JP7629255B2 - Steering wheel grip sensor and grip detection method - Google Patents
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Description
本開示は、ステアリングへの人の手の接触を検出するステアリング把持センサおよび把持検知方法に関する。 This disclosure relates to a steering wheel grip sensor and grip detection method that detects contact of a person's hand with a steering wheel.
特許文献1は、人体の近接容量を検知する静電容量式の着座検知システムを開示している。
しかしながら、特許文献1によれば、駆動信号によるスイッチング動作、駆動信号の周波数変動およびノイズの影響により検知精度が劣化するという問題がある。
However, according to
そこで、本開示は、周波数変動およびノイズの影響等による検知精度の劣化を抑制し、検知精度を向上させるステアリング把持センサおよび把持検知方法を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a steering grip sensor and grip detection method that suppresses deterioration of detection accuracy due to frequency fluctuations, noise, etc., and improves detection accuracy.
本開示の一態様に係るステアリング把持センサは、ステアリングのリムを覆うドリブン電極と、前記ドリブン電極を覆うセンサ電極と、前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給する正弦波生成部と、帰還容量素子を有し、前記センサ電極に発生する電荷を検出する電荷アンプと、前記正弦波電圧と前記電荷アンプの出力電圧とを乗算する乗算処理部と、前記乗算処理部の乗算結果を積分することにより平滑化する積分器と、平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリング把持の有無を判定する把持判定部と、を備える。 The steering grip sensor according to one aspect of the present disclosure includes a driven electrode that covers the rim of the steering wheel, a sensor electrode that covers the driven electrode, a sine wave generator that supplies a sine wave voltage to the driven electrode, a charge amplifier that has a feedback capacitance element and detects the charge generated in the sensor electrode, a multiplication processor that multiplies the sine wave voltage by the output voltage of the charge amplifier, an integrator that smoothes the multiplication result by integrating it, and a grip determination unit that determines whether the steering wheel is being gripped depending on the level of the smoothed multiplication result.
また、本開示の一態様に係る把持検知方法は、ステアリングのリムに沿う面状のドリブン電極と、前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極とを備えるステアリング把持センサにおける把持検知方法であって、前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給し、帰還容量素子を有する電荷アンプによって、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、前記電荷アンプによって、検出した当該電荷量の変化を電圧の変化とする出力電圧を生成し、前記正弦波電圧と前記電荷アンプの前記出力電圧とを乗算し、前記乗算結果を積分することにより平滑化し、平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する。 In addition, a grip detection method according to one aspect of the present disclosure is a grip detection method for a steering grip sensor that includes a planar driven electrode that follows the rim of the steering wheel and a planar sensor electrode that faces the driven electrode, in which a sine wave voltage is supplied to the driven electrode, a charge amplifier having a feedback capacitance element detects a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode, the charge amplifier generates an output voltage that represents the detected change in the amount of charge as a change in voltage, the sine wave voltage is multiplied by the output voltage of the charge amplifier, the multiplication result is smoothed by integrating it, and the presence or absence of gripping the steering wheel is determined according to the level of the smoothed multiplication result.
本開示のステアリング把持センサおよび把持検知方法によれば、周波数変動およびノイズの影響による精度劣化を抑制し、検知精度を向上させることができる。 The steering grip sensor and grip detection method disclosed herein can reduce deterioration in accuracy due to frequency fluctuations and noise, improving detection accuracy.
(本開示の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、特許文献1の着座検知システムに関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Findings that formed the basis of this disclosure)
The present inventors have found that the seating detection system of
特許文献1では、第1に、センス信号の同期検波においてスイッチング動作が必要であるため、スイッチングを制御する制御信号のエッジ成分のスルーレートに劣化が発生すれば、同期検波後の信号に歪みや検波位相ずれが生じてしまい、検知精度が劣化するという問題がある。
First, in
第2に、センス信号の感度が駆動信号としての正弦波信号の周波数に依存するため、駆動信号に周波数変動が発生すれば、検知精度が劣化するという問題がある。 Secondly, since the sensitivity of the sense signal depends on the frequency of the sine wave signal used as the drive signal, there is a problem that if frequency fluctuations occur in the drive signal, the detection accuracy deteriorates.
第3に、駆動信号の周波数が高いほどセンス信号が増大するという周波数特性を有するため、外来の高周波ノイズの周波数が高いほど検知精度が劣化するという問題がある。 Thirdly, the higher the frequency of the drive signal, the greater the sense signal, which creates the problem that the higher the frequency of the external high-frequency noise, the worse the detection accuracy becomes.
そこで、本開示は、周波数変動およびノイズの影響等による精度劣化を抑制し、検知精度を向上させるステアリング把持センサおよび把持検知方法を提供する。 Therefore, this disclosure provides a steering grip sensor and grip detection method that suppresses deterioration of accuracy due to frequency fluctuations, noise, etc., and improves detection accuracy.
このような問題を解決するために、本開示の一態様に係るステアリング把持センサは、ステアリングのリムに沿う面状のドリブン電極と、前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極と、前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給する正弦波生成部と、帰還容量素子を有し、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する電荷アンプと、前記正弦波電圧と前記電荷アンプの出力電圧とを乗算する乗算処理部と、前記乗算処理部の乗算結果を積分することにより平滑化する積分器と、平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する把持判定部と、を備える。 In order to solve such problems, the steering grip sensor according to one aspect of the present disclosure includes a planar driven electrode that follows the rim of the steering wheel, a planar sensor electrode that faces the driven electrode, a sine wave generating unit that supplies a sine wave voltage to the driven electrode, a charge amplifier that has a feedback capacitance element and detects a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode and outputs the change in the amount of charge as a change in voltage, a multiplication processing unit that multiplies the sine wave voltage by the output voltage of the charge amplifier, an integrator that smoothes the multiplication result of the multiplication processing unit by integrating it, and a grip determination unit that determines whether or not the steering wheel is being gripped depending on the level of the smoothed multiplication result.
これによれば、周波数変動およびノイズの影響等による精度劣化を抑制し、検知精度を向上させることができる。具体的には、第1に、電荷アンプの出力電圧は駆動信号としての正弦波電圧と同位相つまり位相差0であり、かつ、把持による容量の検波は乗算処理部の乗算検波によってなされる。これにより、従来技術のようなスイッチング動作が不要であり、スイッチングによる位相ずれや信号歪みを抑制し、検知精度の劣化を抑制し、検知精度を向上させることができる。第2に、電荷アンプの出力電圧の感度は、駆動信号としての正弦波電圧の周波数に依存しないので、正弦波信号に周波数変動が発生しても、検知精度の劣化を抑制することができる。第3に、電荷アンプの出力電圧の大きさは、駆動信号としての正弦波電圧の周波数に依存しないので、外来の高周波ノイズによる検知精度の劣化を抑制することができる。 This makes it possible to suppress deterioration of accuracy due to frequency fluctuations and the effects of noise, and improve detection accuracy. Specifically, first, the output voltage of the charge amplifier is in phase with the sine wave voltage as the drive signal, i.e., the phase difference is zero, and the detection of the capacitance due to gripping is performed by multiplication detection in the multiplication processing unit. This eliminates the need for switching operations as in conventional technology, suppresses phase shifts and signal distortion due to switching, suppresses deterioration of detection accuracy, and improves detection accuracy. Second, since the sensitivity of the output voltage of the charge amplifier does not depend on the frequency of the sine wave voltage as the drive signal, deterioration of detection accuracy can be suppressed even if frequency fluctuations occur in the sine wave signal. Third, since the magnitude of the output voltage of the charge amplifier does not depend on the frequency of the sine wave voltage as the drive signal, deterioration of detection accuracy due to external high-frequency noise can be suppressed.
ここで、前記電荷アンプは、前記正弦波電圧が入力される第1入力端子と、前記センサ
電極に接続される第2入力端子と、出力端子と、前記出力端子と前記第2入力端子との間に接続された前記帰還容量素子と、前記第1入力端子、前記第2入力端子、および、前記出力端子に接続されたオペアンプと、を含み、前記出力端子から出力される正弦波電圧を、前記帰還容量素子を介して前記センサ電極に供給してもよい。
Here, the charge amplifier may include a first input terminal to which the sine wave voltage is input, a second input terminal connected to the sensor electrode, an output terminal, the feedback capacitance element connected between the output terminal and the second input terminal, and an operational amplifier connected to the first input terminal, the second input terminal, and the output terminal, and the sine wave voltage output from the output terminal may be supplied to the sensor electrode via the feedback capacitance element.
これによれば、電荷アンプは、帰還容量素子を備えることによって、ユーザの把持により前記センサ電極に発生する電荷量の変化を電圧の変化として出力する。この電荷アンプは、2入力1出力の汎用的なオペアンプで構成でき、回路コストを抑制することができる。 With this, the charge amplifier is equipped with a feedback capacitance element, and outputs the change in the amount of charge generated in the sensor electrode due to the user's grip as a change in voltage. This charge amplifier can be configured with a general-purpose operational amplifier with two inputs and one output, which reduces circuit costs.
ここで、前記正弦波生成部は、矩形波信号を入力し、前記矩形波信号と同期した前記正弦波電圧を生成してもよい。 Here, the sine wave generating unit may input a square wave signal and generate the sine wave voltage synchronized with the square wave signal.
これによれば、水晶振動子を備える必要がなく回路を低コスト化することができる。 This eliminates the need for a quartz crystal oscillator, reducing the cost of the circuit.
ここで、前記電荷アンプは、前記帰還容量素子と並列に接続されたローパスフィルタを備え、前記ローパスフィルタは、前記正弦波電圧の周波数よりも低い周波数を通過させてもよい。 Here, the charge amplifier may include a low-pass filter connected in parallel with the feedback capacitance element, and the low-pass filter may pass frequencies lower than the frequency of the sine wave voltage.
これによれば、把持による静電容量を示す出力端子からの出力電圧が正弦波電圧と同相である一方で、出力端子からのリークなどの抵抗成分を示す信号は正弦波電圧と90度位相がずれることになる。乗算処理部の乗算によって後者の信号が相殺されるので、耐外乱、耐ノイズ特性を向上させることができる。 As a result, the output voltage from the output terminal indicating the capacitance due to gripping is in phase with the sine wave voltage, while the signal indicating the resistance component such as leakage from the output terminal is out of phase with the sine wave voltage by 90 degrees. The latter signal is offset by the multiplication in the multiplication processing unit, improving disturbance resistance and noise resistance characteristics.
ここで、ステアリング把持センサは、さらに、メモリと、前記電荷アンプの出力電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換(アナログ-デジタル変換)し、AD変換結果を第1デジタルデータとして前記メモリに格納する第1AD変換器と、前記正弦波生成部からの前記正弦波電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第2デジタルデータとして前記メモリに格納する第2AD変換器と、を備え、前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータが示す波形、および、前記第2デジタルデータが示す波形のそれぞれを平均化する処理を行い、平均化された第1デジタルデータと平均化された第2デジタルデータとを乗算してもよい。 Here, the steering grip sensor further includes a memory, a first AD converter that performs AD conversion (analog-digital conversion) of the output voltage of the charge amplifier in synchronization with the square wave signal and stores the AD conversion result in the memory as first digital data, and a second AD converter that performs AD conversion of the sine wave voltage from the sine wave generating unit in synchronization with the square wave signal and stores the AD conversion result in the memory as second digital data, and the multiplication processing unit may perform a process of averaging each of the waveforms indicated by the first digital data and the waveforms indicated by the second digital data, and multiply the averaged first digital data by the averaged second digital data.
これによれば、AD変換および乗算を高精度に実行することができる。 This allows AD conversion and multiplication to be performed with high precision.
ここで、ステアリング把持センサは、さらに、メモリと、前記電荷アンプの出力電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第1デジタルデータとして前記メモリに格納する第1AD変換器と、前記正弦波生成部からの前記正弦波電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第2デジタルデータとして前記メモリに格納する第2AD変換器と、を備え、前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータと、前記第2デジタルデータとを乗算し、乗算結果のデジタルデータが示す波形を平均化する処理を行ってもよい。 Here, the steering grip sensor further includes a memory, a first AD converter that performs AD conversion on the output voltage of the charge amplifier in synchronization with the square wave signal and stores the AD conversion result in the memory as first digital data, and a second AD converter that performs AD conversion on the sine wave voltage from the sine wave generating unit in synchronization with the square wave signal and stores the AD conversion result in the memory as second digital data, and the multiplication processing unit may multiply the first digital data by the second digital data and perform a process of averaging the waveform indicated by the digital data of the multiplication result.
これによれば、乗算前に平均化する処理を実行する場合と比べて、メモリに格納するデータ量が少なく、演算処理量を少なくすることができる。 This reduces the amount of data stored in memory and the amount of computation required compared to when averaging is performed before multiplication.
ここで、前記矩形波信号は、少なくとも3つの周波数に切り替えられ、前記第1AD変換器および前記第2AD変換器は、前記少なくとも3つの周波数毎に、前記第1デジタルデータおよび前記第2デジタルデータを前記メモリに格納してもよい。 Here, the square wave signal may be switched between at least three frequencies, and the first AD converter and the second AD converter may store the first digital data and the second digital data in the memory for each of the at least three frequencies.
これによれば、外乱ノイズの影響を受けた周波数に対応する第1および第2デジタルデータを使用せず、他の周波数の第1および第2デジタルデータを使用することを可能にする。また、外乱ノイズを避けるように周波数ホッピングすることを可能にする。 This makes it possible to use the first and second digital data of other frequencies without using the first and second digital data corresponding to the frequency affected by the disturbance noise. It also makes it possible to perform frequency hopping so as to avoid the disturbance noise.
