JP6437480B2 - ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に設置され、乗員が車両の運転の際に把持するステアリング装置に関する。

従来、乗員がステアリングホイールを把持しているかを検知する手段を有するステアリング装置が例えば特許文献１〜３に開示されている。

特許文献１には、運転者がステアリングホイールを把持しているか否かを検出する把持検出手段をステアリングホイールの円周に沿って配設し、把持検出手段による検知結果に応じて警報手段を選択的に作動させるようにしたステアリング装置が記載されている。

特許文献２には、複数のセンサが設けられた車両用のステアリングホイールにおいて、複数のセンサをそれぞれ複数のセグメントに分割することで、ステアリングホイール上の手の位置を検知可能にすることが開示されている。

特許文献３には、配線数を減らして構造の簡略化を図ったステアリング装置が開示されている。このステアリング装置は、ステアリングコアに装着される静電容量センサを有する。この静電容量センサは、絶縁性を有する可撓性基板と、可撓性基板の上に設けられた複数の静電容量検出電極とを有する。各静電容量検出電極は、ステアリングコアに装着された状態で、ホイールが延びる方向を軸心としたステアリングコアの周方向に所定間隔で配置され、それぞれがホイールの延びる方向に延びるように形成されている。複数の静電容量検出電極は、ステアリングコアに装着された状態で、ステアリングコアの周方向に隣接する電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されている。

特開２００８−０５９４５９号公報 特表２００３−５３５７５７号公報 特開２０１５−１４７５３１号公報

ところで、特許文献１及び２に記載のステアリングホイールにおいて、把持部分の検知精度を向上させるには、センサの数を増やすことが考えられるが、その分、配線数が増え、サイズが大きくなると共に、配線作業に時間がかかる等、コストの高価格化が懸念される。

特許文献３に記載のステアリング装置は、ステアリングコアに静電容量センサを装着するため、配線数を減らして構造の簡略化を図ることができる。しかし、特許文献３のように、ステアリングコアに装着される静電容量センサを有するステアリング装置においては、乗員がステアリング装置を把持していること、すなわち、乗員のステアリング把持を検知する場合、微小な静電容量の変化を計測しなければならない。

この場合、ノイズ耐性が弱いと考えられ、乗員のステアリング把持を正確に検知することができないおそれがある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、乗員のステアリング把持のように、微小な静電容量の変化を検知する場合に、その変化を確実、且つ、正確に検知することができ、しかも、複雑な回路構成や構造を採用する必要がないステアリング装置を提供することを目的とする。

［１］ 本発明に係るステアリング装置は、車両に搭載され、乗員が把持するリムに乗員の状態を検知するための左側センサ及び右側センサが装着されたステアリング本体と、少なくとも前記左側センサ及び前記右側センサからの検知信号に基づいて前記乗員の状態を検知する検知回路とを有するステアリング装置であって、前記検知回路から前記左側センサまでの左側ハーネスの配線長と、前記検知回路から前記右側センサまでの右側ハーネスの配線長とがほぼ同じであることを特徴とする。ほぼ同じとは、配線長の差が５ｍｍ以下を示す。

左側ハーネスの配線長と右側ハーネスの配線長とをほぼ同じにすることで、検知回路から左側センサ間のインピーダンスと検知回路から右側センサ間のインピーダンスとを一定にすることが可能となる。その結果、乗員のステアリング把持のように、微小な静電容量の変化を検知する場合に、その変化を確実、且つ、正確に検知することができる。しかも、複雑な回路構成や構造を採用する必要がないため、製造コストの低減化及び保守点検の簡便さにつながる。

［２］ 本発明において、前記左側ハーネスと前記右側ハーネスとは、電気的特性が同一であることが好ましい。電気的特性が同一のハーネスを用いることで、左側ハーネスと右側ハーネスの配線長を同一にするのみで、左側ハーネスと右側ハーネスの各インピーダンスが同一となり、コストをかけることなく、左右の接触検知を精度よく行うことができる。

［３］ 本発明において、前記ステアリング本体は、中央スポーク、左側スポーク及び右側スポークを有し、前記中央スポークを基準に前記左側スポークと前記右側スポークとが線対称に配置され、前記中央スポークに前記検知回路が設置され、前記左側ハーネスと前記左側センサとの接続部分は、前記左側スポークと前記リムとの接続部分の近傍に設定され、前記右側ハーネスと前記右側センサとの接続部分は、前記右側スポークと前記リムとの接続部分の近傍に設定されていることが好ましい。

