JP5401048B2 - 車両用シートの制御装置 - Google Patents
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Description
(ベクトルセンサの原理)
まず、本発明に利用されるベクトルセンサの一例を説明する。このベクトルセンサは、操作部に加わる力を直交する3方向のベクトル出力に分解し、各ベクトル成分を検出する。すなわち、操作部に加えられた力の直交する3成分(XYZ成分)の方向と大きさを独立して検出する。
以下、操作部104に加えられた力のX成分、Y成分、Z成分を検出する仕組みについて図3〜図5を参照して説明する。図4および図5には、操作部104に力が加えられた際における起歪体103の変形の状態が誇張して示されている。まず、歪みを受けていない状態でEac=0Vとなるように各歪みゲージの抵抗値と、X3、X4、Y3、Y4、Z5およびZ6の抵抗の値が設定されているものとする。
この場合、図4(A)に示すホィートストンブリッジが形成され、ホィートストンブリッジの性質から、抵抗値で考えて「数1」が成立する。
操作部104に働くY軸方向の力の検出は、X方向の場合と同様の原理に基づき、歪みゲージY1とY2、さらに抵抗Y3とY4とで構成されるブリッジ回路のバランス電圧(図3の電圧Eacに相当する電圧)を検出することで行われる。この場合、図3に示すように、歪みゲージY1とY2は、金属細線パターンの長手方向がY軸方向に直交する向きで配置されているから、Y軸方向における引っ張りの歪みを受けると、電気抵抗が低下し、圧縮の歪みを受けると、電気抵抗が増加する。したがって、操作部104にY方向の力が加わると、上述した図4(B)の場合と同様な原理により、歪みゲージY1とY2が歪む。そして、この歪みに起因して、歪みゲージY1とY2に上述した電気抵抗の変化が発生し、それが歪みゲージY1とY2、さらに抵抗Y3とY4とで構成されるブリッジ回路のバランス電圧(図4の電圧Eacに相当する電圧)の変化として現れる。この電圧の正負は、Fyが+Y方向であるか、−Y方向であるかに対応し、この電圧の絶対値は、Fyの大きさに対応する。したがって、図2のアンプ123の出力に基づいた演算を信号処理部125において行うことで、図1の操作部103に加わった力のY軸方向のベクトル成分を得ることができる。
図5(A)には、歪みゲージZ1〜Z4と抵抗Z5、Z6によるブリッジ回路が示されている。なお、歪みゲージZ1〜Z4が歪みを受けていない状態において、Eac=0Vとなるように設定されている。この場合、ホィートストンブリッジの性質から、抵抗値で考えて「数2」が成立する。
操作部104に加わる力が、X成分とY成分を有する場合、各成分の力の大きさが上述した原理により検出される。この際、各成分は独立して出力されるので、操作部104に加えられた力のベクトルを構成する各成分の比率を検出することができる。
図6は、本発明が適用される車両用シートの一例を示す概念図である。図6には、車両用のシート装置200が示されている。シート装置200は、シートクッション201とシートバック203を備えている。シートクッション201は、サイドブラケット202に後述するFrチルト動作が可能な状態で固定されている。シートバック203は、サイドブラケット203にリクライニング動作が可能な状態で固定されている。また、シートバック203の上部には、ヘッドレスト205が取り付けられている。
図6に示すように、サイドブラケット202の左側の側面には、図1に示すベクトルセンサ101と同じ構成を有する2つのベクトルセンサ101Aと101Bとが配置されている。ここで、ベクトルセンサ101Aは、リクライニング動作とFrチルト動作を操作するための操作手段であり、ベクトルセンサ101Bは、座面の上下動作と座面の前後動作を操作するための操作手段である。なお、図1および図3〜5に記載された座標軸と、図6に記載された座標軸とは対応している。
図7(A)は、図6のシート装置200の座面を上下に移動させるリフタ機構の概略を示す概念図である。図7(A)は、図6に示すシート装置200を、Z軸正方向からの視点で見た状態(図6のシート装置200右側の状態)が示されている。
