JP4761116B2 - 挟み込み検出システム - Google Patents

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Description

本発明は、開閉する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システムに関し、特に加速度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み込まれたことを検出する挟み込み検出システムに関する。
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も提案されている。
下記に示す特許文献1や特許文献2には、車両の電動スライドドア装置のドアパネル等の移動体が物体を挟み込んだことを確実に検出できる自動開閉装置が記載されている。これらの文献に記載された自動開閉装置は、物体の挟み込みによって生じる押圧力を検出する感圧センサを備えている。この感圧センサは、弾性材からなる長尺のチューブの外皮部の内部に、このチューブの中心周りに漸次変位する十字孔を設け、この十字孔の中に互いに離間し且つ十字孔に沿って螺旋状に電極となる複数の導線を配置したものである。物体の挟み込みによって、この感圧センサに押圧力が加わると、外皮部が弾性変形して外皮部の内部の十字孔が潰される。そして、十字孔に配置した複数の導線の内の任意の何れか、又は全てが接触することによって導線間が導通することを検出し、挟み込みを検出するようにしている。
しかし、この感圧センサを例えばドア枠に沿って配置するような場合、センサ自身が受ける曲げや、取り付け時の圧力等を考慮する必要があり、その取り付けの自由度が制限される場合がある。また、この感圧センサは上述したように物体の挟み込みによって生じる押圧力によってチューブ内部の導線同士を接触させるものである。従って、物体を確実に挟み込んでしまった場合には良好に検出するが、挟み込む直前に物体が接触した段階では必ずしも挟み込み状態として検出するとは限らない。従って、さらに実際の体感に合うような挟み込み検出センサが望まれる。そこで、下記に示す特許文献3に記載されているように圧電素子が検知する振動によっ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。
特許第3300660号公報(第34〜35段落、第1〜3図) 特許第3415014号公報(第43〜44段落、第8図) 特開2003−106048号公報(第5〜7、第17〜27段落、第4、5図)
ところで、特許文献1や2に記載された従来の感圧センサを用いる挟み込みセンサのシステムでは、検出部としての感圧センサは2つの端子を有して(特許文献1の第3図参照)挟み込みを判定する制御部と接続される。例えば、図6に示すように検出部10(感圧センサ)は、端子T11とT12とを有しており、端子T11は制御部20の端子T21と、端子T12は制御部20の端子T22とそれぞれケーブル等によって接続される。通常状態において、制御部20のマイクロコンピュータ28への入力は、制御部20内の抵抗R20と、検出部10内の抵抗R10とによって電源−グラウンド間を抵抗分圧されたハイ(H)状態である。挟み込みが発生し、検出部20内で導線同士が接触すると、図6のスイッチSが導通した状態となり、マイクロコンピュータ28への入力がロウ(L)状態となる。これによりマイクロコンピュータ28は挟み込みが発生したことを判定する。
ここで、検出部10が有するセンサを感圧センサから圧電センサ3に変更した例が、図7である。圧電センサ3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。圧電効果によって生じる電圧は非常に小さいため、増幅回路などの信号処理部6が必要となる。従って、この回路に電源(電源線及びグラウンド線の対による)を与える必要がある。信号処理部6の出力である挟み込み検出信号と合わせると、3本の信号線が必要となり、制御部20には、端子T23を追加する必要が生じる。
