JP7369455B2 - Living body occupancy detection device - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば車両等の乗り物に設置されている座席上の物体が生体であることを検出する生体着座検出装置に関するものである。 The present invention relates to a living body occupancy detection device that detects that an object on a seat installed in a vehicle such as a vehicle is a living body.

たとえば自動車に装備されているアクセルレバーを生体が着座しているときのみ操作可能とするためにアクセルレバーのロックを解除する、或いは、車両に装備されているエアーバックを生体が着座している座席のみに差動させる等のために、座席上の物体が荷物であるか生体であることを検出することができる生体着座検出装置が望まれている。 For example, unlocking the accelerator lever of a car so that it can only be operated when a living person is seated, or opening an air bag installed in a vehicle to a seat where a living person is sitting. There is a demand for a living body occupancy detection device that can detect whether an object on a seat is luggage or a living body.

たとえば特許文献1の生体着座検出装置がそれである。特許文献1に記載された生体着座検出装置は、車体の座席に配置されたケーブル状の圧電センサと、圧電センサからの出力信号に基づき前記座席上の乗員の体動を検出して乗員の在席を判定する在席判定手段とを備えている。圧電センサの出力信号は在席判定手段においてフィルタ部によって濾波された後、予め設定された設定値範囲(電圧判定値範囲)を超えたか否かが判定され、超えた場合には、乗員の体動があったことに基づいて、乗員が着座していると判定されるようになっている。 For example, the living body occupancy detection device disclosed in Patent Document 1 is one such example. The living body occupancy detection device described in Patent Document 1 detects the occupant's presence by detecting the occupant's body movement on the seat based on a cable-shaped piezoelectric sensor arranged on a seat of a vehicle body and an output signal from the piezoelectric sensor. and presence determination means for determining the seat. After the output signal of the piezoelectric sensor is filtered by a filter section in the presence determination means, it is determined whether or not it exceeds a preset value range (voltage determination value range). Based on the presence of movement, it is determined that the occupant is seated.

特開2005-204871号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-204871

ところで、上記従来の生体着座検出装置は、圧電センサからの出力信号をたとえば10Hz以下の信号を通過させる所定の濾波特性を有するフィルタを通し且つ増幅した後、さらに4Hz~6Hzのバンドパスフィルタを通した後に、予め設定された設定値と比較し、設定値を超える場合に乗員の体動たとえば心拍活動による身体の微小な体動と判断して乗員の着座を検出するようになっている。上記従来の生体着座検出装置では、圧電センサからの出力信号に含まれる生体の体動に対応する周波数成分をフィルタを用いて抽出し、抽出した信号の大きさに基づいて生体の体動を判定している。 By the way, the conventional living body occupancy detection device described above passes the output signal from the piezoelectric sensor through a filter having a predetermined filtering characteristic that allows signals of 10 Hz or less to pass through and amplifies the signal, and then passes the output signal through a band pass filter of 4 Hz to 6 Hz. After that, it is compared with a preset value, and if the set value is exceeded, it is determined that the occupant's body movement is a minute body movement due to heartbeat activity, and the seating of the occupant is detected. In the conventional living body seating detection device described above, a frequency component corresponding to the body movement of the living body included in the output signal from the piezoelectric sensor is extracted using a filter, and the body movement of the living body is determined based on the magnitude of the extracted signal. are doing.

ところで、特許文献1の生体着座検出装置に用いられている圧電センサは、ポリフッ化ビニリデンのような樹脂系の円柱状の高分子圧電体と、その円柱状の高分子圧電体の外周面に設けられた円筒状の外側電極とからケーブル状に構成されている。このような圧電センサは、座席上の生体の動きを必ずしも十分に反映する周波数特性を有するものではなく、生体個体差に対して正確な着座判定精度を得ることができなかった。 By the way, the piezoelectric sensor used in the living body occupancy detection device of Patent Document 1 includes a resin-based cylindrical polymer piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride, and a piezoelectric sensor provided on the outer peripheral surface of the cylindrical polymer piezoelectric material. and a cylindrical outer electrode formed into a cable shape. Such piezoelectric sensors do not necessarily have frequency characteristics that sufficiently reflect the movement of a living body on the seat, and cannot obtain accurate seating determination accuracy with respect to individual differences between living bodies.

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度を得ることができる生体着座検出装置を提供することにある。 The present invention has been made against the background of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a living body occupancy detection device that can obtain accurate seating determination accuracy regardless of individual differences between living organisms. be.

本発明者は以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、たとえば単結晶の圧電振動子を利用することで桁違いに高い周波数特性を有する着座センサを用いると、その着座センサから出力信号には従来では気づかなかった生体由来の波形が存在しており、その生体由来の波形に基づいて生体の着座を判定すると、多数の生体に対して正確な着座検出精度が得られることを見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為なされたものである。 As a result of various studies against the background of the above circumstances, the inventor of the present invention found that, for example, if a seating sensor that uses a single-crystal piezoelectric vibrator has an order of magnitude higher frequency characteristic, the output signal from the seating sensor found that there is a waveform derived from a living body that had not been noticed in the past, and that by determining whether a living creature is sitting on the basis of this waveform, accurate seating detection accuracy can be obtained for a large number of living creatures. The present invention has been made based on this knowledge.

すなわち、第1発明の要旨とするところは、(a)座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、(b)前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、(c)前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含み、(d)前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、10 -3 N~10 Nの測定荷重レンジを備えることにある。 That is, the gist of the first invention is (a) a living body occupancy detection device that determines that an object on a seat is a living body, and (b) a part of the load received by the seat is applied. a load detection unit including a load sensor having a single-crystal load detection element; seating determination means for determining that the object above is a living body; (d) the load sensor is configured to detect a load applied to the single crystal load detection element and an oscillation circuit including the single crystal load detection element; The load is determined based on the frequency of the oscillation circuit including the actual single-crystal load detection element from a predetermined relationship with the oscillation frequency, and has a measurement load range of 10 −3 N to 10 3 N. There is a particular thing.

第2発明の要旨とするところは、第1発明において、前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段とを、含み、前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段により前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定することにある。 The gist of a second invention is that, in the first invention, a frequency analysis means performs frequency analysis to obtain a frequency spectrum by using Fourier transform on the load signal from the load sensor; frequency component determining means for determining that a frequency component of a waveform originating from the activity of the living body is present in the spectrum; The object of the present invention is to determine that the object on the seat is a living body when it is determined that the frequency component exists.

第3発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分であることにある。 The gist of the third invention is that in the first or second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the heartbeat of the living body.

第4発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分であることにある。 The gist of the fourth invention is that in the first or second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the breathing of the living body.

第5発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、生体の会話に対応する周波数成分であることにある。 The gist of the fifth invention is that in the first or second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the conversation of the living body.

