JP7128298B2 - 車両の乗員室内部の乗員の有無を検出するためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、一般に、自動車両内部の乗員の有無を検出するための容量性デバイスに関する。このデバイスは、具体的には、車両のハンドル上の運転者の手の有無、又は車両のシートのうちの１つ上の乗員の有無を検出するために使用され得る。

このような容量性デバイスは、米国特許出願公開第２０１０／０２９５５６３号に開示されているように、従来技術において知られており、当該文書では、誘電材料によって分離された２つの電極と、ＡＣ電圧発生器と、２つの電極の間を循環する電流を測定するための回路と、を備えるデバイスを開示している。ＡＣ電圧発生器は、第２の電極と車両の露出導電部分との間に接続される。このデバイスは、このシート上の乗員の有無を検出するために、車両のシートに取り付けられる。検出は、２つの電極の間を循環する電流を測定することによって達成され、この電流の強度は、シートが占有されたときに変化する。

このデバイスの１つの大きな欠点は、第２の電極と車両の露出導電部分との間を交流が連続的に循環するので、デバイスが永続的な電磁干渉（又は破壊）を生じさせることである。

仏国特許第２ ９０３ ６３８（Ａ１）号は、自動車用の乗員検出器を備える助手席を記載している。

同様に、米国特許出願公開第２００８／０１８１４３（Ａ１）号は、乗員検出器を有する助手席並びに防水シーツで覆われたシートヒータを開示している。

本発明の１つの目的は、上述の従来技術の短所を解決することであり、具体的には、電磁干渉の放出を低減させることである。

このために、本発明の第１の目的は、車両内部の乗員の有無を検出するための自動車両内の容量性測定デバイスに関し、当該デバイスは、
－容量性センサを形成するように誘電材料によって第２の電極から分離され、当該容量性センサが、車両の構成要素の表面に配設されている、第１の電極と、
－当該第１及び第２の電極間にＡＣ電圧を発生させるように配設された電圧発生器と、
－第２の電極と車両の露出導電部分との間の電流を測定するように配設され、当該構成要素の近くの当該乗員の存在が測定電流の関数である、電流測定回路と、を備える。

この配設によって、電流測定回路は、乗員が第１の電極に接近したときにのみ電流を受信し、乗員がデバイスの近くにいないときに露出導電部品を信号が通過しないので、電磁干渉の放出を低減させることを可能にする。このことが第１の電極の近くに乗員が存在する（電流が存在する）ことと、乗員が存在しない（電流が存在しない）こととを区別することを可能にするので、この検出もまた改善される。典型的に、電流測定は、電流の強度の測定である。

更に、電流がゼロになることで、電流の検出は、第２の電極を露出導電部分に接続している線の遮断を信頼性の高い様態で検出することを可能にするので、電圧の測定値に基づく検出システムとは異なり、本発明は、より信頼性の高い様態で遮断を検出することを可能にする。

反対に、同じ状況で、これらの２点間の線が遮断されるかどうかにかかわらず、第２の電極と車両の露出導電部分との間の電圧が維持され、電圧測定に基づく検出システムの効率を低減させる。

好都合に、電圧発生器は、当該第１及び第２の電極の間に接続することができる。換言すれば、電圧発生器は、２つの出力端子を備え、各出力端子は、第１の電極又は第２の電極のうちの１つに電気的に接続される。

具体的には、車両構成要素は、金属フレーム（又はフレームを形成しているベース構造体）を備える、ハンドル又はシートであり得、第１の電極及び第２の電極は、各フレームと別体であり得る。換言すれば、特定の実施形態によれば、電圧発生器は、第１の電極又は第２の電極に電圧を印加するために、フレームに接続され得ない。

一実施形態によれば、電圧発生器は、計器用変圧器回路を介して当該第１及び第２の電極の間に接続することができる。この実施形態は、特に、電圧発生器の欠点を解決することを可能にする。演算増幅器からなる発生器は、共通モードを拒絶するために、正確な、したがって高価な構成要素を必要とするので、より高価である。

一実施形態によれば、第２の電極は、仮想接地とすることができる。これは、第２の電極の交流を回避することを可能にする。典型的に、このような仮想接地は、第２の電極と車両の露出導電部分との間に取り付けられた演算増幅器によって得ることができる。

一実施形態によれば、第２の電極の電位は、ゼロであり得る。

一実施形態によれば、少なくとも１つのコンデンサを、電圧発生器と第１及び第２の電極の各々との間に直列に取り付けることができる。

一実施形態によれば、少なくとも１つのコンデンサの各々は、０．５μＦ～１０μＦの値の範囲の、好ましくは１．５μＦ～３．５μＦの値の範囲の静電容量を有するコンデンサである。