このため、そのままでは従来使用していた感圧センサを用いた挟み込みセンサのシステム(図6)を圧電素子を用いたシステム(図7)へと変更することが容易ではない。制御部20が備えるコネクタを変更する必要が生じ、上述したように配線数も増加する。コネクタの変更は原価増大につながり、配線数の増加は信頼性の低下につながる。また、図6及び7の例のように制御部20がマイクロコンピュータ28を有する場合、このプログラムの変更を伴う場合もある。そして、マイクロコンピュータ28のプログラムがマスクROM化(内蔵を含む)されている場合にはマスク費用が発生する。プログラムが変更されると、他のシステムとの整合性を評価する必要もあり、信頼性確保のための評価工数も増大する。従って、感圧センサから圧電センサへの置換に関する障壁を軽減し、容易に体感のよい挟み込み検出システムを構築することが望まれる。
本願発明は上記課題に鑑みてなされたもので、システムの変更を最小限に留め、挟み込みセンサを感圧センサを利用したものから圧電センサを利用したものへと変更して、体感によく整合する挟み込み検出システム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システムの特徴構成は、
開閉する装置に備えられて前記開閉する装置に生じる加速度に応じた電圧を出力する圧電センサからの出力電圧に基づいて前記開閉する装置に生じる加速度を検出する検出部と、この検出部の検出結果に基づいて前記装置に物体が挟み込まれたか否かを判定する制御部とを備えた挟み込み検出システムであって、
前記検出部は、前記制御部と2本のケーブルにより接続され、前記2本のケーブルのうち、一方のケーブルで前記制御部から電源を供給され、他方のケーブルで前記制御部の基準電位に対する電位差が設定されるとともに、前記圧電センサの出力に基づいて前記検出部の消費電流を変化させる電流制御部を有し、前記制御部は、前記他方のケーブルを介して伝達される前記検出部の消費電流に基づいて前記装置に物体が挟み込まれたか否かを判定する点にある。
従来の検出部に感圧センサを用いた挟み込み検出システムでは、感圧センサの導線同士の接触の程度によって変化する抵抗値により抵抗分圧で定まる電圧値を変化させて、制御部が挟み込みの有無を判定していた。つまり、検出部は、電源とグラウンドとを抵抗分圧する回路として、つまり、制御部の一つの閉回路として構成され、検出部と制御部とは2つの端子で接続されていた。
検出部に圧電センサを用いると、圧電センサの出力が微小電圧であることなどから、圧電センサの出力を信号処理する回路が必要となる。このため、この信号処理回路への電源供給と、信号処理回路の出力との3つの端子で、検出部と制御部とを接続する必要性が生じる。
しかし、本特徴構成によれば、電圧値の変化である圧電センサの出力に基づいて電流制御部が検出部の消費電力を変化させる。つまり、電流制御部が一つの閉回路として制御部に直列に接続されて電源を供給される検出部の消費電流を変化させる。検出部は、制御部の閉回路として制御部に直列に接続されるので、感圧センサを用いた検出部と同様に2本の配線のみで、検出部と制御部とが接続される。そして、消費電流の変化は、電源とグラウンドとの間を流れる電流を測定することにより検出することができるものである。制御部から検出部に電源を供給するため、2本の配線は検出部にとっての電源電圧とグラウンドである。従って、本特徴構成によれば、検出部が有する信号処理回路に良好に電源を供給することができると共に、検出部の消費電流の変化を制御部において検出できる。その結果、システムの変更を最小限に留め、挟み込みセンサを感圧センサを利用したものから圧電センサを利用したものへと変更して、体感によく整合する挟み込み検出システムを提供することができる。
また、前記電流制御部が、前記圧電センサの出力に基づいて前記装置に物体が挟み込まれた場合には前記消費電流を増させると好適である。
