JPWO2016009584A1 - 静電式ステアリングホイール把持検出装置 - Google Patents

静電式ステアリングホイール把持検出装置 Download PDF

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Abstract

静電式ステアリングホイール把持検出装置(1)は、ステアリングホイール(3)に配設され、一端が電源(11)と電気的に接続される第1ヒータエレメント(13)と、第1ヒータエレメント(13)の他端と電気的に接続されるインダクタ(15)と、ステアリングホイール(3)に内蔵され、第1ヒータエレメント(13)の他端とインダクタ(15)を介して、一端が電気的に接続される第2ヒータエレメント(17)と、第1ヒータエレメント(13)とインダクタ(15)の接続点(19)に電気的に接続され、接続点における静電容量の変化からステアリングホイール(3)が把持されたか否かを検出するセンサ回路(21)とを備える。第2ヒータエレメント(17)の他端はグランド(23)と電気的に接続されるとともに、第2ヒータエレメント(17)は、ステアリングホイール(3)を中立位置とした際に、第1ヒータエレメント(13)よりステアリングホイール(3)の下側となる位置に配設されるようにした。

Description

本発明は、静電容量の変化で人員の接触を検知する静電式ステアリングホイール把持検出装置に関するものである。
従来、人員がステアリングホイールに触れている領域を検出し、検出された領域をヒータで暖めるステアリングホイール暖房装置が提案されている。特許文献1に開示された車輌のステアリングホイール暖房装置の構成を示すブロック図を図14に示す。また、ステアリングホイールの外観を示す平面図を図15に示す。
図14において、ステアリングホイール暖房装置はマイクロコンピュータ(以下CPUという)101、把持検出ユニット102、0.1秒タイマ103、入力バッファ104、電源ユニット105、温度設定ボリューム106、バイメタルスイッチ107、ヒートワイヤ108、リレードライバ109、リレー111、112、113、114、スイッチ115、116および4つのヒータ117、118、119、120等で構成される。
図15のステアリングホイール121において、ヒータ117は円周を4分割したうちの1つの領域122に、ヒータ118は領域123に、ヒータ119は領域124に、ヒータ120は領域125に、それぞれ装着されている。
スイッチ115が“オート”の位置にあるとき、CPU101は、例えばステアリングホイール121の領域122で運転者による把持を検出しているときはリレー111をオンにする。また、CPU101は、例えば領域123で運転者による把持を検出しているときはリレー112をオンにする。つまり、運転者がステアリングホイール121の領域122の部位を把持するとヒータ117に通電されて領域122が暖められ、領域123の部位を把持するとヒータ118に通電されて領域123が暖められる。上記したステアリングホイール暖房装置によると、運転者の手で把持された領域のヒータのみが通電されるので、ステアリングホイール121は効率良く暖められる。
特開昭63−305074号公報
しかし、従来技術においてCPU101は、ステアリングホイールが把持されていないのに把持されていると誤検知する場合が考えられる。
前記従来の課題を解決するために、本発明の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、ステアリングホイールに配設され、一端が電源およびグランドの一方と電気的に接続される第1ヒータエレメントと、第1ヒータエレメントの他端と電気的に接続されるインダクタと、ステアリングホイールに配設され、第1ヒータエレメントの他端とインダクタを介して、一端が電気的に接続される第2ヒータエレメントと、第1ヒータエレメントとインダクタとの接続点に電気的に接続され、接続点における静電容量の変化からステアリングホイールが把持されたか否かを検出するセンサ回路とを備え、第2ヒータエレメントの他端は電源およびグランドの他方と電気的に接続されるとともに、第2ヒータエレメントは、ステアリングホイールを中立位置とした際に、第1ヒータエレメントよりステアリングホイールの下側となる位置に配設される。
本発明の静電式ステアリングホイール把持検出装置によれば、ステアリングホイールが把持されていないのに把持されていると誤検知する可能性を低減できる。
図1は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置を含む車室内の概略図である。 図2は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置が配設されるステアリングホイールの概略平面図である。 図3は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置のヒータエレメントを展開した概略平面図である。 図4は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。 図5は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置が検出する静電容量の変化を示す図である。 図6は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。 図7は本発明の実施の形態2における静電式ステアリングホイール把持検出装置およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。 図8は本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置が配設されるステアリングホイールの概略平面図である。 図9は本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。 図10Aは本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置のセンサ回路と他のセンサ回路の検出信号のタイミング図である。 図10Bは本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置のセンサ回路と他のセンサ回路の検出信号のタイミング図である。 図10Cは本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置のセンサ回路と他のセンサ回路の検出信号のタイミング図である。 図11は本発明の実施の形態4における静電式ステアリングホイール把持検出装置およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。 図12は本発明の実施の形態5における静電式ステアリングホイール把持検出装置が配設されたステアリングホイールの概略平面図である。 図13は本発明の実施の形態5における静電式ステアリングホイール把持検出装置およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。 図14は従来のステアリングホイール暖房装置の構成を示すブロック図である。 図15は従来のステアリングホイールの概略平面図である。
