JP6175476B2

JP6175476B2 - 車両用ステアリング装置

Info

Publication number: JP6175476B2
Application number: JP2015235085A
Authority: JP
Inventors: 正太郎大舘
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2035-12-01
Also published as: JP2017100557A

Description

この発明は、車両用ステアリング装置に関する。

従来、車両のステアリングホイールを加温するヒーターと、ステアリングホイールを把持する運転者の心拍信号を取得する電極と、を備えるステアリング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このステアリング装置は、ヒーターの加温によって運転者の手の発汗を促すことにより、心拍検出用の電極と手との接触抵抗を低くして、心拍信号の取得を安定させる。ヒーターは、例えば、ステアリングホイールの内部に埋め込まれている。電極は、例えば、ステアリングホイールの表面上に取り付けられている。

特開２０００−０２３９２９号公報

ところで、上記従来技術に係るステアリング装置によれば、ヒーターおよび電極の各々が異なるハーネスに接続されているので、配線構造が複雑になるという問題が生じる。さらに、ヒーターがステアリングホイールの内部に埋め込まれ、電極がステアリングホイールの表面に取り付けられているので、ステアリングホイールが太くなるという問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ステアリングホイールの加温および心拍信号の取得を実現しつつ、配線構造が複雑になることを防ぎ、構成に要する費用が嵩むことを防ぐことが可能な車両用ステアリング装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る車両用ステアリング装置は、車両のステアリングホイール（例えば、実施形態でのステアリングホイール２）に設けられる第１電極（例えば、実施形態での低抵抗電極部１１）と、前記第１電極の外面に設けられる第２電極（例えば、実施形態での高抵抗電極部１２）と、前記第１電極および前記第２電極に接続される通電部（例えば、実施形態での通電部３１およびハーネス１３）と、前記通電部から前記第１電極および前記第２電極への通電を制御する制御部（例えば、実施形態での制御部１６）と、前記第２電極から得られる信号パターンに基づいて運転者の状態を検出する検出部（例えば、実施形態での心拍検出部３２）と、を備え、前記制御部が前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電する場合に、少なくとも前記第１電極は発熱し、前記制御部が前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電しない場合に、前記検出部は前記第２電極から得られる信号パターンに基づいて運転者の状態を検出する。

（２）上記（１）に記載の車両用ステアリング装置では、前記第１電極および前記第２電極は、導電性塗料により形成される。

（３）上記（１）または（２）に記載の車両用ステアリング装置では、前記第１電極の抵抗値は、相対的に前記第２電極の抵抗値よりも低い。

（４）上記（１）から（３）の何れか１つに記載の車両用ステアリング装置では、前記制御部は、第１所定時間に亘って前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電し、前記第１所定時間よりも短い第２所定時間に亘って前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電せずに、前記検出部によって運転者の状態を検出させる。

上記（１）に記載の態様に係る車両用ステアリング装置によれば、第１電極および第２電極は１つの通電部に接続されるので、各々に異なる通電部に接続される場合に比べて、配線構造が複雑になることを防ぎ、構成に要する費用が嵩むことを防ぐことができる。

さらに、上記（２）の場合、第１電極および第２電極はステアリングホイールに塗布される導電性塗料により形成されるので、ステアリングホイールの内部にヒーターを埋め込んで、ステアリングホイールの表面に電極を取り付ける場合に比べて、ステアリングホイールが太くなることを防ぐことができる。

さらに、上記（３）の場合、第１電極および第２電極への通電時に第１電極の電流は第２電極の電流よりも大きくなり、第１電極は第２電極よりも発熱し易くなるので、第１電極は第２電極よりも高い加温性能を確保することができる。第１電極および第２電極への非通電時に運転者の心拍に起因する電流によって第２電極から得られる電圧信号は第１電極から得られる電圧信号よりも大きくなるので、第２電極は第１電極よりも高い検出精度を確保することができる。

さらに、上記（４）の場合、ステアリングホイールの加温および心拍信号の取得の両立を実現しつつ、ステアリングホイールの加温時間を心拍信号の取得時間よりも長くすることで、ステアリングホイールを迅速に加温することができる。

本発明の実施形態に係る車両用ステアリング装置の機能構成のブロック図である。本発明の実施形態に係る車両用ステアリング装置のステアリングホイールの表面上に設けられる高抵抗電極部を示す図である。本発明の実施形態に係る車両用ステアリング装置のステアリングホイールの断面の構成を示す図である。本発明の実施形態に係る車両用ステアリング装置の通電部による通電のオン／オフの状態を示す図である。本発明の実施形態に係る車両用ステアリング装置の心拍検出部の構成図である。本発明の実施形態に係る車両用ステアリング装置の制御部から出力されるオン／オフ切替信号の一例を示す図。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用ステアリング装置について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による車両用ステアリング装置１０は、図１、図２、および図３に示すように、車両１のステアリングホイール２に設けられる低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２と、ハーネス１３と、回路部１４と、ヒータスイッチ１５と、制御部１６と、を備えている。

