JP6674556B2 - ステアリングホイールユニット - Google Patents

Description

この発明は、ステアリングホイールのリム部に対する乗員の手による把持を検出する接触センサが配されたステアリングホイールユニットに関し、例えば自動運転車両（この明細書では、自動運転支援車両も含む。）等に適用して好適なステアリングホイールユニットに関する。

例えば、レーンに沿って走行するよう運転者のステアリング操舵力を補う車線維持システムＬＫＡＳ（Lane Keep Assist System）等の機能の実行・継続を、運転者の手がステアリングホイールを把持していることを条件に許容する自動運転車両が提案されている。

この種の自動運転車両では、乗員のステアリングホイールへの接触を検出するための接触センサ（検出センサ）が該ステアリングホイールに設けられている。

特開２０１５−１４７５３１号公報（以下、ＪＰ２０１５−１４７５３１Ａという。）には、ステアリングホイールのリム部の周方向の略全周、又はリム部の下側の部分を除いた残りの周部に、接触センサとして静電容量センサが設けられたステアリングシステムが開示されている（ＪＰ２０１５−１４７５３１Ａの図１、［００１３］）。

しかしながら、リム部の周方向の略全周に検出センサとして静電容量センサが設けられたステアリングホイールユニットでは、いわゆるファットマン（ｆａｔ ｍａｎ）の腹部や下肢の大腿部がリム部の下部に当接したときにも、運転者の手がステアリングホイールを把持していると誤検出する可能性が高い。

また、リム部の下側の部分を除いた残りの周部に静電容量センサが設けられたステアリングホイールユニットでは、運転者の手が、静電容量センサの形成されていない下側の部分を把持していたとしても、接触していないと誤検出する。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、リム部に対する、いわゆるファットマンの腹部や下肢の大腿部との当接に基づく誤検出を回避するとともに、運転者の手によるステアリングホイールの把持（接触）を確実に検出することを可能とするステアリングホイールユニットを提供することを目的とする。

この発明に係るステアリングホイールユニットは、車両のステアリングホイールのリム部に対する乗員の接触を検出する接触センサを配したステアリングホイールユニットであって、前記接触センサは、前記車両の直進状態で前記ステアリングホイールの前記リム部の運転席の座面に近接する側の部位の接触感度が、前記リム部の残り部位の接触感度より低く構成された接触感度低下部を有する。

この発明によれば、車両の直進状態でのステアリングホイールのリム部の運転席の座面に近接する側の部位の接触感度（電極面に対する単位接触面積当たりの静電容量［ｐＦ／ｍｍ²］）を、リム部の残りの部位の接触感度より低く構成しているので、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が前記接触感度の低い部位に接触した程度では接触信号の値が閾値を上回ることがなく乗員が接触していると誤検出することが回避される。その一方、接触感度の低い部位を乗員が手により把持した場合には、接触信号の値が閾値を上回るように該閾値を設定することができるので、手による接触、非接触を確実に検出することができる。

前記接触感度低下部は、前記車両の直進状態で、前記ステアリングホイールの下端部近傍の部位とされる。

このように、接触感度が相対的に低くされている部位である接触感度低下部を、車両の直進状態で、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が接触する可能性のあるステアリングホイールの下端部近傍の部位としているので、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が接触しても誤検出を発生することがない。

ここで、前記接触センサは、前記ステアリングホイールの前記リム部の円周方向にわたって電極面が形成された静電容量センサであって、前記接触感度低下部において前記電極面の一部が非導電部に形成されているようにしてもよい。

このように、接触センサを電極面が形成された静電容量センサとし、接触感度低下部において前記電極面の一部を非導電部とすることで、前記一部を含む導電部での接触感度を低くすることができる。

ここで、前記接触感度低下部は、ステアリングホイールの正面視における前記リム部の円周方向と交差する方向の断面の一部に形成されているようにしてもよい。

このように、接触感度低下部をリム部の断面において一部に形成し、通常接触感度領域を一部残すため、例えばステアリングの径方向外側に接触感度低下部を設けた場合、ステアリングの径方向外側からの接触には反応しないが、その部分を手で把持した場合は接触を検出することができる。

