方向盘单元的制作方法

本发明涉及一种通过静电电容式传感器(electrostaticcapacitysensor)来检测人体与车辆的方向盘(steeringwheel)的接触的方向盘单元(steeringwheelunit)，尤其是涉及一种进行静电电容式传感器的故障诊断的方向盘单元。

背景技术：

有一种能够切换以驾驶员为主体进行的手动操舵和以系统为主体进行的自动操舵的车辆。这种车辆在规定的时间、例如在从自动操舵恢复到手动操舵时，进行驾驶员是否正与方向盘接触(把持方向盘)的检测。方向盘的接触检测中使用静电电容式传感器或压力传感器。日本发明专利公开公报特开2015-147531号中示出在轮缘(rim)上设有静电电容式传感器的方向盘。日本发明专利公开公报特开2006-103467号中示出在轮缘上设有压力传感器的方向盘和判定压力传感器的故障的故障判定装置。

技术实现要素：

日本发明专利公开公报特开2015-147531号的静电电容式传感器没有考虑发生故障的情况。日本发明专利公开公报特开2006-103467号的故障判定装置涉及一种压力传感器，并不涉及静电电容式传感器。因此，对于静电电容式传感器的故障存在研究的余地。

本发明是考虑这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能够对设置于方向盘的静电电容式传感器是否发生故障进行诊断的方向盘单元。

本发明是一种方向盘单元，该方向盘单元通过静电电容式传感器来检测人体与车辆的方向盘的接触，

所述方向盘单元的特征在于，

具有电极、通电部、控制部和故障诊断部，其中，

所述电极设置于所述方向盘而构成所述静电电容式传感器；

所述通电部使交流电流流向所述电极；

所述控制部在故障诊断时使所述通电部通电；

当所述车辆的电源处于接通状态时所述故障诊断部始终或定期地(alwaysorregularly)进行短路故障(shortcircuitfault)的诊断，当所述车辆的电源被从断开状态切换为接通状态时所述故障诊断部进行断路故障(opencircuitfault:开路故障)的诊断。

在使交流电流流向构成静电电容式传感器的电极的情况下，当静电电容式传感器发生断线等断路故障时，断路部位相当于电容器。在这种情况下，存在尽管人体没有与方向盘接触但误检测为人体正与方向盘接触的可能性。静电电容式传感器是否发生断路故障能够根据人体没有与方向盘接触时的静电电容式传感器的检测结果来判定。换言之，断路故障的诊断需要以驾驶员没有与方向盘接触为前提来进行。存在驾驶员在乘车并将车辆的电源从断开状态切换为接通状态时不与方向盘接触的倾向。在上述结构中，在车辆的电源从断开状态切换为接通状态时进行断路故障的诊断。这样，除了进行短路故障的诊断之外，还在合适的时间进行断路故障的诊断，据此能够提高断路故障的诊断结果的精度。

在本发明中，也可以为：所述故障诊断部计算所述静电电容式传感器的等效电路中的合成阻抗(combinedimpedance)，且通过将其与正常时的合成阻抗进行比较来进行所述断路故障的诊断。

在上述结构中，根据正常时和断路故障时的合成阻抗的差异来检测断路故障。这样，能够通过比较合成阻抗这样的简单方法来检测断路故障。

在本发明中，也可以为：在由所述静电电容式传感器检测到的静电容量的大小在规定时间内没有发生变动的情况下，所述故障诊断部诊断为所述短路故障。

在上述结构中，监视由静电电容式传感器检测到的静电容量的大小的变动。这样，能够通过监视静电容量的变动这样的简单方法来检测短路故障。

在本发明中，也可以为：

所述车辆能够切换手动操舵和自动操舵，

所述故障诊断部还在所述自动操舵中进行所述断路故障的诊断。

在上述结构中，除了在车辆电源从断开状态切换为接通状态时进行断路故障的诊断之外，还在驾驶员可能没有与方向盘接触的自动操舵中进行断路故障的诊断。因此，能够增加断路故障的诊断次数。