ここで、前記第1AD変換器および前記第2AD変換器は、前記正弦波電圧の少なくとも2周期の波形に対応するように前記第1デジタルデータおよび前記第2デジタルデータを生成してもよい。 Here, the first AD converter and the second AD converter may generate the first digital data and the second digital data so as to correspond to at least two periods of the waveform of the sine wave voltage.
これによれば、1周期を単位とするAD変換に比べて、検知精度を向上させることができる。 This allows for improved detection accuracy compared to AD conversion that uses one cycle as a unit.
ここで、前記第1AD変換器および前記第2AD変換器は、前記正弦波電圧の少なくとも3周期の波形に対応するように前記第1デジタルデータおよび前記第2デジタルデータを生成し、前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータにおいて前記少なくとも3周期の波形を周期単位で比較し、最も値が外れた1周期のデジタルデータを破棄してもよい。 Here, the first AD converter and the second AD converter may generate the first digital data and the second digital data to correspond to at least three cycles of the waveform of the sine wave voltage, and the multiplication processing unit may compare the at least three cycles of the waveform in the first digital data on a cycle-by-cycle basis and discard the digital data for one cycle that deviates the most.
これによれば、例えば、外乱ノイズの受けた周期のデジタルデータを破棄でき、検知精度を向上させることができる。 This allows, for example, digital data from a period affected by disturbance noise to be discarded, improving detection accuracy.
ここで、前記第1AD変換器および前記第2AD変換器は、前記正弦波電圧の少なくとも3周期の波形に対応するように前記第1デジタルデータおよび前記第2デジタルデータを生成し、前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータにおいて前記少なくとも3周期の波形の周期毎に平均値および偏差を算出し、偏差がしきい値以上である場合は、当該周期のデジタルデータを破棄してもよい。 Here, the first AD converter and the second AD converter generate the first digital data and the second digital data so as to correspond to at least three periods of the waveform of the sine wave voltage, and the multiplication processing unit calculates an average value and a deviation for each period of the at least three periods of the waveform in the first digital data, and if the deviation is equal to or greater than a threshold value, discards the digital data for that period.
これによれば、外乱ノイズを含む周期のデータを破棄するので、耐ノイズ性向上、高精度化を図ることができる。 This allows data from periods that contain disturbance noise to be discarded, improving noise resistance and increasing accuracy.
ここで、前記乗算処理部は、前記偏差がしきい値以上である周期が、所定数連続する場合は、前記矩形波信号の周波数を変更してもよい。 Here, the multiplication processing unit may change the frequency of the rectangular wave signal when a predetermined number of consecutive periods occur in which the deviation is equal to or greater than the threshold value.
これによれば、外乱ノイズが継続する場合に、矩形波信号および正弦波電圧の周波数変更によって外乱ノイズの影響を低減することができる。 With this, when disturbance noise continues, the effect of the disturbance noise can be reduced by changing the frequency of the square wave signal and the sine wave voltage.
ここで、ステアリング把持センサは、さらに、故障を監視する監視部と、前記正弦波電圧を減衰または増幅する減衰切替器とを備え、前記監視部は、前記減衰切替器による前記正弦波電圧の減衰または増幅を伴わない通常監視モードと、前記正弦波電圧の減衰または増幅を伴う一時監視モードとを有し、前記監視部は、前記通常監視モードにおいて、前記ドリブン電極の地絡、および前記センサ電極の地絡を監視し、前記一時監視モードにおいて、前記ドリブン電極の断線、前記センサ電極の断線、および前記ドリブン電極と前記センサ電極との短絡を監視してもよい。 Here, the steering grip sensor further includes a monitoring unit that monitors for faults and an attenuation switch that attenuates or amplifies the sine wave voltage, and the monitoring unit has a normal monitoring mode that does not involve attenuation or amplification of the sine wave voltage by the attenuation switch, and a temporary monitoring mode that involves attenuation or amplification of the sine wave voltage, and the monitoring unit may monitor a ground fault of the driven electrode and a ground fault of the sensor electrode in the normal monitoring mode, and monitor a break in the driven electrode, a break in the sensor electrode, and a short circuit between the driven electrode and the sensor electrode in the temporary monitoring mode.
ここで、前記監視部は、前記減衰切替器における減衰率および増幅率を制御してもよい。 Here, the monitoring unit may control the attenuation rate and amplification rate in the attenuation switch.
これによれば、減衰率または増幅率を制御することにより、ステアリング把持センサの性能検査を可能にする。また、ステアリング把持センサの個体ごとのバラツキに応じて適切な減衰率や増幅率を設定可能である。 This makes it possible to test the performance of the steering grip sensor by controlling the attenuation rate or amplification rate. It is also possible to set an appropriate attenuation rate or amplification rate according to the individual variations in the steering grip sensor.
ここで、ステアリング把持センサは、さらに、前記センサ電極に発生する電荷量の環境
変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部を備え、前記乗算処理部は、さらに、前記電荷アンプの出力電圧の位相を90度シフトし、前記正弦波電圧とシフトした前記出力電圧とを乗算し、乗算結果を前記環境変化の指標として前記補正部に出力してもよい。
Here, the steering grip sensor may further include a correction unit that performs a correction process to suppress fluctuations in the amount of charge generated in the sensor electrode due to environmental changes, and the multiplication processing unit may further shift the phase of the output voltage of the charge amplifier by 90 degrees, multiply the sine wave voltage by the shifted output voltage, and output the multiplication result to the correction unit as an index of the environmental change.
これによれば、例えば、センサ電極を覆う絶縁体の抵抗値が湿度に応じて変化する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向上させることができる。 As a result, for example, if the resistance value of the insulator covering the sensor electrode has characteristics that change depending on humidity, the detection accuracy can be improved by performing a correction process that suppresses the fluctuation.
ここで、ステアリング把持センサは、さらに、帰還容量素子を有する他の電荷アンプであって、環境変化により前記ドリブン電極に発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する他の電荷アンプと、前記ドリブン電極に発生する電荷量の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部と、を備え、前記乗算処理部は、さらに、前記正弦波電圧と前記他の電荷アンプの出力電圧とを乗算し、乗算結果を前記環境変化の指標として前記補正部に出力してもよい。 Here, the steering grip sensor further includes another charge amplifier having a feedback capacitance element that detects a change in the amount of charge generated in the driven electrode due to an environmental change and outputs the change in the amount of charge as a change in voltage, and a correction unit that performs a correction process to suppress fluctuations in the amount of charge generated in the driven electrode due to environmental changes, and the multiplication processing unit may further multiply the sine wave voltage by the output voltage of the other charge amplifier and output the multiplication result to the correction unit as an index of the environmental change.
これによれば、例えば、ドリブン電極に接する絶縁体の容量値が湿度または温度に応じて変動する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向上させることができる。 As a result, for example, if the capacitance value of the insulator in contact with the driven electrode has a characteristic that varies depending on humidity or temperature, the detection accuracy can be improved by performing a correction process that suppresses the variation.
ここで、ステアリング把持センサは、さらに、帰還抵抗素子を有し、前記ドリブン電極に発生する電流の変化を電圧の変化として出力する電流アンプと、前記ドリブン電極に発生する電流の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部と、を備え、前記乗算処理部は、さらに、前記正弦波電圧と前記電流アンプの出力電圧とを乗算し、乗算結果を前記環境変化の指標として前記補正部に出力してもよい。 Here, the steering grip sensor further includes a current amplifier having a feedback resistor element and outputting a change in the current generated in the driven electrode as a change in voltage, and a correction unit performing a correction process to suppress fluctuations in the current generated in the driven electrode due to environmental changes, and the multiplication processing unit may further multiply the sine wave voltage by the output voltage of the current amplifier and output the multiplication result to the correction unit as an index of the environmental change.
これによれば、例えば、ドリブン電極に接する絶縁体の抵抗値が湿度または温度に応じて変動する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向上させることができる。 As a result, for example, if the resistance value of the insulator in contact with the driven electrode has a characteristic that varies depending on humidity or temperature, the detection accuracy can be improved by performing a correction process that suppresses the variation.
ここで、前記ローパスフィルタは、第1抵抗素子と、前記第1抵抗素子と直列に接続された第2抵抗素子と、前記第1抵抗素子と前記第2抵抗素子との接続点に接続された第1容量素子と、前記第1容量素子に直列接続された第3抵抗素子と、を備えていてもよい。 Here, the low-pass filter may include a first resistive element, a second resistive element connected in series with the first resistive element, a first capacitive element connected to a connection point between the first resistive element and the second resistive element, and a third resistive element connected in series with the first capacitive element.
これによれば、電荷アンプのゲインを制限して飽和を抑制することができる。さらに、第3抵抗を備えることにより、特定の周波数(カットオフ周波数)で生じるゲインのピークを抑制することができる。 This makes it possible to limit the gain of the charge amplifier and suppress saturation. Furthermore, by providing a third resistor, it is possible to suppress the gain peak that occurs at a specific frequency (cutoff frequency).
ここで、ステアリング把持センサは、さらに故障監視用の動作モードにおいて前記電荷アンプに所定量の電荷を供給する電荷供給回路を備え、前記監視部は、前記電荷供給回路から電荷が供給されていない場合の前記電荷アンプの出力と、前記電荷供給回路から電荷が供給されている場合の前記電荷アンプの出力とに基づき、前記電荷アンプの動作が正常か否かを監視してもよい。 Here, the steering grip sensor may further include a charge supply circuit that supplies a predetermined amount of charge to the charge amplifier in a fault monitoring operation mode, and the monitoring unit may monitor whether the operation of the charge amplifier is normal or not based on the output of the charge amplifier when no charge is being supplied from the charge supply circuit and the output of the charge amplifier when charge is being supplied from the charge supply circuit.
これによれば、前記監視部は、電荷アンプの動作が正常か否かを監視することができる。さらに、差動増幅器の動作が正常か否かを監視することができる。 With this, the monitoring unit can monitor whether the charge amplifier is operating normally or not. Furthermore, it can monitor whether the differential amplifier is operating normally or not.
ここで、前記センサ電極と前記電荷アンプとの接続点と、グランドの間に設けられた可変抵抗を備えていてもよい。 Here, a variable resistor may be provided between the connection point between the sensor electrode and the charge amplifier and ground.
これによれば、可変抵抗は、ステアリング把持センサの温度、湿度等の環境変化に起因する動作の変動を抑制する補正を可能にする。 Accordingly, the variable resistor enables correction to suppress fluctuations in the operation of the steering grip sensor due to environmental changes such as temperature and humidity.
また、本開示の一態様に係る把持検知方法は、ステアリングのリムに沿う面状のドリブン電極と、前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極とを備えるステアリング把持センサにおける把持検知方法であって、前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給し、帰還容量素子を有する電荷アンプによって、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、前記電荷アンプによって、検出した当該電荷量の変化を電圧の変化とする出力電圧を生成し、前記正弦波電圧と前記電荷アンプの前記出力電圧とを乗算し、前記乗算結果を積分することにより平滑化し、平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する。 In addition, a grip detection method according to one aspect of the present disclosure is a grip detection method for a steering grip sensor that includes a planar driven electrode that follows the rim of the steering wheel and a planar sensor electrode that faces the driven electrode, in which a sine wave voltage is supplied to the driven electrode, a charge amplifier having a feedback capacitance element detects a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode, the charge amplifier generates an output voltage that represents the detected change in the amount of charge as a change in voltage, the sine wave voltage is multiplied by the output voltage of the charge amplifier, the multiplication result is smoothed by integrating it, and the presence or absence of gripping the steering wheel is determined according to the level of the smoothed multiplication result.
これによれば、周波数変動およびノイズの影響等による精度劣化を抑制し、検知精度を向上させることができる。 This makes it possible to suppress deterioration in accuracy due to frequency fluctuations and noise, and improve detection accuracy.
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD-ROMなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 These comprehensive or specific aspects may be realized as a system, method, integrated circuit, computer program, or computer-readable recording medium such as a CD-ROM, or may be realized as any combination of a system, method, integrated circuit, computer program, or recording medium.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 The following describes the embodiment in detail with reference to the drawings.
なお、以下で説明する実施の形態は、何れも包括的または具体的な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、本開示を限定する主旨ではない。
The embodiments described below are all comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, materials, components, the arrangement and connection of the components, steps, and the order of steps shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the present disclosure.