第6発明の要旨とするところは、第1発明または第2発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることにある。 The gist of the sixth invention is that in the first or second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is at least one frequency component of 0.2Hz to 10Hz included in the waveform showing the frequency spectrum. It is the spectral average value within the frequency band that includes the

第8発明の要旨とするところは、(a)座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、(b)前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、(c)前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含み、(d)前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えていることにある。 The gist of the eighth invention is as follows: (a) A living body occupancy detection device that determines that an object on a seat is a living body, (b) a single crystal to which a part of the load applied to the seat is applied. a load detection unit including a load sensor having a load detection element; (c) a load detection unit that includes a load sensor having a load detection element; (d) the load sensor includes a thin plate-shaped quartz single crystal plate as the single crystal load detection element; a surface of the quartz single crystal plate; A pair of electrodes formed at the center of the back surface have the same length and width dimensions as the length and width dimensions of the single crystal quartz plate, but have a thickness dimension larger than the thickness dimension of the single crystal quartz plate. and a pair of holding plates which are made of a material having the same coefficient of thermal expansion as the single crystal quartz plate and which hold the peripheral edge of the single crystal quartz plate.

発明の要旨とするところは、前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号の移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する荷重判定手段を含み、前記荷重判定手段により判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出することにある。 The gist of the seventh invention is to calculate a moving average value of a load signal representing the load detected by the load sensor, and to compare the moving average value of the load signal with a preset load judgment value. load determining means for determining whether the load applied to the seat is applied by a living adult or a living infant based on the load, the load determining means The object of the present invention is to detect whether the living body seated on the seat is an adult or an infant based on the above.

第1発明の生体着座検出装置によれば、(a)座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、(b)前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、(c)前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含むことから、着座判定手段により、高い周波数特性を有する荷重センサからの荷重信号に前記生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて前記座席上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。
また、(d)前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、10 -3 N~10 Nの測定荷重レンジを備えるので、生体由来の信号を明確に含む荷重信号が得られる。
According to the living body occupancy detection device of the first invention, (a) the living body occupancy detection device determines that an object on the seat is a living body, and (b) a portion of the load received by the seat is applied. a load detection unit including a load sensor having a single-crystal load detection element; Since the seating determination means includes a seating determination means for determining that the object above is a living body, the seating determination means determines that a signal originating from the activity of the living body is present in the load signal from the load sensor having high frequency characteristics. Since it is determined that the object on the seat is a living body based on the above, accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences among living bodies.
(d) The load sensor detects the actual single crystal load based on a predetermined relationship between the load applied to the single crystal load detection element and the oscillation frequency of an oscillation circuit including the single crystal load detection element. The load is determined based on the frequency of the oscillation circuit including the detection element, and since it has a measurement load range of 10 -3 N to 10 3 N, a load signal that clearly includes signals derived from the living body can be obtained.

第2発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段とを、含み、前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段により前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定することから、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。 According to the living body occupancy detection device of the second aspect of the invention, the frequency analysis means performs frequency analysis to obtain a frequency spectrum by using Fourier transform on the load signal from the load sensor, and the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means includes: and a frequency component determining means for determining the presence of a frequency component of a waveform originating from the activity of the living body, the seating determining means determining whether a frequency component of the waveform originating from the activity of the living body is present by the frequency component determining means. If it is determined that the object on the seat exists, it is determined that the object on the seat is a living body, so that accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences among living bodies.

第3発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device of the third invention, since the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is a frequency component corresponding to the living body's heartbeat, it is possible to accurately determine the living body's seating.

第4発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device of the fourth invention, since the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is a frequency component corresponding to the living body's breathing, it is possible to accurately determine the living body's seating.

第5発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、生体の会話に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device of the fifth aspect, since the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is a frequency component corresponding to the living person's conversation, it is possible to accurately determine the living body's seating.

第6発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device of the sixth aspect of the invention, the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is within a frequency band including at least a part of 0.2 Hz to 10 Hz, which is included in the waveform showing the frequency spectrum. Since it is a spectral average value, it is possible to accurately determine whether the living body is sitting.

第8発明の生体着座検出装置によれば、(a)座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、(b)前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、(c)前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含むことから、着座判定手段により、高い周波数特性を有する荷重センサからの荷重信号に前記生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて前記座席上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。
また、(d)前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えていることから、荷重を受けて前記一対の保持板の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が許容されるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがなく、温度による影響が少ないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。
According to the living body occupancy detection device of the eighth invention, (a) the living body occupancy detection device determines that an object on the seat is a living body, and (b) part of the load received by the seat is applied. a load detection unit including a load sensor having a single-crystal load detection element; Since the seating determination means includes a seating determination means for determining that the object above is a living body, the seating determination means determines that a signal originating from the activity of the living body is present in the load signal from the load sensor having high frequency characteristics. Since it is determined that the object on the seat is a living body based on the above, accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences among living bodies.
(d) The load sensor includes a thin-plate-shaped quartz single crystal plate as the single crystal load detection element, a pair of electrodes formed at the center portions of the front and back surfaces of the quartz single crystal plate, and A material having the same length and width dimensions as the length and width dimensions of the single crystal plate, but having a thickness dimension larger than the thickness dimension of the single crystal quartz plate, and having the same coefficient of thermal expansion as the single crystal quartz plate. and a pair of holding plates that sandwich the peripheral edge of the single crystal quartz plate, so that when a load is applied, elastic deformation of the pair of holding plates causes minute distortion of the single crystal quartz plate. is allowed, so there is no sliding friction when micro-distortions occur in response to changes in load. Therefore, the frequency response of the measurement is sufficient, the waveform of the measured biological information etc. is not distorted, and there is no hysteresis caused by sliding friction, so the measured load does not contain hysteresis. Since there is no influence from temperature, sufficient accuracy can be obtained for the load waveform and the absolute value of the load.

発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号の移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する荷重判定手段を含み、前記荷重判定手段により判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出することにあることから、生体の着座だけでなく、生体が成人であるか幼児であるかも検出することができる。 According to the living body seating detection device of the seventh invention, a moving average value of a load signal representing the load detected by the load sensor is calculated, and the moving average value of the load signal is compared with a preset load determination value. Based on this, the load determining means determines whether the load applied to the seat is applied by a living adult or a living infant, and the load determining means Based on the determination, the purpose is to detect whether the living organism sitting on the seat is an adult or an infant, so it is possible to detect not only whether the living organism is sitting but also whether the living organism is an adult or an infant. I can do it.

