JP2005537992A - 手放しを検出する自動車用のステアリングホイール - Google Patents

Abstract

自動車用のステアリングハンドル、特にステアリングホイールにおいて、運転者の少なくとも一方の手とステアリングハンドルの接触を検出（手放し検出）するための手段が設けられている。

Description

本発明は、自動車用ステアリングハンドル、特にステアリングホイールに関する。

本発明は更に、ステアリングハンドルの物理量を検出するための方法に関する。

本発明は更に、自動車用のステア・バイ・ワイヤ・操舵装置と、操舵トルクを積極的に加える自動車用操舵装置(IPAS)に関する。

操舵アクチュエータから機械的に連結解除され、操舵アクチュエータへの操舵信号の伝達が電子的に行われる（ステア・バイ・ワイヤ操舵）ステアリングハンドルの場合、あるいはステアリングホイールトルクに積極的に影響を与えるＩＰＡＳシステム（インテリジェント・パワー・アシスト・ステアリング）のために、運転者が少なくとも一方の手でステアリングハンドルを持っているかどうかあるいは運転者がステアリングハンドルをしっかりと保持しているかどうかあるいは運転者が指でのみ操舵しているかどうかを検知する必要がある。

所定の走行状況では例えば、運転者はステアリングハンドルに対向トルクで支える必要がある。その際、運転者がステアリングハンドルしっかりと保持しているかどうかを検知する必要がある。

本発明の根底をなす課題は、ステア・バイ・ワイヤ・操舵装置に適したステアリングハンドル、特にステアリングホイールおよび方法を提供することである。

この課題は本発明に従い、独立請求項の特徴によって解決される。従属請求項の特徴によって、有利な発展形態が提供される。

本発明では、課題は、運転者の少なくとも一方の手とステアリングハンドルの接触を検出（手放し検出、フリーハンド検出）するための手段が設けられていることによって解決される。以下において、用語“手放し検出”は、車両運転者（運転者）の少なくとも一方の手とステアリングハンドルの接触を検出することであると理解される。

手放しを検出するための手段は本発明に従い、外側の層（例えば皮革カバー）の下方に取付けられ、それによって運転者に見えないように配置されている。

本発明では、手放し検出が、ステアリングハンドル内に配置された１個または複数の導電性金属体を用いて行われる。

本発明では、ステアリングハンドルが容量型手放し検出装置として形成されている。

本発明では、ステアリングハンドルがカバーの下に配置された少なくとも１個の電極を備え、この電極がステアリングハンドルの固定要素と協働し、好ましくはコンデンサを形成している。

本発明では、容量型手放し検出装置として形成されたステアリングハンドルの場合、運転者がステアリングハンドルに作用するときに生じる減衰が検出される。

本発明では、手放し検出がステアリングハンドル内に配置された１個または複数の耐圧性の圧電素子を用いて行われる。

本発明では、手放し検出がステアリングハンドル内で金属帯状体に取付けられた１個または複数のストレインゲージを用いて行われる。

本発明では、圧電素子がステアリングハンドルの周りに対をなして好ましくはセグメント状に配置されている。

本発明では、手放し検出がステアリングコアラムの曲がりを測定することによって行われる。

本発明では、手放し検出がステアリングハンドルまたはステアリングハンドル上の１つまたは複数の波または振動によって行われる。

本発明では、波が光波である。

本発明では、波が表面波である。

本発明では、運転者がステアリングハンドルに作用するときに生じる波の減衰が検出される。

本発明では、手放し検出がステアリングハンドルの表面の導電性の測定によって行われる。

本発明では、手放し検出がステアリングハンドルの表面の温度測定によって行われる。

本発明では、ステアリングハンドルが加熱装置を備え、加熱装置の少なくとも１つの金属部分が手放し検出装置と協働する。

本発明では、加熱フィラメントまたは加熱フィルムが容量型手放し検出のための電極として使用される。

本発明では、加熱装置に直流電圧が供給され、手放し検出装置に高周波の交流電圧が供給され、加熱装置と車両アースとの電気的な接続が電気的に分離される。

課題は更に、ステアリングハンドルの物理的な量を検出するための方法において、ステアリングハンドルに対する運転者の作用時に生じる物理的な量の変化、特にその減衰が検出されることによって解決される。

ステア・バイ・ワイヤ・操舵装置またはIPASシステムにおいて、ステアリングハンドルまたは方法が使用されると有利である。このようなシステムによって、パラメータ操舵、中心位置の回りの操舵装置の制御挙動（センターフィーリング）、レーン保持システム（レーン保持サポート）、皮膚に対する運転者警報によるレーン保持運転者アシスト（レーン離脱警報）およびストップ・アンド・ゴー運転（のろのろ運転）でのアシストおよび自動駐車のような機能が実現可能である。

次に、添付の図（図１〜６）を参照して本発明を詳しく説明する。

図１には、ステアリングハンドルとしてのステアリングホイールが示してある。手放し（フリーハンド）検出は静電容量方式で行われる。

ステアリングホイール１はコア２、一般的には金属リングを備えている。このコアは複数の支材３によってステアリングコラム４にねじ込まれる。コア２は合成樹脂で被覆されている。このコアと合成樹脂は更に、一般的に薄い発泡材のような弾性材料６からなる他の層および／または皮革７からなるカバーによって被覆されている。