なお、前記電極面は、ステアリングホイールのリム部の外表面に塗布される導電性塗料、又は前記ステアリングホイールのリム部の外表面を覆う導電シートとされ、前記非導電部は、前記導電性塗料の非塗布部分又は前記導電シートの切欠部分とすることが好ましい。

このように、電極面が導電性塗料の塗布面（又は導電シート）である場合には、その一部分を非塗布部分（又は切欠部分）とすることで、静電容量の検出感度を塗布部分（又は切欠部分がない部分）に比較して簡単容易に低くすることができる。

この発明によれば、車両の直進状態でのステアリングホイールのリム部の運転席の座面に近接する側の部位の接触感度を、リム部の残りの部位の接触感度より低く構成しているので、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が前記接触感度の低い部位である接触感度低下部に接触した程度では接触信号の値が閾値を上回ることがなく乗員が接触していると誤検出することが回避される。その一方、接触感度の低い部位である接触感度低下部を乗員が手により把持した場合には、接触信号の値が閾値を上回るように該閾値を設定することができるので、手による接触、非接触を確実に検出することができる。

この実施形態に係るステアリングホイールユニットの正面構成を示す外観模式図である。 図１に示したステアリングホイールユニットのリム部のＩＩ−ＩＩ線の模式的断面図である。 乗員としてのファットマンが運転席の座面に着座している状態を示す概念図である。 図１に示したステアリングホイールユニットの電気回路ブロック図である。 ステアリングホイールに対する乗員の接触部位と接触信号との対応関係を示す特性図である。 この実施形態に係るステアリングホイールユニットの動作説明に供されるフローチャートである。 変形例のステアリングホイールの一部を示す模式図である。 変形例のステアリングホイールに対する乗員の接触部位と接触信号との対応関係を示す特性図である。

以下、この発明に係るステアリングホイールユニットについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［構成］
図１は、この実施形態に係るステアリングホイールユニット１０の正面構成を示す外観模式図である。

図２は、図１に示したステアリングホイールユニット１０中、リム部１４のＩＩ−ＩＩ線の模式的断面図である。

図３は、乗員Ｈとしてファットマンが運転席ＤＳの座面ＳＳに着座している状態を示す概念図である。

図１、図３において、ステアリングホイールユニット１０は、乗員Ｈが操作する方向操縦用のステアリングホイール１２を備える。

ステアリングホイール１２は、環状に形成され、乗員（運転者）Ｈが手で把持（接触）するためのリム部１４と、車両が直進する位置で前記リム部１４の左右及び下部を連結するスポーク部１６と、ステアリングシャフトＡ（図３参照）に連結されるハブ部１８とから構成される。

ハブ部１８の内部には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成される判定回路（接触判定回路）２０が配されている。

リム部１４には、接触センサ３０が形成されている。図２の断面図において、上側はルーフ側、右側は乗員（運転者）Ｈ側、左側はエンジン・モータ等が配される機関部側、下側は床側である。

リム部１４は、ステアリングホイール１２の軸線方向の断面が複数層からなる積層構造を有している。

図２に示すように、一例として、リム部１４は、断面の中心部から径方向外側に向かって順に、円環状の芯金３１と、樹脂部材からなる基材３２と、皮革部材３３と、一部が空白部３４とされた導電部３５（導電部空白部混合部）と、導電部３５（導電部専有部）を含む基材３２全体をコーティングする保護膜３６を備える。

芯金３１は、リム部１４の骨格を構成する。基材３２は、概ね円形断面状に形成され、芯金３１の全面を十分な厚みで被覆し、リム部１４の全体的な形状を規定する。皮革部材３３は、基材３２の全面を被覆する。