(実施の形態1)
[ステアリング把持センサ100の外観]
図1は、実施の形態におけるステアリング把持センサ100が配置された車両1の室内レイアウトの一例を示す図である。
(Embodiment 1)
[Appearance of the steering grip sensor 100]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an interior layout of a
図1に示すように、車両1は、ステアリングホイール3、スピーカ、及び、液晶ディスプレイ等の表示装置を備えている。スピーカ及び表示装置は、例えば注意喚起装置として構成されている。
As shown in FIG. 1, the
ステアリングホイール3は、車両1の操舵輪に対して操舵角を与える。ステアリングホイール3は、リム31と、リム31の内周面に一体的に形成された略T字状のスポーク32と、スポーク32の中央部分に配置されたホーンスイッチを覆うホーンスイッチカバーとを有している。ステアリング把持センサ100は、ステアリングカバー110と制御装置120とを備える。
The
図2は、実施の形態1におけるステアリング把持センサ100のステアリングカバー110をリム31に取り付けた一例を示す図である。
Figure 2 shows an example of the
図2に示すように、ステアリング把持センサ100は、ユーザ(人体)の手によるステアリングカバー110の把持および接触を検出する装置であって、車両1のリム31に設けられている。接触とは、ユーザの手がステアリングカバー110に直接的に接触するだけでなく、ステアリング把持センサ100が人の手を検知可能であれば、ステアリングカバー110から離間している状態も含む意味である。
As shown in FIG. 2, the steering grip sensor 100 is a device that detects the grip and contact of the
ステアリング把持センサ100は、静電容量式のセンサであって、ステアリングホイール3を有する車両1内のユーザの把持を検出するセンサである。具体的には、ステアリング把持センサ100は、ユーザの手とステアリング把持センサ100中の電極との間の静電容量の変化を検知することによって、ユーザの手がステアリングホイール3に触れているか否かを検出する。
The steering grip sensor 100 is a capacitance type sensor that detects the grip of a user in a
[ステアリングカバー110の断面構成]
図3は、実施の形態1におけるステアリングカバー110の断面構成の一例を示す図である。同図は、リム31に巻き付けられたステアリングカバー110を積層方向に切った断面の一部分を模式的に拡大した図である。図3に示すように、ステアリングカバー110は、表皮11、センサ電極112、誘電体層12、ドリブン電極113、ウレタン層13を有する。リム31は、車両1の金属ボディに接地されている。
[Cross-sectional configuration of steering cover 110]
3 is a diagram showing an example of a cross-sectional configuration of the
表皮11は、例えば、革、合成皮革、合成樹脂等の絶縁物である。
The
なお、ステアリングカバー110は、表皮11、センサ電極112、誘電体層12、ドリブン電極113、ウレタン層13が一体になった状態でリム31に巻き付けられる構成に限定されるものではなく、例えば、リム31にウレタン層13を形成した表面に、センサ電極112、誘電体層12、および、ドリブン電極113が一体になった検出部を巻き付け、さらにその表面に、表皮11を巻き付ける構成でもよい。
The
センサ電極112は、例えば、導電性繊維で織り込まれたメッシュ状の布で形成される面状の電極である。センサ電極112の形状は、円環の一部をなす曲面状であってもよい
し、円筒の側面の一部をなす曲面状であってもよいし、小さい平面の集合体であってもよい。図3のセンサ電極112は、円環の全部または一部分に対応する曲面状の電極である。
The
ドリブン電極113は、センサ電極112と同様の構成でよいし、異なる構成、例えば金属線を誘電体層12の一方の面上に縫製固定した構成であってもよい。
The driven
センサ電極112とドリブン電極113とは、誘電体層12を挟んで対向し、容量素子を形成する。センサ電極112は、ユーザの手の接触によって、同図破線に示すように静電容量ΔCが付加される。ステアリング把持センサ100は、この静電容量ΔCの変化を検出することにより、手の接触の有無を判定する。
The
[ステアリング把持センサ100の回路構成]
図4は、実施の形態1におけるステアリング把持センサ100の回路構成の一例を示すブロック図である。
[Circuit configuration of steering grip sensor 100]
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the steering grip sensor 100 in the first embodiment.
[ステアリング把持センサ100の構成]
図4は、実施の形態1におけるステアリング把持センサ100内の制御装置120の回路構成の一例を示すブロック図である。ただし、同図は、ステアリングカバー110のうちセンサ電極112およびドリブン電極113を模式的に付加してある。
[Configuration of steering grip sensor 100]
4 is a block diagram showing an example of a circuit configuration of the
図4の制御装置120は、センサ回路40と制御プロセッサ50とを備える。
The
センサ回路40は、センサ端子T4、駆動端子T5、正弦波生成部41、電荷アンプ44、および、差動増幅器46を有する。
The
センサ端子T4は、センサ電極112と電荷アンプ44の第2入力端子I2とに接続され、入力と出力とが同時になされる端子である。具体的には、センサ端子T4は、電荷アンプ44により帰還される正弦波電圧をセンサ電極112に伝送する。これと同時に、センサ端子T4は、センサ電極112の静電容量の変化によって発生する電荷量の変化を電荷アンプ44に伝送する。
The sensor terminal T4 is connected to the
駆動端子T5は、ドリブン電極113および正弦波生成部41に接続される端子である。駆動端子T5は、正弦波生成部41から駆動信号としての正弦波電圧をドリブン電極113に伝送する。
The drive terminal T5 is a terminal connected to the driven
正弦波生成部41は、制御部51から矩形波信号を入力し、矩形波信号と同期した正弦波電圧を生成し、正弦波電圧を駆動信号として駆動端子T5を介してドリブン電極113に供給する。制御部51から入力される駆動信号は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。なお、本実施の形態において、正弦波生成部41からドリブン電極113へ供給される正弦波電圧は、直流電圧(例えば、2V)に正弦波が重畳されたものであってもよい。
The sine
電荷アンプ44は、帰還容量素子C11を有し、センサ電極112の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する。そのため、電荷アンプ44は、第1入力端子I1、第2入力端子I2、出力端子o1、帰還容量素子C11、オペアンプA11、抵抗素子R11、R12、および、容量素子C12を含む。第1入力端子I1は、正弦波生成部41から正弦波電圧を入力し、オペアンプA11の非反転入力に接続される。
The
第2入力端子I2は、センサ端子T4に接続され、センサ電極112の静電容量の変化によって発生する電荷量の変化をオペアンプA11に反転入力に伝達する。
The second input terminal I2 is connected to the sensor terminal T4 and transmits the change in the amount of charge generated by the change in capacitance of the
出力端子o1は、センサ電極112の静電容量により発生する電荷量の変化に対応する電圧を出力する。例えば、センサ電極112の静電容量の変化がないときは、第1入力端子I1の正弦波電圧と同位相で同じ振幅をもつ正弦波電圧を出力する。一方、センサ電極112の静電容量の変化があるときは、第1入力端子I1の正弦波電圧と同位相で、静電容量の変化に応じた振幅をもつ正弦波電圧を出力する。
The output terminal o1 outputs a voltage corresponding to the change in the amount of charge generated by the capacitance of the
帰還容量素子C11は、出力端子o1と第2入力端子I2との間に接続され、出力端子o1からの出力電圧を第2入力端子I2に帰還する。また、帰還容量素子C11は、センサ電極112の静電容量の変化によって発生する電荷量の変化を検出する作用を有する。
The feedback capacitance element C11 is connected between the output terminal o1 and the second input terminal I2, and feeds back the output voltage from the output terminal o1 to the second input terminal I2. The feedback capacitance element C11 also has the function of detecting a change in the amount of charge generated by a change in the capacitance of the
オペアンプA11は、非反転入力と反転入力と差分を0にするような出力電圧を、帰還容量素子C11を介して第2入力端子I2に出力する。 The operational amplifier A11 outputs an output voltage to the second input terminal I2 via the feedback capacitance element C11, so that the difference between the non-inverting input and the inverting input becomes zero.
差動増幅器46は、正弦波生成部41からの正弦波電圧と、電荷アンプ44の出力電圧との差分を増幅し、増幅結果をセンス信号としてAD端子Taを介してADC62に出力する。
The
また、抵抗素子R11、R12、および、容量素子C12からなる回路は、正弦波電圧の周波数よりも低いカットオフ周波数に設定されたローパスフィルタを構成する。このローパスフィルタは、帰還容量素子C11と並列に接続され、正弦波電圧の周波数よりも低い周波数では、容量素子C11よりも支配的に作用して出力電圧o1を通過フィードバックさせる。これにより、ローパスフィルタは、オペアンプA11のゲインを制限して飽和を防ぎ、ノイズ成分を抑制する。一方、カットオフ周波数よりも高い周波数では、容量素子C12、および、抵抗素子R11、R12の作用によりフィードバックが遮断される。この結果、容量素子C11が支配的に作用して出力電圧o1を通過させる。つまり、正弦波の周波数よりも低い周波数成分では、ローパスフィルタがゲインを制限して飽和を防ぎ、ノイズ成分を抑制する。そして、正弦波の周波数よりも高い周波数成分では、オペアンプA11は、容量素子C11のみによる電荷増幅に切り替わる。 The circuit consisting of the resistor elements R11, R12, and the capacitor element C12 constitutes a low-pass filter with a cutoff frequency set lower than the frequency of the sine wave voltage. This low-pass filter is connected in parallel with the feedback capacitor element C11, and at frequencies lower than the frequency of the sine wave voltage, it acts more dominantly than the capacitor element C11 to pass and feed back the output voltage o1. As a result, the low-pass filter limits the gain of the operational amplifier A11 to prevent saturation and suppress noise components. On the other hand, at frequencies higher than the cutoff frequency, the feedback is blocked by the action of the capacitor element C12 and the resistor elements R11 and R12. As a result, the capacitor element C11 acts dominantly to pass the output voltage o1. In other words, at frequency components lower than the frequency of the sine wave, the low-pass filter limits the gain to prevent saturation and suppress noise components. Then, at frequency components higher than the frequency of the sine wave, the operational amplifier A11 switches to charge amplification by only the capacitor element C11.
より具体的には、図4に示すように、センサ電極112は、抵抗Rxを介してGNDと接続されている。この抵抗Rxは、センサ電極112からGNDに至るまでに介在する誘電体層12の抵抗成分などに基づく寄生抵抗である。そして、上述の通り、ドリブン電極113へ供給される正弦波電圧が、直流電圧に正弦波が重畳されたものである場合、抵抗Rxを介して直流電流がGNDへ流れる。ここで、温度変化、または、湿度変化などにより、誘電体層12の抵抗率が変化した場合、抵抗Rxを介してGNDへ流れる直流電流値が変化する。このような直流成分の変化の影響を低減するため、正弦波電圧の周波数よりも低いカットオフ周波数に設定されたローパスフィルタを設け、オペアンプA11のゲインを制限して飽和を抑制している。
More specifically, as shown in FIG. 4, the
なお、図4では、ローパスフィルタは、直列に接続された抵抗素子R11、R12と、抵抗素子R11と抵抗素子R12との接続点とオペアンプA11の非反転入力との間に設けられた容量素子C12と、から構成されたが、図9に示すように、これらに加えて、さらに、容量素子C12と直列に抵抗R21を設けてもよい。抵抗R21を設けることにより、特定の周波数(カットオフ周波数)で生じるゲインのピークも抑制することが可能となる。 In FIG. 4, the low-pass filter is composed of resistor elements R11 and R12 connected in series, and a capacitor element C12 provided between the connection point between resistor elements R11 and R12 and the non-inverting input of operational amplifier A11. However, as shown in FIG. 9, in addition to these, a resistor R21 may be provided in series with capacitor element C12. By providing resistor R21, it is also possible to suppress the gain peak that occurs at a specific frequency (cutoff frequency).
図4において制御プロセッサ50は、AD端子Ta、AD端子Tb、および、PWM端子Tf、制御部51、乗算処理部52、積分器54、把持判定部56、および、メモリ57を有する。乗算処理部52は、ADC62、63、乗算器65を有する。なお、制御プロセッサ50は、CPU、メモリ57、ADC62、63、乗算器65、および、入出力ポート等を備えるマイコンにより構成してもよい。マイコンは、マイクロコンピュータまたはマイクロコントローラの略称である。メモリ57は、ROM、RAM、電気的に消去可能なフラッシュメモリ等の総称である。図4の機能ブロックは、CPUが、メモリ57中のプログラムを実行することによって、実現することができる。なお、乗算器65は、ハードウェア回路であってもよいし、一部または全部をソフトウェアで実現してもよい。
In FIG. 4, the
乗算処理部52内には、処理対象のデータとして、第1デジタルデータ72、第2デジタルデータ73、および、第1乗算データ67を図示してある。これらのデータは、例えばメモリ57に一時的に格納されるデータである。
In the
AD端子Taは、差動増幅器46の出力端子に接続され、ADC62にアナログ信号を入力するための端子である。
The AD terminal Ta is connected to the output terminal of the
AD端子Tbは、正弦波生成部41の正弦波電圧を出力する端子に接続され、ADC63にアナログ信号を入力するための端子である。
The AD terminal Tb is connected to a terminal that outputs the sine wave voltage of the sine
PWM端子Tfは、制御部51と正弦波生成部41とに接続され、制御部51からの矩形波信号を正弦波生成部41に伝達するための端子である。矩形波信号は、PWM信号であってもよい。
The PWM terminal Tf is connected to the
制御部51は、周波数可変の矩形波信号を生成し、PWM端子Tfを介して正弦波生成部41に出力する。また、制御部51は、矩形波信号に同期して、アナログ信号をサンプリングするようにADC62、63を制御する。サンプリング数は、正弦波電圧またはセンス信号の1周期あたり例えば16回でよく、8~24回程度でもよい。
The
乗算処理部52は、正弦波生成部41からの正弦波電圧と電荷アンプ44の出力電圧とを乗算する。正弦波生成部41からの正弦波電圧は、AD端子Tbに入力される。電荷アンプ44の出力電圧は、差動増幅器46を介してセンス信号としてAD端子Taに入力される。この乗算結果は、センサ電極112の把持による静電容量の大きさに対応する。
The
ADC62は、電荷アンプ44の出力電圧として、差動増幅器46からのセンス信号を、制御部51の矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第1デジタルデータ72としてメモリ57に格納する。第1デジタルデータ72は、センス信号のN周期の波形に対応する。ここで、Nは、1でもよいし、2または3以上であってもよい。
The
ADC63は、正弦波生成部41からの正弦波電圧を、制御部51の矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第2デジタルデータ73としてメモリ57に格納する。第2デジタルデータ73は、正弦波電圧の少なくともN周期に対応する。Nは、第1デジタルデータ72と共通である。
The
乗算器65は、第1デジタルデータ72と、第2デジタルデータ73とを乗算し、乗算結果を第1乗算データ67としてメモリ57に格納する。
The
なお、乗算処理部52は、第1デジタルデータ72が示す波形、および、第2デジタルデータ73が示す波形のそれぞれを平均化する処理を行い、平均化された第1デジタルデータと平均化された第2デジタルデータとを乗算し、乗算結果を第1の乗算データ67としてもよい。このとき、平均化する処理は、乗算処理部52ではなく、積分器54が行ってもよい。
The
あるいは、乗算処理部52は、第1デジタルデータ72と、第2デジタルデータ73とを乗算し、乗算結果の第1乗算データ67が示す波形を平均化する処理を行ってもよい。このとき、平均化する処理は、乗算処理部52ではなく、積分器54が行ってもよい。
Alternatively, the
積分器54は、乗算処理部52の乗算結果を積分することにより平均化つまり平滑化する。
The
把持判定部56は、平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する。平滑化された乗算結果のレベルは、センサ電極112の静電容量に対応し、例えば、把持されていない場合と比べて、把持されている場合には大きくなる。把持判定部56は、把持の有無の判定において、ヒステリシスを持たせてもよい。具体的には、把持判定部56は、平滑化された乗算結果のレベルが第1のしきい値th1以上になったときに、把持なしの状態から把持ありの状態になった判定する。一方、把持判定部56は、平滑化された乗算結果のレベルが第2のしきい値th2以下になったときに、把持ありの状態から把持なしの状態になった判定する。このとき、第1のしきい値th1>第2のしきい値th2とすれば、ヒステリシスを持たせることができる。
The
[ステアリング把持センサ100と比較例との対比説明]
次に、ステアリング把持センサ100と比較例とを対比して説明する。
[Comparison of steering grip sensor 100 and comparative example]
Next, the steering grip sensor 100 will be described in comparison with a comparative example.