ステアリングホイール上の手を検出するために、ステアリングホイール１の金属リング２の周りに、他の金属体が配置されている。この金属体は導電性の金属フィルムまたは導電性の金属織物からなっている。金属体はステアリングホイールの金属リング２と共に静電容量を形成している。誘電体（絶縁体）がステアリングハンドルの合成樹脂カバー５を形成している。皮革カバー７または合成樹脂カバーは絶縁のために役立つ。

従って、ステアリングホイールはコンデンサ（キャパシタ）である。このコンデンサは容量型伝達要素として使用される。運転者は座席、床およびペダルに接触することによって接地される。運転者の手によって、コンデンサの絶縁体が変化する。運転者が手でステアリングホイールを持つと、運転者は伝達を減衰する。この減衰は測定され、設定された減衰限界値を上回ると、運転者がステアリングホイール１に接触していないことを示す信号が発生させられる。

好ましくは、対の電極８，９が金属体としてステアリングハンドル１のコア２の周りに丸く発泡材内に配置されている。この対の電極は差動コンデンサとして使用される。外乱や温度の影響が除去される。人の手によって、差動コンデンサの誘電体が変化するので、ステアリング上の手が検出される。

図２に示したステアリングホイールの場合、運転者とステアリングホイールの接着の手放し検出は圧電方法で行われる。

耐圧性のケーブル（ＰＴＺケーブル）１０がステアリングホイールに挿入されている。ステアリングホイールに加えられる小さな圧力がケーブル１０によって感知される。

図３に示した実施の形態の場合、運転者の手とステアリングホイールとの接触はステアリングコラムの撓みによって検出される。

手をステアリングホイール１上に置くと、手はステアリングコラム４上にてこの力を加える。撓み、例えばステアリングコラムの撓みの角度αを測定するセンサ１１により、撓みが所定の限界値を下回るときに、信号が発生する。そのとき、運転者の手がもはやステアリングホイールに接触していないことが検出される。

更に、光学式手放し検出が行われる。その際、ステアリングハンドルの外側被覆部材が穿孔されている。その下に、ステアリングハンドルの外周に配置された反射光電スイッチが設けられている。この光電スイッチから送光された光は手で反射する。この場合、光のこの部分は光を感知するセンサには達しない。それによって、運転者がステアリングホイールを手で持っていることが示される。

図４は、運転者の手の接触の手放し検出がステアリングハンドルの表面波に基づいて行われるステアリングホイールを概略的に示している。

ステアリングハンドルの外周には、硬質材料からなるリングセグメント１２が取付けられている。このリングセグメントの端部には、機械的な波Ｗ１が加えられる。この波は他端で反射する。この反射した波Ｗ２が測定される。反射した波Ｗ２が非常に弱まっているかまたはもはや存在しないと、運転者が少なくとも片手でステアリングホイールを持っている。更に、移相に基づいて、センサの機能に関する情報も生じる。移相が一定であると、外乱が生じていない。

類似の原理に従って、手放し検出が光波によって行われる。絶縁されていないグラスファイバケーブルがステアリングホイールの周りに配置される。光波が入射し、端部で反射する。運転者の手が接触することによって、振幅が小さくなる。

光波と表面波による手放し検出は、反射した波が測定されないで、ケーブルまたは表面波導体の端部で測定が行われるときにも機能を発揮する。

ステアリングホイールによる電気抵抗型手放し検出も可能である。その際、ステアリングホイールは導電性の合成樹脂で被覆されている。この合成樹脂は短い区間に絶縁分離部分を備えている。運転者の手が所定の導電性を有するので、２つまたはそれ以上の部分が電気的に架橋される。これは、運転者が少なくとも片手でステアリングホイールを持っていることを示す。

熱測定に基づいて手放し検出を行うことができる。その際、ステアリングハンドルは周囲にわたって均一に分配された温度センサを備えている。夏に太陽がステアリングホイールを加熱すると、手が接触している場所は温度が下がる。車両室内が低温の場合、例えば冬には、手が接触する個所は温かくなる。温度差または温度勾配を測定することによって、運転者の手の接触が検出される。

他の実施形の場合、運転者に感知されない例えば正弦状の振動がアクチュエータによってステアリングコラムに励起される。ステアリングホイールを手で持つことによって、この励振が減衰される。この励振は敏感な加速度測定装置によって読み取ることが可能である。

最高の分解能と、環境や外乱の影響を受けにくいことと、手袋をはめた運転者の手でも確実に手放し検出することは、静電容量測定または表面波によって可能である。従って、これらの実施形が特に有利である。

ステアリングハンドルの加熱が益々普及している。この場合、ステアリングハンドル、特にステアリングホイールは加熱要素を備えている。この加熱要素は一般的に、金属フィラメントと伸長可能な繊維からなる編み物によって構成されている。