前記導電部３５は、前記皮革部材３３への導電塗料の塗布により形成され、皮革部材３３の外表面、換言すればリム部１４の空白部３４を除いた全面を被覆している。

実際上、空白部３４は、非塗布部分であって皮革部材３３と保護膜３６との間に隙間は殆どない。

導電部３５は、接触センサ３０として機能する。前記保護膜３６は、導電性を妨げるものではない。

接触センサ３０として機能する導電部３５は、導電シートであってもよい。導電シートである場合、空白部３４は、切取部乃至切欠部として形成される。

図１及び図３に示すように、空白部３４は、車両の直進状態で、ステアリングホイール１２の下端部近傍の部位とされ、空白部３４を含む導電部３５（導電部空白部混合部）の領域（所定部位又は所定領域ともいう。）は、低接触感度領域Ｌｓａ（接触感度低下部）に形成され、空白部３４を含まない導電部３５（導電部専有部）の領域は、通常接触感度領域Ｈｓａに形成される。なお、ここで、静電容量が、乗員Ｈの体表面が接触センサ３０に接している面積（接触面積）に比例することに鑑み、接触感度は、単位接触面積［ｍｍ²］当たりに形成される静電容量［ｐＦ］をいう。したがって、接触センサ３０から出力される接触信号Ｓｔ´（図４参照）の値は、接触面積［ｍｍ²］×接触感度［ｐＦ／ｍｍ²］＝接触面積に対応する静電容量［ｐＦ］になる。

図３例では、ファットマンとしての乗員Ｈの下肢の大腿部が空白部３４を含む低接触感度領域Ｌｓａに接触している状態を示している。この状態において、大腿部は、概ね空白部３４に接触し、導電部３５にはほとんど接触していない。

図４は、ステアリングホイールユニット１０の電気回路ブロック図である。

電極（電極面）としても機能している接触センサ３０は、判定回路２０に電気的に接続されている。

接触センサ３０は、基本的には、乗員Ｈがステアリングホイール１２を把持（接触）した手と前記電極との間の静電容量Ｃｈ［ｐＦ］を接触信号Ｓｔ´［ｐＦ］とみなして検出する静電容量センサである。

接触信号Ｓｔ´は、判定回路２０を構成するＣＶ変換回路４０に入力信号として入力される。

ＣＶ変換回路４０は、公知の積分式（前記ＪＰ２０１５−１４７５３１Ａの［００１５］）あるいはチャージトランスファ方式等が採用され、静電容量Ｃｈに対応する（静電容量Ｃｈを表す）接触信号Ｓｔを電圧［Ｖ］の接触信号Ｓｔ［Ｖ］に変換して出力する。

接触信号Ｓｔは、比較回路４２の比較入力端子に入力される。

比較回路４２の基準入力端子には制御部４４から閾値Ｔｈが設定されている。

比較回路４２は、Ｓｔ≧Ｔｈのとき、比較結果の接触判定結果信号Ｓｃを制御部４４に出力し、Ｓｔ＜Ｔｈのとき、非接触判定結果信号Ｓｎｃを制御部４４に出力する。

制御部４４は、ナビゲーション装置等のエンタテインメント系装置や、ＬＫＡＳ装置等の走行系装置等の制御対象４６に対し、接触判定結果信号Ｓｃに応じた制御許可信号Ｓｐ又は非接触判定結果信号Ｓｎｃに応じた制御拒否信号（制御不許可信号）Ｓｎｐを送出する。

エンタテインメント系装置としては前記ナビゲーション装置の他にオーディオ・ビジュアル装置等を含めてもよい。走行系装置としては、前記ＬＫＡＳ装置の他にアダプティブクルーズコントロール装置｛ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）装置等の自動運転（自動運転支援を含む）装置｝等が含まれる。

図５は、ステアリングホイール１２のリム部１４（低接触感度領域Ｌｓａと通常接触感度領域Ｈｓａからなる。）への乗員Ｈの接触部位（接触の仕方）に応じて発生する静電容量Ｃｈを表す接触信号Ｓｔの特性５２を示している。

特性５２について説明すると、乗員Ｈがリム部１４、すなわち接触センサ３０に全く接触していない場合の接触信号Ｓｔの値は、浮遊容量に対応する電圧Ｖ０（Ｓｔ＝Ｖ０）になる。

