JP5129006B2 - 挟込検出方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、挟込検出方法および装置に関し、特に、モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出する方法および装置に関する。

車両のパワーウィンドウには、人体が窓ガラスで挟まれるのを防止するため安全装置が設けられる。安全装置の一例として、静電容量方式の挟込検出と負荷方式の挟込検出を併用したものがある。そのような安全装置では、挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出のどちらかで挟み込みを検出して、窓ガラスを反転させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３１６５６４号公報（段落番号００１２−００１８，００３６−００３８，００４０−００４４、図１，１０，１１，１２）

静電容量方式と負荷方式を併用することにより、静電容量方式だけでは検出困難な挟み込み(手袋をした手指や袖を通した腕等の挟み込み)を検出することができるので、窓ガラスの反転は確実に行われる。しかし、負荷方式では、モータの負荷が所定の閾値を超えたことをもって挟込検出が行われるので、挟み込まれた人体にはかなり大きな力が加わる。この力は閾値の設定を下げれば小さくなるが、負荷変動に敏感になり誤作動が発生し易くなる。

そこで、本発明の目的は、人体に加わる力の緩和と挟込検出の正確性が両立する挟込検出方法および装置を実現することである。

課題を解決するための手段としての請求項１に係る発明は、モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出する方法であって、挟み込み発生時の挟込センサの静電容量の変化が挟込検出用の閾値を超えないときはモータの負荷の変化に基づく挟込検出感度を上昇させることを特徴とする挟込検出方法である。

課題を解決するための手段としての請求項２に係る発明は、前記挟込検出感度の上昇は、閾値の変更によって行われることを特徴とする請求項１に記載の挟込検出方法である。
課題を解決するための手段としての請求項３に係る発明は、前記挟込センサの静電容量の変化は、周波数の変化で表されることを特徴とする請求項１に記載の挟込検出方法である。

課題を解決するための手段としての請求項４に係る発明は、前記モータの負荷の変化は、回転速度の変化で表されることを特徴とする請求項１に記載の挟込検出方法である。
課題を解決するための手段としての請求項５に係る発明は、モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出する装置であって、挟み込み発生時の挟込センサの静電容量の変化が挟込検出用の閾値を超えないときはモータの負荷の変化に基づく挟込検出感度を上昇させる感度上昇手段を具備することを特徴とする挟込検出装置である。

課題を解決するための手段としての請求項６に係る発明は、前記挟込検出感度の上昇は、閾値の変更によって行われることを特徴とする請求項５に記載の挟込検出方法である。
課題を解決するための手段としての請求項７に係る発明は、前記挟込センサの静電容量の変化は、周波数の変化で表されることを特徴とする請求項５に記載の挟込検出装置である。

課題を解決するための手段としての請求項８に係る発明は、前記モータの負荷の変化は、回転速度の変化で表されることを特徴とする請求項５に記載の挟込検出装置である。

請求項１に係る発明によれば、モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出するにあたり、挟み込み発生時の挟込センサの静電容量の変化が挟込検出用の閾値を超えないときはモータの負荷の変化に基づく挟込検出感度を上昇させるので、人体に加わる力の緩和と挟込検出の正確性が両立する挟込検出方法を実現することができる。

請求項５に係る発明によれば、モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出する装置は、挟み込み発生時の挟込センサの静電容量の変化が挟込検出用の閾値を超えないときはモータの負荷の変化に基づく挟込検出感度を上昇させる感度上昇手段を具備するので、人体に加わる力の緩和と挟込検出の正確性が両立する挟込検出装置を実現することができる。

請求項２または請求項６に係る発明によれば、前記挟込検出感度の上昇は、閾値の変更によって行われるので、検出感度を容易に変更することができる。
請求項３または請求項７に係る発明によれば、前記挟込センサの静電容量の変化は、周波数の変化で表されるので、静電容量の変化を適切に表現することができる。