低抵抗電極部１１は、例えば、ステアリングホイール２の表面に塗布される導電性塗料によって形成されている。ステアリングホイール２は、例えば、円環状の心材２１と、心材２１の表面を覆う樹脂材２２と、樹脂材２２の表面を覆う皮材２３と、を備えている。低抵抗電極部１１は、皮材２３の表面の左センサ部２３Ｌに設けられる低抵抗電極（Ｌ）１１Ｌと、皮材２３の表面の右センサ部２３Ｒに設けられる低抵抗電極（Ｒ）１１Ｒと、を備えている。皮材２３の左センサ部２３Ｌおよび右センサ部２３Ｒの各々は、直進位置（中立位置）であるステアリングホイール２の左右それぞれに設けられている。左センサ部２３Ｌは、中立位置であるステアリングホイール２の左側の部位、つまり運転者の左手により把持される部位である。右センサ部２３Ｒは、中立位置であるステアリングホイール２の右側の部位、つまり運転者の右手により把持される部位である。低抵抗電極部１１の抵抗値は、相対的に高抵抗電極部１２の抵抗値よりも小さく形成されている。低抵抗電極部１１の抵抗値は、例えば、後述する電源４１から供給される電圧によってステアリングホイール２を所望に加温するための発熱量を確保することができる程度に設定されている。低抵抗電極部１１の抵抗値は、例えば１Ω以下などである。低抵抗電極部１１の抵抗値が、例えば１Ω以下に設定されている場合において、電源４１から供給される電圧が１３Ｖ程度であれば、低抵抗電極部１１の発熱量は約１７０Ｗであり、ステアリングホイール２を適正に加温することができる。

高抵抗電極部１２は、例えば、低抵抗電極部１１の外面に塗布される導電性塗料によって形成されている。高抵抗電極部１２の抵抗値は、相対的に低抵抗電極部１１の抵抗値よりも大きく形成されている。高抵抗電極部１２は、低抵抗電極（Ｌ）１１Ｌの外面に設けられる高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌと、低抵抗電極（Ｒ）１１Ｒの外面に設けられる高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒと、を備えている。高抵抗電極部１２の抵抗値は、運転者の脈拍に起因する電流によって高抵抗電極部１２から得られる電圧が、車両１のノイズに起因する電圧よりも大きくなるように設定されている。高抵抗電極部１２の抵抗値は、例えば、運転者の脈拍に起因する電流が１０ｍＡ程度であり、車両１のノイズに起因する電圧が２００ｍＶ程度である場合において、１ｋΩ以上などに設定されている。高抵抗電極部１２の抵抗値が、例えば１ｋΩ以上に設定されていると、運転者の脈拍に起因して高抵抗電極部１２から得られる電圧は１０００ｍＶ以上であり、車両１のノイズに起因する電圧（例えば、２００ｍＶ程度）よりも大きくなる。

低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２は、皮材２３の左センサ部２３Ｌおよび右センサ部２３Ｒの各々において、１つのハーネス１３に接続されている。低抵抗電極（Ｌ）１１Ｌおよび高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌは、１つのハーネス（Ｌ）１３Ｌに接続されている。ハーネス（Ｌ）１３Ｌは、低抵抗電極（Ｌ）１１Ｌおよび高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌを回路部１４に接続している。低抵抗電極（Ｒ）１１Ｒおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒは、１つのハーネス（Ｒ）１３Ｒに接続されている。ハーネス（Ｒ）１３Ｒは、低抵抗電極（Ｒ）１１Ｒおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒを回路部１４に接続している。

回路部１４は、例えば、通電部３１と、心拍検出部３２と、を備えている。通電部３１および心拍検出部３２の各々は、図４に示すように、ハーネス１３によって低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２に接続されている。
通電部３１は、電源４１と、電源４１とハーネス１３との間に接続されたスイッチ４２と、を備えている。スイッチ４２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチである。スイッチ４２のオンおよびオフは、制御部１６から出力されるオン／オフ切替信号によって切り替えられる。スイッチ４２は、オン／オフ切替信号に応じて、低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２と電源４１との接続および遮断を切り替えることによって、電源４１から低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への通電の有無を切り替える。
例えばＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ４２のゲートは制御部１６に接続されている。スイッチ４２のドレインは電源４１と、ハーネス１３を介して低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２とに接続されている。スイッチ４２のソースは接地されている。スイッチ４２は、制御部１６からゲートに入力されるオン／オフ切替信号に応じて、ドレイン・ソース間のオン／オフ（導通／遮断）を切り替える。