本発明の実施の形態の説明に先駆け、従来の構成における課題を詳細に説明する。図14、15では、ヒータ117〜120は、領域122〜125にそれぞれ配設されている。したがって、特にステアリングホイール121が操舵されていない状態である中立位置(車が直進するときの、操舵角=0°の位置)にある場合、ステアリングホイール121の領域125に足の一部(膝や太もも)が近接すると、CPU101は運転者が領域125の部位を把持していると誤って検知してしまう課題があった。例えばその場合、領域125を運転者が把持していないにもかかわらず、ヒータ120がオンになり、無駄な暖房をすることになる。以下、ステアリングホイールが把持されていないのに把持されていると誤って検知してしまう課題を解決する静電式ステアリングホイール把持検出装置の構成について説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置1を含む車室内の概略図である。フロントウインドウ2の近傍には、ステアリングホイール3、表示部4、およびスピーカ5が配置される。また、ステアリングホイール3の近傍には運転席6が配置され、運転席6の隣には助手席8が配置され、運転席6と助手席8の間にはシフトレバー7が配置される。
図2はステアリングホイール3の概略平面図を示している。ステアリングホイール3は運転者が把持する円環状のリム36を備えている。リム36には、リム36を温めるためのヒータエレメントが内蔵されている(内蔵されているため図示せず)。ステアリングホイール3を中立位置とした際に、図2にハッチングで示すように、リム36は下側領域38と、下側領域38より上側にある上側領域37との2つの所定の領域に分けられており、各領域にそれぞれヒータエレメントが内蔵されている。
下側領域38は、ステアリングホイール3を中立位置とした際に、ステアリングホイール3の最下部381を含みステアリングホイール3の円周方向(図2で示すY方向)の両側に広がる領域である。例えば、ステアリングホイール3の中心点Oと最下部381を結ぶ破線からY方向の両側に約20°ずつ広がる領域を下部領域38とすることができる。下側領域38は、リム36のうち車両の床に近い領域で、運転者が運転席6に着座した際に、運転者の足に近い領域になる。
図3は、ステアリングホイール3に内蔵されるヒータエレメントを展開した概略平面図を示している。ヒータエレメント(例えば図4に示す第1ヒータエレメント13)は、ヒータ線33と基材から構成される。基材は不織布35により構成される。ヒータ線33は不織布35に縫製されることにより、両者が一体化されている。ヒータ線33の抵抗値を大きくするために、ヒータ線33は、蛇行する配線パターンを形成するように不織布35上に配置されている。
図2に示した上側領域37と下側領域38にヒータエレメントが設置されるが、下側領域38は上側領域37より狭い。そのため、上側領域37に埋設されるヒータエレメントの長さ(L)は、下側領域38に埋設されるヒータエレメントより長い。ここで、ヒータエレメントの長さ方向がステアリングホイール3の円周方向(Y方向)に一致するように、ヒータエレメントはステアリングホイール3のリム36に配設されている。
図4は本実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置1およびその周辺の回路を示すブロック回路図を示している。図4において、第1ヒータエレメント13はリム36の上側領域37に配設されるヒータエレメントであり、第2ヒータエレメント17はリム36の下側領域38に配設されるヒータエレメントである。従って、ステアリングホイール3を中立位置とした際に、第2ヒータエレメント17は、第1ヒータエレメント13よりステアリングホイール3の下側に配設される。また、第1ヒータエレメント13は第2ヒータエレメント17より長い。
第1ヒータエレメント13の一端には、スイッチ25を介して電源11が電気的に接続される。ここで、電源11は例えば車両用のバッテリである。また、スイッチ25は外部からの信号によりオンオフされるリレーや半導体スイッチで構成され、第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17への電力供給を制御する。従って、運転者の操作によりスイッチ25がオンになると、電源11の電力が第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17に供給され、リム36が暖められる。
第1ヒータエレメント13の他端にはインダクタ15を介して第2ヒータエレメント17の一端が電気的に接続される。従って、第1ヒータエレメント13、インダクタ15、および第2ヒータエレメント17は直列に接続される。第2ヒータエレメント17の他端はグランド23に接続される。第1ヒータエレメント13とインダクタ15との接続点19には、コンデンサ27を介してセンサ回路21が電気的に接続される。センサ回路21は、運転者の手29が第1ヒータエレメント13に接近してステアリングホイール3を把持したときの、手29と第1ヒータエレメント13との間の静電容量Cの変化を検出する。
本実施の形態1では、センサ回路21はアナログ回路(比較器)によりステアリングホイール3が把持されたか否かを判断(把持判断)し、その結果を把持信号として制御回路31へ出力している。具体的には、手29によりステアリングホイール3が把持されていれば、センサ回路21はハイレベルの把持信号を出力する。手29がステアリングホイール3に触れていない、あるいは足がステアリングホイール3に近接している場合は、センサ回路21はローレベルの把持信号を出力する。
なお、センサ回路21が把持判断をせず、静電容量Cの変化を電圧変換しただけのアナログ信号を出力するように構成してもよい。この場合は、制御回路31が把持判断を行うことになる。
ここで、インダクタ15について説明する。第1ヒータエレメント13、および第2ヒータエレメント17は電源11からの直流電力によってヒータとして動作する。これに対して、センサ回路21は交流信号を使用して静電容量Cを検出するため、インダクタ15が必要となる。インダクタ15は、直流抵抗が低く、センサ回路21の発する交流信号に対して十分に大きいインピーダンスを持つ必要がある。センサ回路21の駆動周波数が10MHz、ヒータエレメントの等価的な容量値が100pF程度とした場合、同程度のインピーダンスで接地させることを考えると、例えば2.5μH程度のインダクタ15を選定すれば良い。