図5は、比較例のセンサと実施の形態1におけるステアリング把持センサ100とを対比させた動作説明図である。同図の比較例は、特許文献1のセンサをベースとする類似の構成を示している。
Figure 5 is an explanatory diagram of the operation of a comparative sensor compared to the steering grip sensor 100 in the first embodiment. The comparative sensor in the figure shows a similar configuration based on the sensor in
比較例の回路構成においてセンサ電極SEは、オペアンプA41の反転入力に接続される。ドリブン電極DEは非反転入力に接続され、正弦波電圧が入力される。 In the circuit configuration of the comparative example, the sensor electrode SE is connected to the inverting input of the operational amplifier A41. The driven electrode DE is connected to the non-inverting input, and a sinusoidal voltage is input.
電流アンプ47は、帰還抵抗素子Rを有し、センサ電極SEの静電容量の変化ΔCによって流れる電流Δiを検出し、検出した電流に対応する電圧を出力する。つまり、電流アンプは、検出した電流を電圧として出力する電流-電圧変換器である。
The
比較例の「数式」欄に示すように、出力電圧V=R×Δi0で表される。Δi0は、帰還抵抗素子Rを流れる帰還電流であり、非反転入力と反転入力との仮想ショートの観点からΔi0はΔiと等しい。センサ電極SEの静電容量の変化ΔCによって流れる電流Δiは、Δi=ω×ΔC×vで表される。ここで、vは、非反転入力およびドリブン電極DEに供給される正弦波電圧である。電流アンプ47の出力電圧Vは、V=ω×(ΔC×v)×Rで表される。ここで、ω=2πfである。fは正弦波電圧vの周波数である。比較例の出力電圧Vは、静電容量ΔCに比例するだけでなく周波数fにも比例している。
As shown in the "Formula" column of the comparative example, the output voltage V is expressed as V = R x Δi0. Δi0 is the feedback current flowing through the feedback resistor R, and Δi0 is equal to Δi in terms of a virtual short between the non-inverting input and the inverting input. The current Δi flowing due to the change ΔC in the capacitance of the sensor electrode SE is expressed as Δi = ω x ΔC x v. Here, v is the sinusoidal voltage supplied to the non-inverting input and the driven electrode DE. The output voltage V of the
比較例の「信号波形」欄に示すように、出力電圧Vは、正弦波電圧vと90°の位相ずれを有している。比較例の「信号波形」に、出力電圧Vの検波例として、抵抗成分の変化を検知するための同期スイッチ検波と、静電容量成分を検知するための移相スイッチ検波の2種類の波形例を示す。いずれの検波もスイッチング動作を伴う。 As shown in the "Signal Waveform" column of the comparative example, the output voltage V has a phase shift of 90° with the sinusoidal voltage v. In the "Signal Waveform" column of the comparative example, two types of waveform examples are shown as detection examples of the output voltage V: synchronous switch detection for detecting changes in the resistance component, and phase-shift switch detection for detecting the capacitance component. Both types of detection involve switching operations.
その結果、比較例では、次の問題がある。第1に、出力電圧Vの検波においてスイッチング動作が必要であるため、スイッチングを制御する制御信号のエッジ成分のスルーレートに劣化が発生すれば、同期検波後の信号に歪みや検波位相ずれが生じてしまい、検知精度が劣化するという問題がある。 As a result, the comparative example has the following problems. First, because a switching operation is required to detect the output voltage V, if degradation occurs in the slew rate of the edge component of the control signal that controls the switching, distortion or detection phase shift occurs in the signal after synchronous detection, resulting in a problem of degradation in detection accuracy.
第2に、出力電圧Vの感度が周波数fに依存するため、駆動信号に周波数変動が発生すれば、検知精度が劣化するという問題がある。 Secondly, because the sensitivity of the output voltage V depends on the frequency f, there is a problem that if frequency fluctuations occur in the drive signal, the detection accuracy deteriorates.
第3に、周波数fが高いほど出力電圧Vが増大するという周波数特性を有するため、外来の高周波ノイズの周波数が高いほど検知精度が劣化するという問題がある。 Thirdly, the higher the frequency f, the greater the output voltage V, which creates a problem in that the higher the frequency of the external high-frequency noise, the worse the detection accuracy becomes.
これに対して、図5の「実施の形態」の「回路構成」欄における電荷アンプ44は、図4で既に説明したように、センサ電極112の静電容量ΔCにより発生する電荷量の変化ΔQを検出し、当該電荷量の変化ΔQを出力電圧Vの変化として出力する。ΔQ0は、帰還容量素子Cを生じる帰還電荷であり、非反転入力と反転入力との仮想ショートの観点からΔQ0はΔQと等しい。電荷アンプ44の出力電圧Vは、V=(ΔC/C)×vで表される。Cは帰還容量素子の容量値である。この出力電圧Vは、静電容量ΔCに比例し、周波数fには依存しない。また、「信号波形」欄に示すように、出力電圧Vと正弦波電圧vとは位相差0であり、つまり同位相である。よって、スイッチング動作による同期検波ではなく、出力電圧Vと正弦波電圧vとを乗算する乗算検波が可能である。「信号波形」欄に、乗算検波の例として、第1乗算データ67と第2乗算データ68とを示す。第1乗算データ67は、出力電圧Vと正弦波電圧vとを乗算した結果を示し、センサ電極112の静電容量ΔCを表す。第2乗算データ68は、出力電圧Vの位相を90°シフトした波形
と正弦波電圧vとを乗算した結果を示し、センサ電極112の抵抗成分を表す。
In contrast, the
実施の形態1のステアリング把持センサ100では、乗算検波により上記の第1の問題が解決される。電荷アンプ44の出力電圧Vが正弦波電圧vの周波数依存性を有しないことから、上記の第2の問題と第3の問題が解決される。
In the steering grip sensor 100 of the first embodiment, the first problem is solved by multiplication detection. The output voltage V of the
以上説明してきたように実施の形態1に係るステアリング把持センサ100は、ステアリングのリムに沿う面状のドリブン電極113と、ドリブン電極113に対向する面状のセンサ電極112と、ドリブン電極113に正弦波電圧vを供給する正弦波生成部41と、帰還容量素子C11を有し、センサ電極112の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する電荷アンプ44と、正弦波電圧vと電荷アンプ44の出力電圧Vとを乗算する乗算処理部52と、乗算処理部52の乗算結果を積分することにより平滑化する積分器54と、平滑化された乗算結果のレベルに応じてステアリングへの把持の有無を判定する把持判定部56と、を備える。
As described above, the steering grip sensor 100 according to the first embodiment includes a planar driven
この構成によれば、周波数変動およびノイズの影響等による精度劣化を抑制し、検知精度を向上させることができる。 This configuration can reduce deterioration in accuracy due to frequency fluctuations and noise, and improve detection accuracy.
具体的には、第1に、電荷アンプの出力電圧は駆動信号としての正弦波電圧と同位相つまり位相差0であり、かつ、把持による容量の検波は乗算処理部の乗算検波によってなされる。これにより、従来技術のようなスイッチング動作が不要であることから、スイッチングによる位相ずれや信号歪みを抑制し、検知精度の劣化を抑制し、検知精度を向上させることができる。 Specifically, firstly, the output voltage of the charge amplifier is in phase with the sinusoidal voltage as the drive signal, i.e. the phase difference is zero, and the detection of the capacitance due to grasping is performed by multiplication detection in the multiplication processing unit. As a result, since there is no need for switching operations as in conventional technology, phase shifts and signal distortion due to switching can be suppressed, deterioration of detection accuracy can be suppressed, and detection accuracy can be improved.
第2に、電荷アンプの出力電圧の感度は、駆動信号としての正弦波電圧の周波数に依存しないので、正弦波信号に周波数変動が発生しても、検知精度の劣化を抑制することができる。 Secondly, the sensitivity of the output voltage of the charge amplifier does not depend on the frequency of the sine wave voltage used as the drive signal, so even if frequency fluctuations occur in the sine wave signal, deterioration of detection accuracy can be suppressed.
第3に、電荷アンプの出力電圧の大きさは、駆動信号としての正弦波電圧の周波数に依存しないので、外来の高周波ノイズによる検知精度の劣化を抑制することができる。 Thirdly, the magnitude of the output voltage of the charge amplifier does not depend on the frequency of the sinusoidal voltage used as the drive signal, so degradation of detection accuracy caused by external high-frequency noise can be suppressed.
なお、図4に示したステアリング把持センサ100において、制御プロセッサ50は、矩形波信号を、少なくとも3つの周波数に切り替え、ADC62およびADC63は、少なくとも3つの周波数毎に、第1デジタルデータおよび第2デジタルデータをメモリ57に格納してもよい。
In addition, in the steering grip sensor 100 shown in FIG. 4, the
これによれば、外乱ノイズの影響を受けた周波数に対応する第1および第2デジタルデータを使用せず、他の周波数の第1および第2デジタルデータを使用することを可能にする。また、外乱ノイズを避けるように周波数ホッピングすることを可能にする。 This makes it possible to use the first and second digital data of other frequencies without using the first and second digital data corresponding to the frequency affected by the disturbance noise. It also makes it possible to perform frequency hopping so as to avoid the disturbance noise.
また、ADC62およびADC63は、正弦波電圧の少なくとも2周期の波形に対応するように第1デジタルデータおよび第2デジタルデータを生成してもよい。 In addition, ADC62 and ADC63 may generate the first digital data and the second digital data to correspond to at least two periods of the waveform of the sinusoidal voltage.
これによれば、1周期を単位とするAD変換に比べて、検知精度を向上させることができる。 This allows for improved detection accuracy compared to AD conversion that uses one cycle as a unit.
なお、ADC62およびADC63は、正弦波電圧の少なくとも3周期の波形に対応するように第1デジタルデータおよび第2デジタルデータを生成し、乗算処理部52は、第1デジタルデータにおいて少なくとも3周期の波形を周期単位で比較し、最も値が外れた1周期のデジタルデータを破棄してもよい。
The
これによれば、最も値が外れた周期以外の周期のデータを利用するので、例えば、外乱ノイズの受けた周期のデジタルデータを破棄でき、検知精度を向上させることができる。 By using data from periods other than the period with the most deviant values, for example, digital data from periods affected by external noise can be discarded, improving detection accuracy.
また、ADC62およびADC63は、正弦波電圧の少なくとも3周期の波形に対応するように第1デジタルデータおよび第2デジタルデータを生成し、乗算処理部52は、第1デジタルデータにおいて少なくとも3周期の波形の周期毎に平均値および偏差を算出し、偏差がしきい値以上である場合は、当該周期のデジタルデータを破棄してもよい。
In addition, ADC62 and ADC63 generate first digital data and second digital data to correspond to at least three cycles of the waveform of the sine wave voltage, and
これによれば、外乱ノイズを含む周期のデータを破棄するので、耐ノイズ性向上、高精度化を図ることができる。 This allows data from periods that contain disturbance noise to be discarded, improving noise resistance and increasing accuracy.
さらに、乗算処理部52は、偏差がしきい値以上である周期が、所定数連続する場合は、矩形波信号の周波数を変更してもよい。
Furthermore, the
これによれば、外乱ノイズが継続する場合に、矩形波信号および正弦波電圧の周波数変更によって外乱ノイズの影響を低減することができる。 With this, when disturbance noise continues, the effect of the disturbance noise can be reduced by changing the frequency of the square wave signal and the sine wave voltage.
(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1に加えて、ステアリング把持センサ100の環境変化に起因する動作の変動を抑制する補正処理と、動作が正常か否かを監視する故障監視とを行う構成について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, in addition to the first embodiment, a configuration is described that performs a correction process for suppressing fluctuations in the operation of the steering grip sensor 100 due to environmental changes, and fault monitoring for monitoring whether the operation is normal or not.