在本发明中，也可以为：

所述故障诊断部还在从所述自动操舵恢复到所述手动操舵时进行所述断路故障的诊断，此时所述故障诊断部根据恢复到所述手动操舵前后的差异来进行故障诊断。

在上述结构中，还在从驾驶员和方向盘非接触状态切换为接触状态的可能性高的从自动操舵恢复到手动操舵时进行断路故障的诊断。如果静电电容式传感器正常，则在恢复手动操舵前后检测结果发生变化的可能性高。如果此时检测结果没有差异，则存在静电电容式传感器发生故障的可能性。这样，能够根据检测结果的差异来进行故障判定。

在本发明中，也可以为：

具有舵角传感器和/或角速度传感器，该舵角传感器和/或角速度传感器检测所述车辆转弯时的转弯状态，

在由所述舵角传感器和/或所述角速度传感器检测到所述转弯状态，并且在未被检测到人体与所述方向盘的接触的情况下，所述故障诊断部诊断为所述静电电容式传感器发生故障。

在车辆处于转弯状态时驾驶员正在操作方向盘。即驾驶员正与方向盘接触。在该状态下静电电容式传感器的检测值为接触时的检测值的情况下，静电电容式传感器正常。另一方面，在静电电容式传感器的检测值为非接触时的检测值的情况下，推定为静电电容式传感器发生故障。根据上述结构，使用舵角传感器和/或角速度传感器的检测结果来进行静电电容式传感器的故障判定，因此，故障判定的精度提高。

根据本发明，除了进行短路故障的诊断之外，还在合适的时间进行断路故障的诊断，据此，能够提高断路故障的诊断结果的精度。

根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的方向盘单元的结构图。

图2是图1所示的方向盘的ii-ii剖视图。

图3是传感器电路和静电电容式传感器构成的电路的简易说明图。

图4是在本实施方式中进行的故障诊断处理的流程图。

图5是在本实施方式中进行的故障诊断处理的流程图。

图6是表示静电电容式传感器的等效电路的图。

图7是在本实施方式中进行的故障推定处理的流程图。

具体实施方式

下面，列举优选的实施方式并参照附图对本发明所涉及的方向盘单元详细地进行说明。

[1车辆10的结构]

如图1所示，本实施方式所涉及的方向盘单元12被设置于车辆10。车辆10能够适宜地切换以驾驶员为主体而进行操舵的手动操舵和以系统(自动驾驶装置14)为主体而进行操舵的自动操舵。在本实施方式中，作为车辆10，假定除了以系统为主体来进行操舵之外还能够以系统为主体来进行驱动、制动的操作的自动驾驶车辆。车辆10除了具有方向盘单元12以外，还具有自动驾驶装置14、行驶装置16和告知装置18。

自动驾驶装置14由ecu构成，具有处理器等运算装置和rom、ram等存储装置。自动驾驶装置14通过运算装置执行存储于存储装置的程序来实现各种功能。自动驾驶装置14从各种传感器或装置获取自动驾驶所需要的信息、例如外界信息(摄像头、雷达等的检测结果)、车辆10的行驶状态信息(行驶速度、加减速度)、导航信息等，并将用于自动地进行驱动、操舵、制动的操作的控制指示输出给行驶装置16。

行驶装置16中包括驱动力装置20、操舵装置22和制动装置24。驱动力装置20具有驱动力ecu和包括发动机和/或驱动马达的驱动源。驱动力装置20按照驾驶员对加速踏板进行的操作或者从自动驾驶装置14输出的驱动的控制指示来产生驱动力。操舵装置22具有电动助力转向系统(electricpowersteeringsystem；eps)ecu和eps致动器。操舵装置22按照驾驶员对方向盘26进行的操作或者从自动驾驶装置14输出的操舵的控制指示来产生操舵力。制动装置24具有制动ecu和制动执行机构。制动装置24按照驾驶员对制动踏板进行的操作或者从自动驾驶装置14输出的制动的控制指示来产生制动力。

告知装置18具有告知ecu、显示装置、音响装置和触觉装置。告知装置18按照从自动驾驶装置14或后述的接触判定装置50输出的告知指示来对驾驶员进行告知。

[2方向盘单元12的结构]