制御回路31はマイクロコンピュータと、メモリを含む周辺回路とから構成され、スイッチ25のオンオフ制御を行う。また、制御回路31は手29がステアリングホイール3を把持していないことを示す信号(ローレベルの把持信号)をセンサ回路21から受信すると、運転者に警告を出すように車両側制御回路32に指示する。
車両側制御回路32は車両に搭載され、車両全体の制御を行う制御回路であり、マイクロコンピュータと周辺回路とで構成される。車両側制御回路32には、表示部4とスピーカ5が接続されており、制御回路31からの指示信号により、表示部4とスピーカ5を通して運転者に警告を出す。また、制御回路31と車両側制御回路32との間では、スイッチ25のオンオフや後述する警告などの信号のやり取りが行われる。
次に、静電式ステアリングホイール把持検出装置1の動作について、図5を用いて説明する。図5は、本実施の形態1における静電式ステアリングホイール把持検出装置1のヒータエレメントの静電容量の変化を示している。なお、図5に示す各グラフにおいて、横軸は時刻、縦軸はセンサ回路21が検出する静電容量Cを示している。
図5の(a)は、第1ヒータエレメント13が埋設された上側領域37を手29が把持する前後での静電容量Cの変化を示している。時刻t0から時刻t1まではステアリングホイール3に手29が接近していない。この場合、手29と第1ヒータエレメント13との間の静電容量Cは、基準静電容量C0のままである。次に、時刻t1で手29が、第1ヒータエレメント13が埋設された上側領域37の部位を把持する。そのとき、静電容量Cは基準静電容量C0より高い容量値の高静電容量C1に変化する。
その後、手29が、上側領域37を把持し続ける間、すなわち時刻t1から時刻t2までの間、静電容量Cは高静電容量C1を維持する。そして、時刻t2で手29がステアリングホイール3から離れると、静電容量Cは元の基準静電容量C0に戻る。このような静電容量Cの変化から、たとえば静電容量Cが高静電容量C1であれば、センサ回路21は手29がステアリングホイール3を把持していると判断できる。
図5の(b)は、第2ヒータエレメント17が埋設された下側領域38を手29が把持する前後での静電容量Cの変化を示している。時刻t0から時刻t1までは図5の(a)と同じく手29がステアリングホイール3を把持していない。時刻t1で手29が、第2ヒータエレメント17が埋設された下側領域38の部位を把持する。そのとき、静電容量Cは変化するが、高静電容量C1より低い容量値の低静電容量C2までしか変化しない。
そして、時刻t2で手29がステアリングホイール3から離れると、静電容量Cは基準静電容量C0に戻る。図5の(a)と比較すると、手29がステアリングホイール3を把持している時の静電容量Cの大きさが異なる。すなわち、第1ヒータエレメント13より第2ヒータエレメント17の方が静電容量Cの変化量が小さい。センサ回路21は、インダクタ15を介して、グランド23と接続される第2ヒータエレメント17の静電容量Cを検出するので、第2ヒータエレメント17の方が静電容量Cに対するセンサ回路21の感度が小さくなる。
次に、図5の(c)は、下側領域38に運転者の足が接近する前後での静電容量Cの変化を示している。時刻t0から時刻t1までは足はステアリングホイール3に接近していない。時刻t1で足がステアリングホイール3に接近すると、静電容量Cは変化するが、基準静電容量C0より僅かに高く、かつ低静電容量C2より低い容量値の極低静電容量C3までしか変化しない。そして、時刻t2で足がステアリングホイール3から離れると、静電容量Cは基準静電容量C0に戻る。図5の(b)と比較すると、足がステアリングホイール3に接近している際の静電容量Cの変化量はさらに小さくなる。従って、足がステアリングホイール3に接近しても、静電容量Cに対するセンサ回路21の感度が小さいため、センサ回路21は手29がステアリングホイール3を把持していないと判断することができる。
これらのことから、センサ回路21は静電容量Cがどれだけ変化したかをアナログ的に監視し、たとえば静電容量Cが高静電容量C1や低静電容量C2まで変化すると、手29がステアリングホイール3を把持していると判断する。そして、センサ回路21はハイレベルの把持信号を制御回路31へ出力する。静電容量Cが極低静電容量C3までしか変化しなければ、センサ回路21は足の膝や太ももがステアリングホイール3に接近していると判断し、ローレベルの把持信号を制御回路31へ出力する。この結果、センサ回路21における、足の接近に起因する誤検知は低減される。
次に、制御回路31の動作を図6のフローチャートにより説明する。なお、図6のフローチャートは制御回路31のマイクロコンピュータのメインルーチン(図示せず)から、車両走行中に一定期間ごと(たとえば1秒ごと)に実行されるサブルーチンを示している。
図6のサブルーチンが実行されると、制御回路31は、センサ回路21からの把持信号を読み込む(ステップS1)。次に、制御回路31は、把持信号がハイレベルであるか否かを判断する(ステップS2)。把持信号がローレベルであれば(ステップS2でNo)、運転者がステアリングホイール3を把持していないと判断し、運転者に警告を発するための指示信号を車両側制御回路32に出力する(ステップS3)。車両側制御回路32は指示信号を受信すると、表示部4に警告を表示し、スピーカ5から警告音を発する。そして、図6のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
一方、ステップS2で把持信号がハイレベルであれば(ステップS2でYes)、運転者が少なくとも片手でステアリングホイール3を把持していると判断し、運転者への警告をしない(ステップS4)。具体的には、制御回路31は警告を発しないことを指示する指示信号を車両側制御回路32へ出力する。その結果、車両側制御回路32は警告をしない。そして、図6のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。
このような動作を一定期間ごとに繰り返すことで、足に起因する誤検知を低減して、ステアリングホイール3が把持されているか否かが即時に判断される。なお、ここでは一定期間を1秒としたが、これに限定されるものではない。しかし、1秒より長いと警告が遅れる可能性が高まり、1秒より短いと警告が発せられる機会が増え、運転者が煩わしさを感じる可能性が高まる。従って、一定期間は1秒程度が望ましい。
なお、低静電容量C2と極低静電容量C3との間に所定の閾値を設け、静電容量Cが閾値以上に変化すれば、センサ回路21は、手29がステアリングホイール3を把持していると判断してもよい。この場合、センサ回路21は静電容量Cを1つの閾値だけで判断すればよいので、センサ回路21の構成が簡単になる。
また、上述したように、手29が第2ヒータエレメント17の埋設されている下側領域38を把持している場合も、静電容量Cの変化は小さくなる。従って、図2に示すように、下側領域38の円周方向の長さは、足の誤検知を低減できる程度まで、できるだけ短くする方が望ましい。