請求項４または請求項８に係る発明によれば、前記モータの負荷の変化は、回転速度の変化で表されるので、モータの負荷の変化を適切に表現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。
図１に、パワーウィンドウのブロック図を示す。図１に示すように、パワーウィンドウは、ウィンドウ１００、ウィンドウレギュレータ２００および制御装置３００からなる。制御装置３００に、発明を実施するための最良の形態の一例の挟込検出装置が含まれる。挟込検出装置の構成によって、挟込検出装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。挟込検出装置の動作によって、挟込検出方法に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

ウィンドウ１００は、窓ガラス１０２を有する。ウィンドウレギュレータ２００は、昇降モータ２０２と昇降機構２０４を有し、昇降モータ２０２により昇降機構２０４を介して窓ガラス１０２を昇降させる。昇降モータ２０２は、本発明におけるモータの一例である。窓ガラス１０２は、本発明における開閉部材の一例である。

制御装置３００は、ウィンドウレギュレータ２００による窓ガラス１０２の昇降を制御する。制御装置３００はＣＰＵ３０２を有する。ＣＰＵ３０２は制御装置３００の中枢であり、所定のプログラムによってウィンドウレギュレータ２００の制御を遂行する。

ＣＰＵ３０２は、駆動回路３０４を介して昇降モータ２０２を制御する。昇降モータ２０２の回転量は、パルス発生器３０６とカウンタ３０８を通じてＣＰＵ３０２にフィードバックされる。ＣＰＵ３０２は、カウンタ３０８計数値に基づいて窓ガラス位置を認識する。

パルス発生器３０６の出力パルスはパルス処理回路３１８で処理され、その処理結果がＣＰＵ３０２に入力される。パルス処理回路３１８におけるパルスの処理は、パルス幅の検出またはパルス周期の検出である。

ＣＰＵ３０２には、スイッチ３１０を通じて窓ガラス昇降指令が入力される。スイッチ３１０の操作は使用者によって行われる。ＣＰＵ３０２はメモリ３１２を有し、プログラム実行の過程で適宜データの書込および読出を行う。

窓ガラス１０２には電極３２０が設けられている。電極３２０の静電容量が静電容量検出部３３０によって検出され、静電容量検出信号がＣＰＵ３０２に入力される。
図２に、窓ガラス１０２における電極３２０の配置を示す。同図に示すように、窓ガラス１０２の上辺から後辺にかけて電極３２０が設けられる。電極３２０は、例えば導電材料等を用いて構成される。

電極３２０は、窓枠に対して静電容量Ｃｘを持つ。窓枠はグラウンド電位にあるので静電容量Ｃｘはグラウンドに対する静電容量となる。グラウンドに対する静電容量Ｃｘは、電極３２０に例えば搭乗者の手指や腕等の素肌の人体が触れたときに増大する。

これは、図３に等価回路で示すように、電極３２０の静電容量Ｃｘに人体の静電容量Ｃｘ’が並列接続されるためである。電極３２０の静電容量Ｃｘは例えば８０ｐＦ程度であり、人体の静電容量Ｃｘ’は例えば４００ｐＦ程度であるので、等価回路の静電容量は大幅に増大することになる。このような静電容量の変化が人体の接触の検出に利用される。電極３２０は、本発明における挟込センサの一例である。以下、電極３２０を挟込センサともいう。

図４に、挟込センサ３２０と静電容量検出部３３０の電気的構成を示す。図４に示すように、静電容量ＣｘにはインダクタＬと抵抗Ｒが並列接続される。静電容量検出部３３０は、発振回路７０１ａと波形整形回路７０１ｂで構成され、これら発振回路７０１ａと波形整形回路７０１ｂに、ＬＣＲ並列回路が共通に接続される。

発振回路７０１ａの発振周波数は次式で与えられる。

ここで、
Ｃ’：キャパシタＣの静電容量と発振回路の静電容量の合成値
Ｌ’：インダクタＬのインダクタンスと発振回路のインダクタンスの合成値
である。これによって、静電容量Ｃｘが周波数ｆに変換される。周波数ｆは、静電容量Ｃｘの増加および減少に対応して、それぞれ、減少および増加する。