乗員Ｈの脚部や腹部が低接触感度領域Ｌｓａ中、概ね空白部３４（導電部空白部混合部）に接触している場合の接触信号Ｓｔの値は、電圧Ｖ１（Ｓｔ＝Ｖ１）になる。

乗員Ｈの両手が低接触感度領域Ｌｓａを把持している場合（例えば、乗員Ｈの右手が右側スポーク部１６と下部スポーク部１６との間のリム部１４を把持し、乗員Ｈの左手が左側スポーク部１６と下部スポーク部１６との間のリム部１４を把持している、いわゆる８時２０分位置での把持の場合）、換言すれば、空白部３４と導電部３５を同時に把持している場合の接触信号Ｓｔの値は、大腿部のみが低接触感度領域Ｌｓａに当接しているときの電圧Ｖ１より大幅に高い電圧Ｖ２（Ｓｔ＝Ｖ２）になる。

乗員Ｈの両手が通常接触感度領域Ｈｓａ、すなわち導電部３５（導電部専有部）のみを把持している場合、換言すれば、１０時１０分程度の位置や９時１５分程度の位置を把持している場合の接触信号Ｓｔの値は、さらに高い電圧Ｖ３（Ｓｔ＝Ｖ３）になる。

なお、２点鎖線で示している電圧Ｖ４は、乗員Ｈの脚部や腹部が低接触感度領域Ｌｓａ（導電部空白部混合部）に接触していると同時に、乗員Ｈの両手が通常接触感度領域Ｈｓａ（導電部専有部）を把持している場合の接触信号Ｓｔの電圧｛Ｓｔ＝Ｖ４≒Ｖ３＋（Ｖ１−Ｖ０）｝を示している。

図４に示すように、判定回路２０を構成する比較回路４２は、静電容量Ｃｈを表す接触信号Ｓｔを比較値とし、閾値Ｔｈ（図５参照、Ｖ１＜Ｔｈ＜Ｖ２）を基準値として両値を比較し、Ｓｔ≧Ｔｈの場合（Ｓｔ＝Ｖ２、Ｖ３、又はＶ４の場合）に、手が接触（手がステアリングホイール１２を把持）していると判定し、接触判定結果信号Ｓｃを出力する。その一方、Ｓｔ＜Ｔｈ（Ｓｔ＝Ｖ１、Ｖ０）の場合に、手が非接触であると判定し、非接触判定結果信号Ｓｎｃを制御部４４に出力する。

制御部４４は、接触判定結果信号Ｓｃに対応して制御許可信号Ｓｐを制御対象４６に送出するか、非接触判定結果信号Ｓｎｃに対応して制御拒否信号Ｓｎｐを制御対象４６に送出する。

制御部４４から接触信号Ｓｔに応じた制御許可信号Ｓｐを受信した制御対象４６、例えば、エンタテインメント系装置（のＥＣＵ）は、前記ナビゲーション装置等の利用（この場合、結果として、ステアリングホイール１２を把持していると判定されている乗員（運転者）Ｈ以外の乗員による操作）を可能にするとともに、前記ＬＫＡＳ装置等の制御の実行を可能にする（実行中であれば継続）。

その一方、制御部４４から非接触判定結果信号Ｓｎｃに応じた制御拒否信号Ｓｎｐを受信した制御対象４６は、乗員（運転者）Ｈがステアリングホイール１２を把持していないとみなして、制御対象４６の利用、実行（継続）を拒否する。

［動作］
基本的には以上のように構成されるこの実施形態に係るステアリングホイールユニット１０の動作について、次に、図６に示すフローチャートに基づいて詳しく説明する。なお、特に断らない限り、フローチャートによる処理（プログラム）を実行するのは判定回路２０のＣＰＵであるが、これをその都度参照するのは繁雑になるので、必要に応じて参照する。

図６に示すフローチャートは、例えば、数ｍｓ〜数十ｍｓ毎に繰り返される。

ステップＳ１にて、判定回路２０は、接触センサ３０からＣＶ変換回路４０を経由して接触信号Ｓｔを取得する。
ステップＳ２にて、比較回路４２は、接触信号Ｓｔの値と閾値Ｔｈとを比較する。