以上の構成と動作により、第2ヒータエレメント17はインダクタ15を介してセンサ回路21と接続されるので、人体の近接による第2ヒータエレメント17の静電容量変化が、センサ回路21の接続点19から見て、極めて小さくなる。したがって、ステアリングホイール3において、足が近接する下側領域38に第2ヒータエレメント17を埋設することで、センサ回路21の出力に対する足(膝や太もも)の影響を低減できる静電式ステアリングホイール把持検出装置1が得られる。
なお、本実施の形態1では、第1ヒータエレメント13は第2ヒータエレメント17より長くしているが、これは同じ長さであってもよいし、短くしてもよい。このような構成とした場合、手29の把持を検出する範囲は狭くなるが、足による誤検出を低減できる範囲は広くなる。たとえば、リム36の表面に、運転者が手29でにぎる定常位置(アナログ時計で10時10分の位置)を示す突起が設けられている場合、運転者がステアリングホイール3を切るとき以外は、突起の位置に手29が位置する可能性が高い。この場合は、足による誤検出の低減を優先する構成とすることができる。
また、本実施の形態1では、センサ回路21をアナログ回路としたが、これはデジタル回路で構成してもよい。
また、本実施の形態1では、運転者への警告を表示部4による警告表示とスピーカ5からの警告音の両方としているが、これはいずれか一方でも構わない。しかし、より安全性を高めるためには、表示部4とスピーカ5の両方から警告する方が望ましい。
また、本実施の形態1では、第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17を独立した不織布35上に設ける構成としているが、1枚の不織布35に2本のヒータ線33を配置して、第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17を構成してもよい。この場合、不織布35が1枚になるので、ヒータエレメントの構成が簡単になる。
また、本実施の形態1では、センサ回路21と制御回路31が別体の場合について説明したが、センサ回路21が制御回路31に内蔵される構成であってもよい。この場合、回路構成が簡単になる。
また、本実施の形態1では、第1ヒータエレメント13の一端に電源11が電気的に接続され、第2ヒータエレメント17の他端にはグランド23が電気的に接続される構成について説明したが、電源11とグランド23は逆にしてもよい。すなわち、第1ヒータエレメント13の一端にグランド23が電気的に接続され、第2ヒータエレメント17の他端には電源11が電気的に接続される構成としてもよい。このような構成としても、第1ヒータエレメント13における静電容量Cに対するセンサ回路21の感度は、第2ヒータエレメント17における静電容量Cに対するセンサ回路21の感度より大きくなる。これらのことから、第1ヒータエレメント13の一端には電源11およびグランド23の一方が電気的に接続され、第2ヒータエレメント17の他端には電源11およびグランド23の他方が電気的に接続される構成であればよい。
また、本実施の形態1では、スイッチ25は電源11側に電気的に接続される構成としているが、スイッチ25はグランド23側に接続される構成であってもよいし、スイッチ25は電源11側とグランド23側の両方に接続される構成であってもよい。
(実施の形態2)
以下、本発明の実施の形態2の静電式ステアリング把持検出装置1の詳細について説明する。なお、本実施の形態2の構成において、実施の形態1と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図7は、本発明の実施の形態2における静電式ステアリングホイール把持検出装置1およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。本実施の形態2の特徴となる構成は、第1ヒータエレメント13と電源11との間に、他のインダクタ39を設けた点である。これにより、センサ回路21が静電容量Cを検出する際に、交流的にグランドとみなすことができる電源11の影響を低減させることができる。そして、センサ回路21は、手29による把持と、足の接近とをより高精度に区別することができる。
図7に示すように、第1ヒータエレメント13とスイッチ25との間に他のインダクタ39が電気的に接続される。スイッチ25は電源11に接続されているので、他のインダクタ39は第1ヒータエレメント13と電源11との間に電気的に接続される。
このような構成とすることで、センサ回路21の入口(接続点19)から見たとき、電源11が静電容量Cの検出に与える影響は、他のインダクタ39により低減される。電源11が第1ヒータエレメント13の静電容量の検出に与える影響が低減されるので、センサ回路21はより高精度に静電容量Cを検出できる。なお、第2ヒータエレメント17の静電容量Cの変化は実施の形態1と同じであるので、足による誤検知を低減することが可能となる。
以上の構成と動作により、センサ回路21が静電容量Cを検出する際に、交流的にグランドとみなすことができる電源11の影響を低減することができる。そして、センサ回路21は、手29による把持と、足の接近とを、より高精度に区別することができる。なお、本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、電源11とグランド23は逆に接続してもよい。この場合、第1ヒータエレメント13とグランド23との間に、他のインダクタ39が設けられる。従って、第1ヒータエレメント13と、電源11およびグランド23の一方との間に、他のインダクタ39を設けた構成が、本実施の形態2の特徴となる。
(実施の形態3)
以下、本実施の形態3の静電式ステアリング把持検出装置1の詳細について説明する。なお、本実施の形態3の構成において、実施の形態1と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図8は、本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置が配設されるステアリングホイール3の概略平面図である。また、図9は、本発明の実施の形態3における静電式ステアリングホイール把持検出装置1およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。
ステアリングホイール3を中立位置とした際に、図8にハッチングで示すように、リム36は下側領域38と、上側領域37と、右側領域40と、左側領域42との4つの所定の領域に分けられており、各領域にそれぞれヒータエレメントが内蔵されている。ここで、上側領域37に配設されるヒータエレメントを第1ヒータエレメント13、下側領域38に配設されるヒータエレメントを第2ヒータエレメント17とする。
