JP6783520B2 - 加熱要素を用いたステアリングホイールのハンドセンサ - Google Patents

Description

関連特許出願の相互参照

本願は、２０１２年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／７３１，７５６号に対する優先権及び利益を主張する。前記出願は本明細書において参照によりその全体が組み込まれる。

本願は、概して乗員検知システムの分野に関する。

より具体的に、本願は、車両乗員の手（ハンド）の近接を判断する為に用いられ、運転手のために（例えば、加熱要素を介して）熱を発生するように構成される、改良されたステアリングホイールシステムの分野に関する。本分野において、乗員の存在を検知するために電極を用いる、様々な乗員検知システムが知られている。

世界の寒冷地では、特に寒い月間には、乗員に暖を提供し運転体験を改善するため、車両乗員が接触する特定の場所（例えば、車両シート、車両用ステアリングホイール等）に、加熱要素を備えた車両の提供が望まれる。乗員に暖を提供するように構成される加熱要素に比較的近接する乗員の存在を検知する電極を用いた乗員検知システムを設計する際に、困難が生じる場合がある。例えば、電極と加熱要素との間に位置するシールド層なしでは、電極と加熱要素との間の電気的接続が、車両乗員と電極との間の電気的接続よりも大きくなる可能性がある。その結果、電極では乗員の存在を確実に判断できない可能性がある。さらに、センサ電極と加熱電極との間にシールド層を備えることは、法外なコストがかかりパッケージ化するのが難しいだろう。

したがって、システムが乗員の存在検知と乗員への熱の提供とを同時に行うことができるように、乗員検知システムと加熱要素とを近接した状態でパッケージ化（つまり、位置、配置、供給）することは有益である。

開示された実施形態によると、車両用ステアリングホイールシステムは、乗員によって把持されるように構成されるステアリングホイールと、ステアリングホイールの第一検知領域内に配置される第一電極と、を備える。第一電極は、第一信号が第一電極に提供されると熱を発生するように構成されていてもよい。第一電極は、第二信号が第一電極に提供されると、車両乗員の手の第一検知領域への近接を判断するために用いられるように構成されていてもよい。ステアリングホイールシステムは、第一検知領域への乗員の手の近接に基づいて、第一信号及び第二信号の第一電極への供給を制御するように構成されるコントローラを備えていてもよい。

他の実施形態によると、車両用ステアリングホイールシステムは、ステアリングホイールと、ステアリングホイールの第一検知領域内に配置される第一電極と、ステアリングホイールの第二検知領域内に配置される第二電極と、を備えていてもよい。第一電極及び第二電極はそれぞれ、第一信号が電極に供給されると熱を発生するように構成されていてもよく、第一電極及び第二電極は、それぞれ第二信号が電極に供給されると車両乗員の手の各検知領域への近接を判断するために用いられるように構成されていてもよい。ステアリングホイールシステムは、第一電極及び第二電極へ提供された第二信号に基づいて、車両乗員の手の各検知領域への近接を判断する検知回路を備えていてもよい。

本発明の特徴、形態及び利点は、以下の記述及び以下に簡単に説明される図面に示す添付の例示的な実施例から明らかになるだろう。

図１は、車両内部の透視図である。

図２は、例示的な実施形態による、複数の加熱領域を含む乗員検知システムを備えるステアリングホイールの正面概略図である。

図３は、並列配置を有する乗員検知システムの概略図である。

図４は、他の並列配置を有する乗員検知システムの概略図である。

図５は、直列配置を有する乗員検知システムの概略図である。

上述した概要及び後述する詳細な説明は具体例であり、例示のみを目的としていることが理解されるべきである。

ステアリングホイールシステムを採用した乗員検知システムは、米国特許出願公開第２００７／０１９２００７号に開示されたシステムと類似する可能性がある（ここに、参照により組込まれる）。例えば、検知回路（例えば、ＡＳＩＣ）は、乗員の手がステアリングホイールに近接することを検知するために、前記出願において説明される複素インピーダンスの変化に関連してデータを提供するように設計されてもよい。また、ヒータ及び検知システム間の操作は、米国特許第７，５２１，９４０号（ここに、参照により組込まれる）に開示された方法及び構成要素を採用してもよい。