このようなステアリングホイール１３が図５に示してある。加熱布１７が、コア１４とそれを取り巻く例えば硬質発泡材からなる合成樹脂被覆部１５の周りに円形に、発泡材被覆部１６内に配置されている。その上に、加熱織物の外側カバーとして、皮革１８を有するカバーが設けられている。

この実施の形態の場合、本発明に従い、静電容量型手放し検出が行われる。ステアリングホイール加熱装置の布１７は手放し検出の機能のために一緒に利用される。本発明では、ステアリングハンドルの金属加熱フィラメント１７が電極を形成し、ステアリングホイールコア１４が対向電極を形成する。その際、２つの実施の形態がある。

第１の実施の形態では、加熱のために必要ではない若干の糸（フィラメント）またはフィルムが編み物１７内に付加的に挿入されている。編み物はステアリングハンドル、特にステアリングホイール内に組み込まれている。加熱のために、フィラメントの一部が使用され、手放し検出のために、付加的に挿入された糸または付加的なフィルムが使用される。

他の実施の形態の場合、加熱および手放し検出のために、同じ金属フィラメントが使用される。加熱装置には直流電圧が供給されるが、手放し検出は高周波の交流電圧パルスによって行うことができる。その際、加熱アースは車両アースから電気的に分離されている。

電子回路が図６に示してある。操舵ユニット２０は加熱装置２２を有するステアリングホイール２１を備えている。加熱装置２２は直流電圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２３によって電気的に分離して給電される。容量型手放し検出は加熱装置２４のフィラメントまたはフィルムとステアリングホイール２１の金属コア１４との間の電気的な容量の変化に基づいて行われる。この変化は評価ユニット２５によって検出および評価される。運転者が少なくとも片手でステアリングホイール２１を持っているかどうかを示す出力信号が発生する。

容量型手放し検出が行われるステアリングハンドル、特にステアリングホイールを概略的に示す図である。 圧電式手放し検出が行われるステアリングハンドルを概略的に示す図である。 手放し検出がステアリングコラムの撓みによって行われるステアリングハンドルを概略的に示す図である。 手放し検出がステアリングハンドル上の表面波に応じて行われるステアリングハンドルを概略的に示す図である。 容量型手放し検出が行われる、加熱装置を備えたステアリングハンドルを概略的に示す図である。 加熱装置と容量型手放し検出装置を備えたステアリングハンドルのための概略的な回路図である。

Claims (21)

1. 自動車用のステアリングハンドル、特にステアリングホイールにおいて、運転者の少なくとも一方の手とステアリングハンドルの接触を検出（手放し検出）するための手段が設けられていることを特徴とするステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
2. 手放し検出が、ステアリングハンドル内に配置された１個または複数の導電性金属体を用いて行われることを特徴とする、請求項１記載の自動車用のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
3. ステアリングハンドルが容量型手放し検出装置を備えていることを特徴とする、請求項１または２記載の自動車用のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
4. ステアリングハンドルがカバーの下に配置された少なくとも１個の電極を備え、この電極がステアリングハンドルの固定要素と協働することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
5. 容量型手放し検出装置の場合、運転者がステアリングハンドルに作用するときに生じる減衰が検出されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
6. 手放し検出がステアリングハンドル内に配置された１個または複数の耐圧性の圧電素子を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
7. 手放し検出がステアリングハンドル内で金属帯状体に取付けられた１個または複数のストレインゲージを用いて行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
8. 圧電素子がステアリングハンドルの周りに対をなして好ましくはセグメント状に配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
9. 手放し検出がステアリングコアラムの曲がりを測定することによって行われることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
10. 手放し検出がステアリングハンドルまたはステアリングハンドル上の１つまたは複数の波または振動によって行われることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
11. 波が光波であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
12. 波が表面波であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
13. 運転者がステアリングハンドルに作用するときに生じる波の減衰が検出されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
14. 手放し検出がステアリングハンドルの表面の導電性の測定によって行われることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
15. 手放し検出がステアリングハンドルの表面の温度測定によって行われることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
16. ステアリングハンドルが加熱装置を備えていることと、加熱装置の少なくとも１つの金属部分が手放し検出装置と協働することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
17. 加熱フィラメントまたは加熱フィルムが容量型手放し検出のための電極として使用されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
18. 加熱装置に直流電圧が供給され、手放し検出装置に高周波の交流電圧が供給されることと、加熱装置と車両アースとの電気的な接続が電気的に分離されることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一つに記載のステアリングハンドル、特にステアリングホイール。
19. ステアリングハンドルの物理的な量を検出するための方法において、ステアリングハンドルに対する運転者の作用時に生じる物理的な量の変化、特にその減衰が検出されることを特徴とする方法。
20. 自動車用ステア・バイ・ワイヤ・操舵装置において、このステア・バイ・ワイヤ・操舵装置が請求項１〜１８のいずれか一つに記載のステアリングハンドルを備えていることを特徴とするステア・バイ・ワイヤ・操舵装置。
21. 操舵トルクを積極的に加える自動車用の操舵装置(IPAS)において、操舵装置が請求項１〜１８のいずれか一つに記載のステアリングハンドルを備えていることを特徴とする操舵装置。

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