従って、第2ヒータエレメント17は運転者が運転席6に着座した際に、運転者の足に近い位置に配置される。また、ステアリングホイール3の左右には他のヒータエレメントとして右側領域40に第3ヒータエレメント41、左側領域42に第4ヒータエレメント43が、それぞれ配置される。なお、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43の構成は、実施の形態1で説明した図3に示す構成と同じである。
次に、図8のようにステアリングホイール3に各ヒータエレメントが配設される静電式ステアリング把持検出装置1の回路構成について、図9を用いて説明する。第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17の周囲の回路構成は実施の形態1の図4と同じである。次に、第3ヒータエレメント41には、直列に他のインダクタ49が接続される。さらに、第3ヒータエレメント41と他のインダクタ49との他の接続点53には、他のコンデンサ55を介して他のセンサ回路45が電気的に接続される。そして、他のセンサ回路45は制御回路31とも電気的に接続され、右側領域40の把持信号を制御回路31へ出力する。
第4ヒータエレメント43には、直列に他のインダクタ51が接続される。さらに、第4ヒータエレメント43と他のインダクタ51との他の接続点57には、他のコンデンサ59を介して他のセンサ回路47が電気的に接続される。そして、他のセンサ回路47は制御回路31とも電気的に接続され、左側領域42の把持信号を制御回路31へ出力する。
すなわち、本実施の形態3の特徴となる構成は、図9において、ステアリングホイール3のリム36に配設される他のヒータエレメント(第3ヒータエレメント41(、第4ヒータエレメント43))を備え、他のヒータエレメント41(、43)の一端に電源11およびグランド23の一方が電気的に接続されるとともに、他端に他のセンサ回路45(、47)および他のインダクタ49(、51)の一端が電気的に接続され、他のインダクタ49(、51)の他端には、電源11およびグランド23の他方が電気的に接続される点である。これにより、リム36の各領域に配設されるヒータユニットを用いて、各領域における把持を検出するセンサ回路が把持信号を出力するので、足による影響を低減した上で、ステアリングホイール3が把持された位置を知ることができる。
次に、制御回路31の動作は基本的に図6と同じである。すなわち、制御回路31は、ステップS2の把持信号のハイレベル判断において、右側領域40の把持信号のハイレベル判断と左側領域42の把持信号のハイレベル判断を行う。制御回路31は、いずれの領域からの把持信号もハイレベルでなければ警告を発する。右側領域40と左側領域42のうち少なくともいずれか1つの領域からの把持信号がハイレベルであれば、制御回路31は警告をしない(ステップS4)。加えて、制御回路31はいずれの領域の把持信号がハイレベルであるかを判断することで、手29がステアリングホイール3を把持している位置を知ることができる。これにより、車両が直線走行中に、制御回路31はステアリングホイール3の左右を両手で把持するように運転者に促すことも可能となる。
以上の構成と動作により、足による影響を低減した上で、手29がステアリングホイール3を把持している位置を知ることができる静電式ステアリングホイール把持検出装置1が得られる。
なお、本実施の形態3では、第1ヒータエレメント13をステアリングホイール3の上側領域37に設けているが、上側領域37に設けるヒータエレメントは第4ヒータエレメント43であってもよい。また、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43の位置は逆にしてもよい。これらの場合であっても、本実施の形態3と同等の効果を得ることができる。
また、本実施の形態3では、他のヒータエレメントを2つとしたが、これは1つでもよいし、3つ以上の複数であってもよい。1つの場合は、制御回路31が手29の位置を検出するための領域の数が少なくなるが、回路構成が図9より簡単になる。ヒータエレメントが3つ以上の複数の場合は、回路構成が複雑になるが、制御回路31が手29の位置を検出するための領域の数が多くなる。
また、本実施の形態3においても、実施の形態2と同様に、電源11側にインダクタを接続する構成としてもよい。
また、本実施の形態3において、センサ回路21と他のセンサ回路45、47から静電容量Cを検出するために出力される信号(検出信号)は同期しているか、あるいは時分割されている方が望ましい。このような構成の詳細について以下に説明する。
図10Aはセンサ回路21と他のセンサ回路45、47とから出力される検出信号のタイミング図を示している。センサ回路21と他のセンサ回路45、47とは、手29の把持を検出するために、たとえば図10Aに示すような矩形波の信号を出力している。この周波数は前記したように例えば10MHzである。
ここで、センサ回路21、他のセンサ回路45、47の検出信号が同期しているとは、図10Aに示すように同じタイミングで3つの検出信号が出力される状態を言う。なお、図10Aの(a)はセンサ回路21の検出信号のタイミング図を、図10Aの(b)は他のセンサ回路45の検出信号のタイミング図を、図10Aの(c)は他のセンサ回路47の検出信号のタイミング図を、それぞれ示している。
このように同期して動作させることにより、特に、センサ回路21と他のセンサ回路45、47とが近接して配置される構成の場合、相互の影響を低減できる。
また、相互の影響を低減させるためには、同期させる動作以外にもセンサ回路21と他のセンサ回路45、47とを時分割で動作させてもよい。この動作の例を図10Bに示す。なお、図10Bの(d)はセンサ回路21の検出信号のタイミング図を、図10Bの(e)は他のセンサ回路45の検出信号のタイミング図を、図10Bの(f)は他のセンサ回路47の検出信号のタイミング図を、それぞれ示している。図10Bより、まず、センサ回路21の検出信号が出力されるが、その間、他のセンサ回路45、47からは検出信号が出力されない。次に、他のセンサ回路45の検出信号が出力されるが、このとき、センサ回路21と他のセンサ回路47からは検出信号が出力されない。次に、他のセンサ回路47の検出信号が出力されるが、このとき、センサ回路21と他のセンサ回路45からは検出信号が出力されない。このような動作を繰り返すことによっても、特に、センサ回路21と他のセンサ回路45、47とが近接して配置される構成の場合、相互の影響を低減できる。
次に、それぞれの検出信号が非同期の場合のタイミング図の例を、図10Cに示す。図10Cの(g)はセンサ回路21の検出信号のタイミング図を、図10Cの(h)は他のセンサ回路45の検出信号のタイミング図を、図10Cの(i)は他のセンサ回路47の検出信号のタイミング図を、それぞれ示している。図10Cでは、各検出信号のタイミングがずれている。このような構成の場合、センサ回路21と他のセンサ回路45、47とが互いに離れた位置に配置されていれば、十分に手29の把持を検出できるが、近接した位置に配置されると相互の信号の影響を受け、誤検知につながる可能性がある。従って、センサ回路21と他のセンサ回路45、47とが近接する場合には、検出信号を同期させるか、時分割にすればよい。