方向盘单元12中包括方向盘26、接触判定装置50和电源开关34。方向盘单元12中，还作为传感器而包括静电电容式传感器28、舵角传感器30和角速度传感器32。

如图2所示，方向盘26的轮缘40是截面(与方向盘26的中心轴平行的截面)由多层构成的层叠结构。在轮缘40中，树脂44覆盖相当于骨架的芯金42的整体，静电电容式传感器28覆盖树脂44的一部分或整体，弹性部件46覆盖树脂44的其余部分，皮革48覆盖静电电容式传感器28和弹性部件46。

静电电容式传感器28相当于由导电部件构成的电极28a，与周围的部件绝缘。静电电容式传感器28通过涂布导电材料形成或由导电片形成。静电电容式传感器28沿轮缘40的周向设置。在本实施方式中，1个静电电容式传感器28以轮缘40的下部为边界而以环绕轮缘40的方式来设置。在轮缘40的下部，静电电容式传感器28的两端绝缘。静电电容式传感器28在与方向盘26和/或接触方向盘26的人体之间形成电容器，检测根据人体与方向盘26的接触和非接触而变化的静电容量的大小。在本说明书中，设相当于该静电容量的大小的值为检测值c。

舵角传感器30检测方向盘26的转向角，并将表示该转向角的信号输出给接触判定装置50。角速度传感器32检测车辆10的角度移动量，并将表示该角度移动量的电气信号输出给接触判定装置50。另外，可以设置舵角传感器30和角速度传感器32双方，也可以设置其中的任一方。

电源开关34是在驾驶员接通或断开车辆10的电源(以下还称为车辆电源。)时手动操作的开关，被设置于车厢r内。作为电源开关34例如能够使用点火开关。电源开关34根据接通/断开操作来向接触判定装置50输出操作信号。

接触判定装置50由ecu构成，具有传感器电路52、处理器等运算装置54、rom、ram等存储装置56和计时器58。

如图3所示，传感器电路52具有向静电电容式传感器28通电的交流电源v、计测相当于静电容量的大小的检测值c的计测装置、和切换对静电电容式传感器28的通电的接通/断开的开关sw。在此，作为计测装置而具有计测电流的电流传感器a。电流传感器a的计测值与静电电容式传感器28的检测值c成正比。因此，下面，设电流传感器a的计测值是相当于检测值c的值。传感器电路52相当于使交流电流流向静电电容式传感器28(电极28a)的通电部。交流电源v的一方的端子与静电电容式传感器28的两端连接，另一方的端子接地。电流传感器a与静电电容式传感器28并联连接。

运算装置54通过执行存储于存储装置56的程序来实现各种功能。在本实施方式中，运算装置54作为综合控制部60、接触检测部62、故障诊断部64和告知指示部66来发挥功能。

综合控制部60总括运算装置54进行的处理，并且进行除了接触检测部62、故障诊断部64和告知指示部66进行的处理以外的处理。例如，综合控制部60控制传感器电路52的开关sw的动作来切换对静电电容式传感器28的通电和非通电。

接触检测部62识别由传感器电路52的电流传感器a计测到的检测值c，根据该检测值c检测人体是否正与方向盘26接触。在本实施方式中，接触检测部62根据检测值c与接触判定阈值cth的比较结果来检测人体与方向盘26的接触和非接触。

故障诊断部64进行静电电容式传感器28的故障诊断。例如，在车辆电源处于接通状态时始终或定期地进行短路故障的诊断。另外，在车辆电源从断开状态切换为接通状态时、自动驾驶中(包括自动操舵中)、和从自动驾驶(包括自动操舵)恢复到手动驾驶(包括手动操舵)时进行断路故障的诊断。

告知指示部66在需要告知驾驶员的情况下对告知装置18输出告知指示。

存储装置56除了存储各种程序之外，还存储用于接触检测部62判定人体与方向盘26的接触和非接触的接触判定阈值cth、和后述的静电电容式传感器28的等效电路(equivalentcircuit)70(图6)正常时的合成阻抗zn等各种阈值和规定值。

计时器58在接触判定装置50接收到从电源开关34输出的电源接通的操作信号的时间点开始进行计时。

[3方向盘单元12的动作]

[3.1接触检测处理]