座面上下移動用モータ225を回転させると、ネジロッド駆動部材327の内側円筒部材が回転し、滑りネジの原理により、ネジロッド326が図のX軸正方向または負方向に移動する。例えば、座面上下移動用モータ225の回転により、ネジロッド326が図のX軸正方向に移動すると、係合部材322が図のX軸正方向に動き、リンク部材駆動アーム317のリンク部材316に係合した側が、X軸正方向に移動する。これによりリンク部材316が矢印323の方向に弧を描くように平行移動する。この際、リンク軸312および315も同様に矢印323の方向に移動し、それによりシートクッション201も同様の動きを示す。こうして、シートクッション201の座面の位置を上昇させるリフタ動作が行われる。また逆に、座面上下移動用モータ225を回転させ、係合部材322を図のX軸負方向に動かすと、上記と逆の動作となり、シートクッション201の座面の位置が下降する。以上が、座面上下移動用モータ225を駆動源としてのシートクッション201の上下位置調整の動作原理である。
図7(B)は、前後スライド機構の概略を示す概念図である。図7(B)には、座面前後移動用モータ218が示されている。座面前後移動用モータ218は、図示省略した車体の骨格構造に固定され、駆動シャフト332を駆動する。駆動シャフト332は、減速および軸方向を変換するギアボックス333に接続されている。ギアボックス333は、図示省略した車体の骨格構造に固定され、そこからは、出力軸となる駆動シャフト334が出ている。
座面前後移動用モータ218を回転させると、駆動シャフト332および334が回転し、滑りネジの原理により、スライダ335がレール336に対して、図のX軸方向に移動する。スライダ335は、図7(A)に示すシート装置支持部材319に固定されているので、これにより、シートクッション201がシート装置支持部材319と一緒に前後に移動する。つまり、座面前後移動用モータ218を回転させることで、シートクッション201が前後に移動する。
図8(A)は、リクライニング機構の概要を示す概念図である。図8(A)には、シートクッション側のサイドフレーム309に対して、シートバック側のサイドフレーム342が矢印343で示すリクライニング動作を行う構成が概念的に示されている。サイドフレーム309は、図6に示すサイドブラケット202に固定されたフレームである。サイドフレーム309には、支持部材344を介してリクライニング用モータ216が固定されている。支持部材344は、上方向に延在し、その延在部分346にギアボックス347が固定されている。
リクライニング用モータ216を回転させると、駆動軸345および348が回転し、サイドフレーム309に対して、サイドフレーム342が符号343の方向に回動する。これにより、図6に示すシートバック203をシートクッション201に対して後に傾けるリクライニング動作、あるいはシートバックを後に傾けた状態から引き起こす動作が行われる。
図8(B)は、Frチルト機構の概要を示す概念図である。図8(B)には、Frチルト機構の動力源となるFrチルト用モータ207が示されている。Frチルト用モータ207は、図7(A)に示すシート装置支持部材319に固定され。その駆動軸362は、ギアユニット363に接続されている。ギアユニット363は、図7(A)のシート装置支持部材319に固定され、減速機構および駆動軸を90度曲げるギア系を内蔵している。
Frチルトモータ207を回転させると、その回転力が駆動軸362、ギアユニット363および364を介して、ネジロッド駆動部材365内側の円筒部材に伝わり、この円筒部材が回転する。これにより、ネジロッド361が図のX軸正または負の方向に移動する。例えば、ネジロッド361がX軸正の方向に移動すると、リンク軸369が動作用スリット368の内部をX軸正の方向に移動し、リンク軸370の部分が上方(Y軸正方向)に持ち上がる。これにより、サイドフレーム371が、軸372を回動中心として、矢印373に示す方向に動く。こうして、図6の符号23で示すFrチルト動作が行われる。
以下、制御系の構成について説明する。図9は、制御系の構成の概略を示す回路ブロック図である。まず、リクライニング動作の制御系とFrチルト動作の制御系とについて説明する。図9に示すベクトルセンサ101Aは、図6に示すようにサイドブラケット202の左側側面に配置されている。ベクトルセンサ101Aは、図1に示すベクトルセンサ101と同じ構造を有し、リクライニング動作とFrチルト動作の制御に用いられる。ベクトルセンサ101Aの出力は、センサ回路121Aに入力される。センサ回路121Aは、図2に示すセンサ回路121と同じ構成を有する。すなわち、ベクトルセンサ101Aとセンサ回路121Aとの関係は、図2に関して説明したのと同じである。