一実施形態によれば、電流測定回路は、
－第２の電極と車両の露出導電部分の間に接続された電流－電圧コンバータとして取り付けられ、第２の電極と車両の露出導電部分との間を循環する電流の関数である出力電圧を送達する、演算増幅器と、
－当該出力電圧を処理して、そこから当該乗員が当該構成要素の近くに存在する可能性を推測するための回路と、を備えることができる。

この実施形態では、演算増幅器は、運転者がハンドルの近くにいるときにのみ電流を受信する。したがって、演算増幅器は、飽和状態に対して感受性が低く、より大きい測定感度又は精度を可能にする。

本発明の第２の目的は、本発明の第１の目的に記載した容量性デバイスを備え、第２の電極が当該第１の電極とハンドルの電機子との間に配設される、車両用ハンドルに関する。ハンドルの電機子は、随意に、車両の露出導電部分に接続することができる。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様に記載の車両用ハンドルを備える自動車両に関する。

本発明の第４の目的は、本発明の第１の目的に記載した容量性デバイスを備える車両シートに関し、当該シートは、フレームを備え、第２の電極は、第１の電極とシートのフレームとの間に配設される。

本発明の第５の態様は、本発明の第４の態様に記載のシートを備える自動車両に関する。

本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な例として提供され、添付の図面によって示される本発明の実施形態の以下の詳細な説明から、より明確に理解することができる。
ハンドル上の運転者の手の有無を検出するための２つの電極を備えるハンドルを示す概略図である。 本発明の第１の実施形態による容量性デバイスの配線図である。 電流測定回路が詳細に示されている、図２のデバイスの配線図である。 本発明の第２の実施形態による容量性デバイスの配線図である。 本発明の第３の実施形態による容量性デバイスの配線図である。

本発明は、車両のハンドルに取り付けられた容量性デバイスの文脈で以下に記載し、当該デバイスは、車両のハンドル上の手（運転者の手）の有無を検出することを目的とする。

図１は、車両の露出導電部分に接続することができる電機子１０を備えるハンドルを概略的に示す。本発明によれば、ハンドルは、誘電体材料層２２によって分離された外部電極２０及び装着電極２１を備える。電極２１は、電極２０とハンドル１の電機子１０との間に存在する。電極２１は、ハンドル上に存在し、ハンドルの電機子と直接接触（電気接触）していない。当該電極２０、２１及び誘電材料は、所定の構造のコンデンサＣ１０を有する要素又は容量性センサを形成する。静電容量Ｃ１０は、一般に、５００ｐＦ～１０ｎＦで、好ましくは１ｎＦ～５ｎＦで、更に好ましくは１～３ｎＦで構成される。このコンデンサは、図２に見ることができる。

車両の運転者が自分の手をハンドルに向かって移動させると、運転者は、外部電極２０と車両の露出導電部分との間に身体部位の表面を近づけることに比例する静電容量を加える。したがって、車両のハンドルの全体的な静電容量が変化する。図２は、ハンドル内に存在するコンデンサ、すなわち、
－電極２０と２１との間に存在する構造を有するコンデンサＣ１０、
－ハンドル１と車両の露出導電部分との間に存在するコンデンサＣ１１、このコンデンサは、手によって加えられた静電容量を含み、適用可能な場合に１以上の漏洩静電容量がハンドルの構造にリンクされ、及び
－装着電極２１と車両の露出導電部分との間に存在する構造を有するコンデンサＣ１２、を示す。

図２は、本発明の第１の実施形態による容量性デバイス２を示す。このデバイスは、電極２０及び２１に加えて、電極２０と２１との間にＡＣ電圧を発生させるように配設された電圧発生器２３と、電極２１と車両の露出導電部分との間の電流を測定するように配設された電流測定回路２４と、を備える。

電圧発生器２３は、電極２０と２１との間に接続され、電流測定回路２４は、電極２１と車両の露出導電部分との間に接続される。

電圧発生器２３の基準電圧は、電極２１の関数である。電圧発生器２３は、好ましくは、コンデンサＣ１０に対して非常に低いインピーダンスを有するように構成され、よって、後側のみが、電流測定回路２４で測定される電流にごくわずかな影響を有する。

運転者の手がハンドルの近くに、又はその上に存在することは、電極２１と車両の露出導電部分との間の電流を測定することによって検出される。上に示したように、この電流は、電流測定回路２４によって測定される。電流測定回路２４の配線図を図３に示す。