接触检测部62在车辆电源处于接通状态时进行接触判定。在车辆电源成为接通状态的时间，综合控制部60将传感器电路52从断开状态切换为接通状态来开始对静电电容式传感器28的通电。在静电电容式传感器28的检测值c在存储于存储装置56的接触判定阈值cth以上的情况下，接触检测部62判定为接触，在检测值c比接触判定阈值cth小的情况下，接触检测部62判定为非接触。在尽管需要驾驶员接触方向盘26但判定为非接触的情况下，告知指示部66对告知装置18输出告知指示。

[3.2故障诊断处理]

使用图4、图5对方向盘单元12进行的故障诊断处理进行说明。每隔规定时间反复执行以下说明的一系列的处理。

在步骤s1中，故障诊断部64判定车辆电源是否处于接通状态。在接触判定装置50接收到从电源开关34输出的电源接通的操作信号的情况下，故障诊断部64判定为车辆电源接通，在接触判定装置50没有接收到从电源开关34输出的电源接通的操作信号的情况下，故障诊断部64判定为车辆电源断开。在车辆电源接通的情况下(步骤s1：是)，处理进入步骤s2。另一方面，在车辆电源断开的情况下(步骤s1：否)，结束一系列的处理而待机，直到开始下一一系列的处理为止。

当从步骤s1进入步骤s2时，故障诊断部64判定车辆电源成为接通状态之后是否经过了规定时间。在计时器58的计时时间在规定时间以内的情况下(步骤s2：是)，处理进入步骤s5。另一方面，在计时器58的计时时间超过规定时间的情况下(步骤s2：否)，处理进入步骤s3。

当从步骤s2进入步骤s3时，故障诊断部64判定车辆10是否正通过自动操舵行驶。自动驾驶装置14在开始自动驾驶(包括自动操舵)的时间，向接触判定装置50输出开始信号。在接触判定装置50接收到从自动驾驶装置14输出的开始信号的情况下，故障诊断部64判定为处于自动操舵中，在接触判定装置50没有接收到从自动驾驶装置14输出的开始信号的情况下，故障诊断部64判定为处于手动操舵中。在处于自动操舵中的情况下(步骤s3：是)，处理进入步骤s4。另一方面，在不是处于自动操舵中的情况下(步骤s3：否)，处理进入步骤s8。

在从步骤s3进入步骤s4的情况下，故障诊断部64判定是否是恢复手动操舵的恢复时间。当在自动操舵中需要恢复手动操舵时，例如当车辆10接近自动驾驶路段的结束位置时，自动驾驶装置14为了催促驾驶员进行手动操舵而向告知装置18输出告知指示。此时，自动驾驶装置14向接触判定装置50输出表示是恢复手动操舵的恢复时间的恢复信号。在接触判定装置50接收到从自动驾驶装置14输出的恢复信号的情况下，故障诊断部64判定为是恢复手动操舵的恢复时间，在接触判定装置50没有接收到从自动驾驶装置14输出的恢复信号的情况下，故障诊断部64判定为不是恢复手动操舵的恢复时间。在是恢复手动操舵的恢复时间的情况下(步骤s4：是)，处理进入步骤s5。另一方面，在不是恢复手动操舵的恢复时间的情况下(步骤s4：否)，处理进入步骤s6。

当从步骤s2或步骤s4进入步骤s5时，故障诊断部64将故障诊断标志flg设定为1，处理进入步骤s7。在从步骤s4进入步骤s6的情况下，故障诊断部64将故障诊断标志flg设定为2，处理进入步骤s7。

在步骤s7中，故障诊断部64进行断路故障的诊断。此时，在故障诊断标志flg为1时，故障诊断部64进行以下说明的断路故障的诊断。另一方面，当故障诊断标志flg为2时，暂缓断路故障的诊断。在故障诊断标志flg为2的状态下，即处于自动驾驶中而不是恢复手动操舵的恢复时间的状态下，存在驾驶员正与方向盘26接触的可能性。因此，暂缓断路故障的诊断。另外，也可以在暂缓时间超过规定时间的情况下进行断路故障的诊断，还可以在故障诊断标志flg为2的情况下也进行断路故障的诊断。也可以在故障诊断标志flg为2的情况下，与故障诊断标志flg为1的情况相比较而增大断路故障诊断时的阈值，使得难以发生有故障的诊断。