圧電センサが加速度を検出していない定常時においては、圧電センサは電圧信号の変化を生じない。そして、検出部の信号処理回路も動作しないため、検出部の消費電流は非常に微量である。従って、圧電センサの出力に基づいて電流制御部が電流を増させると、検出部の消費電流が増し、加速度発生の前後における差異を制御部において明確に判定することができる。その結果、良好に挟み込みを検出することのできる挟み込み検出システムを得ることができる。
尚、圧電センサの定常時において電流制御部が電流を増させ、圧電センサが加速度を検出した場合に電流制御部が電流を減少させることにおいても、加速度発生の前後における差異を制御部において明確に判定することができる。しかし、上記のように加速度の検出時に電流制御部が電流を増させる構成であれば、加速度が発生していない定常時の消費電流を抑制することができ、システム全体の省電力化に有効である。
また、前記電流制御部が、定電流回路であると好適である。
車両の電源は、モータやソレノイド等、大きな電力を必要とする種々のアクチュエータの電源にも用いられるため、電圧変動が大きい。従って、検出部が有する電流制御部が増させる電流(検出部の消費電流)もこの電源電圧の変動の影響を受ける。そこで、電源電圧が変動しても、検出部の消費電流が常にほぼ一定量の増となるように、電流制御部を定電流回路で構成する。定電流回路(電流制御部)以外の検出部の回路の消費電流に比べて、定電流回路が発生する定電流を充分大きくしておけば、加速度検出時の検出部の消費電流は常にほぼ一定量の増となる。このようにすれば、制御部は検出部の消費電流に基づいて挟み込みの有無を判定する際の精度を高くすることができる。
また、前記圧電センサが、車両のスライドドアの端部に配設されと好適である。圧電センサが車両のスライドドアの端部に配設されると、本発明の挟み込み検出システムを車両の挟み込み検出装置として利用することができる。近年、需要が増加している車両のスライドドア装置において、その安全性を向上することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る挟み込み検出システムの一例を示す概略ブロック図である。図に示すように、本実施形態の挟み込み検出システムは、開閉する装置の開閉部に備えられる圧電センサ3を有する検出部1と、この検出部1の検出結果に基づいて開閉する装置に物体が挟まれたか否かを判定する制御部としてのECU(Electronic Control Unit)2とを有している。検出部1は、圧電センサ3に加え、加速度に応じて出力される圧電センサ3からの電圧出力を増幅し、所定の条件に合致する信号か否かを判定するなどの信号処理を行う判定回路4とを有している。
図2は、圧電センサ3の構成例を示す模式図である。圧電センサは、圧電体を2つの電極で挟み、加速度等の振動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(a)は、平面状の第一電極11と、同じく平面状の第二電極12との間に、圧電体13を挟み込んだ構成である。図2(b)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2(a)に示した平型コード状のものよりも、屈曲した部位への配設が行いやすい形状である。以上、二つの例を示したが、圧電素子(圧電体)を用いた圧電センサ3は、これらの形状に限るものではない。
図3は、開閉する装置に圧電センサを配設する一例を示す斜視図である。ここでは、開閉する装置として車両のスライドドア装置を示し、ドア15の端部に沿って圧電センサ3を配設した場合の例を示している。勿論ドア枠に沿って圧電センサ3を配設してもよい。上述したように、圧電センサ3の出力は微弱であるから、判定回路4への伝送線は短い方が好ましい。従って、ドア15の端部に沿って圧電センサ3を配設した場合、判定回路4はドア15内に備えることが好ましい。
上述したように、判定回路4において圧電センサ3からの電圧出力を増幅するなどの信号処理が施されるので、検出部1とECU2とは、ある程度離れて配置されていても問題はない。図1に示すように、判定回路4は端子T11と端子T12との2つの端子を有し、ECU2は端子T21と端子T22との2つの端子を有している。そして、端子T11と端子T21とを結ぶ配線H1と、端子T12と端子T22とを結ぶ配線H2との2本のケーブルHによって検出部1と、ECU2とが接続される。