接触信号Ｓｔの値が閾値Ｔｈ以上（Ｓｔ≧Ｔｈ）の場合、比較回路４２は、ステップＳ３にて、制御部４４に対して接触判定結果信号Ｓｃを出力する。この場合、ステップＳ４にて、判定回路２０の制御部４４から制御許可信号Ｓｐが制御対象４６に送出される。

その一方、ステップＳ２の判定にて、接触信号Ｓｔの値が閾値Ｔｈより小さい（Ｓｔ＜Ｔｈ）場合、比較回路４２は、ステップＳ５にて、制御部４４に対して非接触判定結果信号Ｓｎｃを出力する。この場合、ステップＳ６にて、判定回路２０の制御部４４から制御拒否信号Ｓｎｐが制御対象４６に送出される。
［まとめ及び変形例］

このように上述した実施形態に係るステアリングホイールユニット１０は、車両のステアリングホイール１２のリム部１４に対する乗員Ｈの（体の一部の）手による把持を検出する接触センサ３０を配した構成にされている。

この場合、接触センサ３０は、前記車両の直進状態でステアリングホイール１２のリム部１４の運転席ＤＳの座面ＳＳに近接する側の所定部位である空白部３４を含む部位（低接触感度領域Ｌｓａ）の接触感度［ｐＦ／ｍｍ²］が、リム部１４の他の部位｛空白部３４を含まない部位（通常接触感度領域Ｈｓａ）であって導電部専有部｝の接触感度より低く構成されている。

このように、車両の直進状態でのステアリングホイール１２のリム部１４の運転席ＤＳの座面ＳＳに近接する側の空白部３４を含む部位（低接触感度領域Ｌｓａ）の接触感度［ｐＦ／ｍｍ²］を、リム部１４の他の部位｛空白部３４を含まない部位（通常接触感度領域Ｈｓａ）｝より低く構成しているので、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が前記接触感度の低い所定部位である空白部３４に接触した程度では接触信号Ｓｔの値（電圧）がＳｔ＝Ｖ１まで大きく（高く）なるだけで、閾値Ｔｈを上回ることがなく乗員Ｈが接触していると誤検出することが回避される。

その一方、接触感度の低い部位である空白部３４を含む部位（導電部空白部混合部）のリム部１４を乗員Ｈが手により把持した場合には、接触信号Ｓｔの値がＳｔ＝Ｖ２まで大きくなり閾値Ｔｈを上回る値となるので、手によるステアリングホイール１２の接触であること（非接触ではないこと）を確実に検出することができる。

なお、前記所定部位（導電部空白部混合部）は、車両の直進状態で、ステアリングホイール１２の下端部近傍の部位としている。該部位は、車両の直進状態で、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が接触する可能性があるが、ファットマンの腹部や下肢の大腿部が接触しても、接触信号Ｓｔの値は、Ｓｔ＝Ｖ１なので閾値Ｔｈより小さく（Ｖ１＜Ｔｈ）誤検出を発生することがない。

また、接触センサ３０は、ステアリングホイール１２のリム部１４の円周方向の全周にわたって電極面としての導電部３５が形成された静電容量センサであって、所定部位である低接触感度領域Ｌｓａにおいて、電極面である導電部３５の一部が非導電部としての空白部３４に形成されているので、空白部３４を含む部位（導電部空白部混合部）の接触感度を低くすることができる。

このように、低接触感度領域Ｌｓａである接触感度低下部は、ステアリングホイール１２の正面視におけるリム部１４の円周方向と交差する方向の断面（図２参照）の一部に形成されている。

つまり、低接触感度領域Ｌｓａ（接触感度低下部）をリム部１４の断面において一部に形成し、通常接触感度領域Ｈｓａを一部残すため、例えばステアリングホイール１２の径方向外側に低接触感度領域Ｌｓａ（接触感度低下部）を設けた場合、その低接触感度領域Ｌｓａ（接触感度低下部）へのステアリングホイール１２の径方向外側からの接触には反応しないが、その低接触感度領域Ｌｓａ（接触感度低下部）を手で把持した場合は接触を検出することができる。