故障诊断部64根据传感器电路52的电流传感器a的测定值来计算静电电容式传感器28的合成阻抗z。合成阻抗z的计算例如基于图6所示的静电电容式传感器28的等效电路70。等效电路70是并联连接的2个元件与1个元件的串联电路。在此，为了便于说明，假定各元件的阻抗为6.8[kω]。在该等效电路70中，正常时的合成阻抗zn成为{(6.8×6.8)/(6.8+6.8)}+6.8＝10.2[kω]。另一方面，断路故障时的合成阻抗za成为6.8+6.8＝13.6[kω]。这样，在正常时和断路故障时，等效电路70的合成阻抗z产生差异。

在合成阻抗z比合成阻抗zn大的情况下，故障诊断部64诊断为发生断路故障，在合成阻抗z在合成阻抗zn以下的情况下，故障诊断部64诊断为没有发生断路故障。或者，也可以为在合成阻抗z与合成阻抗zn的差在规定值以上的情况下诊断为发生断路故障，在合成阻抗z与合成阻抗zn的差低于规定值的情况下诊断为没有发生断路故障。

另外，恢复手动操舵时的故障诊断的情况下(步骤s4：是)，自动驾驶装置14在输出恢复信号后，在从自动操舵切换为手动操舵的时间输出切换信号。在该情况下，故障诊断部64也可以比较接触判定装置50接收到切换信号前后的合成阻抗z。在该情况下，在恢复手动操舵前后的合成阻抗z的差在规定值以上的情况下，故障诊断部64诊断为发生断路故障，在恢复手动操舵前后的合成阻抗z的差低于规定值的情况下，故障诊断部64诊断为没有发生断路故障。

当从步骤s3进入步骤s8时，故障诊断部64进行短路故障的诊断。短路故障的诊断始终或定期地进行。故障诊断部64对由静电电容式传感器28检测到的静电容量的大小、在此为检测值c进行规定时间的监视。然后，在检测值c超过通常的变动范围，且规定时间内的变动在规定幅度以内的情况下诊断为发生短路故障。另外，在检测值c在通常的变动范围内的情况下诊断为没有发生短路故障。

在步骤s9中判定故障的有无。在步骤s7或步骤s8中故障诊断部64诊断为有故障的情况下(步骤s9：是)，处理进入步骤s10。另一方面，在故障诊断部64诊断为没有故障的情况下，或者在步骤s7中故障诊断被暂缓的情况下(步骤s9：否)，结束一系列的处理而待机，直到开始下一一系列的处理为止。

当从步骤s9进入步骤s10时，告知指示部66为了对驾驶员进行告知而向告知装置18输出告知指示。接收到告知指示的告知装置18告知驾驶员静电电容式传感器28发生故障。

在步骤s11中，综合控制部60将传感器电路52从接通状态切换为断开状态而停止对静电电容式传感器28的通电。然后，停止对接触判定装置50进行的接触检测的控制。

[3.3故障推定处理]

使用图7对方向盘单元12进行的故障推定处理进行说明。每隔规定时间反复执行以下说明的一系列的处理。另外，当没有由自动驾驶装置14进行自动操舵时，即在手动操舵中执行以下说明的一系列的处理。

在步骤s21中，故障诊断部64根据舵角传感器30和/或角速度传感器32的检测结果来判定是否处于车辆10转弯的转弯状态。在车辆10处于转弯状态的情况下(步骤s21：是)，处理进入步骤s22。另一方面，在车辆10不是处于转弯状态的情况下(步骤s21：否)，结束一系列的处理而待机，直到开始下一一系列的处理为止。

在步骤s22中，故障诊断部64根据接触检测部62的检测结果判定是否检测到驾驶员与方向盘26的非接触(没有与方向盘26接触)。在检测到非接触的情况下(步骤s22：是)，处理进入步骤s23。另一方面，在检测到接触的情况下(步骤s22：否)，结束一系列的处理而待机，直到开始下一一系列的处理为止。