図１を参照すると、車両運転手は、ステアリングホイール１２と車両シート（例えば、運転席１３）とを備えた運転室１０（車両内部）から車両を操作する。運転席１３に着座すると、運転手はステアリングホイール１２を回転させて車両車輪の向きを変え、車両を所望の方向に進めることができる。ステアリングホイール１２は、運転手が容易に届く範囲内に設けられるスイッチやボタン等の形状を有する様々な制御装置をさらに備えていてもよい。例えば、車両オーディオシステムの制御（例えば、音量、同調、モード等）、車両照明の制御（例えば、天井照明、ヘッドライト等）、電話機制御、クルーズコントロール又は他の適切な制御である。当業者においては、ステアリングホイール１２は、いくつかの例示的実施形態により、ここに開示される制御のあらゆる組合せを備える可能性があり、また、これらの構成はステアリングホイール１２に備えられるコントロールの可能な配置を限定する意図はないことが理解されるべきである。例えば、例示的な一実施形態において用いられる要素は、他の例示的な実施形態において用いられる複数の要素とのあらゆる組合せによって使用されてもよい。

図２を参照すると、ステアリングホイール１２は特定の設計で示される。図示されたように、ステアリングホイール１２は、輪のような外側部１４と、車両のステアリングコラムに接続される内側部１５と、を備えていてもよい。外側部１４は、剛性フレーム又はアーマチュアで形成されていてもよく、それらは外側層（例えば、皮、カバー、ラップ等）で部分的に覆われていてもよい。外側層は、ステアリングホイール１２に心地良い美的外観を提供し、人間工学的に心地良い層を（つまり、皮がステアリングホイール１２の人間工学的、感覚、把持等を向上するように）ステアリングホイール１２の外側面に追加してもよい。ここでは特定のステアリングホイールを説明したが、本出願に開示される例示的な実施形態によるステアリングホイールシステムは、適切なあらゆる構成が可能であり、特定の外側部及び内側部に限定しないことが容易に理解されるべきである。

さらに、ステアリングホイール１２の外側部１４は、一つ又は複数の加熱領域１６を備えていてもよい。複数の加熱領域は、運転手の手（ハンド）を温めるために選択的に作動するように構成してもよい。例えば、加熱領域１６は、抵抗加熱要素１８（図２には示されないが、例えば、図３〜５を参照）を備えていてもよい。図に示した加熱領域１６の個数、位置、構成は例示であり、ステアリングホイールに備えられる加熱領域の可能な各種構成を限定する意図はないことが理解されるべきである。例えば、ステアリングホイール１２は、図示されるより多くの又は少ない個数の加熱領域１６を備えていてもよい。加熱領域１６は、ステアリングホイール１２のあらゆる適切な場所（例えば、外側部１４又は内側部１５に沿って）に備えられていてもよい。

図３〜５に示したように、例示的な実施形態によると、ステアリングホイールシステム２０は、少なくとも１つの加熱領域１６を備えている。例示的な実施形態によると、ステアリングホイールシステム２０は、運転手の存在（例えば、運転手の足や手等、運転手の体の一部）を検出するように構成される検知回路を備えていてもよい。検知回路はあらゆる方法で構成され得る。例えば、検知回路は、ＡＳＩＣ、集積回路又は他の適切な構成であってもよい。検知回路は、プロセッサ２２等のコントローラを備えていてもよい。

例示的な一実施形態によると、電極（例えば、加熱要素１８）は、ステアリングホイール１２の検知領域（例えば、加熱領域１６）内に位置する。ステアリングホイールシステム２０は、任意の個数の検知領域内に位置する任意の個数の電極を備えていてもよい。電極は、電極に加熱信号（例えば、第一信号）が供給されたときに、車両乗員に暖を提供するために用いられてもよい（つまり、電極は運転手のハンド用に熱を発生してもよい）。さらに、電極は、検知信号（例えば、第二信号）が電極に供給されたときに、車両乗員の手の検知領域への近接を判断するために用いられてもよい。加熱信号は、検知信号と比較して高い電流を流すようにしてもよい。このように、電極はセンサ及びヒータとして用いられるように協同的に構成される。したがって、電極は、加熱領域の加熱要素上に、個別のセンサ及びシールドを追加するために要する費用及びパッケージ化の難しさを緩和（例えば、減らす、改善、少なく等）することができる。

電極は、車両電源に接続されてもよい（例えば、バッテリ又はオルタネータ等から電力を供給される車両のＤＣバス）。さらに、車両電源は、電極に加熱信号を供給するために用いられてもよい。ステアリングホイールシステム２０は、加熱領域の温度を制御するために、様々な制御、センサ及び加熱信号を制御又は調整するために用いられる他の要素を備えていてもよい（したがって、ステアリングホイール１２は過熱されない）。