上記の環境変化とは、具体的には、図3の表皮11の抵抗値の変化、ドリブン電極113の容量変化、ウレタン層13の抵抗値の変化等を含む。
The above-mentioned environmental changes specifically include changes in the resistance value of the
例えば、表皮11の抵抗値は、表皮11の温湿度に依存する温湿度依存特性を有する。この表皮11の温湿度依存特性を利用して、ステアリング把持センサ100は、センサ電極112および表皮11の抵抗変化を検出することにより、温湿度センサなしで実質的に温湿度を検出することになる。検出した抵抗変化により、温湿度特性に対する補正をすることができる。ここで、温湿度とは、温度と湿度の両方、温度、または、湿度の何れかを意味するものと定義する。この定義は、表皮11の素材に依存する。
For example, the resistance value of the
また、ドリブン電極113は、ウレタン層13を挟んでリム31と対向し、あるいは、ウレタン層13を挟んでリム31に巻き付けられる。それゆえ、ドリブン電極113とリム31はキャパシタを形成する。リム31が接地されているので、ドリブン電極113とリム31とで形成されるキャパシタは、一定の容量値を有する。ただし、この容量値は、ウレタン層13の温湿度に依存して変化する特性を有する。この温湿度依存特性を利用して、ステアリング把持センサ100は、ドリブン電極113の容量変化を検出することによりドリブン電極113およびウレタン層13の温湿度を検出することになる。これにより、温湿度センサがなくても、温湿度特性に対する補正をすることができる。
The driven
図6は、実施の形態2におけるステアリング把持センサ100の回路構成の一例を示すブロック図である。同図は、図4と比較して、センサ端子T1~T3、減衰切替器42、電荷アンプ43、マルチプレクサ45、選択制御端子Tc、AD端子Td、AD端子Te、CHK端子Tg、出力監視端子Th、ADC60、タイミング生成部61、ADC64、第3デジタルデータ74、乗算器66、第2乗算データ68、第3乗算データ69、故障監視部53、および補正部55が追加された点と、差動増幅器46にバンドパスフィルタが追加された点とが主に異なっている。
Figure 6 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the steering grip sensor 100 in the second embodiment. The main differences compared to Figure 4 are that sensor terminals T1 to T3,
以下同じ点の説明の重複を避けて、異なる点を中心に説明する。 In the following, we will avoid repeating the same points and focus on the differences.
センサ端子T1~T4は、ステアリングカバー110内に、センサ電極112とドリブン電極113とのペアを4ペア備える場合に、4つのセンサ電極112を接続する端子である。
Sensor terminals T1 to T4 are terminals that connect the four
減衰切替器42は、正弦波生成部41から電荷アンプ43を介してドリブン電極113に供給される正弦波電圧を減衰または増幅するか、減衰および増幅なしでそのまま通過させるかを切り替える。
The
電荷アンプ43は、帰還容量素子C21を有し、環境変化によりドリブン電極113に発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する。そのため、電荷アンプ43は、帰還容量素子C21、オペアンプA21、抵抗素子R21、R22、および、容量素子C12を含む。この電荷アンプ43は、既に説明した電荷アンプ44と同様である。なお、ステアリング把持センサ100は、電荷アンプ43の代わりに、図5に示した電流アンプ47を備えてもよい。この場合、電流アンプ47は、環境変化によりドリブン電極113に発生する電流の変化を検出し、当該電流の変化を電圧の変化として出力する。
The charge amplifier 43 has a feedback capacitance element C21, detects a change in the amount of charge generated in the driven
マルチプレクサ45は、センサ端子T1~T4の1つを選択して電荷アンプ44の第2入力端子I2に接続する。この選択は、制御部51から選択制御端子Tcを介して入力される選択制御信号に従う。なお、マルチプレクサ45は4対1でなくてもよく、M対1の接続を切り替える構成であってもよい。Mは、2、3または5以上の整数でよく、センサ電極112とドリブン電極113とのペア数よりも大きい整数である。
The
なお、図6の構成では、ドリブン電極113は各ペアに配置されるとともに、電気的には全てが接続される構成としている。したがって、ドリブン電極113は、単一の駆動端子T5に接続されている。しかし、このような構成に限定されるものではなく、例えば各ペアのドリブン電極113が他のマルチプレクサにより選択されて駆動端子T5と接続されるようにしてもよい。この場合、マルチプレクサ45で選択されたセンサ電極112とペアになるドリブン電極113が他のマルチプレクサで選択されるようにすればよい。
In the configuration of FIG. 6, the driven
選択制御端子Tcは、マルチプレクサ45の制御端子に接続され、制御部51から出力される選択制御信号を入力する。
The selection control terminal Tc is connected to the control terminal of the
AD端子Tdは、電荷アンプ43の出力端子に接続され、ADC64にアナログ信号を入力するための端子である。
The AD terminal Td is connected to the output terminal of the charge amplifier 43 and is a terminal for inputting an analog signal to the
AD端子Teは、正弦波生成部41に接続され、ADC60にアナログ信号の正弦波電圧を入力するための端子である。
The AD terminal Te is connected to the sine
CHK端子Tgは、故障監視部53からチェック信号を減衰切替器42に伝達するための端子である。チェック信号は、減衰切替器42による正弦波電圧の減衰または増幅をしない通常監視モードではローレベルであり、正弦波電圧の減衰または増幅を行う一時監視モードではハイレベルである。
The CHK terminal Tg is a terminal for transmitting a check signal from the
出力監視端子Thは、出力端子o1からの出力信号を故障監視部53に伝達するための端子である。
The output monitoring terminal Th is a terminal for transmitting the output signal from the output terminal o1 to the
ADC60は、正弦波生成部41からの正弦波電圧をAD変換し、AD変換結果をタイ
ミング生成部61に出力する。このAD変換結果は、ADC63のAD変換結果とは用途が異なる。ADC60のAD変換結果は、正弦波電圧の波形に同期したタイミング信号の生成に利用される。そのため、ADC60は、ADC63よりも高いレートでサンプリングする。
The ADC 60 performs AD conversion on the sine wave voltage from the sine
タイミング生成部61は、ADC60のAD変換結果に基づいて、正弦波電圧の波形に同期したタイミング信号を生成する。このタイミング信号は、ADC62~63のサンプリングクロック信号を含む。なお、タイミング生成部61は、タイミング信号を制御部51からの矩形波信号(つまりPWM信号)に同期するように生成してもよい。この場合、ADC60は、備えなくてもよい。
The
ADC64は、電荷アンプ43の出力電圧を、タイミング生成部61からのタイミング信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第3デジタルデータ74としてメモリ57に格納する。
The
第3デジタルデータ74は、電荷アンプ43の出力電圧のN周期の波形に対応する。ここで、Nは、第1デジタルデータ72に含まれる周期の数と同じである。
The third
乗算器65は、図4と同様に、第1デジタルデータ72と、第2デジタルデータ73とを乗算し、乗算結果を第1乗算データ67としてメモリ57に格納する。第1乗算データ67は、センサ電極112の静電容量ΔCに対応する。
As in FIG. 4, the
これに加えて、乗算器65は、第1デジタルデータ72の波形の位相を90°シフトし、シフトした第1デジタルデータ72と第2デジタルデータ73とを乗算し、乗算結果を第2乗算データ68としてメモリ57に格納する。
In addition, the
第2乗算データ68は、センサ電極112の環境変化、例えば、表皮11の温湿度に依存する抵抗成分に対応する。
The
乗算器66は、第2デジタルデータ73と第3デジタルデータ74とを乗算し、乗算結果を第3乗算データ69としてメモリ57に格納する。
The
第3乗算データ69は、ドリブン電極113の環境変化、例えば、温湿度に応じて変動するウレタン層13の容量値に対応する。
The
補正部55は、第2乗算データ68および第3乗算データ69を環境変化の指標として、環境変化による変動を抑制する補正処理を行う。補正部55は、補正処理として、例えば、把持判定部56における判定用のしきい値th1およびth2を補正する。また、補正部55は、補正処理として、積分器54により平滑化したレベルを補正してもよい。なお、補正部55は、第2乗算データ68および第3乗算データ69を平滑化し、平滑化した第2乗算データ68および平滑化した第3乗算データ69を指標としてもよい。
The
補正処理により、例えば、センサ電極112を覆う絶縁体である表皮11の抵抗値が温湿度に応じて変化する特性を有する場合に、当該変動を抑制して検知精度を向上させることができる。この例では、具体的には、気温に応じて、ステアリングを把持する掌からの汗が表皮11に浸透することに起因した表皮11の絶縁抵抗の変化が挙げられる。また、例えば、ドリブン電極113に接する絶縁体であるウレタン層13の容量値が湿度または温度に応じて変動する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向上させることができる。この例では、具体的には、ステアリング周囲の気温や湿度に基づいて、ウレタン層13が湿気を吸収することに起因したウレタン層13の誘電率の変
化が挙げられる。
By the correction process, for example, when the resistance value of the
故障監視部53は、減衰切替器42による正弦波電圧の減衰または増幅を伴わない通常監視モードと、正弦波電圧の減衰または増幅を伴う一時監視モードとを有し、故障の有無を診断する。故障監視部53は、通常監視モードにおいて、ドリブン電極113の地絡、およびセンサ電極112の地絡の有無を診断する。また、故障監視部53は、一時監視モードにおいて、ドリブン電極113の断線、センサ電極112の断線、および前記ドリブン電極113とセンサ電極112との短絡の有無を診断する。なお、ドリブン電極113の断線には、ドリブン電極113に接続されるケーブルの断線と、面状のドリブン電極113の破断に伴う電極断線の2種類がある。センサ電極112の断線には、センサ電極112に接続されるケーブルの断線と、面状のセンサ電極112の破断に伴う電極断線の2種類がある。以下の説明で、単に断線と記載した場合は、2種類の断線の両方を指すものとする。
The
次に、故障監視部53による故障診断について説明する。
Next, we will explain fault diagnosis by the
図7は、実施の形態2における故障診断の説明図である。また、図8は、実施の形態2における故障診断時の各種波形を示す図である。
Figure 7 is an explanatory diagram of fault diagnosis in
図7の横欄は、故障診断で検出される故障の種別を示す。縦欄は、故障時の信号変化と故障監視モード(通常監視モードと一時監視モード)ごとの故障診断可否を示す。なお、通常監視モードとは、ステアリング把持センサ100が、通常、把持を検出するために動作している状態で故障を監視するモードである。一時監視モードとは、把持を検出する動作を一時的に停止して、故障を監視する状態にするモードである。 The horizontal columns in Figure 7 indicate the types of faults detected by fault diagnosis. The vertical columns indicate the signal changes during a fault and whether fault diagnosis is possible for each fault monitoring mode (normal monitoring mode and temporary monitoring mode). Note that the normal monitoring mode is a mode in which the steering grip sensor 100 monitors for faults while normally operating to detect gripping. The temporary monitoring mode is a mode in which the operation to detect gripping is temporarily stopped and fault monitoring is enabled.