Ｔ型スポークやＹ型スポーク等のように、中央スポークを基準に前記左側スポークと右側スポークとが線対称に配置されている場合、中央スポークに検知回路を設置し、左側ハーネスと左側センサとの接続部分を、左側スポークとリムとの接続部分の近傍に設定し、右側ハーネスと右側センサとの接続部分を、右側スポークとリムとの接続部分の近傍に設定することで、容易に、且つ、最も高い配線効率で、左側ハーネスの配線長と右側ハーネスの配線長とをほぼ同じにすることができる。

［４］ 本発明において、前記ステアリング本体は、中心部に設置された芯金と、前記芯金上にウレタン製の基材及び革部材を介して積層された左側センサ用導電膜及び右側センサ用導電膜とを有し、前記検知回路から延びる前記左側ハーネスは、前記左側センサに直接又は間接的に半田付けされ、前記検知回路から延びる前記右側ハーネスは、前記右側センサに直接又は間接的に半田付けされ、前記半田付けされた部位と前記基材との間に、ウレタンよりも硬質な部材が配置されていることが好ましい。

左側ハーネスを左側センサに直接又は間接的に半田付けすると、革部材が熱によって収縮するおそれがある。これは、右側ハーネスを右側センサに直接又は間接的に半田付けする際も同様である。このような革部材の熱収縮は、半田付けされた部位に変形等の影響を及ぼし、例えば美観を損なったり、半田が剥がれるおそれがある。そこで、前記半田付けされる部位と前記基材との間に、事前にウレタンよりも硬質な部材を配置する。基材と、基材を被覆する革部材との間に、硬質な部材が介在することで、革部材のうち、硬質な部材と接する部分は面方向に引っ張られた状態となる。その結果、左側ハーネスを左側センサに直接又は間接的に半田付けしても、革部材での熱収縮が抑制され、美観を損なったり、半田が剥がれるおそれもなくなる。これは、右側ハーネスを右側センサに直接又は間接的に半田付けする際も同様である。

また、基材を熱に弱いウレタンで構成した場合、基材が半田付けの熱によって収縮するおそれがあるが、前記半田付けされる部位と前記基材との間に、事前にウレタンよりも硬質な部材を配置することで、以下のような効果を奏する。すなわち、基材が熱収縮しても、熱収縮による変形は、硬質な部材によって抑制され、半田付けされた部分に影響を及ぼさない。また、硬質な部材として、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、ベークライト基板、セラミック基板等を用いれば、これらの基板は、熱抵抗が高いため、半田付けの際の熱が基材に伝達しにくくなり、半田付け作業による基材の熱収縮を抑制することができる。

［５］ 本発明において、前記ステアリング本体を暖めるためのヒータ部を有し、前記ヒータ部は、ヒータを構成する導電フィルムを有し、前記導電フィルムは、前記右側センサ及び前記左側センサと前記基材との間に配置されていることが好ましい。

通常は、基材が有する静電容量が検知回路にてオフセット容量として検知されることになる。このオフセット容量が大きいと、左側センサ及び右側センサでの微小な容量の変化を検知回路にて捉え難くなるおそれがある。そこで、導電フィルムを、右側センサ及び左側センサと基材との間に配置することで、基材が持つ静電容量を右側センサ及び左側センサに対してシールドすることができ、左側センサ及び右側センサでの微小な容量の変化を検知回路にて捉え易くなる。

本発明に係るステアリング装置によれば、乗員のステアリング把持のように、微小な静電容量の変化を検知する場合に、その変化を確実、且つ、正確に検知することができ、しかも、複雑な回路構成や構造を採用する必要がない。

本実施の形態に係るステアリング装置を示す正面図である。 検知回路の一構成例を示すブロック図である。 図３Ａは左側ハーネスと左側センサとの電気的接続部分の断面を示す図であり、図３Ｂは右側ハーネスと右側センサとの電気的接続部分の断面を示す図である。

以下、本発明に係るステアリング装置の実施の形態例を図１〜図３Ｂを参照しながら説明する。

本実施の形態に係るステアリング装置１０は、図１に示すように、車両に搭載され、ステアリング本体１２と、検知回路１４とを有する。

ステアリング本体１２は、乗員（運転者）が把持するリム１６と、リム１６の中央に設置されたハブ１８と、ハブ１８とリム１６間に設置された中央スポーク２０Ｃ、左側スポーク２０Ｌ及び右側スポーク２０Ｒとを有する。各スポーク２０Ｃ、２０Ｌ、２０Ｒは、中央スポーク２０Ｃを基準に左側スポーク２０Ｌと右側スポーク２０Ｒとが線対称に配置されている。図１では、中央スポーク２０Ｃ、左側スポーク２０Ｌ及び右側スポーク２０ＲがＴ字状に配置されたＴ型スポークを示す。もちろん、Ｙ型スポークでも構わない。

