JP5864427B2 - 音声入力付きステアリングホイールシステム - Google Patents

Description

本出願は、２００９年１０月２９日出願の米国仮特許出願第６１／２７２，７５１号に対する優先権及び利益を主張する。この仮出願の内容は本明細書に参照として取り込まれる。

本出願は車両の音声入力システムの分野に関する。特には、本開示はステアリングホイールなどのエンブレムに組み込むことのできる音声入力システムに関する。

米国特許第７３７４２０３号明細書 米国特許第７０９７１９９号明細書

図１は、ステアリングホイールとドライバーエアバッグの位置を示した車両の内部の斜視図である。 図２Ａは、エアバッグモジュール上に配置されたエンブレムを示すステアリングホイールの正面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示されたステアリングホイールの断面図である。 図３Ａは、エンブレムと併せて使用されるマイクロフォン配列の展開図である。 図３Ｂは、図３Ａに示されたマイクロフォン配列の側面図である。 図４は、ステアリングホイール上のマイクロフォンとドライバーとの関係を示す概略図である。 図５は、ステアリングホイール上のマイクロフォンとドライバーとの関係を示す概略図である。

本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明、添付の請求の範囲及び、簡単に説明する図面に示された付随する例示的実施例から明らかになるであろう。

種々の例示的実施例によれば、車両はハンズフリー及び音声起動式アプリケーションを支援するために、１個以上のマイクロフォンを内蔵している。これらのマイクロフォンは、車両の天井、ステアリングコラムシャフト、リアビューミラー及びインストルメントパネルやＡピラートリム上の他の位置に組み込まれることが好ましい。マイクロフォンのいくつかは、主としてドライバーの音声入力として機能し、他のマイクロフォンはノイズキャンセレーションを支援するために、運転席のバックグラウンド音を収集するために用いられることが好ましい。これらのマイクロフォンは、マイクロフォンの数、マイクロフォンの位置及び音声入力システムの設計によって特定の角度から（指向性）、または、あらゆる角度から（無指向性）音を収集するよう最適化されることが好ましい。多くの車載音声入力システムは、車両内のドライバー及び／または他の乗員からの音声入力を支援することができる。ある例示的実施例によれば、本明細書に全体が参照として取り込まれた特許文献１に開示されたように、１個以上のマイクロフォンは、ステアリングホイールフレームとエアバッグハブとの間に形成された間隙内に位置決めされることが好ましい。

車両衝突の際に、乗員を拘束するため車両にはエアバッグが備えられている。エアバッグ展開の際、カバー（展開扉と称されることもある。）や、その展開可能カバーの表面に設けられたエンブレム及び／または装飾的な造作物などのエアバッグモジュール構成部品の保全が望まれている。エアバッグ展開の際に、そのような構成部品が剥がれたり、突出物になる可能性を減らすことが望まれている。エアバッグモジュールと一体化された造作物は、様々な環境状況下で、展開力に耐えるために頑丈な取付方法を有するべきである。展開の際の保持を容易にし得る特質としては、それぞれの造作物の質量を減らし柔軟性を増すことが含まれる。

音声入力システムのマイクロフォンは、現状ではエアバッグモジュールのカバーまたは上記の扉に、使用されてはいない。エアバッグモジュールのドアまたはカバーに１個以上のマイクロフォンを内蔵させることは、エアバッグ展開の高いエネルギーに耐えるに適した低質量の音声入力を提供することであろう。車両ドライバー音声入力マイクロフォン配列は、ステアリングホイールアセンブリの中央ハブにエアバッグカバーの表面に貼り付けられたエンブレム要素に内蔵されることが好ましい。そのようなエンブレム（たとえば、柔軟性のあるエンブレム）は、プラスチック及び／または金属からなり、車体銘板またはＯＥＭ徽章をステアリング回転軸の中央に配されたエンブレムの中心に組み付けることが好ましい。エンブレムは、粉々にならない程度の耐性があり、エアバッグ展開の際に、形成された鋭利な縁等によってエンブレム及び／またはエアバッグクッションが損傷する可能性を減らことができる。エンブレムは、自動車の環境及び寿命仕様に耐えられ、エアバッグ展開に悪影響を与えないように十分に薄く低質量である。一般的に、エアバッグは、本明細書に参照として取り込まれた特許文献２に開示されたようにエンブレムがカバーに張り付いた状態を維持するように設計されている。エンブレムは、エアバッグ展開後、新しい位置に移されても良い。エアバッグカバーの裂ける縫目線と、マイクロフォンシステムに関連する構成要素の経路及び配置は、マイクロフォンシステムがエアバッグの展開後、損傷を受けず機能可能であるように設計することも可能である。