波形整形回路７０１ｂは、ＬＣＲ並列回路の両端電圧を入力信号とし、その波形を矩形波に整形して出力する。図５の（ａ）および（ｂ）に、波形整形回路７０１ｂの入力信号波形および出力信号波形をそれぞれ示す。

波形整形回路７０１ｂによって、（ａ）に示すような直流バイアスを有する正弦波交流電圧が、波形整形閾値Ｖｐを利用して、（ｂ）に示すような矩形波信号に整形される。矩形波信号の周波数は、正弦波交流電圧の周波数に一致する。正弦波交流電圧の周波数は、発振回路７０１ａの発振周波数ｆである。

これによって、静電容量Ｃｘに対応した周波数をもつ矩形波信号が得られる。矩形波信号の周波数は、静電容量Ｃｘの増加および減少に対応して、それぞれ、減少および増加する。静電容量Ｃｘの増加にともなう発振周波数の減少と、それに対応した矩形波信号の周波数の減少を、図６の（ａ）および（ｂ）それぞれに示す。

なお、静電容量は、周波数信号の代わりに電圧や電流等周波数以外の信号に変換するようにしても良い。以下、静電容量を周波数信号に変換する例について説明するが、他の信号に変換する場合も基本的には同様である。

図７に、窓ガラス１０２の昇降に伴う周波数の変化を示す。図７は、窓ガラス位置を横軸とし周波数を縦軸としたグラフである。周波数信号は、窓ガラス１０２が全閉間際になるまでは変化が少なく、全閉間際から全閉にかけて急減する。

このような周波数信号に対して、人体の接触ないし挟み込みの有無を判定するための閾値Ｆ１が設定されている。閾値Ｆ１は例えば破線で示すようなレベルに設定され、人体接触等による一点鎖線で示すような周波数信号の大幅な低下を判別できるようになっている。

閾値としては、図８に破線で示すようにもう一種類の閾値Ｆ２が設定される。この閾値Ｆ２は、例えば手袋をした手指や袖を通した腕のような被服人体の接触による、一点鎖線で示すような周波数信号の小さな低下を判別するためのものである。被服人体の接触による周波数低下は、素肌が接触したときよりも小さいものとなるので、それに対応して、閾値Ｆ２は閾値Ｆ１より大きくしてある。閾値Ｆ１，Ｆ２はメモリ３１２に記憶され、ＣＰＵ３０２による挟み込み判定に利用される。

図９に、パルス発生器３０６の構成を模式的に示す。図９に示すように、パルス発生器３０６は、昇降モータ２０２の回転軸２４ａに取り付けられた永久磁石３６ａと、その磁束を検出する２つのホール素子３６ｂ，３６ｃを有し、ホール素子３６ｂ，３６ｃから永久磁石３６ａの回転に伴う周期的な磁束変化を表すパルス信号をそれぞれ出力するようになっている。

昇降モータ２０２の負荷は回転速度に反映され、回転速度はパルス信号のパルス幅およびパルス周期に反映される。負荷の増加および減少が、それぞれ、回転速度の減少および増加となり、回転速度の減少および増加が、それぞれ、パルス幅およびパルス周期の伸長および短縮となる。

図１０に、回転速度の変化に対応するパルス幅およびパルス周期の変化を示す。（ａ）は定速回転中のパルス信号を示し、パルス幅およびパルス周期が一定である。（ｂ）は窓ガラス１０２による挟み込み発生時の負荷増加に伴って、途中で速度が低下したときのパルス信号を示す。昇降モータ２０２の速度低下によってパルス幅およびパルス周期が伸長する。

なお、モータの負荷は、パルス幅信号やパルス周期信号の代わりに電圧や電流等パルス幅信号やパルス周期信号以外の信号に変換するようにしても良い。以下、モータの負荷をパルス幅信号に変換する例について説明するが、他の信号に変換する場合も基本的には同様である。

図１１に、窓ガラス１０２の昇降に伴うパルス幅の変化を示す。パルス周期の変化も同様になる。図１１は、窓ガラス位置を横軸としパルス幅を縦軸としたグラフである。パルス幅信号は、窓ガラス１０２が全閉間際になるまでは変化が少なく、全閉間際から全閉にかけて急増する。