本発明の一実施例の生体着座検出装置が装着された座席を例示する斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a seat on which a living body occupancy detection device according to an embodiment of the present invention is installed. 図1の座席を示す平面図である。2 is a plan view showing the seat of FIG. 1. FIG. 図1の座席に装着された荷重検出ユニットの構成を説明する側面図である。FIG. 2 is a side view illustrating the configuration of a load detection unit attached to the seat of FIG. 1. FIG. 図3の荷重検出ユニットに用いられる荷重センサの要部を拡大して示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an enlarged main part of a load sensor used in the load detection unit of FIG. 3; 図4の荷重センサの要部の構成を説明するために構成部品を分離して示す組み立て図である。FIG. 5 is an assembly diagram showing the component parts separated in order to explain the configuration of the main parts of the load sensor of FIG. 4. FIG. 図4の荷重センサの要部の構成を説明する図4のVI-VI視縦断面図である。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 4 for explaining the configuration of essential parts of the load sensor in FIG. 4; 図1の生体着座検出装置の電気的構成を説明する図であって、荷重測定回路および電子制御装置の構成を説明するブロック線図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the electrical configuration of the living body occupancy detection device of FIG. 1, and is a block diagram illustrating the configuration of a load measurement circuit and an electronic control device. 図1の座席に物体を載せた場合に得られる荷重信号を示す図である。2 is a diagram showing a load signal obtained when an object is placed on the seat of FIG. 1. FIG. 図1の座席に生体としての車両の搭乗者を載せた場合に得られる荷重信号を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a load signal obtained when a living body passenger of a vehicle is placed on the seat of FIG. 1; 図8の荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルを示す図である。9 is a diagram showing a frequency spectrum obtained by frequency-analyzing the load signal of FIG. 8 by fast Fourier transform. FIG. 図9の荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルを示す図である。10 is a diagram showing a frequency spectrum obtained by frequency-analyzing the load signal of FIG. 9 by fast Fourier transform. FIG. 図10の周波数スペクトルの0Hz~10Hzの周波数帯を拡大して示す図である。11 is a diagram showing an enlarged view of the frequency band from 0 Hz to 10 Hz in the frequency spectrum of FIG. 10. FIG. 図11の周波数スペクトルの0Hz~10Hzの周波数帯を拡大して示す図である。FIG. 12 is a diagram showing an enlarged view of the frequency band from 0 Hz to 10 Hz of the frequency spectrum of FIG. 11; 荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルの0Hz~10Hzの周波数帯における信号強度の大きさおよびばらつきを、3種類の物体および4種類の生体についてそれぞれ示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the magnitude and dispersion of the signal strength in the frequency band of 0 Hz to 10 Hz of the frequency spectrum obtained by frequency analysis of the load signal by fast Fourier transform for three types of objects and four types of living organisms. 図7の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。8 is a flowchart illustrating a main part of the control operation of the electronic control device of FIG. 7. FIG.

以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比、形状等は必ずしも正確に描かれていない。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the figures are simplified or modified as appropriate, and the dimensional ratios, shapes, etc. of each part are not necessarily drawn accurately.

図1は、本発明の一実施例の生体着座検出装置10が適用される車両用の座席12を示す斜視図である。また、図2は、車室内に設けられた座席12の平面図であり、図3は、座席12に装着された荷重検出ユニット20の構成を説明する側面図である。座席12は、生体たとえば搭乗者が腰掛ける着座部14と、着座部14の後端から立ち上がる背もたれ部16とを備えている。着座部14および背もたれ部16は、たとえば図示しない鋼製のパイプフレームにより支持されたウレタンフォーム等のクッション材18からそれぞれ構成されている。 FIG. 1 is a perspective view showing a vehicle seat 12 to which a biological occupancy detection device 10 according to an embodiment of the present invention is applied. 2 is a plan view of the seat 12 provided in the vehicle interior, and FIG. 3 is a side view illustrating the configuration of the load detection unit 20 attached to the seat 12. The seat 12 includes a seating section 14 on which a living person, for example, a passenger, sits, and a backrest section 16 rising from the rear end of the seating section 14. The seat portion 14 and the backrest portion 16 are each made of a cushioning material 18 such as urethane foam supported by a steel pipe frame (not shown).

腰掛けた搭乗者の体重を支持する着座部14には、搭乗者の荷重を検出するための荷重検出ユニット20が設けられている。荷重検出ユニット20は、図3に詳しく示すように、クッション材18内に埋設され且つ互いに所定の間隔を隔てて対向する一対の荷重受板22および基板24と、基板24の中央部に固定され、荷重受板22に受けられ荷重受板22の撓みを通して伝達される荷重を検出する荷重センサ30とを備えている。 A load detection unit 20 for detecting the load of the occupant is provided in the seating portion 14 that supports the weight of the occupant sitting on the seat. As shown in detail in FIG. 3, the load detection unit 20 includes a pair of load receiving plates 22 and a substrate 24 that are embedded in the cushion material 18 and face each other at a predetermined distance, and are fixed to the center of the substrate 24. , a load sensor 30 that detects the load received by the load receiving plate 22 and transmitted through the deflection of the load receiving plate 22.

図4は、荷重センサ30の要部を拡大して示す斜視図である。図5は、図4の荷重センサ30の要部の構成を説明するために構成部品を分離して示す組み立て図である。図6は、図4の荷重センサの要部構成を説明する図4のVI-VI視縦断面図である。図4~図6において、荷重センサ30は、薄板形状の水晶単結晶板から成り単結晶振動子として機能する単結晶荷重検出素子32と、単結晶荷重検出素子32の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、単結晶荷重検出素子32の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ単結晶荷重検出素子32と同じ熱膨張係数を有する材質たとえば単結晶の水晶板から成り、単結晶荷重検出素子32の周縁部を挟持する一対の保持板34および36と、を備えている。一対の保持板34および36の単結晶荷重検出素子32に対向する面には、その周縁部だけで単結晶荷重検出素子32を挟持するように、浅く矩形に凹んだ凹陥部34aおよび36aが形成されている。 FIG. 4 is an enlarged perspective view showing the main parts of the load sensor 30. As shown in FIG. FIG. 5 is an assembly diagram showing the component parts separated in order to explain the configuration of the main parts of the load sensor 30 of FIG. 4. As shown in FIG. FIG. 6 is a vertical cross-sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 4, illustrating the configuration of main parts of the load sensor in FIG. In FIGS. 4 to 6, the load sensor 30 includes a single crystal load sensing element 32 that is made of a thin plate-shaped quartz single crystal plate and functions as a single crystal oscillator, and a single crystal load sensing element 32 that has the same length and width dimensions as the single crystal load sensing element 32. It is made of a material such as a single-crystal quartz plate, which has length and width dimensions, but has a thickness dimension larger than that of the single-crystal load detection element 32, and has the same coefficient of thermal expansion as the single-crystal load detection element 32, A pair of holding plates 34 and 36 that sandwich the peripheral edge of the single-crystal load detection element 32 are provided. Shallow rectangular recesses 34a and 36a are formed on the surfaces of the pair of holding plates 34 and 36 facing the single crystal load sensing element 32 so as to sandwich the single crystal load sensing element 32 only at their peripheral edges. has been done.