例示的実施例では、マイクロフォン配列は、エアバッグカバー及び／またはエンブレムに取り付けられるか、カバーとエンブレムとの間に配され、よってドライバーの指示受信の正確性を増すよう位置決めされたマイクロフォン配列を提供することができる。マイクロフォン配列の電源は、エアバッグモジュールの遠隔非危険部位または車両の他の部分に設けられてもよい。

図１は、例示的実施例による車両５を示す。車両５は、中央部分またはハブを含むステアリングホイール１２を含む。エアバッグモジュール１０は、ステアリングホイール１２のハブに配される。車両衝突の場合、エアバッグモジュール１０は、車両乗員室１６内にエアバッグクッション１４を展開するよう構成される。エンブレム２０は、一般的にエアバッグモジュール１０の中央に取り付けられる。エンブレム２０は、例えば一列に配された１個以上のマイクロフォン（図示せず）を含んでよい。マイクロフォンは、電源１１によって駆動され、電子処理回路またはシステム１３に転送するための声による命令または聴覚的入力を受信するよう構成されている。電源１１及び／または電子処理システム１３は、図１に示されるよう配置されるか、他の例示的実施例によるエアバッグモジュール１０または車両５の他の遠隔非危険部位（すなわち、インフレータの始動及びエアバッグの展開によって邪魔されない領域）に配置されてよい。電子処理システム１３は、音声入力により生成された電子信号を加工及び／または音声出力のための電子信号を供給するように構成されたいかなるデジタルまたはアナログの電子機器でもよい。たとえば、電子処理システム１３はマイクロフォンによって提供される出力信号を受信し、車両のドライバーからの指示を受けることのできる他の車両システムに対応する指示信号を提供する。多くの車両システムは、たとえば、電話、娯楽、車両制御、環境及び大気の制御など、ドライバーの指示によって制御され得る。電子処理システム１３は、電子信号を処理するよう構成され、プロセッサ上での実行するために構成されたソフトウエアモジュールを含んでよい。電子処理システム１３は他の車両電子機器（たとえば、他の車両システムに用いられる電子制御装置（ＥＣＵ）と一体化されてもよいし、独立型モジュールでもよい。

図２Ａ及び２Ｂを参照すると、ステアリングホイール１２はエアバッグモジュール１０と一体に構成されて示されている。エアバッグモジュール１０は、通常、ステアリングホイール１２のハブ内に位置し、エアバッグクッション１４と、車両衝突時に、エアバッグクッション１４が展開できるように裂ける縫い目線に沿って破断開口するように構成されたエアバッグカバー２２と、カバー２２に取り付けられたエンブレム２０と、エアバッグカバー２２及び／またはエンブレム２０に接続された１個以上のマイクロフォン１８とを含む。マイクロフォン１８は、他の車両乗員やロードノイズ／エンジン音から受けた音を減少させながらドライバーからの音声を受信するために、エンブレム２０の前面、側面または後面に搭載されるか、あるいは、エアバッグカバー２２及びエンブレム２０によって形成された間隙内に搭載される。１個以上のマイクロフォンは、付加的信号処理電子機器（たとえば、ノイズキャンセレーション、Ａ／Ｄ変換器、増幅器など）を含む電子処理システム１３に接続可能である。マイクロフォン１８は、車内のノイズ源（たとえば、送風機、ステレオスピーカー、乗員、エンジンなど）と車外の可聴ノイズ源（例えば、雨、雹、風、ロードノイズなど）の両方から遮断されることが望ましい。ある実施例によれば、エンブレムとマイクロフォン１８は単一の部品として一体化でき、これによって車両内の部品点数を減らすことができる。さまざまな例示的実施例によれば、１個以上のマイクロフォン１８はデジタル及び／またはアナログの微小電気機械（ＭＥＭ）マイクロフォン（たとえば、Ａｋｕｓｔｉｃａ社から入手可能なＡＫＵ２００２Ｃマイクロフォン）でもよい。なお、５個のマイクロフォン１８が図示されているが、いくつかの例示的実施例によれば、使用するマイクロフォンは５個より多くても少なくてもよい。