故障監視部53は、ドリブン電極113について、断線、地絡つまりGNDとのショート、および、センサ電極112とのショートのいずれかの発生の有無を診断する。ただし、故障が、断線、地絡つまりGNDとのショート、および、センサ電極112とのショートの何れであるかその種別までは診断できない。
The
また、故障監視部53は、センサ電極112について、断線、地絡つまりGNDとのショート、および、ドリブン電極113とのショートのいずれかの発生の有無を診断する。ただし、故障が、断線、地絡つまりGNDとのショート、および、ドリブン電極113とのショートの何れであるかその種別までは診断できない。
図8は、CHK信号、正弦波電圧v、電荷アンプ43、44の出力、差動増幅器46の出力、および、乗算処理部52の出力(乗算結果)を示す。なお、図8では、CHK信号がハイレベルの時に一時監視モードとなり、正弦波電圧vが減衰する例を示す。
Figure 8 shows the CHK signal, the sine wave voltage v, the outputs of the
以下、図7、図8を参照しながら、故障監視部53の各故障診断の具体例を説明する。
Below, specific examples of each fault diagnosis by the
まず、図7に示すように、センサ電極112、および、ドリブン電極113とも、ケーブル断線については、通常監視モードでは検知不可であるので、図8に示すように、故障監視部53は、把持検知の間の、既定のタイミング(例えば0.3秒に1回)でCHK信号に示すように、一時監視モードに切り替える。一時監視モードでの差動増幅器46の出力が、正常時における一時監視モードでの出力に比べ、振幅変化が小さくなっていれば、故障監視部53はケーブルが断線していると判断する。
First, as shown in FIG. 7, cable breaks cannot be detected in the normal monitoring mode for both the
なお、差動増幅器46の出力に代えて、一時監視モードで乗算処理部52の出力(乗算結果)を取り込み、正常時における一時監視モードでの出力(乗算結果)に比べ、乗算結
果がAに近づいていれば、故障監視部53はケーブルが断線していると判断してもよい。ここで、Aは通常時の非把持状態における乗算結果であると定義する。
Incidentally, instead of the output of the
次に、図7に示すように、センサ電極112、および、ドリブン電極113とも、電極断線については、通常監視モードでは検知不可であるので、図8に示すように、故障監視部53は、把持検知の間の、既定のタイミング(例えば0.3秒に1回)でCHK信号に示すように、一時監視モードに切り替える。一時監視モードでの差動増幅器46の出力が、正常時における一時監視モードでの出力に比べ、振幅が減少していれば、故障監視部53は電極が断線していると判断する。ここで、振幅の減少とは、図8の差動増幅器46の出力における一時監視モードでの正常時の振幅に比べ、振幅が小さくなることを意味する。振幅の小さくなる程度は、センサ電極112、および、ドリブン電極113の破断に伴う断線した位置により変化し、電極断線部分がケーブルに近いほど、振幅は小さくなる。
Next, as shown in FIG. 7, electrode breakage cannot be detected in the normal monitoring mode for both the
なお、一時監視モードでの差動増幅器46の出力に代えて、乗算処理部52の出力(乗算結果)を取り込み、正常時における一時監視モードでの出力(乗算結果)に比べ、乗算結果が小さくなっていれば、故障監視部53は電極が断線していると判断してもよい。ここで、乗算結果が小さくなる程度は、センサ電極112、および、ドリブン電極113の破断に伴う断線した位置により変化し、電極断線部分がケーブルに近いほど、乗算結果は小さくなる。
In addition, instead of the output of the
次に、図7に示すように、センサ電極112、および、ドリブン電極113がGNDショートしているかを判断する際には、通常監視モードで検知可であるので、図8に示すように、故障監視部53は通常の把持検出時に電荷アンプ43、44の出力が正常時よりも低下しているかを判断する。この時、判断精度を向上させるために、故障監視部53は電荷アンプ43、44の出力を平均化し、その平均値が正常時に比べて低い側へオフセットしていることで、センサ電極112、および、ドリブン電極113がGNDショートしていると判断してもよい。
Next, as shown in FIG. 7, when determining whether the
なお、GNDショートは、一時監視モードでも検知可であるので、故障監視部53は一時監視モード時であってもGNDショートを判断してもよい。
Note that since a GND short can be detected even in the temporary monitoring mode, the
次に、図7に示すように、センサ電極112とドリブン電極113とがショートしているかを判断する際には、GNDショート判断時と同様に、通常監視モードで検知可であるので、図8に示すように、故障監視部53は通常の把持検出時に電荷アンプ43、または電荷アンプ44の出力が正常時よりも低下しているかを判断する。この時、判断精度を向上させるために、故障監視部53は電荷アンプ43、または電荷アンプ44の出力を平均化し、その平均値が正常時に比べて低い側へオフセットしていることで、センサ電極112とドリブン電極113とがショートしていると判断してもよい。
Next, as shown in FIG. 7, when determining whether the
なお、センサ電極112とドリブン電極113とのショートは、一時監視モードでも検知可であるので、故障監視部53は一時監視モード時であってもセンサ電極112とドリブン電極113とのショートを判断してもよい。
In addition, since a short circuit between the
ここで、図7および図8中の(*1)は、一時監視モードにおいて、差動増幅器46からの出力(センス信号)の振幅変化により診断されることを意味する。(*2)は、通常監視モード、あるいは一時監視モードのいずれであっても、電荷アンプ44の出力(センス信号)または電荷アンプ43の出力(ドリブン信号)、あるいはその平均値が故障時(異常時)にオフセットすることにより診断されることを意味する。(*1)の診断を行う意義は次のとおりである。通常監視モードにおいて、故障時の差動増幅器46の出力(センス信号)のレベルはほとんど変化しないため、故障診断が困難である。これに対して、故障監視部53は、一時監視モードにおいて、正弦波電圧を減衰または増幅することによって、故障時(異常時)には、本来発生すべき振幅(レベル変化)が小さくなるので、故障診断を容易にすることができる。なお、乗算処理部52の出力(乗算結果)も、一時監視モードにおいて、正常時に比べ、故障時(異常時)に小さくなるので、これにより故障監視部53が故障診断を行ってもよい。
Here, (*1) in FIG. 7 and FIG. 8 means that in the temporary monitoring mode, diagnosis is made based on the change in amplitude of the output (sense signal) from the
以上説明してきたように、実施の形態2に係るステアリング把持センサ100は、さらに、故障を監視する故障監視部53と、正弦波電圧を減衰または増幅する減衰切替器42を備え、故障監視部53は、減衰切替器42による正弦波電圧の減衰または増幅を伴わない通常監視モードと、正弦波電圧の減衰または増幅を伴う一時監視モードとを有し、故障監視部53は、通常監視モードにおいて、ドリブン電極113の地絡、およびセンサ電極112の地絡を監視し、一時監視モードにおいて、ドリブン電極113の断線、センサ電極112の断線、およびドリブン電極113と前記センサ電極112との短絡を監視する。
As described above, the steering grip sensor 100 according to the second embodiment further includes a
ここで、故障監視部53は、減衰切替器42における減衰率および増幅率を制御してもよい。
Here, the
これによれば、減衰率または増幅率を制御することにより、ステアリング把持センサの性能検査を可能にする。また、ステアリング把持センサの個体ごとのバラツキに応じて適切な減衰率や増幅率を設定可能である。 This makes it possible to test the performance of the steering grip sensor by controlling the attenuation rate or amplification rate. It is also possible to set an appropriate attenuation rate or amplification rate according to the individual variations in the steering grip sensor.
ここで、ステアリング把持センサ100は、センサ電極112に発生する電荷量の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部55と備え、乗算処理部52は、さらに、電荷アンプ44の出力電圧の位相を90度シフトし、正弦波電圧とシフトした出力電圧とを乗算し、乗算結果を環境変化の指標として補正部55に出力してもよい。
Here, the steering grip sensor 100 is equipped with a
これによれば、例えば、センサ電極112を覆う絶縁体である表皮11の抵抗値が温湿度に応じて変化する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向上させることができる。
As a result, for example, if the resistance value of the
ここで、ステアリング把持センサ100は、さらに、帰還容量素子C21を有する他の電荷アンプであって、環境変化によりドリブン電極113に発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する他の電荷アンプ43と、ドリブン電極113に発生する電荷量の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部55と、を備え、乗算処理部52は、さらに、正弦波電圧と他の電荷アンプ43の出力電圧とを乗算し、乗算結果を環境変化の指標として補正部55に出力してもよい。
Here, the steering grip sensor 100 further includes another charge amplifier 43 having a feedback capacitance element C21, which detects a change in the amount of charge generated in the driven
これによれば、例えば、ドリブン電極113に接する絶縁体であるウレタン層13の容量値が湿度または温度に応じて変動する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向上させることができる。
As a result, for example, if the capacitance value of the
ここで、ステアリング把持センサ100は、さらに、帰還抵抗素子Rを有し、ドリブン電極113に発生する電流の変化を電圧の変化として出力する電流アンプ47と、ドリブン電極113に発生する電流の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部と.を備え、乗算処理部52は、さらに、正弦波電圧と電流アンプ47の出力電圧とを乗算し、乗算結果を環境変化の指標として補正部55に出力してもよい。
Here, the steering grip sensor 100 further includes a
これによれば、例えば、ドリブン電極113に接する絶縁体の抵抗値が湿度または温度に応じて変動する特性を有する場合に、当該変動を抑制する補正処理により検知精度を向
上させることができる。
According to this, for example, when the resistance value of the insulator in contact with the driven
(実施の形態3)
実施の形態3では、実施の形態2に加えて、電荷アンプ44の動作が正常か否かおよび差動増幅器46の動作が正常か否かを監視する故障監視を行う構成について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, in addition to the second embodiment, a configuration will be described in which failure monitoring is performed to monitor whether or not charge
図10は、実施の形態3におけるステアリング把持センサ100の回路構成の一例を示すブロック図である。同図は、図6と比較して、電荷供給回路48、CHK端子Tiが追加された点が主に異なっている。
Figure 10 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the steering grip sensor 100 in
以下同じ点の説明の重複を避けて、異なる点を中心に説明する。 In the following, we will avoid repeating the same points and focus on the differences.
電荷供給回路48は、並列接続された抵抗R43とコンデンサC41と、スイッチS41からなる。
The
抵抗R43およびコンデンサC41からなる並列回路の一端は,スイッチS41の一端に接続される。この並列回路の他端は,グランド線に接続される。 One end of the parallel circuit consisting of resistor R43 and capacitor C41 is connected to one end of switch S41. The other end of this parallel circuit is connected to the ground line.
スイッチS41の一端は、抵抗R43とコンデンサC41との並列回路の一端に接続される。スイッチS41の他端は、マルチプレクサ45の出力端子と電荷アンプ44の第2入力端子I2とを接続する配線に接続される。スイッチS41は、故障監視部53からの第2チェック信号に応じてONまたはOFFされる。スイッチS41がONした場合に、電荷アンプ44の第2入力端子I2への入力値が変化する。なお、抵抗R43の抵抗値とコンデンサC41の容量値は予め定められる。この回路構成により、電荷供給回路48は、故障監視用の動作モードにおいてテスト用の電荷を電荷アンプ44に供給する。すなわち、電荷供給回路48は、故障監視用の動作モードにおいて、スイッチS41がONすることにより、所定量の電荷を電荷アンプ44の第2入力端子I2に供給する。所定量の電荷は、動作が正常か否かを判定するために予め設定され、抵抗R43の抵抗値とコンデンサC41の容量値によって定められる。
One end of the switch S41 is connected to one end of a parallel circuit of the resistor R43 and the capacitor C41. The other end of the switch S41 is connected to a wire connecting the output terminal of the
CHK端子Tiは、故障監視部53から第2チェック信号を電荷供給回路48に伝達するための端子である。第2チェック信号は、通常時はローレベルであり、電荷アンプ44の動作が正常か否かを監視する場合ではハイレベルである。なお、第2チェック信号がローレベルの場合、スイッチS41はOFFであり、ハイレベルの場合、スイッチS41はONとなる。
The CHK terminal Ti is a terminal for transmitting the second check signal from the
なお、電荷アンプ44の動作が正常か否かおよび差動増幅器46の動作が正常か否かを監視する場合、マルチプレクサ45は、センサ端子T1~T4の何れか1つと接続されていても良いし、センサ端子T1~T4の何れにも接続されないオフ状態であってもよい。
When monitoring whether the
故障監視部53は、故障監視用の動作モードにおいて電荷アンプ44および差動増幅器46の動作が正常か否かを監視する。
The
まず、故障監視部53による電荷アンプ44の動作監視について説明する。
First, we will explain how the
なお、故障監視部53は、ユーザによるステアリングホイール3の把持が行われないタイミング(例えば、車両1のイグニッションがONされたタイミング、または、ユーザがステアリングホイール3を把持していないことを検出した直後など)に電荷アンプ44および差動増幅器46の動作が正常か否かを監視する。
The
まず、故障監視部53は、第2チェック信号がローレベルの状態、言い換えると、スイッチS41がOFFの状態で、出力監視端子Thを介して出力端子o1からの出力信号を受信し、メモリ57に記憶する。
First, when the second check signal is at a low level, in other words when the switch S41 is in an OFF state, the
次に、故障監視部53は、第2チェック信号をハイレベルとすることで、スイッチS41をONさせ、スイッチS41がONの状態で、出力端子o1からの出力信号を受信する。
Next, the
そして、メモリ57に記憶された、スイッチS41がOFFの状態のときの出力端子o1からの出力信号と、スイッチS41がONの状態のときの出力端子o1からの出力信号と、を比較し、変化量を算出する。
Then, the output signal from output terminal o1 when switch S41 is OFF, which is stored in
ここで、上述の通り、抵抗R43の抵抗値とコンデンサC41の容量値は予め定められているため、スイッチS41がOFFからONとなったときの出力端子o1からの出力信号の変化量は予測可能である。 As described above, the resistance value of resistor R43 and the capacitance value of capacitor C41 are predetermined, so the amount of change in the output signal from output terminal o1 when switch S41 changes from OFF to ON is predictable.
そのため、故障監視部53は、算出した変化量と、予め予測される変化量とを比較し、算出した変化量が、予め予測される変化量よりも所定量以内の場合、電荷アンプ44の動作が正常であると判断し、予め予測される変化量よりも所定量以上乖離している場合、電荷アンプ44の動作が正常でないと判断する。
Therefore, the
次に、故障監視部53による差動増幅器46の動作監視について説明する。
Next, we will explain how the
故障監視部53は、電荷アンプ44の動作が正常であると判断した場合、差動増幅器46の動作が正常か否かを監視する。
When the
まず、故障監視部53は、第2チェック信号がローレベルの状態、言い換えると、スイッチS41がOFFの状態で、AD端子Taを介して、差動増幅器46の出力端子からの出力信号を受信し、メモリ57に記憶する。
First, when the second check signal is at a low level, in other words, when the switch S41 is OFF, the
次に、故障監視部53は、第2チェック信号をハイレベルとすることで、スイッチS41をONさせ、スイッチS41がONの状態で、差動増幅器46の出力端子からの出力信号を受信する。
Next, the
そして、メモリ57に記憶された、スイッチS41がOFFの状態のときの差動増幅器46からの出力信号と、スイッチS41がONの状態のときの差動増幅器46からの出力信号と、を比較し、変化量を算出する。
Then, the output signal from the
ここで、上述の通り、抵抗R43の抵抗値とコンデンサC41の容量値は予め定められており、且つ、電荷アンプ44の動作が正常であるため、スイッチS41がOFFからONとなったときの差動増幅器46からの出力信号の変化量は予測可能である。
As described above, the resistance value of resistor R43 and the capacitance value of capacitor C41 are predetermined, and the operation of
そのため、故障監視部53は、算出した変化量と、予め予測される変化量とを比較し、算出した変化量が、予め予測される変化量よりも所定量以内の場合、差動増幅器46の動作が正常であると判断し、予め予測される変化量よりも所定量以上乖離している場合、差動増幅器46の動作が正常でないと判断する。
Therefore, the
以上説明してきたように、実施の形態3に係るステアリング把持センサ100は、さらに、電荷供給回路48を備え、電荷アンプ44および差動増幅器46の動作が正常か否かを監視することを可能とする。
As described above, the steering grip sensor 100 according to the third embodiment further includes a
なお、上記実施の形態3に限らず、先に、スイッチS41をONさせて、出力端子o1または差動増幅器46からの出力信号をメモリ57に記憶させて後に、スイッチS41をOFFさせて、出力端子o1または差動増幅器46からの出力信号を受信し、メモリ57に記憶された出力信号のデータと比較してもよい。
In addition, without being limited to the above-mentioned
(実施の形態4)
実施の形態4では、実施の形態2、または実施の形態3に加えて、ステアリング把持センサ100の環境変化に起因する動作の変動を抑制する補正処理を行う構成について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, in addition to the second or third embodiment, a configuration for performing a correction process for suppressing fluctuations in the operation of the steering grip sensor 100 due to environmental changes will be described.