尚、このようにケーブルHは、2線であるので図6に示したような感圧センサを用いた検出部10を備えた挟み込み検出システムからの置き換えの際に同じハーネス部品を使用することができる。また、ケーブル配線に必要なスペースが小さくて良いので、車両のボディやドアパネルなどの薄い隙間や小さい穴、検出部1の防水プロテクタ内部などにも配線することができる。さらに、ハーネスやコネクタの端子数は少ないほど、故障やノイズなど信頼性を低下させる要因が減るので信頼性の観点でも従来の水準を維持できる。
図1に示すように、判定回路4は、電源回路7と信号処理部6と電流発生部5とを有している。電源回路7は、例えば図1に示したようなレギュレータIC7である。このレギュレータIC7は、ECU2を介して車両のバッテリーBから供給される電圧VB[V:ボルト]を、信号処理部6の回路素子の電源電圧である電圧VCC[V]に変換する。本例では、電圧VBは約12Vであり、電圧VCCは5V、3.3V、2.5V等である。
信号処理部6は、フィルタ回路や比較回路等を備えている。フィルタ回路は機械的な振動周波数に連動して圧電センサ3が出力する周波数成分を有した電圧信号から特定の周波数帯域の電圧信号を取り出す回路である。比較回路は、機械的な振動(衝撃)に連動して圧電センサ3が出力する電圧信号の振幅を判定する回路である。これらフィルタ回路や比較回路には、良く知られた演算増幅器が用いられる。演算増幅器は種々の汎用的なICが提供されており、これらの電源電圧は上述した電圧VCCである。これら、演算増幅器を安定動作させるために、レギュレータIC7によって電源が安定化されている。信号処理部6は、フィルタ回路や比較回路により圧電センサ3の出力を処理し、挟み込みがあったことを示す所定の条件に合致するか否かを判定し、その結果を安定した電圧信号で出力する。安定した電圧信号とは、一定期間の直流成分でH又はLの状態を示す電圧信号をいい、本実施形態では、Hは電圧VCC、Lは判定回路4のグラウンドVGである。
電流発生部5は、本発明の電流制御部に相当するものである。電流発生部5は、圧電センサ3の出力に基づいて、つまりは信号処理部6の判定結果に基づいて、挟み込みがあったと判定された場合に電流を発生させる。電流発生部5が電流I1を発生させることにより、判定回路4の消費電流(検出部1の消費電流)は発生した電流I1の分だけ増する。この消費電流に基づいて、ECU2は、開閉する装置に物体が挟み込まれた否かを判定する。尚、このとき、信号処理部6が圧電センサ3が検出した加速度の大きさに応じた判定結果を出力し、電流発生部5が信号処理部6の判定結果に応じた電流を発生するものであってもよい。このようにすれば、電流発生部5が発生する電流に応じて検出部1の消費電流の変化量が異なる。そして、ECU2が、このように異なる検出部1の消費電流の変化量を検出して、加速度の大きさを検出するようにしてもよい。
図4は、電流発生部5の好適な実施形態の一例を示す概略回路図である。図に示すように、電流発生部5は、電圧VBに接続された抵抗R4と、この抵抗R4にコレクタが接続され、グラウンドVGにエミッタが接続されたNPN型のトランジスタTR1とを有している。トランジスタTR1のベースには、圧電センサ3の出力に基づいて挟み込みがあったと判定した場合にHとなる信号処理部6の出力が接続されている。電流発生部5のトランジスタTR1は、このHの信号によりオンし、抵抗R4を介して電圧VBからグラウンドVGへ電流が流れる。この電流は、オームの法則により抵抗R4の定数によって定まる。信号処理部6の出力がLの場合にはトランジスタTR1はオフであるので、抵抗R4を介して電圧VBからグラウンドVGへは電流が流れない。