例示的な一実施形態によると、検知回路（電子制御装置を含んでもよい）は、検知信号及び加熱信号の電極への供給を検知領域への乗員の手（ハンド）の近接に基づいて制御するように構成される。例えば、例示的な一実施形態によると、検知回路は、加熱領域へ手（ハンド）の近接が検出されるまで、又は、検出されなければ加熱信号を供給しなくてもよい。言い換えると、ステアリングホイールシステム２０は手（ハンド）が検知されると、電極へ加熱信号を自動的に供給するように構成されていてもよい。

例示的な一実施形態によると、コントローラは、加熱信号及び検知信号を、所定の時間間隔で交互に電極に供給するように構成される。さらに、加熱信号及び検知信号は、ステアリングホイールシステム２０において、複数の電極がどのような配置であるかにより、複数の電極間で時間多重化されていてもよい（つまり、複数の電極が並列か直列かどうか）。

ステアリングホイールシステム２０は、加熱要素１８と直列に配置される各種インダクタを備えてもよい。インダクタは、検知モードにおいて高インピーダンス、加熱モードにおいて低インピーダンスを切り替えるためのスイッチとして機能してもよい。インダクタは、検知モードにおいて検知周波数、加熱モードにおいて加熱周波数で適切なインピーダンスを有してもよい。インダクタは、あらゆる適切なインダクタであってよく、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ダイオード、コモンモードチョーク等である。スイッチ負荷は、電極を較正するために、検知モードで用いられてもよい。

例示的な一実施形態によると、インダクタからの検知信号をシールドするために、駆動シールド信号を課してもよい。さらに、マルチ駆動シールド信号レベルをシールドノードに印加し、センサとシールドノードとの間のインピーダンスを切り替える、マルチ計測アプローチを用いてもよい。この場合、インダクタの構成により引き起こされる（起因する、原因である等）エラーは、減少、取り消される、少なくなる等の可能性がある。

図３〜５を参照すると、センサシステム２０の様々な構築例が、それぞれスイッチ２６ａ，２６ｂとして示されるハイサイドＦＥＴ及びローサイドＦＥＴと共に示される。さらに、センサシステム２０は、加熱要素１８及び検知ノード２８用の複数のスイッチ２６間の、追加的インピーダンスソース又はインダクタとして複数の高電流スイッチ２４を備えるように示されている。しかしながら、上述した通り、他の実施形態によると、インピーダンスソースは、適切なインピーダンスを有する、ＦＥＴ、ダイオード、インダクタ、コモンモードチョーク又は他の適切な要素を含んでいてもよい。

図３を参照すれば、センサシステム２０は、検知及び加熱が時間多重化される並列加熱配置を備えるように示される。図３に示したように、センサシステム２０は、複数の加熱領域１６用にハイサイドスイッチ２６ａ及びローサイドスイッチ２６ｂを備えていてもよい。このような並列加熱配置は、センサシステム２０の複雑化及び費用を軽減することができる。さらに、加熱領域１６のそれぞれは、加熱要素１８のどちらかのサイドにスイッチ２４として示される孤立インピーダンスソース（つまり、インダクタ）を備えていてもよい。図３に示したように、センサシステム２０は、全ての加熱領域１６の加熱がオフの場合、車両乗員の存在を検知するように構成されていてもよい。２つの加熱領域１６及び２つのセンサが図３に示されているが、当業者においては、センサシステム２０はいかなる個数の加熱領域及びいかなる個数のセンサを備えるように構成される可能性があることを理解されるべきである。

図４を参照すれば、センサシステム２０は、乗員検知機能及び加熱機能が個別の検知／加熱領域用に時間多重化される並列加熱配置を備えていてもよい。例えば、図４に示したセンサシステム２０は、第一加熱領域１６ａにおいて乗員の存在を検知すると同時に、第二加熱領域１６ｂにおいて暖／熱を提供するように構成されていてもよい。特定時間の経過後、センサシステム２０が第二加熱領域１６ｂにおいて乗員の存在を検知すると同時に、第一加熱領域１６ａにおいて暖／熱を提供するように、第一加熱領域１６ａ及び第二加熱領域１６ｂは機能を入れ替えて（つまり、切り替えて）もよい。ハイサイドスイッチ２６ａ及びローサイドスイッチ２６ｂが加熱領域１６ａ，１６ｂのそれぞれに備えられる。当業者においては、２つの加熱領域１６及び２つのセンサが図４に示されているが、センサシステム２０は、いかなる個数の加熱領域及びいかなる個数のセンサを備えるように構成される可能性があることを理解されるべきである。