実施の形態4における環境変化とは、具体的には、温度と湿度の両方、温度、または、湿度の何れかの変化による、誘電体層12の抵抗値の変化、センサ電極112の容量変化、ウレタン層13の抵抗値の変化等を含む。以下では、温湿度は、温度と湿度の両方、温度、または、湿度の意味であるものとする。
In the fourth embodiment, the environmental changes specifically include changes in both temperature and humidity, or changes in either temperature or humidity, such as changes in the resistance value of the
センサ電極112は、誘電体層12などを挟んでリム31に巻き付けられる。リム31が接地されているので、換言すると、センサ電極112は、抵抗Rxを介してGNDと接続されている。この抵抗Rxは、センサ電極112からGNDに至るまでに介在する誘電体層12の抵抗成分などに基づく寄生抵抗である。抵抗Rxは、温湿度に依存する温湿度依存特性を有する。
The
センサ電極112は、ウレタン層13などを挟んでリム31と対向し、あるいは、ウレタン層13などを挟んでリム31に巻き付けられる。それゆえ、センサ電極112とリム31はキャパシタCxを形成する。リム31が接地されているので、センサ電極112とリム31とで形成されるキャパシタCxは、一定の容量値を有する。ただし、この容量値は、誘電体層12およびウレタン層13などの温湿度に依存して変化する特性を有する。
The
ここで、抵抗RxとキャパシタCxは相関関係を有する。この相関関係が、例えば、温湿度に依存して、抵抗Rxの抵抗値およびキャパシタCxの容量値が変化しても、ステアリング把持センサ100による把持の有無の判定に影響を及ぼしにくい相関関係(以下、設計目標関係)となるように、誘電体層12およびウレタン層13などが設けられることが好ましい。 しかしながら、製品の個体のばらつき、または、経年劣化などにより、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が、設計目標関係から乖離する場合がある。
Here, resistor Rx and capacitor Cx have a correlation. It is preferable that the
実施の形態4のステアリング把持センサ100では、製品の個体のばらつき、または、経年劣化などにより、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が、設計目標関係から乖離することを抑制する補正処理を行う。これにより、ひいては、ステアリング把持センサ100の環境変化に起因する動作の変動を抑制する。 The steering grip sensor 100 of the fourth embodiment performs a correction process to prevent the correlation between the resistor Rx and the capacitor Cx from deviating from the design target relationship due to individual product variations or deterioration over time. This ultimately prevents fluctuations in the operation of the steering grip sensor 100 due to changes in the environment.
図11は、実施の形態4におけるステアリング把持センサ100の回路構成の一例を示すブロック図である。同図は、図10と比較して、可変抵抗Rv、補正制御端子Tkが追加された点が主に異なっている。 Figure 11 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the steering grip sensor 100 in embodiment 4. This figure differs from Figure 10 mainly in that a variable resistor Rv and a correction control terminal Tk are added.
以下同じ点の説明の重複を避けて、異なる点を中心に説明する。 In the following, we will avoid repeating the same points and focus on the differences.
可変抵抗Rvは、マルチプレクサ45の出力端子と電荷アンプ44の第2入力端子I2と接続する配線と、GND(シグナルグランド)配線の間に接続される。そして、補正制御端子Tkを介して補正部55から出力された補正制御信号に応じて、抵抗値が変わる可変抵抗器である。
The variable resistor Rv is connected between the wiring that connects the output terminal of the
補正制御端子Tkは、補正部55から補正制御信号を可変抵抗Rvに伝達するための端子である。
The correction control terminal Tk is a terminal for transmitting a correction control signal from the
補正部55は、第2乗算データ68と第3乗算データ69から、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が設計目標関係から所定以上離れているか否かを判定する。
The
具体的には、次のように判定する。第2乗算データ68及び第3乗算データ69、並びに、抵抗Rx及びキャパシタCxは関係性がある。そのため、例えば温度および湿度ごとに、ユーザによるステアリングホイール3の把持が行われない場合の設計目標関係に対応した第2乗算データ68と第3乗算データ69を保持しておく。そして、(1)現在のユーザによるステアリングホイール3の把持が行われない場合の第2乗算データ68および第3乗算データ69と、(2)現在の温度および湿度と同じ条件で且つ、ユーザによるステアリングホイール3の把持が行われない場合の第2乗算データ68および第3乗算データ69と、の(1)と(2)が所定以上離れている場合、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が設計目標関係から所定以上離れていると判断する。
Specifically, the determination is made as follows. There is a relationship between the
抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が設計目標関係から所定以上離れている場合、補正部55は、可変抵抗Rvの抵抗値を変化させることで、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が設計目標関係に近づくように補正を行う。
When the correlation between resistor Rx and capacitor Cx deviates from the design target relationship by a predetermined amount or more, the
具体的には、例えば、キャパシタCxの容量値に対し、抵抗Rxの抵抗値が小さく、設計目標関係から離れている場合、可補正部55は、可変抵抗Rvへ補正制御信号を伝達し、可変抵抗Rvの抵抗値を大きくする。
Specifically, for example, if the resistance value of resistor Rx is small relative to the capacitance value of capacitor Cx and deviates from the design target relationship, the
ここで、抵抗Rxと可変抵抗Rvの合成抵抗Rsは、式1で表される。
Here, the combined resistance Rs of the resistor Rx and the variable resistor Rv is expressed by
キャパシタCxの容量値に対し、合成抵抗Rsの抵抗値が設計目標関係の抵抗値に近づくように可変抵抗Rvの抵抗値を大きくすることにより、設計目標関係から乖離することを抑制することが可能となる。 By increasing the resistance value of the variable resistor Rv so that the resistance value of the combined resistor Rs approaches the resistance value of the design target relationship relative to the capacitance value of the capacitor Cx, it is possible to prevent deviation from the design target relationship.
同様に、例えば、キャパシタCxの容量値に対し、抵抗Rxの抵抗値が大きく、設計目標関係から離れている場合、可補正部55は、可変抵抗Rvへ補正制御信号を伝達し、可変抵抗Rvの抵抗値を小さくすることで、合成抵抗Rsの抵抗値を設計目標関係の抵抗値に近づける。
Similarly, for example, if the resistance value of resistor Rx is large relative to the capacitance value of capacitor Cx and deviates from the design target relationship, the
図12は、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係の一例を示す図である。縦軸はキャパシタCxの容量値、横軸は抵抗Rxまたは合成抵抗Rsの抵抗値を示す。実線L0は、設計目標関係を示し、例えば、工場出荷時に初期状態における相関関係、または、常温時における相関関係を示す。破線L1および破線L2は、製品の個体のばらつき、または、経年劣化などにより、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が、設計目標関係から乖離したケースを示す。補正部55は、可変抵抗Rvの抵抗値を増減させることにより、合成抵抗Rsの抵抗値を補正する。図中の矢線に示すように補正により、設計目標関係から乖離した破線L1またはL2の状態を、実線L0の設計目標関係に近づけることができる。
Figure 12 is a diagram showing an example of the correlation between resistor Rx and capacitor Cx. The vertical axis shows the capacitance value of capacitor Cx, and the horizontal axis shows the resistance value of resistor Rx or combined resistor Rs. Solid line L0 shows the design target relationship, for example, the correlation in the initial state at the time of shipment from the factory, or the correlation at room temperature. Dashed lines L1 and L2 show cases in which the correlation between resistor Rx and capacitor Cx deviates from the design target relationship due to individual product variations or deterioration over time. The
このような構成により、製品の個体のばらつき、または、経年劣化などにより、抵抗RxとキャパシタCxの相関関係が、設計目標関係から乖離することを抑制する補正処理を行え、ひいては、ステアリング把持センサ100の環境変化に起因する動作の変動を抑制することが可能となる。 This configuration allows for correction processing to be performed that prevents the correlation between resistor Rx and capacitor Cx from deviating from the design target relationship due to individual product variations or deterioration over time, and ultimately makes it possible to suppress fluctuations in operation of the steering grip sensor 100 caused by environmental changes.
なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態のステアリング把持センサなどを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。 In each of the above embodiments, each component may be configured with dedicated hardware, or may be realized by executing a software program suitable for each component. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or semiconductor memory. Here, the software that realizes the steering grip sensor and the like in each of the above embodiments is a program such as the following.
すなわち、このプログラムは、コンピュータに、ステアリングのリムに沿う面状のドリブン電極と、前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極とを備えるステアリング把持センサにおける把持検知方法を実行させる。把持検知方法は、前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給し、帰還容量素子を有する電荷アンプによって、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、前記電荷アンプによって、検出した当該電荷量の変化を電圧の変化とする出力電圧を生成し、前記正弦波電圧と前記電荷アンプの前記出力電圧とを乗算し、前記乗算結果を積分することにより平滑化し、平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する。 That is, this program causes a computer to execute a grip detection method for a steering grip sensor that includes a planar driven electrode that follows the rim of the steering wheel and a planar sensor electrode that faces the driven electrode. The grip detection method includes supplying a sine wave voltage to the driven electrode, detecting a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode using a charge amplifier having a feedback capacitance element, generating an output voltage in which the detected change in the amount of charge is a change in voltage using the charge amplifier, multiplying the sine wave voltage by the output voltage of the charge amplifier, smoothing the multiplication result by integrating it, and determining whether or not the steering wheel is being gripped depending on the level of the smoothed multiplication result.
以上、一つまたは複数の態様に係るステアリング把持センサについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。 The above describes the steering grip sensor according to one or more aspects based on the embodiment, but the present disclosure is not limited to this embodiment. As long as it does not deviate from the spirit of the present disclosure, various modifications conceivable by a person skilled in the art to this embodiment and forms constructed by combining components in different embodiments may also be included within the scope of one or more aspects.
本開示は、人によるステアリングの把持を検知するステアリング把持センサに利用可能である。 This disclosure can be used in a steering wheel grip sensor that detects when a person is gripping the steering wheel.
41 正弦波生成部
42 減衰切替器
43、44 電荷アンプ
48 電荷供給回路
52 乗算処理部
53 故障監視部(監視部)
54 積分器
56 把持判定部
57 メモリ
62 第1AD変換器
63 第2AD変換器
72 第1デジタルデータ
73 第2デジタルデータ
100 ステアリング把持センサ
112 センサ電極
113 ドリブン電極
o1 出力端子
A11 オペアンプ
C11 帰還容量素子
I1 第1入力端子
I2 第2入力端子
R11 帰還抵抗素子
Rv 可変抵抗
Rx 抵抗
41 Sine
54
Claims (19)
前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極と、
前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給する正弦波生成部と、
帰還容量素子を有し、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する電荷アンプと、
前記正弦波電圧と前記電荷アンプの出力電圧とを乗算する乗算処理部と、
前記乗算処理部の乗算結果を積分することにより平滑化する積分器と、
平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する把持判定部と、を備え、
さらに、
故障を監視する監視部と、
前記正弦波電圧を減衰または増幅する減衰切替器と、を備え、
前記監視部は、前記減衰切替器による前記正弦波電圧の減衰または増幅を伴わない通常監視モードと、前記正弦波電圧の減衰または増幅を伴う一時監視モードとを有し、
前記監視部は、前記通常監視モードにおいて、前記ドリブン電極の地絡、および前記センサ電極の地絡を監視し、
前記一時監視モードにおいて、前記ドリブン電極の断線、前記センサ電極の断線、および前記ドリブン電極と前記センサ電極との短絡を監視する
ステアリング把持センサ。 a planar driven electrode that is aligned along the rim of the steering wheel;
a planar sensor electrode facing the driven electrode;
A sine wave generating unit that supplies a sine wave voltage to the driven electrode;
a charge amplifier having a feedback capacitance element, detecting a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode, and outputting the change in the amount of charge as a change in voltage;
a multiplication processing unit that multiplies the sine wave voltage by an output voltage of the charge amplifier;
an integrator that smoothes the multiplication result by integrating it;
a grip determination unit that determines whether or not the steering wheel is being gripped according to a level of the smoothed multiplication result ,
moreover,
A monitoring unit that monitors for failures;
an attenuation switch that attenuates or amplifies the sine wave voltage;
the monitoring unit has a normal monitoring mode in which the attenuation switch does not attenuate or amplify the sine wave voltage, and a temporary monitoring mode in which the attenuation switch attenuates or amplifies the sine wave voltage,
the monitoring unit monitors a ground fault of the driven electrode and a ground fault of the sensor electrode in the normal monitoring mode;
In the temporary monitoring mode, a disconnection of the driven electrode, a disconnection of the sensor electrode, and a short circuit between the driven electrode and the sensor electrode are monitored.
Steering grip sensor.