図1及び図4に示すように、判定回路4のグラウンドVGは、判定回路4の端子T12とECU2の端子T22とを接続するケーブルH2を介してECU2へ接続される。さらにECU2において、ECU2が備える抵抗R3を介してECU2のグラウンドFGに接続される。つまり、判定回路4のグラウンドVGと、ECU2のグラウンドFGとは同一ではない。検出部1の消費電流Irがゼロに近い場合には、グラウンドVGとグラウンドFGとはほぼ同電圧となるが、両グラウンドの電位差は検出部1の消費電流Irによって変動する。ただし、判定回路4の内部においては、グラウンドVGが唯一のグラウンドとして機能するので、判定回路4は安定して動作する。尚、判定回路4のグラウンドVGが、ECU2の抵抗R3を介してECU2(及びバッテリB)のグラウンドFGと接続されるので、判定回路4はECU2の閉回路に直列接続されていることになる。つまり、電源(電圧VB)−検出部1−抵抗R3−グラウンドFGの閉回路となる。
ここで、検出部1の消費電流Irは、ほぼ全てが抵抗R3を介してグラウンドFGに流れるため、抵抗R3の両端の電圧Vr(両グラウンドの電位差)は、抵抗R3の抵抗値と消費電流Irとの積となる。ここで、この電圧VrがトランジスタTR4をオンすることができる電圧となるように消費電流Ir及び抵抗R3が調整されていれば、マイクロコンピュータ8への入力はLレベル(グラウンドFG)となる。マイクロコンピュータ8への入力がLレベルとなることにより、検出部1により挟み込みが検出されたことが伝達され、マイクロコンピュータ8は挟み込みがあったと判定する。
尚、従来の感圧センサを検出部10に用いた挟み込み検出システムでも、図6に示すように挟み込みが生じた場合にはマイクロコンピュータ28への入力はLレベルとなる。つまり、挟み込みにより検出部10の導線同士が接触し、スイッチSがオンした状態となるので、抵抗R20のマイクロコンピュータ28側の端子はグラウンドFGとなる。本発明に係る制御部2のマイクロコンピュータ8への入力も上述したように、挟み込み検出時にLレベルである。従って、マイクロコンピュータ8への接続や、マイクロコンピュータ8のプログラムには変更が生じない。その結果、従来の感圧センサを検出部10に用いた挟み込み検出システムから、圧電センサを検出部1に用いた挟み込み検出システムへと、良好に置き換えることができる。一部、ECU2の基板に変更が生じるが、マイクロコンピュータ8のマスク変更などに比べると微細なことであり、最低限の変更によりシステムの変更が可能となる。
消費電流Irは、検出部1の全ての消費電流であるが、そのほとんどは電流発生部5によって発生させたものである。信号処理部6は上述したように汎用の演算増幅器等が用いられており、消費電流は多くない。また、信号処理部6の消費電流が多くないので、レギュレータIC7も電流容量の小さな安価なものが用いられている。これに対し、電流発生部5は、信号処理部6の出力に基づいて大きな電流I1を発生する。このため、消費電流Irはほぼ電流発生部5が発生する電流I1に等しいものとなる。電流I1が加わる前の消費電流Irは小さいため、抵抗R3の両端の電圧VrはトランジスタTR4をオンできるほど高い電圧とはならない。従って、圧電センサ3が挟み込みを検出していない場合には、トランジスタTR4はオフ状態となり、マイクロコンピュータ8への入力はHレベルとなる。このため、マイクロコンピュータ8は、挟み込みがないと判定する。
尚、抵抗R3の両端の電圧Vrが高くなると、判定回路4のグラウンドVGの電圧が、バッテリBのグラウンドFGに対して高くなり、バッテリBの電圧VBとの電位差が小さくなる。しかし、検出部1(判定回路4)はレギュレータIC7を備えているので、信号処理部6の電源電圧はグラウンドVGを基準として電圧VCCに安定化されており問題はない。図4に示した例では電流発生部5の電源に電圧VBを用いている。電流発生部5は大きな電流を発生させるため、電圧VCCを電源電圧とするとレギュレータIC7を容量の大きなものにする必要がある。本実施形態では、上述したようにレギュレータIC7が低容量のもので充分なように電流発生部5の電源に電圧VBを用いている。