図５を参照すれば、センサシステム２０は、乗員検知機能及び加熱機能が時間多重化される直列加熱配置を備えてもよい。センサシステム２０は、図５に示したように、ハイサイドスイッチ２６ａ及びローサイドスイッチ２６ｂを備えていてもよい。さらに、図５に示したセンサシステム２０は、並列設計（例えば、上述及び図３〜４に示される）と比較して、少ない孤立インピーダンスソース（例えば、スイッチ２４）を備えていてもよい。したがって、直列設計のセンサシステム２０は、並列設計のセンサシステム２０よりもコストが低くなり得る。さらに、図５に示したように、直列設計のセンサシステム２０は、個々の加熱領域１６の加熱機能がオフの場合、単一の加熱領域１６において乗員の存在を検知するようにしてもよい。当業者においては、３つの加熱領域１６及び３つのセンサが図５に示されているが、センサシステム２０は、いかなる個数の加熱領域及びいかなる個数のセンサを備えるように構成される可能性があることを理解されるべきである。

本開示の目的のために、用語「接続」は、２つの構成要素（電気的、機械的又は磁気的）が互いに直接又は間接的に接合することを意味する。そのような接合は、事実上静止した又は事実上可動であることができる。そのような接合は、２つの構成要素（電気的又は機械的）及びあらゆる追加的な中間部材が互いに又は２つの構成要素が単一で一体の本体として一体的に定義される、又は、２つの構成要素と追加的な中間部材がくっつけられて得ることができる。そのような接合は、事実上恒久的でもよく、あるいは、事実上可動又は分離可能であってもよい。

本開示について例示的な実施形態を参照して記述したが、当業者は、請求項に記載した対象の精神及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細について変更を行えるものと認識するであろう。例えば、異なる例示的な実施形態を、１つ又は複数の利益を提供する１つ又は複数の特徴を含むように記述したかも知れないが、記述した特徴は互いに交換可能で、あるいは記述した例示的な実施形態又は他の別の実施形態において、互いに組合せてもよいと考えられる。本開示の技術は比較的複雑であるため、本技術に関する全ての変更を予見できるというわけではない。例示的な実施形態を参照して記載する本開示は、明らかに出来る限り広範なものとする。例えば、特別に言及しない限り、単一の特定要素を引用する請求項には、複数のかかる特定要素も包含する。

例示的実施形態は、機械実行可能命令又はデータ構造を搬送し、又は記憶するためのコンピュータ又は機械可読媒体を含むプログラム製品を含んでいてもよい。例えば、検知及び加熱要素はコンピュータ駆動されてもよい。図の方法で例示されている例示的実施形態は、機械実行可能命令又はデータ構造を搬送し、又は記憶するためのコンピュータ又は機械可読媒体を含むプログラム製品によって制御されてよい。そうしたコンピュータ又は機械可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータ又はプロセッサを備える他の機械によってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体とすることができる。例えば、そうしたコンピュータ又は機械可読媒体としては、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ‐ＲＯＭもしくは他の光ディスク記憶、磁気ディスク記憶もしくは他の磁気記憶装置、又は、機械実行可能命令もしくはデータ構造の形の所望のプログラムコードを搬送し、もしくは記憶するのに使用することができ、汎用もしくは専用のコンピュータもしくはプロセッサを備える他の機械によってアクセスすることができる任意の他の媒体を含むことができる。上記の組み合わせもコンピュータ又は機械可読媒体の範囲内に含まれる。コンピュータ又は機械実行可能命令は、例えば、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は専用処理機に、ある特定の機能又は機能グループを実行させる命令及びデータを含む。本開示のソフトウェア実装形態は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ、及び判断ステップを実現するルールベース論理及び他の論理を用いた標準的なプログラミング技法で達成することもできるはずである。

好ましい及び他の例示的な実施形態に示すようなシステムの要素の構造及び構成は例示目的にすぎないことに留意することも重要である。本開示においてほんのいくつかの実施の形態を詳細に説明したが、この開示を吟味した当業者なら、列挙された要旨の利点及び新規な教示から実質的に逸脱することなく、多くの修正（例えば、様々な要素の寸法、範囲、構造、形状及び比率の変更、パラメータの値、装着構成、材料、色彩、方位の使用等）が可能であることを容易に認識できよう。例えば、一体に形成されたように示された要素は複数の部品で構成されることができ、複数の部品のように示された要素は一体に形成されることができ、組立品の向きは逆になる、そうでなければ変更することも可能であり、システムの構造及び／又は部材、又はコネクタや別の要素の長さ及び幅は変更可能であり、要素間に設置された調整及び取り付け位置の本質又は数は変更可能である。システムの要素及び／又は組立品は、十分な強度と耐久性を備える多種多様な材料のどれからでも構成されることができることに留意されたい。したがって、そのような変形は全て、本開示の範囲に含まれるものである。いかなるプロセス又は段階法の順序又は並びは、他の実施形態によって変更又は並び直されてよい。本開示の範囲から逸脱することなく、好ましい実施形態及び他の例示的な実施形態の設計、動作条件、及び構成に他の代替、修正、変更、及び省略がなされてもよい。