心拍検出部３２は、運転者の両手が高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒに接触している場合に高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒの電位差が所定の関係になることに基づいて運転者の心拍を検出する。心拍検出部３２は、図５に示すように、差動増幅回路を備えている。差動増幅回路は、オペアンプの反転入力端子に接続される入力抵抗Ｒ_１およびフィードバック抵抗Ｒ_２と、オペアンプの非反転入力端子に接続される入力抵抗Ｒ_３および接地抵抗Ｒ_４と、を備えている。各入力抵抗Ｒ_１，Ｒ_３は同一であり、フィードバック抵抗Ｒ_２および接地抵抗Ｒ_４は同一である。心拍検出部３２から出力される電圧Ｖ_０は、高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒの各々の電圧Ｖ_１，Ｖ_２と、入力抵抗Ｒ_１およびフィードバック抵抗Ｒ_２と、により、下記数式（１）に示すように記述される。
Ｖ_０＝（Ｒ_２／Ｒ_１）×（Ｖ_２−Ｖ_１）…（１）

心拍検出部３２は、運転者がステアリングホイール２を片手のみで把持する場合において、運転者の片手が高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌまたは高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒに接触する場合には、ノイズ（Ｌ）またはノイズ（Ｒ）を出力する。運転者の片手が高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌのみに接触する場合には、高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒの電圧Ｖ_２がゼロになるので、ノイズ（Ｌ）は（Ｒ_２／Ｒ_１）×Ｖ_１に応じた電圧値となる。運転者の片手が高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒに接触する場合には、高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌの電圧Ｖ_１がゼロになるので、ノイズ（Ｒ）は（Ｒ_２／Ｒ_１）×Ｖ_２に応じた電圧値となる。

運転者がステアリングホイール２を両手で把持することによって、運転者の両手が高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒに接触する場合には、高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒから心拍検出部３２に同相のノイズが入力される。これにより心拍検出部３２は、高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒのノイズを相殺して、（Ｒ_２／Ｒ_１）×（Ｖ_２−Ｖ_１）に応じたＲ波高さの電圧値を有する運転者の心拍の信号を出力する。なお、Ｒ波は、四肢誘導（つまり、第Ｉ誘導）により得られる高抵抗電極（Ｌ）１２Ｌおよび高抵抗電極（Ｒ）１２Ｒの電位差の変化を示す一周期分の波形において、振幅が最も大きい波である。心拍検出部３２は、定期的に出現するＲ波の時間間隔の長さに応じて運転者の心拍数を検出する。

ヒータスイッチ１５は、例えば、操作者による所定の操作を受け付けて、ステアリングホイール２０の加温動作の実行許可または停止を指示する信号（指示信号）を出力する。ヒータスイッチ１５は、制御部１６に接続されている。

制御部１６は、例えばＣＰＵなどのプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。制御部１６は、ＣＰＵなどのプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ、およびデータを一時的に記憶するＲＡＭなどを備えている。制御部１６は、ヒータスイッチ１５からステアリングホイール２０の加温動作の実行許可を指示する信号を受け取ると、ＲＯＭなどに記憶しているオン／オフ切替信号をスイッチ４２に出力する。オン／オフ切替信号は、例えば図６に示すように、矩形波パルスによる電圧信号である。オン／オフ切替信号は、所定電圧Ｖｇのオン時間Ｔ１と、電圧がほぼゼロのオフ時間Ｔ２とが交互に繰り返される電圧信号である。所定電圧Ｖｇの大きさは、スイッチ４２をオフからオンに切り替えるのに必要な大きさである。所定電圧Ｖｇは、例えばスイッチ４２がＭＯＳＦＥＴである場合には、スイッチ４２のドレイン・ソース間をオフからオンに切り替えるためにスイッチ４２のゲート・ソース間に印加する電圧である。

オン時間Ｔ１は、制御部１６が電源４１から低抵抗電極部１１への通電によってステアリングホイール２０を加温する時間（ヒータＯＮ時間）である。オン時間Ｔ１においては、スイッチ４２のオンに伴い、電源４１から低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への通電がオンとなる。電源４１から低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への通電時には、主に低抵抗電極部１１の発熱によってステアリングホイール２０が加温される。
オフ時間Ｔ２は、制御部１６が心拍検出部３２による運転者の心拍の計測を有効とする時間（心拍計測時間）である。オフ時間ｔ２においては、スイッチ４２のオフに伴い、電源４１から低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への通電がオフとなる。電源４１から低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への非通電時には、高抵抗電極部１２から心拍検出部３２に入力される電圧信号によって運転者の心拍が検出される。オフ時間Ｔ２は、例えば、運転者の心拍の有無を検知するためには、少なくとも２００ｍｓ程度に設定される。オフ時間Ｔ２は、例えば、運転者の心拍数を検知するためには、少なくとも１〜２ｓ程度に設定される。
オン時間Ｔ１とオフ時間Ｔ２との比率は、例えば、１：４または１：１などのように、所定の時間配分に応じた比率となるように設定されている。オン時間Ｔ１とオフ時間Ｔ２との比率が１：４である場合は、例えば、オン時間Ｔ１が８００ｍｓであり、オフ時間Ｔ２が２００ｍｓである場合などである。