単結晶荷重検出素子32の表面および裏面には、厚み方向に対向するように中央部にそれぞれ形成された円形の一対の中央電極38および40と、一対の中央電極38および40から単結晶荷重検出素子32の対角方向に相反するようにそれぞれ形成された一対の導体パターン38aおよび40aとが、それぞれ形成されている。保持板34および36の一対の側面には凹溝34bおよび36bがそれぞれ形成されており、それら凹溝34bおよび36b内に、単結晶荷重検出素子32の表面および裏面に形成された導体パターン38aおよび40aの先端部が露出させられるようになっている。それら導体パターン38aおよび40aの先端部に図示しない導線が電気的に接続されることで、単結晶荷重検出素子32が後述の発振回路56に接続されるようになっている。単結晶荷重検出素子32の表面および裏面の周縁部にそれぞれ形成され矩形の固着面32aおよび32bと、固着面32aに対向するように保持板34の周縁部に形成された矩形の固着面34cおよび固着面32bに対向するように保持板36の周縁部に形成された矩形の固着面36cとが接着剤等によって相互に面接着されて、単結晶荷重検出素子32および一対の保持板34および36が、相互に固定されている。これにより、単結晶荷重検出素子32は、その周縁部が一対の保持板34および36により単結晶荷重検出素子32により挟持された補強状態で、保持されている。 On the front and back surfaces of the single crystal load detection element 32, a pair of circular central electrodes 38 and 40 are formed at the center so as to face each other in the thickness direction, and a single crystal load detection element A pair of conductor patterns 38a and 40a are formed opposite to each other in the diagonal direction of the element 32, respectively. Concave grooves 34b and 36b are formed in a pair of side surfaces of the holding plates 34 and 36, respectively, and conductor patterns 38a and 36b formed on the front and back surfaces of the single crystal load sensing element 32 are inserted into the concave grooves 34b and 36b, respectively. The tip of 40a is exposed. Conductive wires (not shown) are electrically connected to the tips of the conductor patterns 38a and 40a, so that the single crystal load detection element 32 is connected to an oscillation circuit 56, which will be described later. Rectangular fixing surfaces 32a and 32b formed on the periphery of the front and back surfaces of the single crystal load sensing element 32, respectively, and rectangular fixing surfaces 34c and 34c formed on the periphery of the holding plate 34 to face the fixing surface 32a. A rectangular fixing surface 36c formed on the peripheral edge of the retaining plate 36 so as to face the fixing surface 32b is surface-bonded to each other with an adhesive or the like, so that the single-crystal load sensing element 32 and the pair of retaining plates 34 and 36 are bonded together. are fixed to each other. As a result, the single-crystal load detecting element 32 is held in a reinforced state in which the peripheral edge thereof is held between the pair of retaining plates 34 and 36 by the single-crystal load detecting element 32.

単結晶荷重検出素子32には、例えば、温度安定性に優れたATカット水晶を用いている。ATカット単結晶荷重検出素子は、外部からの印加電圧により電極部に厚み滑り振動を生じ、外力に対して正確に比例した共振周波数での電気周期信号として出力を得ることができる。単結晶荷重検出素子32は、例えば長手方向Lすなわち荷重負荷方向の断面を小さくすることによって負荷荷重に対する水晶への負荷応力を増大させて感度の向上を図る為に、長手方向Lの長さが、長手方向Lに対して垂直な幅方向Wの長さよりも長くされている。 For the single crystal load detection element 32, for example, an AT cut crystal with excellent temperature stability is used. The AT-cut single-crystal load sensing element generates thickness shear vibration in the electrode portion due to an externally applied voltage, and can obtain an output as an electrical periodic signal at a resonant frequency that is accurately proportional to the external force. The single crystal load detection element 32 has a length in the longitudinal direction L, for example, in order to increase the stress applied to the crystal against the applied load and improve the sensitivity by reducing the cross section in the longitudinal direction L, that is, the load application direction. , is longer than the length in the width direction W perpendicular to the longitudinal direction L.

このように構成される単結晶荷重検出素子32は、例えば薄板形状のATカット水晶ウェハの両面にスパッタ或いは蒸着により成膜した薄膜導体をLift-offプロセスを用いて中央電極38および40および導体パターン38aおよび40aを多数個分形成し、ダイシングにより個々に分割を行うことで形成される。具体的には、ATカット水晶ウェハ上に、先ず犠牲層をパターンニングし、次にCr及びAuをスパッタして電極を形成した後、犠牲層を除去する。この一連のプロセスを両面に行って電極をパターンニングし、電極完成後、ダイシングソーによってカットして複数個の単結晶荷重検出素子32が形成される。 The single-crystal load sensing element 32 configured as described above is constructed by using a lift-off process to form a thin film conductor on both sides of a thin plate-shaped AT-cut crystal wafer by sputtering or vapor deposition, and attaching it to the central electrodes 38 and 40 and the conductor pattern. It is formed by forming a large number of 38a and 40a and dividing them into individual parts by dicing. Specifically, a sacrificial layer is first patterned on an AT-cut crystal wafer, then Cr and Au are sputtered to form electrodes, and then the sacrificial layer is removed. This series of processes is performed on both sides to pattern the electrodes, and after the electrodes are completed, they are cut with a dicing saw to form a plurality of single crystal load sensing elements 32.

このように構成された荷重センサ30では、その長手方向に荷重を受けて前記一対の保持板34および36の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が発生させられるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。また、荷重センサ30の立ち上がりを良くすることができる。このように構成された荷重センサ30は、たとえば10-3N~10Nのような広範な測定荷重レンジを備える。In the load sensor 30 configured in this manner, the pair of holding plates 34 and 36 are elastically deformed when subjected to a load in the longitudinal direction, causing minute distortions in the single crystal plate. There is no sliding friction when there is minute strain in response to. Therefore, sufficient frequency response is obtained for measurement, and the waveform of the measured biological information is not distorted.Furthermore, there is no hysteresis caused by sliding friction, and hysteresis is not included in the measured load. Therefore, sufficient accuracy can be obtained for the load waveform and the absolute value of the load. In addition, the load sensor 30 can be started up easily. The load sensor 30 configured in this manner has a wide measurement load range, such as 10 −3 N to 10 3 N, for example.

図7は、生体着座検出装置10に備えられた荷重検出回路52および電子制御装置54を示している。荷重検出回路52は、荷重センサ30、荷重センサ30の主要部である単結晶荷重検出素子32の発振を持続して行わせる為の発振回路56、発振回路56から出力される周期信号の周波数を読み取る為の周波数カウンタ58、及び発振回路56等へ電源を供給する為の電源回路60などを備えている。周波数カウンタ58からは、たとえば1~10ms程度のサンプリング周期毎に発振回路56の発振周波数を表す発振周波数信号を逐次出力する。 FIG. 7 shows a load detection circuit 52 and an electronic control device 54 provided in the living body occupancy detection device 10. The load detection circuit 52 includes an oscillation circuit 56 for continuously oscillating the load sensor 30 and the single-crystal load detection element 32, which is a main part of the load sensor 30, and a frequency of a periodic signal output from the oscillation circuit 56. It includes a frequency counter 58 for reading, a power supply circuit 60 for supplying power to the oscillation circuit 56, etc. The frequency counter 58 sequentially outputs an oscillation frequency signal representing the oscillation frequency of the oscillation circuit 56 at every sampling period of, for example, about 1 to 10 ms.

電子制御装置54は、たとえば図示しないCPU、RAM、ROM、入出力インターフェースを含む所謂マイクロコンピュータであって、たとえば予めROMに記憶されたプログラムにしたがって入力信号を処理し、生体が座席12の着座部14に着座したか否か等を表す着座信号STを他の制御装置等へ出力する。電子制御装置54は、荷重算出手段62、周波数解析手段64、周波数成分判定手段66、荷重判定手段68、着座判定手段70を、制御機能の要部として備えている。 The electronic control device 54 is a so-called microcomputer including, for example, a CPU (not shown), a RAM, a ROM, and an input/output interface. A seating signal ST indicating whether or not the driver is seated on the seat 14 is output to other control devices and the like. The electronic control device 54 includes a load calculation means 62, a frequency analysis means 64, a frequency component determination means 66, a load determination means 68, and a seating determination means 70 as main parts of the control function.