リム１６の内部には、乗員の状態を検知するための左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒを有する。これら左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒは、いずれも静電容量センサで構成されている。さらに、リム１６内には、該リム１６を暖めるためのヒータ部２４が設置されている。ヒータ部２４は、ヒータを構成する電熱線としての導電フィルム２６（図３Ａ及び図３Ｂ参照）を有する。

検知回路１４は、例えばステアリング装置１０を制御する電子制御装置（以下、単にＥＣＵ２８という）に組み込まれている。検知回路１４と左側センサ２２Ｌは左側ハーネス３０Ｌによって電気的に接続され、検知回路１４と右側センサ２２Ｒは右側ハーネス３０Ｒによって電気的に接続されている。また、ヒータ部２４は、ＥＣＵ２８とヒータ用配線３２によって電気的に接続され、ＥＣＵ２８を通じて電力が供給される。左側ハーネス３０Ｌと右側ハーネス３０Ｒは、それぞれ電気的特性が同じ材料で構成されている。

検知回路１４は、図２に示すように、少なくとも心拍検出部３４と乗員状態解析部３６とを有する。

心拍検出部３４は、左側センサ２２Ｌにより検出された電位と、右側センサ２２Ｒにより検出された電位との電位差に基づき、運転者の心拍を示す波形（時系列信号）を乗員状態解析部３６に出力する。

乗員状態解析部３６は、心拍検出部３４からの出力に基づき、車両が走行中において、乗員がステアリング本体１２のリム１６を両手で握っているかどうかを判定する。乗員状態解析部３６は、心拍が測定されない場合、車両の走行中において、乗員が片手を離していることが推定されるため、乗員がリム１６を両手で握っていないと判定する。また、乗員状態解析部３６は、心拍検出部３４からの出力に基づき、リム１６を握る乗員の手の肌の水分量が少ないかどうかを判定する。

そして、本実施の形態に係るステアリング装置１０は、検知回路１４から左側センサ２２Ｌまでの左側ハーネス３０Ｌの配線長Ｌｌと、検知回路１４から右側センサ２２Ｒまでの右側ハーネス３０Ｒの配線長Ｌｒとがほぼ同じである。ここで、「ほぼ」とは、左側ハーネス３０Ｌの配線長Ｌｌと右側ハーネス３０Ｒの配線長Ｌｒとの差が５ｍｍ以下であることを示す。

左側ハーネス３０Ｌの配線長Ｌｌと右側ハーネス３０Ｒの配線長Ｌｒとをほぼ同じにすることで、検知回路１４から左側センサ２２Ｌ間のインピーダンスと検知回路１４から右側センサ２２Ｒ間のインピーダンスとを一定にすることが可能となる。その結果、乗員のステアリング把持のように、微小な静電容量の変化を検知する場合に、その変化を確実、且つ、正確に検知することができる。しかも、複雑な回路構成や構造を採用する必要がないため、製造コストの低減化及び保守点検の簡便さにつながる。しかも、左側ハーネス３０Ｌと右側ハーネス３０Ｒが、それぞれ電気的特性が同じ材料で構成されているため、左側ハーネス３０Ｌと右側ハーネス３０Ｒの配線長Ｌｌ、Ｌｒを同一にするのみで、左側ハーネス３０Ｌと右側ハーネス３０Ｒの各インピーダンスが同一となり、コストをかけることなく、左右の接触検知を精度よく行うことができる。

特に、本実施の形態では、ＥＣＵ２８を中央スポーク２０Ｃ内に設置している。これにより、左側ハーネス３０Ｌを中央スポーク２０Ｃの中央部分から斜め上方の左側スポーク２０Ｌを通じて左側センサ２２Ｌに配線し、右側ハーネス３０Ｒを中央スポーク２０Ｃの中央部分から斜め上方の右側スポーク２０Ｒを通じて右側センサ２２Ｒに配線し、さらに、ヒータ用配線３２を中央スポーク２０Ｃの中央部分から下方に向かってヒータ部２４（導電フィルム２６）に配線することができる。すなわち、電力を必要とするヒータ用配線３２と、微弱な信号（微小電流等）を扱う左側ハーネス３０Ｌ及び右側ハーネス３０Ｒとを離間して配線することができ、ヒータ用配線３２からの電磁ノイズ等による影響を回避することができる。