上述したように、本実施の形態による車両用ステアリング装置１０によれば、低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２は、皮材２３の左センサ部２３Ｌおよび右センサ部２３Ｒの各々において、１つのハーネス１３に接続されている。これにより、例えば低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２の各々が異なるハーネスに接続される場合に比べて、配線構造が複雑になることを防ぎ、構成に要する費用が嵩むことを防ぐことができる。
さらに、低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２はステアリングホイール２に塗布される導電性塗料により形成されている。これにより、例えばステアリングホイール２の内部にヒーターを埋め込んで、ステアリングホイール２の表面に電極を取り付ける場合に比べて、ステアリングホイール２が太くなることを防ぐことができる。
さらに、低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への通電時に低抵抗電極部１１の電流は高抵抗電極部１２の電流よりも大きくなり、低抵抗電極部１１は高抵抗電極部１２よりも発熱し易くなるので、低抵抗電極部１１は高抵抗電極部１２よりも高い加温性能を確保することができる。低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２への非通電時に運転者の心拍に起因する電流によって高抵抗電極部１２から得られる電圧信号は低抵抗電極部１１から得られる電圧信号よりも大きくなるので、高抵抗電極部１２は低抵抗電極部１１よりも高い検出精度を確保することができる。
さらに、ステアリングホイール２の加温および心拍信号の取得の両立を実現しつつ、ステアリングホイール２の加温時間を心拍信号の取得時間よりも長くすることで、ステアリングホイール２を迅速に加温することができる。

以下、上述した実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２は、ステアリングホイール２の皮材２３の表面を覆うとしたが、これに限定されない。低抵抗電極部１１および高抵抗電極部１２は、ステアリングホイール２の内周面、外周面、および側面等の一部又は全部に設けられてもよい。

上述した実施形態において、低抵抗電極部１１と高抵抗電極部１２との間には、相互の導電性塗料同士の密着性を増大させるためのコーティングが設けられてもよい。

上述した実施形態において、ヒータスイッチ１５は、操作者による所定の操作を受け付けるとしたが、これに限定されない。
ヒータスイッチ１５は、例えば、車両１の車室内温度、ステアリングホイール２の温度、および乗員の状態などの少なくとも何れかを検出して、この検出結果に応じてステアリングホイール２０の加温動作の実行許可または停止を指示する信号（指示信号）を出力してもよい。

上述した実施形態において、制御部１６は、ヒータスイッチ１５からステアリングホイール２０の加温動作の実行許可を指示する信号を受け取っていない状態では、心拍検出部３２による運転者の心拍の計測を常時に有効としてもよい。

上述した実施形態において、制御部１６の一部、または全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラムを実行することにより機能する機能部であってもよい。また、これら構成を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路として実現してもよく、これら構成の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…車両、２…ステアリングホイール、１０…車両用ステアリング装置、１１…低抵抗電極部（第１電極）、１２…高抵抗電極部（第２電極）、１３…ハーネス（通電部）、１４…回路部、１５…ヒータスイッチ、１６…制御部、３１…通電部（通電部）、３２…心拍検出部（検出部）、４１…電源、４２…スイッチ

Claims

車両のステアリングホイールに設けられる第１電極と、
前記第１電極の外面に設けられる第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極に接続される通電部と、
前記通電部から前記第１電極および前記第２電極への通電を制御する制御部と、
前記第２電極から得られる信号パターンに基づいて運転者の状態を検出する検出部と、
を備え、
前記制御部が前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電する場合に、少なくとも前記第１電極は発熱し、
前記制御部が前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電しない場合に、前記検出部は前記第２電極から得られる信号パターンに基づいて運転者の状態を検出する、
ことを特徴とする車両用ステアリング装置。
前記第１電極および前記第２電極は、導電性塗料により形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用ステアリング装置。
前記第１電極の抵抗値は相対的に前記第２電極の抵抗値よりも低い、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用ステアリング装置。
前記制御部は、
第１所定時間に亘って前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電し、
前記第１所定時間よりも短い第２所定時間に亘って前記通電部から前記第１電極および前記第２電極へ通電せずに、前記検出部によって運転者の状態を検出させる、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の車両用ステアリング装置。