電流測定回路２４は、電極２１と車両の露出導電部分との間に接続された演算増幅器２４０と、演算増幅器の出力に接続された処理回路２４１と、を備える。演算増幅器の正入力端子（＋）は、交流で露出導電部分に等しい分極電圧に接続される。換言すれば、正入力端子（＋）は、交流で露出導電部分に等しい電圧に接続され、したがって、この配設は、負入力端子（－）上に仮想接地を作成するとみなすことができる。

演算増幅器の負入力端子（－）は、電極２０に接続される。演算増幅器の出力端子は、コンデンサ２４３と並列に取り付けられる抵抗器２４２を介して負入力端子にリンクされ、よって、演算増幅器がコンデンサ２４３によってフィルタリングされた電流－電圧変換器を形成する。

抵抗器２４２の値は、例えば、１ｋΩ～１０ｋΩ、好ましくは１ｋΩ～５ｋΩで構成される。抵抗器の値は、電磁適合性試験が増幅器の入力段を飽和させないように、好都合に選択される。コンデンサ２４３の静電容量は、正弦波電圧発生器の振動数に関する所望の通過帯域の関数として選択される。例えば、１００ｋＨｚ及び２ｋΩの周波数の抵抗器２４２の場合、コンデンサ２４３の静電容量は、２２０ｐＦ程度である。

演算増幅器２４０の入力端子間の電圧は、０又はほぼ０であり、その入力インピーダンスは、非常に高く、無限であるとみなされる。このようにして、電極２１は、仮想接地を構成し、これは、コンデンサＣ１２の端子の電圧がゼロであるか又はごくわずかであるので、測定に対するコンデンサＣ１２（電極２１と車両の露出導電部分との間）の全ての影響を除去する。

演算増幅器２４０が電流－電圧変換器として取り付けられるので、その出力に存在する電圧は、電極２１と車両の露出導電部分との間を循環する電流の複製である。

処理回路２４１は、演算増幅器の出力電圧によって、運転者の手がハンドルの近くに存在する可能性を決定する。実際には、運転者が自分の手を電極２０（外部電極）に向かって移動させると、電極２１と車両の仮想接地との間に電流が現れる。この電流は、演算増幅器２４０によって電圧に変換され、処理回路２４１によって検出される。処理回路２４１は、例えば、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅによって販売されているＡＤ５９３３などの、インピーダンスを測定するための集積回路である。

この配設は、１つの大きな利点を有する。すなわち、運転者の手がハンドルと接触するか、又はそこに近づかない限り、電流がハンドル又は電流測定回路２４の電機子を通って、車両の露出導電部分に向かって循環しないことである。これは、この状況以外でデバイスが発生させる電磁破壊を低減させるか又は除去することを可能にする。

この配設は、同様に、検出精度を向上させることを可能にする。実際には、運転者によって加えられた静電容量Ｃ１１は、非常に弱い（ハンドルと接触したときに、両手の場合は１５０ｐＦ程度、指１本場合は１５ｐＦ程度である）ので、車両の露出導電部分を介してコンデンサＣ１１及び電流測定回路２４を循環する電流は、非常に弱い。したがって、電極２１と車両の仮想接地の間を循環する電流の存在は、それが弱いかどうかにかかわらず、運転者の手が車両のハンドルの近くにあることを示している。

更に、運転者がハンドルに近いときに演算増幅器２４０のみが電流を受信するので、飽和状態に対して感受性が低く、より高い測定の感度又は精度を可能にする。

この第１の実施形態では、電圧発生器２３は、２つの演算増幅器によって生成することができる。しかしながら、これは、共通モードを拒絶するために、比較的高価で正確な構成要素を有する増幅器の使用を必要とする。

また、図４によって示される第２の実施形態によれば、電圧発生器２３は、計器用変圧器２５を介して電極２０と２１との間に接続される。一方の手の電圧発生器２３並びに他方の手の電極２０及び２１は、変圧器２５の一次及び二次にそれぞれ接続される。変圧器を使用して、ガルバニック絶縁を電圧発生器２３と電極２０、２１との間に作成し、共通モードの影響が電極２０、２１に向かって伝播するのを防止する。

電極２０及び２１は、シールドケーブル２６を介して変圧器２５の二次に好都合にリンクされる。電極２０及び２１は、それぞれ、シールドケーブルのコア及び遮蔽を介して変圧器で二次に接続される。演算増幅器の負入力端子（－）は、変圧器２５の二次に接続される。