このようなパルス幅信号に対して、人体の接触ないし挟み込みの有無を判定するための閾値Ｐ１が設定されている。閾値Ｐ１は例えば破線で示すようなレベルに設定され、人体の挟み込みによる一点鎖線で示すようなパルス幅信号の増加を判別できるようになっている。

閾値としては、図１２に破線で示すようにもう一種類の閾値Ｐ２が設定される。この閾値Ｐ２は、一点鎖線で示すようなパルス幅信号の小さな増加を判別するためのものであり、閾値Ｐ１より小さく設定してある。閾値Ｐ１，Ｆ２はメモリ３１２に記憶され、ＣＰＵ３０２による挟み込み判定に利用される。

図１３に、ＣＰＵ３０２による制御動作のフローチャートを示す。上昇方向へのスイッチ３１０の操作に伴ってＣＰＵ３０２が制御動作を開始し、ステップ１１で、閾値Ｐ１を選択し、ステップ１２で、窓ガラス上昇を行う。これによって、窓ガラス１０２が上昇する。

ステップ１３で、周波数信号ｆが閾値Ｆ１以下であるか否かを判定する。周波数信号ｆが閾値Ｆ１以下でないときは、ステップ１５で、周波数信号ｆが閾値Ｆ２以下であるか否かを判定する。周波数信号ｆが閾値Ｆ２以下でないときは、ステップ１８で、パルス幅信号Ｐが閾値Ｐ１以上か否かを判定する。パルス幅信号Ｐが閾値Ｐ１以上でないときは、ステップ１２に戻る。これによって、周波数信号ｆが閾値Ｆ１以下でも閾値Ｆ２以下でもなく、パルス幅信号Ｐが閾値Ｐ１以上でないときは、窓ガラス１０２の上昇が継続される。

窓ガラス１０２の上昇中に、挟込センサ３２０に人体の素肌が接触すると、静電容量が大きく増加することにより、周波数信号ｆが閾値Ｆ１以下に低下する。このような周波数低下がステップ１３で判定され、ステップ１４で、窓ガラス降下を行う。

これによって、窓ガラス１０２が降下し、挟み込みが回避される。この場合、挟み込み回避は、人体が挟込センサ３２０に接触するや否や開始されるので、人体に大きな力が加わることはない。

挟込センサ３２０に接触した人体が、手袋をした手指や袖を通した腕等の被服人体であるときは、静電容量が少し増加することにより、周波数信号ｆが閾値Ｆ２以下に低下する。このような周波数低下がステップ１５で判定され、ステップ１６で、閾値Ｐ２を選択する。

閾値Ｐ２が選択されたことにより、挟み込みの判定基準が低下する。これによって、挟込検出の感度が上昇し、モータの負荷のより少ない増加に基づいて挟み込みが検出できる状態となる。ステップ１６で閾値Ｐ２を選択するＣＰＵ３０２は、本発明における感度上昇手段の一例である。

ステップ１７で、パルス幅信号Ｐが閾値Ｐ２以上か否かを判定する。パルス幅信号Ｐが閾値Ｐ２以上でないときは、ステップ１２に戻るが、閾値Ｐ２以上のときは、ステップ１４で、窓ガラス降下を行う。これによって、窓ガラス１０２が降下し、挟み込みが回避される。

この場合、挟込検出が閾値Ｐ２に基づいて行われるので、挟み込まれた人体に加わる力は大幅に緩和される。しかも、閾値Ｐ２に基づく挟込検出は被服人体の挟み込みがあったときだけ行われ、通常は閾値Ｐ１に基づいて挟込検出が行われるので、負荷変動による誤作動は発生しない。

周波数信号ｆが閾値Ｆ１以下でも閾値Ｆ２以下でもない状態においてパルス幅信号Ｐが閾値Ｐ１以上になったときは、ステップ１４で、窓ガラス降下を行う。これによって、窓ガラス１０２が降下し、挟み込みが回避される。この場合は、挟み込まれた物体に閾値Ｐ１に対応した力が加わるが、その物体は素肌の人体や被服人体でないので、大きな問題となることはない。