荷重算出手段62は、たとえば単結晶荷重検出素子32に加えられる負荷荷重と単結晶荷重検出素子32の振動周波数との間の予め記憶された関係から、荷重検出回路52からの発振周波数信号が表す周波数に基づいて、荷重センサ30が受けた荷重(N)を表す荷重信号SWを逐次出力する。図8は、車両のアイドリング状態において、物体の一例として合計18kgのペットボトル9本を、図1の座席12の着座部14に載せた場合に荷重算出手段62によって得られた荷重信号SWの波形を示している。図9は、車両のアイドリング状態において、生体の一例として体重57kg、身長177cmの搭乗者を、図1の座席12の着座部14に着座させた場合に、荷重算出手段62によって得られた荷重信号SWを示している。 The load calculation means 62 calculates the oscillation frequency signal from the load detection circuit 52 based on a pre-stored relationship between the applied load applied to the single crystal load detection element 32 and the vibration frequency of the single crystal load detection element 32, for example. Based on the frequency, a load signal SW representing the load (N) received by the load sensor 30 is sequentially output. FIG. 8 shows the waveform of the load signal SW obtained by the load calculation means 62 when nine plastic bottles weighing a total of 18 kg as an example of objects are placed on the seating portion 14 of the seat 12 in FIG. 1 while the vehicle is idling. It shows. FIG. 9 shows a load signal obtained by the load calculation means 62 when a passenger with a weight of 57 kg and a height of 177 cm, as an example of a living body, is seated on the seating portion 14 of the seat 12 in FIG. 1 while the vehicle is idling. It shows SW.

図8の荷重信号SWの波形には、エンジンの振動と思われる細かな脈動波形を含むがうねりのない一定の荷重を示す波形が示されている。これに対して、図9では、3.5~4、2秒程度の大周期T1で連続する大周期の脈動波形、たとえば0.8秒程度の中周期T2で連続する中周期の脈動波形、およびたとえば0.27秒程度の小周期T3で連続する小周期の脈動波形等を含む生体由来の波形が示されている。上記大周期T1の波形はたとえば生体の呼吸周期に対応し、上記中周期T2の波形はたとえば生体の心拍(脈拍)周期に対応している。また、上記小周期T3の波形は上記大周期T1の波形或いは中周期T2の波形の高調波に対応していると推定される。 The waveform of the load signal SW in FIG. 8 includes a fine pulsation waveform that is considered to be engine vibration, but shows a constant load without undulations. On the other hand, in FIG. 9, a large period pulsation waveform that continues with a large period T1 of about 3.5 to 4.2 seconds, a medium period pulsation waveform that continues with a medium period T2 of about 0.8 seconds, for example, Also shown is a waveform derived from a living body, including a continuous short period pulsation waveform with a short period T3 of, for example, about 0.27 seconds. The waveform of the large period T1 corresponds to, for example, the respiratory cycle of the living body, and the waveform of the medium period T2 corresponds to, for example, the heartbeat (pulse) cycle of the living body. Further, it is estimated that the waveform of the small period T3 corresponds to a harmonic of the waveform of the large period T1 or the waveform of the medium period T2.

周波数解析手段64は、荷重算出手段62から出力された荷重信号SWを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析を行い、周波数スペクトルを出力する。図10は、図8に示す、座席12の着座部14に2L入りのボトル9本すなわち合計18kgの物体を載置した場合に得られた荷重信号SWを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析したときの周波数スペクトルを示し、図11は、図9に示す、座席12の着座部14に体重57kg、身長177cmの搭乗者を着座させた場合に得られた荷重信号SWを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析したときの周波数スペクトルを示している。 The frequency analysis means 64 performs frequency analysis on the load signal SW output from the load calculation means 62 using fast Fourier analysis, and outputs a frequency spectrum. FIG. 10 shows the frequency analysis of the load signal SW obtained when nine 2L bottles, that is, objects weighing a total of 18 kg, are placed on the seating part 14 of the seat 12 shown in FIG. 8, using fast Fourier analysis. FIG. 11 shows the load signal SW obtained when a passenger with a weight of 57 kg and a height of 177 cm is seated on the seating portion 14 of the seat 12 shown in FIG. 9 using fast Fourier analysis. This shows the frequency spectrum obtained by frequency analysis.

合計18kgの物体を載置した場合に得られた荷重信号SWを周波数解析することで得られた図10の周波数スペクトルでは、34Hz付近のエンジンの振動ノイズENを含む僅かな車両ノイズが10Hz以上の帯域において発生しているが、図12に示すように、0~10Hzの波長帯にはノイズが認識されない。これに対して、体重57kg、身長177cmの搭乗者を着座させた場合に得られた荷重信号SWを周波数解析することで得られた図11の周波数スペクトルでは、34Hz付近のエンジンの振動ノイズENを含む図10の場合よりも大きい車両ノイズが10Hz以上の帯域において発生しているとともに、図13に示すように、0~10Hzの波長帯には生体の活動に由来する大きなシグナルが認識される。0~10Hzの波長帯内のスペクトルのうち、0~2Hzの波長帯におけるスペクトルは生体の呼吸活動や心臓の心拍活動に由来する基本波に対応するシグナルであることが推定されるが、少なくとも2~7Hzの周波数帯にも生体由来の大きなシグナルが発生している。 In the frequency spectrum of Fig. 10 obtained by frequency analysis of the load signal SW obtained when a total of 18 kg of objects are placed, there is a slight amount of vehicle noise including engine vibration noise EN around 34 Hz, but a slight amount of vehicle noise above 10 Hz. However, as shown in FIG. 12, noise is not recognized in the wavelength band of 0 to 10 Hz. On the other hand, in the frequency spectrum of FIG. 11 obtained by frequency analysis of the load signal SW obtained when a passenger weighing 57 kg and height 177 cm is seated, the engine vibration noise EN around 34 Hz is Larger vehicle noise than in the case of FIG. 10 is generated in a band of 10 Hz or higher, and as shown in FIG. 13, a large signal originating from biological activity is recognized in the wavelength band of 0 to 10 Hz. Among the spectra within the wavelength band of 0 to 10 Hz, the spectrum in the wavelength band of 0 to 2 Hz is estimated to be a signal corresponding to the fundamental wave derived from the respiratory activity of the living body and the heartbeat activity, but at least 2 Large biological signals are also generated in the ~7Hz frequency band.