図３Ａ及び３Ｂを参照すると、他の例示的実施例によれば、エンブレム４０（たとえば、ドームと似た形状や他の形状を有する）は意匠４１を施すことができる。その意匠は、半透明及び／または不透明なインクを用いてエンブレム４０上にスクリーン印刷されてもよく、エンブレム４０に彫られたりエッチングされてもよく、エンブレム４０に固定されてもよく、また他の方法でもよい。図３Ａ及び３Ｂに示されたステアリングホイールシステムは、エンブレム４０とエアバッグカバー４２との間に配されるプリント回路基板（ＰＣＢ）４４を含むことができ、エアバッグカバー４２に機械的に固定される導体４８に電気的に接続される。図３Ａに示されるように、プリント回路基板（ＰＣＢ）４４はステアリングホイールのハブの外周まわりに配されてもよい。たとえば、ＰＣＢ４４はリング形を有してもよい。導体４８は、エアバッグ４２のカバーに配置された対応するハメ合わせソケット４３にパチンと嵌るピン４７を含むワイヤハーネス４８でもよい。ピン４７の端部は、ワイヤハーネス４８とＰＣＢ４４とを電源１１に電気的に接続するよう機能する。

１個以上のマイクロフォン１８は、エンブレム４０、ＰＣＢ４４及び／またはワイヤハーネス４８のいずれかに配置または取り付けられてよい。各マイクロフォン１８は、ワイヤハーネス及びＰＣＢ４４に電気的に接続され、電源１１から電力を受け取り、電子処理システム１３に音声入力を表す信号を送信する。４個のマイクロフォン１８が示されているが、他の実施例によれば、使用するマイクロフォンは４個より多くても少なくてもよい。１個以上のマイクロフォン１８が搭載される場合、各マイクロフォン１８は、主要なドライバーの音声入力（指向性または無指向性）として、対称的な位相ノイズキャンセレーションのための補助的ドライバー音声入力として、または、必要な音響品質及び電子機器に応じてバックグラウンド雑音入力（指向性または無指向性）として機能するよう割り当てられ得る。回路要件及びサイズによっては、付加的音声電子機器（デジタル及び／またはアナログ）が音声信号を最適化するためにエンブレム４０自体にパッケージされてもよい。出力はステアリングホイールの電子機器及びクロックスプリングの特性に応じてデジタルでもアナログでもどちらでも可能である。

いくつかの例示的実施例によれば、マイクロフォン１８と電源と電子処理システムとの電気的接続は、本明細書に全体が参照として取り込まれ、本発明の譲受人に譲渡された米国出願第１１／９７９，９５２号における電気的接続と同様でよい。電気的接続は、１個以上のマイクロフォン１８から電子処理システムに電力及び音声信号を提供してもよい。

図４及び５を参照すると、マイクロフォン１８の多くの考えられる配置のうちの一例が例示的実施例により図示されている。多くのエンブレムの幅や直径（たとえば、約４インチ以下）は、ドライバーのためのノイズキャンセレーションに望ましい幾何学的空間のためにほぼ最適な範囲内に入る。人の発話の可聴周波数ピークを約３５００Ｈｚと見積もると、約４．９ｃｍ（約２インチ）の空間的距離が位相キャンセレーションを用いたノイズキャンセレーションに最適な可能性を提供する。しかしながら、より短い距離ではまたノイズキャンセレーションの利得が少なくなる可能性がある。ドライバーの頭の位置を考慮すると、車両の内装に対して、口が形成する面に直角な最短距離はステアリングホイール上となるであろう。可聴能力は距離の２乗で低下し、ステアリングホイールハブに配されたマイクロフォンは、道路の視野を確保するために頭を動かすドライバーにとって最低限必要な最短範囲のひとつを提供する。