在步骤s23中，故障诊断部64推定为静电电容式传感器28发生故障。当车辆10正在转弯时驾驶员正在操作方向盘26。此时检测到与方向盘26的非接触的情况下，推定为无法检测到驾驶员正与方向盘26接触，即静电电容式传感器28发生故障。故障诊断部64对自动驾驶装置14输出在此之后禁止自动操舵的意思的指示。告知指示部66对告知装置18输出告知指示，告知驾驶员静电电容式传感器28发生故障。

[4本实施方式的总结]

方向盘单元12具有：电极28a，其设置于方向盘26而构成静电电容式传感器28；传感器电路52(通电部)，其使交流电流流向电极28a；综合控制部60(控制部)，其在故障诊断时使传感器电路52通电；故障诊断部64，其在车辆10的电源处于接通状态时始终或定期地进行短路故障的诊断，且在车辆10的电源(车辆电源)从断开状态切换为接通状态时(步骤s2：是)进行断路故障的诊断。

在使交流电流流向构成静电电容式传感器28的电极28a的情况下，当静电电容式传感器28发生断线等断路故障时，断路部位相当于电容器。在这种情况下，存在尽管人体没有与方向盘26接触但误检测为人体正与方向盘26接触的可能性。静电电容式传感器28是否发生断路故障能够根据人体没有与方向盘26接触时的静电电容式传感器28的检测结果来判定。换言之，断路故障的诊断需要以驾驶员没有与方向盘26接触为前提来进行。存在驾驶员在乘车并将车辆10的电源从断开状态切换为接通状态时不与方向盘26接触的倾向。在上述结构中，在车辆10的电源从断开状态切换为接通状态时进行断路故障的诊断。这样，除了进行短路故障的诊断之外，还在合适的时间进行断路故障的诊断，据此，能够提高断路故障的诊断结果的精度。

故障诊断部64计算静电电容式传感器28的等效电路70中的合成阻抗z，通过将其与正常时的合成阻抗zn进行比较来进行断路故障的诊断。

在上述结构中，根据正常时和断路故障时的合成阻抗的差异来检测断路故障。这样，能够通过比较合成阻抗这样的简单方法来检测断路故障。

在由静电电容式传感器28检测到的静电容量的大小在规定时间内没有发生变动的情况下，故障诊断部64诊断为短路故障。

在上述结构中，监视由静电电容式传感器28检测到的静电容量的大小的变动。这样，能够通过监视静电容量的变动这样的简单方法来检测短路故障。

车辆10能够切换手动操舵和自动操舵，故障诊断部64还在自动操舵中(步骤s3：是)进行断路故障的诊断。

在上述结构中，除了在车辆电源从断开状态切换为接通状态时进行断路故障的诊断之外，还在驾驶员可能没有与方向盘26接触的自动操舵中进行断路故障的诊断。因此，能够增加断路故障的诊断次数。

故障诊断部64还在从自动操舵恢复到手动操舵时(步骤s4：是)进行断路故障的诊断。此时，根据恢复手动操舵前后的差异、具体而言根据等效电路70的合成阻抗z的差来进行故障诊断。

在上述结构中，还在从驾驶员和方向盘26非接触状态切换为接触状态的可能性高的从自动操舵恢复到手动操舵时进行断路故障的诊断。如果静电电容式传感器28正常，则在恢复手动操舵前后检测结果发生变化的可能性高。如果此时检测结果没有差异，则存在静电电容式传感器28发生故障的可能性。这样，能够根据检测结果的差异来进行故障判定。

方向盘单元12具有检测车辆10转弯时的转弯状态的舵角传感器30和/或角速度传感器32。在由舵角传感器30和/或角速度传感器32检测到转弯状态，并且在未被检测到人体与方向盘26的接触的情况下，故障诊断部64诊断为静电电容式传感器28发生故障。

在车辆10处于转弯状态时驾驶员正在操作方向盘26。即驾驶员正与方向盘26接触。在该状态下由静电电容式传感器28检测到接触的情况下，静电电容式传感器28正常。另一方面，在由静电电容式传感器28检测到非接触状态的情况下，推定为静电电容式传感器28发生故障。根据上述结构，使用舵角传感器30和/或角速度传感器32的检测结果来进行静电电容式传感器28的故障判定，因此，故障判定的精度提高。