シールドケーブル２６は、一定の静電容量を担持することを可能にする。それは、仮想接地によって測定信号を保護する。したがって、ハンドルの電機子は、測定信号に影響を及ぼさない。同様に、シールドケーブルは、電流測定を破壊し得る、電圧発生器２３とフレーム２０、２１との間の任意の信号捕捉を回避することを可能にする。

図５は、配設の堅牢性を向上させるように改良した、図４の第２の実施形態に基づく第３の実施形態を示す。実際には、１個のコンデンサ２７１が第１の電極と直列に加えられ、１個のコンデンサ２７２が第２の電極と直列に加えられる。

コンデンサ２７１及び２７２は、正弦波電圧発生器の周波数（例えば、１００ｋＨｚ）で低いインピーダンスを有し、したがって、直流の通過を可能にしないように選択される。このような一実施形態は、電子システムに影響を及ぼすことなく、バッテリ及び／又は各電極の露出導電部分の短絡を可能にする効果を有する。したがって、システムは、より堅牢である。

コンデンサ２７１及び２７２の各々は、０．５μＦ～１０μＦの値の範囲の、好ましくは１．５μＦ～３．５μＦの値の範囲の静電容量を有するコンデンサであり得る。具体的には、２．２μＦの値を選択することができる。

添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を超えることなく、本明細書に記載される本発明の異なる実施形態に対して当業者に明らかな様々な修正及び／又は改良を行うことができることが理解されよう。具体的には、図１は車両用ハンドルを示すが、本発明の電気デバイスは、車両乗員室のシート又は任意の他の構成要素に埋め込むこともできる。

本発明は、例えば、自動車両シート上の乗員の存在を検出するために使用することができる。したがって、ハンドルについて上で説明した全てのものは、シートに適用することができ、その場合、シートのフレームがハンドルの電機子に対応する。したがって、ハンドル上の手を検出するための上述した静電容量及び抵抗値は、必要に応じて、この新しい用途に適合される。

Claims (9)

1. 自動車両内部の乗員の有無を検出するための前記車両内の容量性デバイスであって、前記デバイスが、
   －容量性センサを形成するように誘電材料によって第２の電極から分離され、前記容量性センサが、前記車両の構成要素の表面に配設されている、第１の電極と、
   －前記第１及び第２の電極間にＡＣ電圧を発生させるように配設された電圧発生器と、
   －前記第２の電極と前記車両の露出導電部分との間の電流を測定するように配設され、前記構成要素の近くの前記乗員の存在が前記電流の関数である、電流測定回路と、を備え、
   前記第２の電極が、仮想接地である、容量性デバイス。
2. 前記電圧発生器が、計器用変圧器回路を介して前記第１及び第２の電極間に接続される、請求項１に記載のデバイス。
3. 自動車両内部の乗員の有無を検出するための前記車両内の容量性デバイスであって、前記デバイスが、
   －容量性センサを形成するように誘電材料によって第２の電極から分離され、前記容量性センサが、前記車両の構成要素の表面に配設されている、第１の電極と、
   －前記第１及び第２の電極間にＡＣ電圧を発生させるように配設された電圧発生器と、
   －前記第２の電極と前記車両の露出導電部分との間の電流を測定するように配設され、前記構成要素の近くの前記乗員の存在が前記電流の関数である、電流測定回路と、を備え、
   前記第２の電極の電位が、ゼロである、デバイス。
4. 少なくとも１つのコンデンサが、前記電圧発生器と前記第１及び第２の電極の各々との間に直列に取り付けられる、請求項３に記載のデバイス。
5. 前記電流測定回路が、
   －前記第２の電極と前記車両の前記露出導電部分との間に接続された電流－電圧コンバータとして取り付けられ、前記第２の電極と前記車両の前記露出導電部分との間を循環する電流の関数である出力電圧を送達する、演算増幅器と、
   －前記出力電圧を処理して、そこから前記乗員が前記構成要素の近くに存在する可能性を推測するための回路と、を備える、請求項１～４のうちの一項に記載のデバイス。
6. 請求項１～５のうちの一項に記載の容量性デバイスを備え、前記第２の電極が、前記第１の電極とハンドルの電機子との間に配設されている、車両用ハンドル。
7. 請求項６に記載のハンドルを備える、自動車両。
8. 請求項１～５のうち１つに記載の容量性デバイスを備え、シートが、フレームを備え、前記第２の電極が、前記第１の電極と前記シートの前記フレームとの間に配設されている、車両シート。
9. 請求項８に記載のシートを備える自動車両。

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