物理的原理の概要が図４及び５に示されている。音は約３４３ｍ／ｓで移動し、人の発話は約３５００Ｈｚの周波数を有し、それは約９．８ｃｍの波長をとなる。このマイクロフォン配列がマイクロフォン間の間隔波長を空間的にサンプリングする。λ／２＜ｄ（４．９ｃｍ＜ｄ）の場合、信号はエイリアス化される。およそ０〜３５００Ｈｚの発話周波数をエイリアス化させないためには、マイクロフォン間隔“ｄ”は約４．９ｃｍよりも狭いことが好ましい。他の例示的実施例では、間隔“ｄ”は約４．９ｃｍよりも広くてもよい。一般的に、卓越したノイズリダクションのために“ｄ”は最大にすることが好ましい。したがって、望ましい、すなわち通常の発話周波数のエイリアス化を減少させ、良好なノイズリダクションを得るためには、距離“ｄ”はエイリアス化を減らす最大間隔とすることが好ましい。たとえば、約３５００Ｈｚまでの発話周波数については、マイクロフォン間の最適な間隔は約４．９ｃｍ（１．９インチ）とすることが好ましい。

一般的な運転中（すなわち、ドライバーの視線が道路にある）にドライバーが対面する位置へのマイクロフォン１８の配置は、ドライバーの口とマイクロフォンとの間の視線に基づいて最高の振幅（音声強度）を有するような、ドライバーからの音声指令が得られることとなるようにすることが好ましい。ステアリングホイールの中心線から既知の点に配された複数のマイクロフォン１８を使用することは、検出された音声振幅をさらに改善することができる。ドライバーが前方を向き、ステアリング角が通常の運転範囲内にある場合、各マイクロフォンに到達した音声入力は位相が非常に近くなり得る。しかしながら、乗員からのノイズや他のノイズなど（たとえば、道路、エンジン、ファン、風など）の各マイクロフォン１８が拾った他の音については、ノイズの発生源がマイクロフォン１８に向かって等距離に方向づけられていないので、その位相は異なる。ステレオノイズキャンセレーション技術は、ステレオマイクロフォン１８からのドライバーの発話を明確にし、可聴入力認識を改善するために用いられ得る。ノイズは位相がずれて検出され、ドライバーの音声入力は同位相で検出されるので、電子処理システム１３は、マイクロフォンから受信した音声出力信号から少なくとも「非ドライバー」のノイズの一部をキャンセルまたは消去するように構成することができる。

（図示したように）ドライバーがステアリングホイールの中心線上に位置していない場合、各マイクロフォン１８は異なる時間または異なる位相でドライバーからの音波を受ける。マイクロフォン１８の距離は、通常固定されているので、音声が各マイクロフォンに到達する時間の差に基づいてドライバーが中心からずれている角度を電子機器１３が判定できる。角度が一旦判定されれば、電子機器１３は、各マイクロフォン１８が受信した音声の位相を最適な言語認識のため同位相に修正することができる。

様々な例示的実施例によれば、マイクロフォンエンブレムは、改善されたノイズリダクションのためのドライバーの口とマイクロフォン要素との間の最短の音響経路を提供する。ドライバーの注視が前方の道路にあり、ドライバーが最適な音声または言語認識性能のためにマイクロフォンに向かって話すよう「訓練」された場合に、最適なドライバー音声入力が達成できるであろう。電子処理は電子機器１３で行うことができるが、他の例示的実施例によれば、処理は音声入力源（たとえば、マイクロフォン１８）で行うようにしてもよい。なお、ドライバーの音響入力のために図示され記述されたこの設計は、ステアリングホイールとロゴに対するドライバーの位置は、通常プラットホームごとに同一であるので、車体モデルやサイズや内装レイアウトとは無関係であることが示されている。

様々な例示的実施例で示された音声入力システムの構成や配置は例示的なものに過ぎないことを述べておくことが重要である。ほんの数例の実施例がこの開示で詳細に述べられたが、この開示を検討する当業者は、説明内で述べられた新規な技術及び主題の利点から著しく逸脱することなく、多くの変更箇所（様々な要素の寸法、容積、構造、形状及び割合、パラメータの数値、取付構造、材料の使用、色、向きなどにおける変化）が可能であることは容易に理解し得るであろう。たとえば、一体的に形成されて示された要素は、複数の部品または要素からなってもよく、その要素の位置は逆でも他の方法で変えられてもよく、個々の要素または位置の本質や数は変更または変化されてもよい。例示的実施例の設計、作動状況や配置において、他の代用、修正、変更及び省略が行われてもよい。