さらに、左側ハーネス３０Ｌと左側センサ２２Ｌとの電気的接続部分３８Ｌを、左側スポーク２０Ｌとリム１６との接続部分４０Ｌの近傍に設定し、右側ハーネス３０Ｒと右側センサ２２Ｒとの電気的接続部分３８Ｒを、右側スポーク２０Ｒとリム１６との接続部分４０Ｒの近傍に設定している。そのため、容易に、且つ、最も高い配線効率で、左側ハーネス３０Ｌの配線長Ｌｌと右側ハーネス３０Ｒの配線長Ｌｒとをほぼ同じにすることができる。

ここで、ステアリング本体１２の断面構造について、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。図３Ａは、左側ハーネス３０Ｌと左側センサ２２Ｌとの電気的接続部分３８Ｌの断面を示し、図３Ｂは、右側ハーネス３０Ｒと右側センサ２２Ｒとの電気的接続部分３８Ｒの断面を示す。

ステアリング本体１２は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、中心部に設置された芯金４２と、芯金４２上に基材４４及び革部材４６を介して積層された左側センサ用導電膜４８Ｌ（図３Ａ参照）及び右側センサ用導電膜４８Ｒ（図３Ｂ参照）とを有する。基材４４の構成材料としてはウレタン等が好ましく採用される。基材４４は芯金４２を被覆し、革部材４６は基材４４を被覆する。

左側センサ用導電膜４８Ｌ及び右側センサ用導電膜４８Ｒは、例えば以下のようにして成膜される。すなわち、革部材４６上にベースコート層５０を塗布し、乾燥後、例えばスプレー塗装で導電塗料（左側センサ用導電膜４８Ｌ及び右側センサ用導電膜４８Ｒとなる導電塗料）を塗布する。その後、乾燥して、導電塗料上にトップコート層５２を塗装し、その後、乾燥することで、左側センサ用導電膜４８Ｌ及び右側センサ用導電膜４８Ｒが成膜される。すなわち、革部材４６上に左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒが形成される。

ヒータを構成する導電フィルム２６は、左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒと基材４４との間に配置されている。図３Ａ及び図３Ｂの例では、基材４４と革部材４６との間に接着剤５４を介して接着、配置されている。

また、検知回路１４から延びる左側ハーネス３０Ｌは、左側センサ２２Ｌ（左側センサ用導電膜４８Ｌ）に直接又は間接的に半田層５６によって電気的に接続（半田付け）され、同様に、検知回路１４から延びる右側ハーネス３０Ｒは、右側センサ２２Ｒ（右側センサ用導電膜４８Ｒ）に直接又は間接的に半田層５６によって電気的に接続（半田付け）されている。図３Ａ及び図３Ｂでは、左側ハーネス３０Ｌを、左側センサ用導電膜４８Ｌに直接貼付された導電テープ５８を介して間接的に左側センサ用導電膜４８Ｌに半田付けし、右側ハーネス３０Ｒを、右側センサ用導電膜４８Ｒに直接貼付された導電テープ５８を介して間接的に右側センサ用導電膜４８Ｒに半田付けした例を示す。

さらに、本実施の形態では、半田付けされた部位（電気的接続部分３８Ｌ及び３８Ｒ）と基材４４との間に、ウレタンよりも硬質な部材６０が接着剤５４を介して接着、配置されている。硬質な部材６０としては、ウレタンよりも硬質であればどのような材料でもよいが、ヒータを構成する導電フィルム２６の近傍に設置されることと、乗員の操舵によって回転するリム１６内に設置される関係等から、絶縁性を有し、且つ、軽量な材料であることが好ましい。例えばガラス基板、ガラスエポキシ基板、ベークライト基板、セラミック基板等が挙げられる。

左側ハーネス３０Ｌを左側センサ２２Ｌに直接又は間接的に半田付けすると、革部材４６が熱によって収縮するおそれがある。これは、右側ハーネス３０Ｒを右側センサ２２Ｒに直接又は間接的に半田付けする際も同様である。このような革部材４６の熱収縮は、半田付けされた部位に変形等の影響を及ぼし、例えば美観を損なったり、半田が剥がれるおそれがある。そこで、半田付けされる部位と基材４４との間に、事前にウレタンよりも硬質な部材６０を配置する。

基材４４と、基材４４を被覆する革部材４６との間に、硬質な部材６０が介在することで、革部材４６のうち、硬質な部材と接する部分は面方向に引っ張られた状態となる。その結果、左側ハーネス３０Ｌを左側センサ２２Ｌに直接又は間接的に半田付けしても、革部材４６での熱収縮が抑制され、美観を損なったり、半田が剥がれるおそれもなくなる。これは、右側ハーネス３０Ｒを右側センサ２２Ｒに直接又は間接的に半田付けする際も同様である。