(実施の形態4)
以下、本発明の実施の形態4の静電式ステアリング把持検出装置1の詳細について説明する。なお、本実施の形態4の構成において、実施の形態1、3と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図11は、本発明の実施の形態4における静電式ステアリング把持検出装置1およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17の周辺の回路構成は実施の形態1の図4と同じである。第3ヒータエレメント41の一端(電源11側)には、図11に示すように、第3インダクタ61が電気的に接続される。また、第3ヒータエレメント41の他端には第1インダクタ62を介して第4ヒータエレメント43の一端が電気的に接続される。従って、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43は第1インダクタ62を介して直列接続される。なお、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43の構成は、実施の形態1で説明した図3に示す構成と同じである。
第3ヒータエレメント41と第1インダクタ62との第1接続点63には、第1コンデンサ64を介して第1センサ回路65が電気的に接続される。第1センサ回路65はセンサ回路21と同等の回路構成であり、制御回路31とも電気的に接続される。そして、第1センサ回路65の第1把持信号は制御回路31へ出力される。
ここで、第1インダクタ62を第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43の間に接続する理由は、第1センサ回路65が静電容量Cを検出する際に、第4ヒータエレメント43の静電容量Cの変化による影響を低減させるためである。
第4ヒータエレメント43の他端には、第2インダクタ67の一端が電気的に接続される。そして、第2インダクタ67の他端には、図11に示すように、グランド23が電気的に接続される。また、第4ヒータエレメント43と第2インダクタ67との第2接続点69には、第2コンデンサ70を介して第2センサ回路71が電気的に接続される。第2センサ回路71の回路構成は第1センサ回路65の回路構成と同等である。そして、第2センサ回路71は制御回路31に電気的に接続され、第2把持信号が制御回路31へ出力される。
第1ヒータエレメント13、第2ヒータエレメント17、第3ヒータエレメント41、および第4ヒータエレメント43は、実施の形態3で述べた図8と同様に、リム36の上側領域37、下側領域38、右側領域40、左側領域42にそれぞれ配設される。
すなわち、本実施の形態4の特徴となる構成は、ステアリングホイール3のリム36に配設される第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43とを、さらに備えた点である。そして、電源11およびグランド23の一方には第3ヒータエレメント41が電気的に接続され、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43は第1インダクタ62を介して直列に接続される。そして、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43の第1接続点63には第1センサ回路65が電気的に接続される。第4ヒータエレメント43の他端は第2インダクタ67を介して電源11およびグランド23の他方と電気的に接続され、第4ヒータエレメント43と第2インダクタ67の第2接続点69には第2センサ回路71が電気的に接続される。これによっても、リム36の各領域に配設されるヒータユニットを用いて、各領域における把持を検出するセンサ回路が把持信号を出力するので、足による影響を低減した上で、ステアリングホイール3が把持された位置を知ることができる。
次に、本実施の形態4の静電式ステアリング把持検出装置1の制御回路31の動作について説明する。まず、第1ヒータエレメント13と第2ヒータエレメント17は実施の形態1と同じ構成であるので、動作も同じである。従って、制御回路31は足による影響が低減された把持信号を得ることができる。
制御回路31の動作は基本的に図6のフローチャートと同じである。制御回路31は、ステップS2の把持信号のハイレベル判断において、実施の形態3と同様に、右側領域40の第1把持信号(第1センサ回路65の出力)のハイレベル判断と、左側領域42の第2把持信号(第2センサ回路71の出力)のハイレベル判断を行う。それにより、制御回路31は運転者に警告を発するか否かを判断する。さらに、制御回路31は手29がステアリングホイール3を把持している位置も知ることができる。
第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43は直列に接続されているが、第1センサ回路65の第1接続点63または第2センサ回路71の第2接続点69から見て、第3インダクタ61と第2インダクタ67が直流源(電源11とグランド23)に近い位置に接続されている。従って、第1把持信号と第2把持信号への直流源の影響が少なくなるので、手29がステアリングホイール3を把持したときの位置の検出精度が高くなる。実施の形態3では、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43を並列に接続したが、本実施の形態4のように両者を直列に接続する構成としても、手29がステアリングホイール3を把持する位置を高精度に検知できる。
なお、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43はステアリングホイール3の右側領域40と左側領域42にそれぞれ配設される構成としているが、これらのうちいずれかが第1ヒータエレメント13と配設される領域を変えてもよい。たとえば、第1ヒータエレメント13は右側領域40に配設され、第3ヒータエレメント41は上側領域37に配設されてもよい。また、第1ヒータエレメント13は左側領域42に配設され、第4ヒータエレメント43は上側領域37に配設されてもよい。また、第3ヒータエレメント41と第4ヒータエレメント43は配設される領域を逆にしてもよい。
また、本実施の形態4では第3インダクタ61を設ける構成について説明したが、第3インダクタ61を設けない構成であってもよい。
また、本実施の形態4において、センサ回路21と、第1センサ回路65と、第2センサ回路71との検出信号は同期しているか、あるいは時分割されている方が望ましい。この構成によれば、センサ回路21と、第1センサ回路65と、第2センサ回路71とが近接して配置される場合に、相互の影響を低減できる。