Claims (14)

1. 車両のためのステアリングホイールシステムであって、
   ハブ部を含むステアリングホイールと、
   ハブ部内に配置されたエアバッグモジュールであり、エアバッグと該エアバッグのカバーとを含むところのエアバッグモジュールと、
   エアバッグモジュールのカバー上に配置されたエンブレムと、
   車両ドライバーからの音声入力を受信するよう構成されたマイクロフォンであり、エンブレムとマイクロフォンとの一体性を保持し、かつエアバッグの膨張時にエンブレムあるいはマイクロフォンが分離しないように、エンブレム上に配置された少なくとも１個のマイクロフォンと、
   を備えてなるステアリングホイールシステム。
2. 音声入力に応答してマイクロフォンによって生成された出力信号を処理するよう構成された電子処理システムをさらに備えた、請求項１のステアリングホイールシステム。
3. 複数のマイクロフォンをさらに備えた、請求項２のステアリングホイールシステム。
4. 複数のマイクロフォンは、人の発話のエイリアス化を減少し、ノイズリダクションを最大にするよう構成された距離で離されてなる、請求項３のステアリングホイールシステム。
5. 複数のマイクロフォンは、ドライバーからでない外部音声入力を受信するよう構成され、前記電子処理システムは、ドライバーからでない受信した音声入力をキャンセルするよう構成された、請求項３のステアリングホイールシステム。
6. 前記電子処理システムは、プリント回路基板を含み、複数のマイクロフォンのうち、少なくとも１個はプリント回路基板上に配置された、請求項３のステアリングホイールシステム。
7. 少なくとも１個のマイクロフォンは、デジタル及びアナログ超小型電気機械マイクロフォンの少なくとも一方からなる、請求項１のステアリングホイールシステム。
8. 車両のためのステアリングホイールであって、
   車両ドライバーからの音声入力を受信するよう構成されたマイクロフォンと、
   ステアリングホイールのハブ部に配置されたエンブレムと、
   マイクロフォンからの出力信号を処理するための電子処理システムと、
   を備えてなり、
   電子処理システムは、エンブレムの背後に設けられ、
   マイクロフォンと電子処理システムは、導体によって接続され、
   マイクロフォンは、エンブレムと分離しないように該エンブレム上に配置された、ステアリングホイール。
9. 導体がワイヤハーネスからなる、請求項８のステアリングホイールシステム。
10. 複数のマイクロフォンをさらに備えた、請求項８のステアリングホイールシステム。
11. 複数のマイクロフォンは、人の発話のエイリアス化を減少し、ノイズリダクションを最大にするよう構成された距離で離されてなる、請求項１０のステアリングホイール。
12. マイクロフォンは、さらにドライバーからでない外部音声入力を受信するよう構成され、電子処理システムはドライバーからでない受信した音声入力をキャンセルするよう構成された、請求項１０のステアリングホイール。
13. マイクロフォンは、デジタル及びアナログ微小電気機械マイクロフォンの少なくとも一方からなる、請求項８のステアリングホイール。
14. ハブ部を含む車両のステアリングホイールのための音声入力システムであって、
    ハブ部内に配置されたエアバッグモジュールであり、カバーと該カバー上に設けられたエンブレムとを含むところのエアバッグモジュールと、
    車両ドライバーからの音声入力を受信するよう構成された複数のマイクロフォンであり、該マイクロフォンのうち少なくとも１個はエアバッグモジュールのカバー上のエンブレム上に該エンブレムから分離しないように配置されているところのマイクロフォンと、
    マイクロフォンからの出力信号を処理するための電子処理システムと、
    を備えてなり、
    前記マイクロフォンは、車両のドライバーからでない音声入力を受信するよう構成され、前記電子処理システムは、ドライバーからでない受信した音声入力をキャンセルするよう構成された、音声入力システム。

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