Claims (11)

1. 車両用ステアリングホイールシステムであって、
   乗員によって把持されるように構成されたステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールの第一検知領域内に配置される第一電極と、を備え、
   前記第一電極は、第一信号が前記第一電極に供給されると熱を発生するように構成され、
   前記第一電極は、第二信号が前記第一電極に供給されると車両乗員の手の前記第一検知領域への近接を判断するために用いられるように構成され、
   前記車両乗員の手の前記第一検知領域への近接に基づいて前記第一信号及び前記第二信号の前記第一電極への供給を制御するように構成されたコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記第一電極に前記車両乗員の手が近接していると判断されない限り、前記第一信号を前記第一電極に供給しないように構成され、前記第一電極に前記車両乗員の手が近接していると判断されると前記第一信号を前記第一電極に自動的に供給するように構成されており、
   さらに、前記コントローラは、前記第一信号及び前記第二信号を所定の時間間隔で交互に前記第一電極に供給するように構成されている、
   ことを特徴とするステアリングホイールシステム。
2. 前記ステアリングホイールの第二検知領域内に配置される第二電極をさらに備え、
   前記第二電極は、第一信号が前記第二電極に供給されると熱を発生するように構成され、
   前記第二電極は、第二信号が前記第二電極に供給されると車両乗員の手の前記第二検知領域への近接を判断するために用いられるように構成され、
   前記コントローラは、前記車両乗員の手の前記第二検知領域への近接に基づいて前記第一信号及び前記第二信号の前記第二電極への供給を制御するように構成されており、
   さらに、前記コントローラは、前記第一信号及び前記第二信号を所定の時間間隔で交互に前記第二電極に供給するように構成されている、
   請求項１に記載のステアリングホイールシステム。
3. 前記第一電極及び前記第二電極は、並列に配置される、請求項２に記載のステアリングホイールシステム。
4. 前記第一電極及び前記第二電極は、直列に配置される、請求項２に記載のステアリングホイールシステム。
5. 前記車両乗員の手が前記第一検知領域に近接すると判断されると、前記コントローラは、前記第一信号及び前記第二信号を時間多重化して供給するように構成される、請求項１に記載のステアリングホイールシステム。
6. 第一インダクタが、前記第一電極及び前記第二電極の第一サイドに配置され、第二インダクタが、前記第一サイドとは反対の前記第一電極及び前記第二電極の第二サイドに配置される、請求項３に記載のステアリングホイールシステム。
7. 前記第一電極は、第一インダクタと第二インダクタとの間に配置され、前記第二電極は、第三インダクタと第四インダクタとの間に配置される、請求項３に記載のステアリングホイールシステム。
8. 車両用ステアリングホイールシステムであって、
   ステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールの第一検知領域内に配置される第一電極と、
   前記ステアリングホイールの第二検知領域内に配置される第二電極と、を備え、
   前記第一電極及び前記第二電極はそれぞれ、第一信号が供給されると熱を発生するように構成され、
   前記第一電極及び前記第二電極はそれぞれ、第二信号が供給されると車両乗員の手の各検知領域への近接を判断するために用いられるように構成され、
   前記第一電極及び前記第二電極に供給される前記第二信号に基づいて前記車両乗員の手の各検知領域への近接を判断する検知回路と、
   前記検知回路の出力に基づいて前記第一信号及び前記第二信号の前記第一電極及び前記第二電極への供給を制御するように構成されるコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記第一電極に前記車両乗員の手が近接していると判断されない限り、前記第一信号を前記第一電極に供給しないように構成され、前記第一電極に前記車両乗員の手が近接していると判断されると前記第一信号を前記第一電極に自動的に供給するように構成されており、
   さらに、前記コントローラは、前記第一信号及び前記第二信号を所定の時間間隔で交互に前記第一電極及び前記第二電極に供給するように構成されている、
   ことを特徴とするステアリングホイールシステム。
9. 前記第一電極及び前記第二電極は、並列に配置される、請求項８に記載のステアリングホイールシステム。
10. 前記第一電極及び前記第二電極は、直列に配置される、請求項８に記載のステアリングホイールシステム。
11. 前記コントローラは、前記車両乗員の手の少なくとも一つの検知領域への近接を判断すると、前記第一信号及び前記第二信号を時間多重化して供給するように構成される、請求項８に記載のステアリングホイールシステム。