(実施の形態5)
以下、本実施の形態5の静電式ステアリングホイール把持検出装置1の詳細について説明する。なお、本実施の形態5の構成において、実施の形態1、3と同じ構成要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
図12は、本発明の実施の形態5における静電式ステアリングホイール把持検出装置が配設されたステアリングホイール3の概略平面図である。また、図13は、本発明の実施の形態5における静電式ステアリングホイール把持検出装置1およびその周辺の回路を示すブロック回路図である。
ステアリングホイール3を中立位置とした際に、図12にハッチングで示すように、リム36は下側領域38と、上側領域37と、右側領域40と、左側領域42と、右下側領域80と、左下側領域82との6つの所定の領域に分けられており、各領域にそれぞれヒータエレメントが内蔵されている。ここで、上側領域37に配設されるヒータエレメントを第5ヒータエレメント44、下側領域38に配設されるヒータエレメントを第2ヒータエレメント17とする。
従って、第2ヒータエレメント17は運転者が運転席6に着座した際に、運転者の足に近い位置に配設される。また、右側領域40には第3ヒータエレメント41が配設され、左側領域42には第4ヒータエレメント43が配設される。さらに、右下側領域80には、第6ヒータエレメント81が配設され、左下側領域82には、第7ヒータエレメント83が配設される。第2ヒータエレメント17は、ステアリングホイール3の下側で、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83との間に配設される。なお、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83の構成は、実施の形態1で説明した図3に示す構成と同じである。
次に、図12のようにステアリングホイール3に各ヒータエレメントが配設される静電式ステアリング把持検出装置1の回路構成について、図13を用いて説明する。図13において、第5ヒータエレメント44は第3ヒータエレメント41と、第4ヒータエレメント43とに並列に接続される。第5ヒータエレメント44には第3ヒータエレメント41または第4ヒータエレメント43と同様に、他のインダクタ85が接続される。さらに、第5ヒータエレメント44と他のインダクタ85との他の接続点87には、他のコンデンサ89を介して他のセンサ回路91が接続される。他のセンサ回路91は制御回路31とも接続される。
実施の形態3の図9において第1ヒータエレメント13が接続されていた部分には、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83との直列回路が接続される。ゆえに、第6ヒータエレメント81と、第7ヒータエレメント83と、第2ヒータエレメント17とは直列に接続される。
すなわち、実施の形態3の構成に対して、本実施の形態5の特徴となる構成は、第5ヒータエレメント44を第3ヒータエレメント41と、第4ヒータエレメント43とに並列に接続した点と、第2ヒータエレメント17には第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83の直列回路を接続した点である。そして、図12に示すように、第6ヒータエレメント81(右下側領域80)と第7ヒータエレメント83(左下側領域82)の間に第2ヒータエレメント17(下側領域38)が配設される。これにより、足による誤検知を低減するために設けた第2ヒータエレメント17をできるだけ小さくすることができる。
実施の形態3における第1ヒータエレメント13が配置された部分に、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83が配置されているので、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83における静電容量Cに対するセンサ回路21の感度は、第2ヒータエレメント17における静電容量Cに対するセンサ回路21の感度より大きい。ゆえに、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83の長さを長くすることで、足による誤検知を低減するために必要な部分のみに第2ヒータエレメント17を配設することができる。
また、図13の回路構成では、第6ヒータエレメント81が配設された右下側領域80と、第7ヒータエレメント83が配設された左下側領域82のいずれが把持されたのかを区別して検出できない。これは、図12に示すように、右下側領域80と左下側領域82の長さが、上側領域37と、右側領域40と、左側領域42のいずれの長さよりも短いため、区別する必要性が低いからである。しかし、実施の形態4において図11に示したように、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83との直列回路に対して、第1センサ回路65と第2センサ回路71とをそれぞれ接続することで、いずれの領域が把持されたかを区別することができる。
また、図13に破線で示したように、センサ回路21が接続される接続点19は第5ヒータエレメント81と、第6ヒータエレメント83との間に設けても良い。この場合、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83における静電容量Cに対するセンサ回路21の感度は、より均一化する。
なお、本実施の形態5において、センサ回路21と、他のセンサ回路45、47、91の検出信号は同期しているか、あるいは時分割されている方が望ましい。この構成によれば、センサ回路21と、他のセンサ回路45、47、91が近接して配置される場合に、相互の影響を低減できる。
また、実施の形態3〜5においても、実施の形態1で説明したように、電源11とグランド23とを逆に接続する構成としてもよい。この場合でも実施の形態3〜5で説明した同様の効果を得ることができる。
また、実施の形態2〜5においても、実施の形態1で説明したように、グランド23側にスイッチ25を接続する構成であってもよいし、電源11側とグランド23側の両方にスイッチ25を設ける構成であってもよい。
また、実施の形態2〜5ではヒータエレメントは別体で構成されるものとして説明したが、実施の形態1で説明したように、1枚の不織布35に複数のヒータエレメントを形成するようにしてもよい。この場合、ヒータエレメントの構成が簡単になる。
また、実施の形態1〜5では、不織布35にヒータ線33が縫製される構成について説明したが、この構成に限定されず、たとえば基材として可撓性を有する樹脂基板を用い、これに導体を印刷してヒータ線33を形成してもよい。この場合、ヒータ線33を簡単に構成することができる。