図9に示す構成では、操作者が操作対象を直感的に把握できるように視覚情報を用いたマンマシンインターフェースが採用されている。この構成では、センサ回路121Aおよびセンサ回路121Bから出力された表示信号が、画像インターフェース装置235に送られる。この表示信号には、各ベクトルセンサが検出した各成分の出力に関する情報が含まれている。画像インターフェース装置235は、この情報に基づき、操作の対象となる部分を特定し、その箇所を視覚的に認識し易い画像を表示するための画像制御データを生成する。この画像制御データに基づき、画像表示装置236に操作対象となっている部分を認識させるための内容が表示される。
以下、図6に示すシート装置200における操作形態の一例を説明する。ここでは、利用者がシート装置200に座った状態において、リクライニング操作、Frチルトの動作調整、着座面の上下位置調整、着座面の前後位置の調整を行う場合の一例を説明する。
利用者が図6のシート装置200に座った状態で、ベクトルセンサ101Aの操作部104A(図9参照)に触れ、指で操作部を後方向(X軸負方向)に押した場合を考える。この力は、図2の歪みゲージX1およびX2を含むブリッジ回路において検出され、Fx信号として信号処理部125で処理される。そしてセンサ回路121Aから、制御部227に対して図のX軸負方向に所定の力が加わった旨の信号が送られる。この信号を受けて、制御部227は、シートバック203が後方(Y軸負方向)に倒れる向きにリクライニング用モータ216を回転させる。また、制御部227は、押された力に応じた回転速度でリクライニング用モータ216を回転させる制御を行う。こうして、ベクトルセンサ101Aの操作部を指で後方に押すことで、シートバック203を電動で後方に倒すことができる。またこの操作の際、画像表示装置236にシートバック203が操作対象となっている旨の表示、およびシートバック203が後方に倒れる方向に動かされている旨の表示が行われる。なお、ベクトルセンサ101Aの操作部を指で前方に押すことで、これとは逆にシートバック203を電動で起こすことができる。
利用者がシート装置200に座った状態で、ベクトルセンサ101Aの操作部104Aに触れ、指で操作部を上方向(Y軸正方向)に押した場合を考える。この力は、図2の歪みゲージY1およびY2を含むブリッジ回路において検出され、Fy信号として信号処理部125で処理される。この場合、センサ回路121Aから、制御部227に対して図のY軸正方向に所定の力が加わった旨の信号が送られる。この信号を受けて、制御部227は、シートクッション201の前縁が上方向に動くように、Frチルト用モータ207を回転させる。また、制御部227は、押された力に応じた回転速度でFrチルト用モータ207を回転させる制御を行う。こうして、ベクトルセンサ101Aの操作部104Aを指で上方に押すことで、シートクッション201の前縁を持ち上げることができる。またこの操作の際、画像表示装置236にFrチルト動作が操作対象となっている旨の表示、およびFrチルト動作の方向に関する情報の表示が行われる。なお、ベクトルセンサ101Aの操作部を指で下方に押すことで、これとは逆にシートクッション201の前縁を電動で下方に下げることができる。
上記の2つの操作例は、リクライニング操作とFrチルト操作とを個別に行う場合の例であるが、2つの操作を1操作で行うことができる。以下、シートバック203を後に倒しながら、同時にシートクッション201の前縁を持ち上げる操作を行う場合の例を説明する。
この場合、利用者は、ベクトルセンサ101Bの操作部104Bに触れ、操作部に前方向(図6のX軸正方向)または後方向(図6のX軸負方向)への力を加える。この力は、図2の歪みゲージX1およびX2を含むブリッジ回路において検出され、Fx信号として信号処理部125で処理される。図9のセンサ回路121Bは、ベクトルセンサ101Bの出力に基づき、制御部231に制御信号を送る。この制御信号を受けて、制御部231は、座面前後移動用モータ218を制御する。