前記正弦波電圧が入力される第1入力端子と、
前記センサ電極に接続される第2入力端子と、
出力端子と、
前記出力端子と前記第2入力端子との間に接続された前記帰還容量素子と、
前記第1入力端子、前記第2入力端子、および、前記出力端子に接続されたオペアンプと、を含み、
前記出力端子から出力される正弦波電圧を、前記帰還容量素子を介して前記センサ電極に供給する
請求項1に記載のステアリング把持センサ。 The charge amplifier is
a first input terminal to which the sine wave voltage is input;
A second input terminal connected to the sensor electrode;
An output terminal;
the feedback capacitance element connected between the output terminal and the second input terminal;
an operational amplifier connected to the first input terminal, the second input terminal, and the output terminal;
2. The steering grip sensor according to claim 1, wherein the sine wave voltage output from the output terminal is supplied to the sensor electrode via the feedback capacitance element.
請求項1または2に記載のステアリング把持センサ。 The steering grip sensor according to claim 1 or 2, wherein the sine wave generating unit receives a square wave signal and generates the sine wave voltage synchronized with the square wave signal.
前記ローパスフィルタは、前記正弦波電圧の周波数よりも低い周波数を通過させる
請求項1~3の何れか1項に記載のステアリング把持センサ。 the charge amplifier includes a low-pass filter connected in parallel with the feedback capacitance element;
The steering grip sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the low-pass filter passes frequencies lower than a frequency of the sine wave voltage.
メモリと、
前記電荷アンプの出力電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第1デジタルデータとして前記メモリに格納する第1AD変換器と、
前記正弦波生成部からの前記正弦波電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第2デジタルデータとして前記メモリに格納する第2AD変換器と、を備え、
前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータが示す波形、および、前記第2デジタルデータが示す波形のそれぞれを平均化する処理を行い、平均化された第1デジタルデータと平均化された第2デジタルデータとを乗算する
請求項3記載のステアリング把持センサ。 moreover,
Memory,
a first AD converter that performs AD conversion on the output voltage of the charge amplifier in synchronization with the rectangular wave signal and stores a result of the AD conversion in the memory as first digital data;
a second AD converter that performs AD conversion on the sine wave voltage from the sine wave generating unit in synchronization with the rectangular wave signal and stores a result of the AD conversion in the memory as second digital data;
4. The steering grip sensor according to claim 3, wherein the multiplication processing unit averages the waveform represented by the first digital data and the waveform represented by the second digital data, and multiplies the averaged first digital data by the averaged second digital data.
メモリと、
前記電荷アンプの出力電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第1デジタルデータとして前記メモリに格納する第1AD変換器と、
前記正弦波生成部からの前記正弦波電圧を前記矩形波信号に同期してAD変換し、AD変換結果を第2デジタルデータとして前記メモリに格納する第2AD変換器と、を備え、
前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータと、前記第2デジタルデータとを乗算し、
乗算結果のデジタルデータが示す波形を平均化する処理を行う
請求項3記載のステアリング把持センサ。 moreover,
Memory,
a first AD converter that performs AD conversion on the output voltage of the charge amplifier in synchronization with the rectangular wave signal and stores a result of the AD conversion in the memory as first digital data;
a second AD converter that performs AD conversion on the sine wave voltage from the sine wave generating unit in synchronization with the rectangular wave signal and stores the AD conversion result in the memory as second digital data;
The multiplication processing unit multiplies the first digital data and the second digital data,
4. The steering grip sensor according to claim 3, further comprising a process for averaging a waveform indicated by the digital data resulting from the multiplication.
前記第1AD変換器および前記第2AD変換器は、前記少なくとも3つの周波数毎に、前記第1デジタルデータおよび前記第2デジタルデータを前記メモリに格納する
請求項5または6に記載のステアリング把持センサ。 The square wave signal is switched between at least three frequencies;
7. The steering grip sensor according to claim 5, wherein the first AD converter and the second AD converter store the first digital data and the second digital data in the memory for each of the at least three frequencies.
請求項5~7の何れか1項に記載のステアリング把持センサ。 The first AD converter and the second AD converter generate the first digital data and the second digital data so as to correspond to at least two periods of the waveform of the sine wave voltage. The steering grip sensor according to any one of claims 5 to 7.
前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータにおいて前記少なくとも3周期の波形を周期単位で比較し、最も値が外れた1周期のデジタルデータを破棄する
請求項5~7の何れか1項に記載のステアリング把持センサ。 the first AD converter and the second AD converter generate the first digital data and the second digital data so as to correspond to a waveform of at least three periods of the sine wave voltage;
The steering grip sensor according to any one of claims 5 to 7, wherein the multiplication processing unit compares the at least three cycles of the waveform in the first digital data on a cycle-by-cycle basis and discards the digital data of the cycle with the most deviating value.
前記乗算処理部は、前記第1デジタルデータにおいて前記少なくとも3周期の波形の周期毎に平均値および偏差を算出し、偏差がしきい値以上である場合は、当該周期のデジタルデータを破棄する
請求項5~7の何れか1項に記載のステアリング把持センサ。 the first AD converter and the second AD converter generate the first digital data and the second digital data so as to correspond to a waveform of at least three periods of the sine wave voltage;
The multiplication processing unit calculates an average value and a deviation for each of the at least three waveform periods in the first digital data, and if the deviation is equal to or greater than a threshold value, discards the digital data for that period. The steering grip sensor according to any one of claims 5 to 7.
請求項10記載のステアリング把持センサ。 The steering grip sensor according to claim 10 , wherein the multiplication processor changes the frequency of the rectangular wave signal when a predetermined number of periods in which the deviation is equal to or greater than the threshold value continue.
請求項1記載のステアリング把持センサ。 The steering grip sensor according to claim 1 , wherein the monitoring unit controls the attenuation rate and the amplification rate in the attenuation switch.
前記乗算処理部は、さらに、前記電荷アンプの出力電圧の位相を90度シフトし、前記正弦波電圧とシフトした前記出力電圧とを乗算し、乗算結果を前記環境変化の指標として前記補正部に出力する
請求項1~12の何れか1項に記載のステアリング把持センサ。 a correction unit that performs a correction process to suppress fluctuations in the amount of charge generated in the sensor electrode due to environmental changes,
The steering grip sensor according to any one of claims 1 to 12, wherein the multiplication processing unit further shifts the phase of the output voltage of the charge amplifier by 90 degrees, multiplies the sine wave voltage by the shifted output voltage, and outputs a multiplication result to the correction unit as an index of the environmental change.
前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極と、
前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給する正弦波生成部と、
帰還容量素子を有し、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する電荷アンプと、
前記正弦波電圧と前記電荷アンプの出力電圧とを乗算する乗算処理部と、
前記乗算処理部の乗算結果を積分することにより平滑化する積分器と、
平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する把持判定部と、を備え、
さらに、帰還容量素子を有する他の電荷アンプであって、環境変化により前記ドリブン電極に発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する他の電荷アンプと、
前記ドリブン電極に発生する電荷量の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部と、を備え、
前記乗算処理部は、さらに、前記正弦波電圧と前記他の電荷アンプの出力電圧とを乗算し、乗算結果を前記環境変化の指標として前記補正部に出力する
ステアリング把持センサ。 a planar driven electrode that is aligned along the rim of the steering wheel;
a planar sensor electrode facing the driven electrode;
A sine wave generating unit that supplies a sine wave voltage to the driven electrode;
a charge amplifier having a feedback capacitance element, detecting a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode, and outputting the change in the amount of charge as a change in voltage;
a multiplication processing unit that multiplies the sine wave voltage by an output voltage of the charge amplifier;
an integrator that smoothes the multiplication result by integrating it;
a grip determination unit that determines whether or not the steering wheel is being gripped according to a level of the smoothed multiplication result,
Further, another charge amplifier having a feedback capacitance element detects a change in the amount of charge generated in the driven electrode due to an environmental change, and outputs the change in the amount of charge as a change in voltage;
a correction unit that performs a correction process to suppress a fluctuation in the amount of charge generated in the driven electrode due to an environmental change,
The multiplication processing unit further multiplies the sine wave voltage by an output voltage of the other charge amplifier, and outputs a multiplication result to the correction unit as an index of the environmental change.
Steering grip sensor.
前記ドリブン電極に対向する面状のセンサ電極と、
前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給する正弦波生成部と、
帰還容量素子を有し、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、当該電荷量の変化を電圧の変化として出力する電荷アンプと、
前記正弦波電圧と前記電荷アンプの出力電圧とを乗算する乗算処理部と、
前記乗算処理部の乗算結果を積分することにより平滑化する積分器と、
平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定する把持判定部と、を備え、
さらに、帰還抵抗素子を有し、前記ドリブン電極に発生する電流の変化を電圧の変化として出力する電流アンプと、
前記ドリブン電極に発生する電流の環境変化による変動を抑制する補正処理を行う補正部と、を備え、
前記乗算処理部は、さらに、前記正弦波電圧と前記電流アンプの出力電圧とを乗算し、乗算結果を前記環境変化の指標として前記補正部に出力する
ステアリング把持センサ。 a planar driven electrode that is aligned along the rim of the steering wheel;
a planar sensor electrode facing the driven electrode;
A sine wave generating unit that supplies a sine wave voltage to the driven electrode;
a charge amplifier having a feedback capacitance element, detecting a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode, and outputting the change in the amount of charge as a change in voltage;
a multiplication processing unit that multiplies the sine wave voltage by an output voltage of the charge amplifier;
an integrator that smoothes the multiplication result by integrating it;
a grip determination unit that determines whether or not the steering wheel is being gripped according to a level of the smoothed multiplication result,
a current amplifier having a feedback resistor element and outputting a change in current generated in the driven electrode as a change in voltage;
a correction unit that performs a correction process to suppress fluctuations in current generated in the driven electrode due to environmental changes,
The multiplication processing unit further multiplies the sine wave voltage by the output voltage of the current amplifier, and outputs a multiplication result to the correction unit as an index of the environmental change.
Steering grip sensor.
請求項4に記載のステアリング把持センサ。 the low-pass filter includes a first resistive element, a second resistive element connected in series with the first resistive element, a first capacitive element connected to a connection point between the first resistive element and the second resistive element, and a third resistive element connected in series with the first capacitive element.
5. The steering grip sensor according to claim 4.
故障監視用の動作モードにおいて前記電荷アンプに所定量の電荷を供給する電荷供給回路を備え、
前記監視部は、前記電荷供給回路から電荷が供給されていない場合の前記電荷アンプの出力と、前記電荷供給回路から電荷が供給されている場合の前記電荷アンプの出力とに基づき、前記電荷アンプの動作が正常か否かを監視する、
請求項1に記載のステアリング把持センサ。 moreover,
a charge supply circuit for supplying a predetermined amount of charge to the charge amplifier in a failure monitoring operation mode;
the monitoring unit monitors whether the operation of the charge amplifier is normal based on an output of the charge amplifier when no charge is supplied from the charge supply circuit and an output of the charge amplifier when charge is supplied from the charge supply circuit.
2. The steering grip sensor according to claim 1 .
請求項1~17の何れか1項に記載のステアリング把持センサ。 a variable resistor provided between a connection point between the sensor electrode and the charge amplifier and a ground;
The steering grip sensor according to any one of claims 1 to 17 .
前記ドリブン電極に正弦波電圧を供給し、
帰還容量素子を有する電荷アンプによって、前記センサ電極の静電容量により発生する電荷量の変化を検出し、
前記電荷アンプによって、検出した当該電荷量の変化を電圧の変化とする出力電圧を生成し、
前記正弦波電圧と前記電荷アンプの前記出力電圧とを乗算し、
前記正弦波電圧と前記電荷アンプの前記出力電圧との乗算結果を積分することにより平滑化し、
平滑化された乗算結果のレベルに応じて前記ステアリングへの把持の有無を判定し、
さらに、
前記正弦波電圧の減衰または増幅を伴わない通常監視モードにおいて、前記ドリブン電極の地絡、および前記センサ電極の地絡を監視し、
前記正弦波電圧の減衰または増幅を伴う一時監視モードにおいて、前記ドリブン電極の断線、前記センサ電極の断線、および前記ドリブン電極と前記センサ電極との短絡を監視する
把持検知方法。 A grip detection method for a steering grip sensor including a planar driven electrode along a rim of a steering wheel and a planar sensor electrode facing the driven electrode, comprising:
Supplying a sinusoidal voltage to the driven electrode;
A charge amplifier having a feedback capacitance element detects a change in the amount of charge generated by the capacitance of the sensor electrode;
generating an output voltage corresponding to a change in the detected amount of charge by the charge amplifier;
multiplying the sinusoidal voltage by the output voltage of the charge amplifier;
smoothing the multiplication result of the sine wave voltage and the output voltage of the charge amplifier by integrating the multiplication result;
determining whether the steering wheel is being gripped or not according to a level of the smoothed multiplication result ;
moreover,
In a normal monitoring mode without attenuation or amplification of the sine wave voltage, a ground fault of the driven electrode and a ground fault of the sensor electrode are monitored;
In a temporary monitoring mode involving attenuation or amplification of the sine wave voltage, a disconnection of the driven electrode, a disconnection of the sensor electrode, and a short circuit between the driven electrode and the sensor electrode are monitored.
Grasp detection method.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008292446A (en) | 2007-04-24 | 2008-12-04 | Seiko Instruments Inc | Device and method for detecting proximity |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008292446A (en) | 2007-04-24 | 2008-12-04 | Seiko Instruments Inc | Device and method for detecting proximity |
| WO2012043443A1 (en) | 2010-09-28 | 2012-04-05 | 株式会社フジクラ | Capacitance sensor and method for determining failure of capacitance sensor |
| JP2016086220A (en) | 2014-10-23 | 2016-05-19 | ぺんてる株式会社 | Capacity coupling type electrostatic sensor |
| WO2020002079A1 (en) | 2018-06-27 | 2020-01-02 | Autoliv Development Ab | Capacitive device for detecting the presence of a person close to or in contact with a component of a motor vehicle |
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