挟込検出は、閾値Ｐ１以上のパルス幅信号Ｐが、所定時間あるいは所定パルス数にわたって連続することを条件として行うようにしても良い。その場合は、ステップ１６で、閾値Ｐ２の選択に代えて、所定時間ないし所定パルス数に関する小さな設定値を選択することにより、挟込検出感度を高めることができる。

以上は、車両用のパワーウィンドウの例であるが、パワーウィンドウは車両用に限らず、船舶や航空機等用のパワーウィンドウ、あるいは、屋内や屋外で使用されるパワーウィンドウ等、適宜の用途のパワーウィンドウであって良い。また、パワーウィンドウは窓ガラスを下降させて窓枠を閉じるものであってよく、あるいは、窓ガラスを水平方向または斜め方向に移動させて窓枠を閉じるものであってよい。本発明の挟込検出方法および装置は、パワーウィンドウに限らず、モータで駆動される開閉部材を備えた種々の開閉装置の挟込検出に広く適用可能である。

パワーウィンドウのブロック図である。 窓ガラスにおける電極の配置を示す図である。 人体接触時の挟込センサの等価回路を示す図である。 挟込センサと静電容量検出部の電気的構成を示す図である。 周波数信号の波形を示す図である。 周波数信号の波形を示す図である。 閾値Ｆ１の設定を示す図である。 閾値Ｆ２の設定を示す図である。 パルス発生器の構成を示す図である。 パルス発生器が発生するパルスの波形を示す図である。 閾値Ｐ１の設定を示す図である。 閾値Ｐ２の設定を示す図である。 ＣＰＵの動作のフローチャートである。

符号の説明

１００ ： ウィンドウ
１０２ ： 窓ガラス
２００ ： ウィンドウレギュレータ
２０２ ： 昇降モータ
２０４ ： 昇降機構
３００ ： 制御装置
３０４ ： 駆動回路
３０２ ： ＣＰＵ
３０６ ： パルス発生器
２４ａ ： 回転軸
３６ａ ： 永久磁石
３６ｂ，３６ｃ： ホール素子
３０８ ： カウンタ
３１０ ： スイッチ
３１２ ： メモリ
３１８ ： パルス処理回路
３２０ ： 電極
３３０ ： 静電容量検出部
７０１ａ ： 発振回路
７０１ｂ ： 波形整形回路

Claims (8)

1. モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出する方法であって、
   挟み込み発生時の挟込センサの静電容量の変化が挟込検出用の閾値を超えないときはモータの負荷の変化に基づく挟込検出感度を上昇させる
   ことを特徴とする挟込検出方法。
2. 前記挟込検出感度の上昇は、閾値の変更によって行われる
   ことを特徴とする請求項１に記載の挟込検出方法。
3. 前記挟込センサの静電容量の変化は、周波数の変化で表される
   ことを特徴とする請求項１に記載の挟込検出方法。
4. 前記モータの負荷の変化は、回転速度の変化で表される
   ことを特徴とする請求項１に記載の挟込検出方法。
5. モータで駆動される開閉部材による異物の挟み込みを挟込センサの静電容量の変化に基づく挟込検出とモータの負荷の変化に基づく挟込検出を併用して検出する装置であって、
   挟み込み発生時の挟込センサの静電容量の変化が挟込検出用の閾値を超えないときはモータの負荷の変化に基づく挟込検出感度を上昇させる感度上昇手段
   を具備することを特徴とする挟込検出装置。
6. 前記挟込検出感度の上昇は、閾値の変更によって行われる
   ことを特徴とする請求項５に記載の挟込検出方法。
7. 前記挟込センサの静電容量の変化は、周波数の変化で表される
   ことを特徴とする請求項５に記載の挟込検出装置。
8. 前記モータの負荷の変化は、回転速度の変化で表される
   ことを特徴とする請求項５に記載の挟込検出装置。

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