また、基材４４を熱に弱いウレタンで構成した場合、基材４４が半田付けの熱によって収縮するおそれがあるが、上述のように、半田付けされる部位と基材４４との間に、事前にウレタンよりも硬質な部材６０を配置することで、以下のような効果を奏する。すなわち、基材４４が熱収縮しても、熱収縮による変形は、硬質な部材６０によって抑制され、半田付けされた部分に影響を及ぼさない。また、硬質な部材６０として、ガラス基板、ガラスエポキシ基板、ベークライト基板、セラミック基板等を用いれば、これらの基板は、熱抵抗が高いため、半田付けの際の熱が基材４４に伝達しにくくなり、半田付け作業による基材４４の熱収縮を抑制することができる。これは、基材４４の熱収縮による半田付けされた部位への影響を低減できることにつながる。

さらに、本実施の形態では、上述したように、ヒータを構成する導電フィルム２６を左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒと基材４４との間に配置している。通常は、基材４４の静電容量が検知回路１４にてオフセット容量として検知されることになる。このオフセット容量が大きいと、左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒでの微小な容量の変化を検知回路１４にて捉え難くなるおそれがある。そこで、導電フィルム２６を、左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒと基材４４との間に配置することで、基材４４の静電容量を左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒに対してシールドすることができ、左側センサ２２Ｌ及び右側センサ２２Ｒでの微小な容量の変化を検知回路にて捉え易くなる。これは、検知回路１４での検知精度の向上につながる。

本発明は上記した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

１０…ステアリング装置 １２…ステアリング本体
１４…検知回路 １６…リム
１８…ハブ ２０Ｃ…中央スポーク
２０Ｌ…左側スポーク ２０Ｒ…右側スポーク
２２Ｌ…左側センサ ２２Ｒ…右側センサ
２４…ヒータ部 ２６…導電フィルム
３０Ｌ…左側ハーネス ３０Ｒ…右側ハーネス
３２…ヒータ用配線 ３８Ｌ、３８Ｒ…電気的接続部分
４０Ｌ、４０Ｒ…接続部分 ４２…芯金
４４…基材 ４６…革部材
４８Ｌ…左側センサ用導電膜 ４８Ｒ…右側センサ用導電膜
５６…半田層 ５８…導電テープ
６０…硬質な部材 Ｌｌ、Ｌｒ…配線長

Claims (4)

1. 車両に搭載され、乗員が把持するリムに乗員の状態を検知するための左側センサ及び右側センサが装着されたステアリング本体と、少なくとも前記左側センサ及び前記右側センサからの検知信号に基づいて前記乗員の状態を検知する検知回路とを有するステアリング装置であって、
   前記ステアリング本体は、
   中心部に設置された芯金と、
   前記芯金上にウレタン製の基材及び革部材を介して積層された左側センサ用導電膜及び右側センサ用導電膜とを有し、
   前記検知回路から延びる左側ハーネスは、前記左側センサに直接又は間接的に半田付けされ、
   前記検知回路から延びる右側ハーネスは、前記右側センサに直接又は間接的に半田付けされ、
   前記半田付けされた部位と前記基材との間に、前記基材よりも硬質な部材が配置され、
   前記検知回路から前記左側センサまでの左側ハーネスの配線長と、前記検知回路から前記右側センサまでの右側ハーネスの配線長とがほぼ同じであることを特徴とするステアリング装置。
2. 請求項１記載のステアリング装置において、
   前記左側ハーネスと前記右側ハーネスとは、電気的特性が同一であることを特徴とするステアリング装置。
3. 請求項１又は２記載のステアリング装置において、
   前記ステアリング本体は、中央スポーク、左側スポーク及び右側スポークを有し、
   前記中央スポークを基準に前記左側スポークと前記右側スポークとが線対称に配置され、
   前記中央スポークに前記検知回路が設置され、
   前記左側ハーネスと前記左側センサとの接続部分は、前記左側スポークと前記リムとの接続部分の近傍に設定され、
   前記右側ハーネスと前記右側センサとの接続部分は、前記右側スポークと前記リムとの接続部分の近傍に設定されていることを特徴とするステアリング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のステアリング装置において、
   前記ステアリング本体を暖めるためのヒータ部を有し、
   前記ヒータ部は、ヒータを構成する導電フィルムを有し、
   前記導電フィルムは、前記右側センサ及び前記左側センサと前記基材との間に配置されていることを特徴とするステアリング装置。

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