この場合、利用者は、ベクトルセンサ101Bの操作部104Bに触れ、操作部104Bに上方向(図6のY軸正方向)または下方向(図6のY軸負方向)への力を加える。この力は、図2の歪みゲージY1およびY2を含むブリッジ回路において検出され、Fy信号として信号処理部125で処理される。
この場合、利用者は、ベクトルセンサ101Bの操作部104Bに触れ、操作部104Bを図6のX軸およびY軸の各軸方向の成分を含む方向(例えば斜め前方向)に押す。この押した力の各成分は、図2の歪みゲージX1およびX2を含むブリッジ回路、および歪みゲージY1およびY2を含むブリッジ回路においてそれぞれ検出され、FxおよびFy信号として信号処理部125で処理される。各成分の向きと大きさに関する情報を含んだ制御信号は、図9のセンサ回路121Bから制御回路231に送られる。制御回路231は、ベクトルセンサに加わった力のX成分の極性とその大きさに基づいて、座面前後移動用モータ218の回転方向と回転速度を制御し、またベクトルセンサに加わった力のY成分の極性とその大きさに基づいて、座面上下移動用モータ225の回転方向と回転速度を制御する。
本実施形態によれば、背もたれのリクライニング操作とFrチルト動作の操作といった2つの異なるシート装置に係る操作を、1操作によって行うことができる。また、操作対象の移動速度をベクトルセンサに加える力加減で調整することができる。また、2つの操作の重み付けをベクトルセンサに加える力の方向で調整することができる。また、ベクトルセンサに加える力の方向と、その結果生じる操作対象の移動方向とが概略一致しているので、直感的な操作を行い易い。また、操作対象および操作内容が、画像表示装置に視覚的に表示されるので、操作が行い易い。
以上の例では、歪みを検出するセンサ素子として、歪みを電気抵抗の変化として検出する歪みゲージを用いる場合を説明したが、他のデバイスを用いてベクトルセンサを構成することもできる。
第1の実施形態で説明した歪みゲージの代わりに厚膜抵抗素子を用いることができる。厚膜抵抗素子とは、適当な絶縁基板上に半導体材料や導電材料を堆積させて膜状抵抗体を形成した構造を有する。この厚膜抵抗素子を折り曲げようとすると、膜状抵抗体に圧縮歪みまたは引っ張り歪みが発生し、膜の抵抗値が変化する。以下、この原理を説明する。
第1の実施形態で説明した歪みゲージの代わりに静電容量素子を用いることができる。この場合、素子の動作原理が異なるので、図2の回路は、後述する回路に変更する必要がある。
第1の実施形態で説明した歪みゲージの代わりに圧電素子(ピエゾ素子)を用いることができる。この場合、素子の動作原理が異なるので、図2の回路は、図13に示す回路に変更する必要がある。
Claims (5)
- 加えられた力の直交する第1の成分および第2の成分を検出するベクトルセンサと、
独立した第1の動作および第2の動作を行う車両用シートと、
前記ベクトルセンサにより前記第1の成分が検出された場合に当該第1の成分の大きさに比例した速さで前記第1の動作を前記車両用シートに行わせる制御および前記ベクトルセンサにより前記第2の成分が検出された場合に当該第2の成分の大きさに比例した速さで前記第2の動作を前記車両用シートに行わせる制御を行う制御手段と
を備えることを特徴とする車両用シートの制御装置。 - 前記2つの動作が、前記車両用シートのリクライニング動作、シートクッションの角度を調整する動作、シートクッションの前後移動動作、シートクッションの上下移動動作から選ばれた2つの動作であることを特徴とする請求項1に記載の車両用シートの制御装置。
- 前記ベクトルセンサが、複数の歪みゲージを用いたベクトルセンサであることを特徴とする請求項1または2に記載の車両用シートの制御装置。
- 前記ベクトルセンサは操作部を備え、
前記2つの動作の少なくとも一つにおいて、前記車両用シートの動作の方向と、前記操作部の操作の方向とが略一致していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用シートの制御装置。 - 前記車両用シートの動作する部分に関する情報を表示する画像表示装置を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用シートの制御装置。
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