周波数成分判定手段66は、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに、生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定する。生体由来の波形の周波数成分とは、生体の呼吸周期に関連する脈動の周波数成分、心拍周期に関連する脈動の周波数、生体の会話(音声)や咀嚼動作に関連する脈動の周波数成分等の基本周波数および高調波周波数である。周波数成分判定手段66は、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに、たとえば3.5~4、2秒程度の大周期T1で連続する大周期の脈動波形の周波数成分の信号強度に対応する0.23~0.28Hzの周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度の平均値が予め設定された第1閾値を超えること、たとえば0.8秒程度の中周期T2で連続する中周期の脈動波形の周波数成分に対応する1.1~1.4Hzの周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度の平均値が予め設定された第2閾値を超えること、およびそれらの高調波と推定される2~7Hzの周波数帯の周波数スペクトルの信号強度の平均値PWAが予め設定された第3閾値を超えることの少なくとも一つが判定されることに基づいて、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定する。図13の2~7Hzの周波数帯には、周波数スペクトルの信号強度の平均値PWAが示されており、好適には、上記第3閾値は、その周波数スペクトルの信号強度の平均値PWよりも低い値に予め設定される。 The frequency component determination means 66 determines whether the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64 includes a frequency component derived from a living body. The frequency components of waveforms derived from living organisms include the basic frequency components of pulsations related to the breathing cycle of living organisms, the frequency of pulsations related to heartbeat cycles, and the frequency components of pulsations related to conversation (speech) and chewing movements of living organisms. frequency and harmonic frequencies. The frequency component determination means 66 corresponds to the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64, for example, to the signal strength of the frequency component of a continuous large period pulsating waveform with a large period T1 of about 3.5 to 4.2 seconds. The average value of the signal strength of the frequency spectrum within the frequency band of 0.23 to 0.28 Hz exceeds a preset first threshold, for example, a medium-period pulsating waveform that continues with a medium-period T2 of about 0.8 seconds. that the average value of the signal strength of the frequency spectrum within the frequency band of 1.1 to 1.4 Hz corresponding to the frequency components of 2 to 7 Hz, which are estimated to be harmonics thereof, exceeds a preset second threshold; Based on the determination that at least one of the fact that the average value PWA of the signal strength of the frequency spectrum of the frequency band exceeds a preset third threshold value, biological origin is added to the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64. Determine whether a frequency component is included. In the frequency band of 2 to 7 Hz in FIG. 13, an average signal strength PWA of the frequency spectrum is shown, and preferably the third threshold value is lower than the average signal strength PW of the frequency spectrum. Preset to the value.

図14は、合計6kg、12kg、および18kgの荷重を有する3種類の物体からそれぞれ得られた荷重信号SWの周波数スペクトルの2~7Hzの波長帯における信号強度の分布をそれぞれ示す箱ひげ図BP1、BP2、およびBP3と、55kg、57kg、62kg、および65kgの体重を有する4人の搭乗者(生体)からそれぞれ得られた荷重信号SWの周波数スペクトルの2~7Hzの波長帯における信号強度の分布をそれぞれ示す箱ひげ図BP4、BP5、BP6、およびBP7とを、示している。 FIG. 14 is a boxplot BP1 showing the distribution of signal intensity in the 2-7 Hz wavelength band of the frequency spectrum of the load signal SW obtained from three types of objects having a total load of 6 kg, 12 kg, and 18 kg, respectively; The distribution of signal intensity in the wavelength band of 2 to 7 Hz of the frequency spectrum of the load signal SW obtained from BP2, BP3, and four occupants (living bodies) with body weights of 55 kg, 57 kg, 62 kg, and 65 kg, respectively. Boxplots BP4, BP5, BP6, and BP7 are shown, respectively.

図14に示すように、物体からの荷重信号SWの周波数スペクトルの信号強度のばらつきを示す箱ひげ図BP1、BP2、およびBP3の最大値と、搭乗者からの荷重信号SWの周波数スペクトルの信号強度のばらつきを示す箱ひげ図BP4、BP5、BP6、およびBP7の最小値との間に設定された第4閾値H4を用いて、0.2Hz~10Hz、好適には、2~7Hzの周波数帯の少なくとも一部を含む周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度と大小関係比較することで生体由来の周波数成分が含まれているか否かが判定されることができる。周波数成分判定手段66は、その信号強度が第4閾値H4を超えることに基づいて、周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定してもよい。 As shown in FIG. 14, the maximum values of boxplots BP1, BP2, and BP3 showing variations in the signal strength of the frequency spectrum of the load signal SW from the object and the signal strength of the frequency spectrum of the load signal SW from the passenger are shown. Using the fourth threshold value H4 set between the minimum values of box plots BP4, BP5, BP6, and BP7 showing the dispersion of By comparing the signal strength of the frequency spectrum within the frequency band that includes at least a portion of the signal, it can be determined whether or not a frequency component derived from a living body is included. The frequency component determination means 66 determines whether or not the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64 includes a frequency component derived from a living body, based on the fact that the signal strength exceeds the fourth threshold H4. good.

荷重判定手段68は、荷重算出手段62から出力された荷重信号SWの移動平均値を算出し、荷重信号SWの移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席12の着座部14に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する。たとえば荷重信号SWの移動平均値が成人を判定するために予め設定された荷重判定値を超えた場合には成人の着座と判定し、荷重信号SWの移動平均値がその荷重判定値を下回った場合には幼児の着座と判定する。 The load determination means 68 calculates a moving average value of the load signal SW output from the load calculation means 62, and compares the moving average value of the load signal SW with a preset load determination value. It is determined whether the load applied to the seating portion 14 of is applied by a living adult or a living infant. For example, if the moving average value of the load signal SW exceeds a load judgment value preset for determining an adult, it is determined that an adult is seated, and if the moving average value of the load signal SW falls below the load judgment value. In this case, it is determined that the infant is seated.

着座判定手段70は、所定以上の荷重が座席12の着座部14に加えられたとき、周波数成分判定手段66によって周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の波形の周波数成分が含まれていないと判定された場合は、物体が着座部14に載置されたと判定するが、周波数成分判定手段66によって周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに波形の生体由来の周波数成分が含まれていると判定された場合は、生体の着座を判定する。この場合、荷重判定手段68の判定結果に基づいて、成人の着座であるか幼児の着座であるかも判定する。 The seating determination means 70 determines whether a frequency component of a waveform derived from a living body is included in the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64 by the frequency component determination means 66 when a load of a predetermined value or more is applied to the seating portion 14 of the seat 12. If it is determined that the object has not been placed on the seating portion 14, it is determined that the object has been placed on the seating portion 14, but the frequency component determination means 66 determines that the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64 contains a biologically derived frequency component of the waveform. If it is determined that the living body is seated, it is determined whether the living body is seated. In this case, based on the determination result of the load determining means 68, it is also determined whether an adult or a child is seated.

図15は、電子制御装置54の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図13において、ステップS1(以下、ステップを省略する)では、座席12の着座部14に所定以上の荷重が検出されたか否かが判断される。このS1の判断が否定されるうちは待機させられるが、S1の判断が肯定されると、荷重算出手段62に対応するS2において、図8に示す予め記憶された関係から、荷重検出回路52からの発振周波数信号が表す周波数に基づいて、荷重センサ30が受けた荷重(N)を表す荷重信号SWが逐次算出される。次に、周波数解析手段64に対応するS3において、上記の荷重信号SWから高速フーリエ解析を用いて周波数解析が行われ、周波数スペクトルが出力される。 FIG. 15 is a flowchart illustrating the main part of the control operation of the electronic control device 54. In FIG. 13, in step S1 (hereinafter, step is omitted), it is determined whether a load of a predetermined value or more is detected on the seating portion 14 of the seat 12. As long as the judgment in S1 is negative, the system is kept on standby, but if the judgment in S1 is affirmative, in S2 corresponding to the load calculation means 62, from the pre-stored relationship shown in FIG. A load signal SW representing the load (N) received by the load sensor 30 is sequentially calculated based on the frequency represented by the oscillation frequency signal. Next, in S3 corresponding to the frequency analysis means 64, frequency analysis is performed on the load signal SW using fast Fourier analysis, and a frequency spectrum is output.