本発明の第1の態様の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、ステアリングホイールに配設され、一端が電源およびグランドの一方と電気的に接続される第1ヒータエレメントと、第1ヒータエレメントの他端と電気的に接続されるインダクタと、ステアリングホイールに配設され、第1ヒータエレメントの他端とインダクタを介して、一端が電気的に接続される第2ヒータエレメントと、第1ヒータエレメントとインダクタとの接続点に電気的に接続され、接続点における静電容量の変化からステアリングホイールが把持されたか否かを検出するセンサ回路とを備え、第2ヒータエレメントの他端は電源およびグランドの他方と電気的に接続されるとともに、第2ヒータエレメントは、ステアリングホイールを中立位置とした際に、第1ヒータエレメントよりステアリングホイールの下側となる位置に配設される。
本発明の第2の態様の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、第1の態様において、第2ヒータエレメントは、ステアリングホイールを中立位置とした際に、ステアリングホイールの最下部を含みステアリングホイールの円周方向の両側に広がる領域に配設される。
本発明の第3の態様の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、第2の態様において、第1ヒータエレメントの円周方向の長さは、第2ヒータエレメントの円周方向の長さより長い。
本発明の第4の態様の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、第1から第3の態様において、第1ヒータエレメントと、電源およびグランドの一方との間に、他のインダクタが接続される。
本発明の第5の態様の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、第1の態様において、ステアリングホイールに配設される他のヒータエレメントを備え、他のヒータエレメントの一端に電源およびグランドの一方が電気的に接続されるとともに、他端に他のセンサ回路および他のインダクタの一端が電気的に接続され、他のインダクタの他端には電源およびグランドの他方が電気的に接続される。
本発明の第6の態様の静電式ステアリングホイール把持検出装置は、第1の態様において、ステアリングホイールに配設される第3ヒータエレメントと第4ヒータエレメントとをさらに備え、電源およびグランドの一方には第3ヒータエレメントが電気的に接続され、第3ヒータエレメントと第4ヒータエレメントは第1インダクタを介して直列に接続され、第3ヒータエレメントと第1インダクタの第1接続点には第1センサ回路が電気的に接続され、第4ヒータエレメントの他端は第2インダクタを介して電源およびグランドの他方と電気的に接続され、第4ヒータエレメントと第2インダクタの第2接続点には第2センサ回路が電気的に接続される。
本発明にかかる静電式ステアリングホイール把持検出装置は、足による誤検知の可能性を低減することができるので、特に車両用の静電式ステアリングホイール把持検出装置等として有用である。
1 静電式ステアリングホイール把持検出装置
3 ステアリングホイール
11 電源
13 第1ヒータエレメント
15 インダクタ
17 第2ヒータエレメント
21 センサ回路
23 グランド
36 リム
37 上側領域
38 下側領域
39、49、51、85 他のインダクタ
41 第3ヒータエレメント
43 第4ヒータエレメント
45、47、91 他のセンサ回路
61 第3インダクタ
62 第1インダクタ
63 第1接続点
65 第1センサ回路
67 第2インダクタ
69 第2接続点
71 第2センサ回路
381 最下部
また、図13に破線で示したように、センサ回路21が接続される接続点19は第ヒータエレメント81と、第ヒータエレメント83との間に設けても良い。この場合、第6ヒータエレメント81と第7ヒータエレメント83における静電容量Cに対するセンサ回路21の感度は、より均一化する。

Claims (6)

  1. ステアリングホイールに配設され、一端が電源およびグランドの一方と電気的に接続される第1ヒータエレメントと、
    前記第1ヒータエレメントの他端と電気的に接続されるインダクタと、
    前記ステアリングホイールに配設され、前記第1ヒータエレメントの他端と前記インダクタを介して、一端が電気的に接続される第2ヒータエレメントと、
    前記第1ヒータエレメントと前記インダクタとの接続点に電気的に接続され、前記接続点における静電容量の変化から前記ステアリングホイールが把持されたか否かを検出するセンサ回路と、を備え、
    前記第2ヒータエレメントの他端は前記電源および前記グランドの他方と電気的に接続されるとともに、
    前記第2ヒータエレメントは、前記ステアリングホイールを中立位置とした際に、前記第1ヒータエレメントよりステアリングホイールの下側となる位置に配設される静電式ステアリングホイール把持検出装置。
  2. 前記第2ヒータエレメントは、前記ステアリングホイールを中立位置とした際に、前記ステアリングホイールの最下部を含み前記ステアリングホイールの円周方向の両側に広がる領域に配設される請求項1に記載の静電式ステアリングホイール把持検出装置。
  3. 前記第1ヒータエレメントの前記円周方向の長さは、前記第2ヒータエレメントの前記円周方向の長さより長い請求項2に記載の静電式ステアリングホイール把持検出装置。
  4. 前記第1ヒータエレメントと、前記電源および前記グランドの一方との間に、他のインダクタが接続された請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電式ステアリングホイール把持検出装置。
  5. 前記ステアリングホイールに配設される他のヒータエレメントを備え、
    前記他のヒータエレメントの一端に前記電源および前記グランドの一方が電気的に接続されるとともに、他端に他のセンサ回路および他のインダクタの一端が電気的に接続され、前記他のインダクタの他端には前記電源および前記グランドの他方が電気的に接続される請求項1に記載の静電式ステアリングホイール把持検出装置。
  6. 前記ステアリングホイールに配設される第3ヒータエレメントと第4ヒータエレメントとをさらに備え、
    前記電源および前記グランドの一方には前記第3ヒータエレメントが電気的に接続され、前記第3ヒータエレメントと前記第4ヒータエレメントは第1インダクタを介して直列に接続され、前記第3ヒータエレメントと前記第1インダクタの第1接続点には第1センサ回路が電気的に接続され、前記第4ヒータエレメントの他端は第2インダクタを介して前記電源および前記グランドの他方と電気的に接続され、前記第4ヒータエレメントと前記第2インダクタの第2接続点には第2センサ回路が電気的に接続される請求項1に記載の静電式ステアリングホイール把持検出装置。
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