図5は、電流発生部5の好適な実施形態の他の例を示す概略回路図である。上述したように、バッテリBの電圧VBと、判定回路4のグラウンドVGとの電位差は、ECU2の抵抗R3の両端の電圧Vrによって変動する。また、バッテリBは、モータやソレノイド等、大きな電力を必要とする種々のアクチュエータの電源にも用いられるため、電圧変動が大きい。従って、電流発生部5が増させる電流I1もこの電圧VBの変動の影響を受ける。そこで、図5に示した他の構成例では電圧VBや、電圧VB−グラウンドVG間の電位差が変動しても、電流I1が常にほぼ一定となるように、定電流回路を設けている。
図5に示すように、演算増幅器A1は抵抗R7の両端の電圧V2が、抵抗分圧によって定められた電圧V1を維持するようにフィードバック制御(ボルテージフォロワ)を行う。その結果、抵抗R7を流れる電流I1は一定の値となる。電圧V1は、電圧変動の影響を受けないように、レギュレータIC7によって安定化された電圧VCCを基準とし、抵抗R5と抵抗R6とによって抵抗分圧されている。演算増幅器A1にはほとんど電流が流れ込まないため、抵抗R5及び抵抗R6を充分大きな値(数10キロオーム以上)としておけば、消費電流Irにはほとんど影響を与えない。トランジスタTR2は、信号処理部6が圧電センサ3の出力に基づいて挟み込みを検出した場合にのみオンする。従って、挟み込みを検出していない状態では、トランジスタTR2はオフ状態であり、電圧V1はグラウンドVGとなり、トランジスタTR3もオフ状態となり、抵抗R7には電流I1が流れない。電流I1が加わる前の消費電流Irは小さいため、制御部2の抵抗R3の両端の電圧VrはトランジスタTR4をオンできるほど高い電圧とはならない。従って、圧電センサ3が挟み込みを検出していない場合には、トランジスタTR4はオフ状態となり、マイクロコンピュータ8は挟み込みがないと判定する。
以上、説明したように本発明によれば、システムの変更を最小限に留め、挟み込みセンサを感圧センサを利用したものから圧電センサを利用したものへと変更して、体感によく整合する挟み込み検出システムを提供することができる。
本発明に係る挟み込み検出システムの一例を示す概略ブロック図 図1の圧電センサの構成例を示す模式図 開閉する装置に図2の圧電センサを配設する一例を示す斜視図 図1の電流発生部の好適な実施形態の一例を示す概略回路図 図1の電流発生部の好適な実施形態の他の例を示す概略回路図 従来の感圧センサを用いた挟み込み検出システムの一例を示す概略ブロック図 図6の感圧センサに代えて圧電センサを用いた挟み込み検出システムの一般的な構成例を示す概略ブロック図
符号の説明
1 検出部
2 ECU(制御部)
3 圧電センサ
4 判定回路
5 電流発生部(電流制御部)
Ir 消費電流

Claims (4)

  1. 開閉する装置に備えられて前記開閉する装置に生じる加速度に応じた電圧を出力する圧電センサからの出力電圧に基づいて前記開閉する装置に生じる加速度を検出する検出部と、
    この検出部の検出結果に基づいて前記装置に物体が挟み込まれたか否かを判定する制御部とを備えた挟み込み検出システムであって、
    前記検出部は、前記制御部と2本のケーブルにより接続され、前記2本のケーブルのうち、一方のケーブルで前記制御部から電源を供給され、他方のケーブルで前記制御部の基準電位に対する電位差が設定されるとともに、前記圧電センサの出力に基づいて前記検出部の消費電流を変化させる電流制御部を有し、
    前記制御部は、前記他方のケーブルを介して伝達される前記検出部の消費電流に基づいて前記装置に物体が挟み込まれたか否かを判定する挟み込み検出システム。
  2. 前記電流制御部は、前記圧電センサの出力に基づいて前記装置に物体が挟み込まれた場合には前記消費電流を増させる請求項1に記載の挟み込み検出システム。
  3. 前記電流制御部は、定電流回路である請求項2に記載の挟み込み検出システム。
  4. 前記検出部の基準電位は、前記消費電流と、前記他方のケーブルと前記制御部の基準電位との間に設けられた抵抗とに基づいて決定される請求項1から3のいずれか一項に記載の挟み込み検出システム。
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