次いで、周波数成分判定手段66に対応するS4において、上記周波数スペクトルに、予め設定された生体由来の周波数成分、たとえば4秒程度の大周期T1で連続する大周期の脈動波形の周波数成分、たとえば0.8秒程度の中周期T2で連続する中周期の脈動波形の周波数成分等が含まれているか否かが判定される。このS4の判断が否定される場合は、S8において、物体が座席12の着座部14に載置されていると決定される。しかし、S4の判断が肯定される場合は、荷重判定手段68に対応するS5において、座席12の着座部14に加えられている荷重が予め設定された成人判定値を超えるか否かが判断される。このS5の判断が否定される場合は、S7において幼児或いは小児の着座であると決定されるが、S5の判断が肯定される場合は、S6において成人の着座であると決定される。これらS6、S7、およびS8は、着座判定手段70に対応している。 Next, in S4 corresponding to the frequency component determining means 66, a preset living body-derived frequency component is added to the frequency spectrum, for example, a frequency component of a large period pulsating waveform that continues with a large period T1 of about 4 seconds, for example 0. It is determined whether or not a frequency component of a continuous medium-period pulsating waveform is included at a medium-period T2 of about .8 seconds. If the determination in S4 is negative, it is determined in S8 that the object is placed on the seating portion 14 of the seat 12. However, if the determination in S4 is affirmative, it is determined in S5 corresponding to the load determination means 68 whether or not the load applied to the seating portion 14 of the seat 12 exceeds a preset adult determination value. Ru. If the determination in S5 is negative, it is determined in S7 that an infant or child is seated, but if the determination in S5 is affirmative, it is determined in S6 that an adult is seated. These S6, S7, and S8 correspond to the seating determination means 70.

上述のように、本実施例の生体着座検出装置10によれば、座席12の着座部14に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶振動子を有する荷重センサ30を備える荷重検出ユニット20と、荷重センサ30により検出された荷重を表す荷重信号SWに生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、座席12の着座部14上の物体が生体であることを判定する着座判定手段70とを、含むことから、着座判定手段70により、高い周波数特性を有する荷重センサ30からの荷重信号SWに生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて座席12の着座部14上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。 As described above, the living body occupancy detection device 10 of the present embodiment includes a load detection unit 20 including a load sensor 30 having a single crystal vibrator to which a portion of the load received by the seating portion 14 of the seat 12 is applied. , seating determination means for determining that the object on the seating portion 14 of the seat 12 is a living body based on the presence of a waveform derived from the activity of the living body in the load signal SW representing the load detected by the load sensor 30; 70, the seating determining means 70 detects the presence of the waveform derived from the activity of the living body in the load signal SW from the load sensor 30 having high frequency characteristics. Since it is determined that the object is a living body, accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences among living bodies.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、荷重センサ30からの荷重信号SWに高速フーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段64と、周波数解析手段64により得られた周波数スペクトルに、生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段66とを、含み、着座判定手段70は、周波数成分判定手段66により生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、座席12の着座部14上の物体が生体であることを判定することから、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。 According to the living body occupancy detection device 10 of this embodiment, the frequency analysis means 64 performs frequency analysis to obtain a frequency spectrum using fast Fourier transform on the load signal SW from the load sensor 30; The seating determination means 70 includes a frequency component determining means 66 that determines whether a frequency component of a waveform originating from the activity of the living body is present in the frequency spectrum, and the seating determination means 70 determines whether the frequency component of the waveform originating from the activity of the living body is present in the frequency spectrum. If it is determined that the frequency component exists, it is determined that the object on the seating portion 14 of the seat 12 is a living body, so that accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences among living organisms.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の心拍に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device 10 of this embodiment, since the frequency component corresponding to the heartbeat of the living body is used as the frequency component of the waveform derived from the living body's activity, it is possible to accurately determine whether the living body is sitting.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の呼吸に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device 10 of this embodiment, since the frequency component corresponding to the living body's breathing is used as the frequency component of the waveform derived from the living body's activity, it is possible to accurately determine the living body's seating.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の会話に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device 10 of the present embodiment, since the frequency component corresponding to the living body's conversation is used as the frequency component of the waveform derived from the living body's activity, it is possible to accurately determine the living body's seating.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分は、周波数解析手段64により得られた周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることから、生体の着座判定が正確に得られる。 According to the living body seating detection device 10 of this embodiment, the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is at least one frequency component of 0.2 Hz to 10 Hz included in the waveform representing the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64. Since this is the average value of the spectrum within the frequency band that includes the area, it is possible to accurately determine whether the living body is seated.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、荷重センサ30は、単結晶荷重検出素子(単結晶振動子)32に加えられる荷重とその単結晶荷重検出素子(単結晶振動子)32を含む発振回路56の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の単結晶荷重検出素子32を含む発振回路56の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、10-3N~10Nの測定荷重レンジを備えるので、生体由来の信号を明確に含む荷重信号SWが得られる。According to the living body occupancy detection device 10 of this embodiment, the load sensor 30 includes the load applied to the single crystal load detection element (single crystal vibrator) 32 and the single crystal load detection element (single crystal vibrator) 32. The load is determined based on the frequency of the oscillation circuit 56 including the actual single-crystal load detection element 32 from a predetermined relationship with the oscillation frequency of the oscillation circuit 56, and the load is calculated from 10 −3 N to 10 3 N. Since the measurement load range is provided, a load signal SW that clearly includes a signal derived from a living body can be obtained.

本実施例の生体着座検出装置10によれば、荷重センサ30は、単結晶荷重検出素子32としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の中央電極38,40と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板34,36と、を備えていることから、荷重を受けて一対の保持板34,36の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が許容されるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがなく、温度による影響が少ないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。 According to the living body occupancy detection device 10 of this embodiment, the load sensor 30 is formed in a thin plate-shaped quartz single crystal plate as the single crystal load detection element 32, and in the center portions of the front and back surfaces of the quartz single crystal plate. a pair of center electrodes 38, 40 having the same length and width as the length and width of the single crystal quartz plate, but having a thickness larger than the thickness of the single crystal quartz plate; A pair of holding plates 34 and 36 are made of a material having the same coefficient of thermal expansion as the single crystal quartz plate and sandwich the peripheral edge of the single crystal quartz plate. Since the elastic deformation of the quartz crystal plates 34 and 36 allows the generation of minute distortions in the single crystal plate, there is no sliding friction when the single crystal plates undergo minute distortions in response to changes in load. Therefore, sufficient frequency response is obtained for measurement, and the waveform of the measured biological information is not distorted.Furthermore, there is no hysteresis caused by sliding friction, and hysteresis is not included in the measured load. Since there is no influence from temperature, sufficient accuracy can be obtained for the load waveform and the absolute value of the load.

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail based on the drawings, the present invention can also be applied to other aspects.