電極面としての導電部３５は、ステアリングホイール１２のリム部１４の外表面に塗布される導電性塗料、又はステアリングホイール１２のリム部１４の外表面を覆う導電シートとされ、非導電部は、前記導電性塗料の非塗布部分又は前記導電シートの切欠部分である空白部３４とされる。つまり、電極面が導電性塗料の塗布面又は導電シートである場合には、その一部分を切欠部分とすることで、接触感度（静電容量の検出感度）［ｐＦ／ｍｍ²］を切欠部分がない部分に比較して簡単容易に低くすることができる。

［変形例］
図７に示すように、空白部３４は、図１及び図２に示したような、比較的に面積の大きい切欠部ではなく、導電部３５を複数の小径のドット５０でくりぬいたドット状部１３４（導電部空白部混合部）を有するステアリングホイール１２Ａにしてもよい。ドット状部１３４も塗布又はシートにより形成することができる。

図８は、ドット状部１３４を有するステアリングホイール１２Ａのリム部１４（低接触感度領域Ｌｓａと通常接触感度領域Ｈｓａからなる。）への乗員Ｈの接触部位（接触の仕方）に応じて発生する静電容量Ｃｈを表す接触信号Ｓｔの特性５４を示している。一部を細い２点鎖線で示す元の特性５２に比較して接触信号Ｓｔの値が高い値となる。閾値Ｔｈをその分、高い値としてもよい。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…ステアリングホイールユニット
１２、１２Ａ…ステアリングホイール
１４…リム部 ２０…判定回路
３０…接触センサ ３４…空白部
３５…導電部 Ｈｓａ…通常接触感度領域
Ｌｓａ…低接触感度領域

Claims (3)

1. 車両のステアリングホイール（１２、１２Ａ）のリム部（１４）に対する乗員（Ｈ）の接触を検出する接触センサ（３０）を配したステアリングホイールユニット（１０）であって、
   前記接触センサ（３０）は、
   前記車両の直進状態で前記ステアリングホイール（１２、１２Ａ）の前記リム部（１４）の運転席（ＤＳ）の座面（ＳＳ）に近接する側の部位の接触感度が、前記リム部（１４）の残り部位（Ｈｓａ）の接触感度より低く構成された接触感度低下部（Ｌｓａ）を有し、
   前記接触センサ（３０）は、
   前記ステアリングホイール（１２、１２Ａ）の前記リム部（１４）の円周方向にわたって電極面としての導電部（３５）が形成された静電容量センサであって、前記接触感度低下部（Ｌｓａ）において前記電極面の一部が非導電部に形成され、
   前記接触感度低下部（Ｌｓａ）は、
   前記ステアリングホイール（１２、１２Ａ）の正面視における前記リム部（１４）の円周方向と交差する方向の断面の一部に形成され、
   前記接触センサ（３０）は、
   前記車両の直進状態で前記ステアリングホイール（１２、１２Ａ）の下端部において、前記リム部（１４）の径方向外側に、前記電極面の一部に非導電部としての空白部（３４）を含む導電部空白部混合部からなる前記接触感度低下部（Ｌｓａ）を有するとともに、
   前記リム部（１４）の径方向内側に、前記電極面の一部に非導電部としての空白部（３４）を含まない導電部専用部（Ｈｓａ）を有する、
   ことを特徴とするステアリングホイールユニット（１０）。
2. 請求項１に記載のステアリングホイールユニット（１０）において、
   前記接触感度低下部（Ｌｓａ）は、前記車両の直進状態で、前記ステアリングホイール（１２、１２Ａ）の下端部近傍の部位とされる
   ことを特徴とするステアリングホイールユニット（１０）。
3. 請求項１又は２に記載のステアリングホイールユニット（１０）において、
   前記電極面は、ステアリングホイール（１２、１２Ａ）のリム部（１４）の外表面に塗布される導電性塗料、又は前記ステアリングホイール（１２、１２Ａ）のリム部（１４）の外表面を覆う導電シートとされ、
   前記非導電部は、前記導電性塗料の非塗布部分又は前記導電シートの切欠部分とされる
   ことを特徴とするステアリングホイールユニット（１０）。

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