ１，Ｒ２基準特徴量

Claims

開閉する装置に機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサを備え、この圧電センサの出力の周波数成分と出力信号の大きさとに基づいて前記装置に物体が挟み込まれたことを検出する挟み込み検出装置であって、
共に前記圧電センサの出力の一周期の範囲内に設定された所定の第一状態から第二状態へと前記圧電センサの出力が変化する遷移時間における前記圧電センサの出力差を分析して、周波数成分と出力の大きさとが情報として包含された特徴量を求める分析手段と、
前記特徴量が、所定の基準特徴量よりも大きい場合には、前記圧電センサの出力に拘らず、前記装置に物体が挟み込まれていないと判定する判定手段と、を備え、
前記遷移時間は、前記圧電センサの出力が振幅中心から振幅の頂上部へ向かって変化する際に、振幅中心側に設定された前記第一状態から、前記第一状態よりも振幅方向の前記頂上部側に設定された前記第二状態に達するまでの第一遷移時間であり、
前記分析手段は、前記出力差を前記第一遷移時間で除して得られる前記圧電センサの出力の傾きを前記特徴量として求める挟み込み検出装置。
前記第一状態と前記第二状態とが複数設定されると共に、当該複数の第一状態及び第二状態のうちの一対の前記第一状態と前記第二状態とで定められる前記出力差が複数設定され、
前記分析手段は、複数の前記特徴量を、これら複数の前記出力差とそれぞれの前記出力差に対応する前記第一遷移時間とに基づいて求め、
前記判定手段は、これら複数の前記特徴量の少なくとも何れか１つに基づいて判定する請求項１に記載の挟み込み検出装置。
開閉する装置に機械的な外力に応じた電圧を出力する圧電センサを備え、この圧電センサの出力の周波数成分と出力信号の大きさとに基づいて前記装置に物体が挟み込まれたことを検出する挟み込み検出装置であって、
共に前記圧電センサの出力の一周期の範囲内に設定された所定の第一状態から第二状態へと前記圧電センサの出力が変化する遷移時間における前記圧電センサの出力差を分析して、周波数成分と出力の大きさとが情報として包含された特徴量を求める分析手段と、
前記特徴量が、所定の基準特徴量よりも大きい場合には、前記圧電センサの出力に拘らず、前記装置に物体が挟み込まれていないと判定する判定手段と、を備え、
前記遷移時間は、前記圧電センサの出力が、振幅中心として設定された振幅中心基準値と一致する前記第一状態から、振幅の一方の頂上部を経て前記振幅中心基準値と一致する前記第二状態に達するまでの第二遷移時間であり、
前記分析手段は、前記第二遷移時間における前記圧電センサの最大出力差の絶対値を前記第二遷移時間で除して得られる比率を前記特徴量として求める挟み込み検出装置。
前記基準特徴量は、一定の幅を有した基準範囲であり、前記判定手段は、前記特徴量がこの基準範囲の中に含まれる場合に、前記装置に物体が挟み込まれたことを判定する請求項１〜３の何れか一項に記載の挟み込み検出装置。