例えば、前述の実施例の生体着座検出装置10において、着座判定手段70は、所定以上の荷重が座席12の着座部14に加えられたとき、周波数成分判定手段66によって周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれていないと判定された場合は、物体が着座部14に載置されたと判定するが、周波数成分判定手段66によって周波数解析手段64によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれていると判定された場合は、生体の着座を判定するものであった。しかし、着座判定手段70は、たとえば生体由来の波形を予め記憶し、その記憶された生体由来波形が荷重検出回路52から出力された荷重信号SWに含まれるか否かを、パターンマッチング手法を用いて判定することにより、荷重信号SWに生体由来の波形が含まれるか否かを判定し、含まれると判定された場合は、生体の着座を判定するものであってもよい。 For example, in the living body occupancy detecting device 10 of the above-described embodiment, the occupancy determination means 70 detects the frequency component determined by the frequency component determination means 66 and the frequency analysis means 64 when a load of a predetermined value or more is applied to the seating portion 14 of the seat 12. If it is determined that a frequency component derived from a living body is not included in the frequency spectrum obtained, it is determined that an object is placed on the seating portion 14, but the frequency component determination means 66 determines that the frequency component derived from the frequency analysis means 64 is not included. If it was determined that the spectrum contained a frequency component derived from a living body, it was determined whether the living body was sitting. However, the seating determination means 70 stores, for example, a waveform derived from a living body in advance, and uses a pattern matching method to determine whether or not the stored waveform derived from a living body is included in the load signal SW output from the load detection circuit 52. By determining whether or not the load signal SW includes a waveform derived from a living body, if it is determined that the waveform is included, it may be determined whether the living body is seated.

また、前述の実施例では、荷重センサ30の単結晶荷重検出素子32を含む発振回路56の周波数と荷重センサ30に加えられる荷重との予め定められた関係から実際の周波数に基づいて荷重信号SWが算出されていた。しかし、荷重センサ30の単結晶荷重検出素子32を構成する水晶単結晶の発生する電荷に対応する出力電圧と荷重センサ30に加えられる荷重との関係から実際の出力電圧に基づいて荷重信号SWが算出されても良い。 Further, in the above embodiment, the load signal SW is based on the actual frequency based on the predetermined relationship between the frequency of the oscillation circuit 56 including the single crystal load detection element 32 of the load sensor 30 and the load applied to the load sensor 30. was calculated. However, due to the relationship between the output voltage corresponding to the charge generated by the single crystal crystal that constitutes the single crystal load detection element 32 of the load sensor 30 and the load applied to the load sensor 30, the load signal SW is determined based on the actual output voltage. It may be calculated.

また、前述の実施例の荷重センサ30は、温度補償に関する回路装置が備えられていない。しかし、車室内温度は温度変動が大きい場合があるので、そのような場合には、荷重検出精度を維持するために温度補償を行なう回路装置が備えられてもよい。このような温度補償を行なう回路装置としては、荷重センサ30と同様に構成された温度リファレンス用荷重センサを荷重が加えられない状態で追加し、荷重センサ30から得られた荷重信号SWと上記温度リファレンス用荷重センサから得られた荷重信号SWrとの差分値を荷重信号として用いるようにするものでもよい。また、別の温度補償を行なう回路装置としては、サーミスタや熱電対等の温度センサを荷重センサ30に設けて荷重センサ30の温度を検出し、予め実験的に求めた温度補正値と荷重センサ30の温度との関係から実際の荷重センサ30の温度に基づいて温度補正値を求め、その温度補正値を用いて荷重信号SWを補正するようにするものでもよい。 Further, the load sensor 30 of the above-described embodiment is not equipped with a circuit device related to temperature compensation. However, since the temperature inside the vehicle may fluctuate greatly, in such a case, a circuit device that performs temperature compensation may be provided in order to maintain load detection accuracy. As a circuit device that performs such temperature compensation, a temperature reference load sensor configured similarly to the load sensor 30 is added in a state where no load is applied, and the load signal SW obtained from the load sensor 30 and the temperature The difference value from the load signal SWr obtained from the reference load sensor may be used as the load signal. In addition, as another circuit device that performs temperature compensation, a temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple is installed in the load sensor 30 to detect the temperature of the load sensor 30, and the temperature correction value obtained experimentally in advance and the A temperature correction value may be determined based on the actual temperature of the load sensor 30 in relation to temperature, and the load signal SW may be corrected using the temperature correction value.

尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。 The above-mentioned embodiment is merely one embodiment, and the present invention can be implemented with various changes and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.

10:生体着座検出装置 12:座席 14:着座部 16:背もたれ部 18:クッション材 20:荷重検出ユニット 22:荷重受板 24:基板 30:荷重センサ 32:単結晶荷重検出素子 32a、32b:矩形の固着面 34、36:保持板 34a、36a:凹陥部 34b、36b:凹溝 34c、36c:矩形の固着面 38、40:中央電極(一対の電極) 38a、40a:導体パターン 52:荷重検出回路 54:電子制御装置 56:発振回路 58:周波数カウンタ 60:電源回路 62:荷重算出手段 64:周波数解析手段 66:周波数成分判定手段 68:荷重判定手段 70:着座判定手段 ST:着座信号 SW:荷重信号10: Living body occupancy detection device 12: Seat 14: Seating section 16: Backrest section 18: Cushion material 20: Load detection unit 22: Load receiving plate 24: Substrate 30: Load sensor 32: Single crystal load detection element 32a, 32b: Rectangle Fixed surface 34, 36: Holding plate 34a, 36a: Recessed part 34b, 36b: Concave groove 34c, 36c: Rectangular fixed surface 38, 40: Center electrode (pair of electrodes) 38a, 40a: Conductor pattern 52: Load detection Circuit 54: Electronic control device 56: Oscillation circuit 58: Frequency counter 60: Power supply circuit 62: Load calculation means 64: Frequency analysis means 66: Frequency component determination means 68: Load determination means 70: Seating determination means ST: Seating signal SW: load signal

Claims (8)

座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、
前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、
前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含み、
前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、10 -3 N~10 Nの測定荷重レンジを備える
ことを特徴とする生体着座検出装置。
A living body seating detection device that determines that an object on a seat is a living body,
a load detection unit comprising a load sensor having a single crystal load detection element to which a portion of the load received by the seat is applied;
seating determination means for determining that an object on the seat is a living body based on the presence of a waveform derived from the activity of the living body in a load signal representing the load detected by the load sensor; ,
The load sensor is configured to perform oscillation including the actual single crystal load sensing element based on a predetermined relationship between a load applied to the single crystal load sensing element and an oscillation frequency of an oscillation circuit including the single crystal load sensing element. It calculates the load based on the frequency of the circuit, and has a measurement load range of 10 -3 N to 10 3 N.
A biological occupancy detection device characterized by the following.
前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、
前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段とを、含み、
前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段により前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定する
ことを特徴とする請求項1の生体着座検出装置。
Frequency analysis means for performing frequency analysis to obtain a frequency spectrum using Fourier transform on the load signal from the load sensor;
comprising a frequency component determination means for determining that a frequency component of a waveform originating from the activity of the living body is present in the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means;
The seating determining means determines that the object on the seat is a living body when the frequency component determining means determines that a frequency component of a waveform derived from the activity of the living body is present. The living body occupancy detection device according to claim 1.
前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分である
ことを特徴とする請求項1または2の生体着座検出装置。
The living body seating detection device according to claim 1 or 2, wherein the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is a frequency component corresponding to the heartbeat of the living body.
前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分である
ことを特徴とする請求項1または2の生体着座検出装置。
The living body seating detection device according to claim 1 or 2, wherein the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is a frequency component corresponding to the breathing of the living body.
前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の会話に対応する周波数成分である
ことを特徴とする請求項1または2の生体着座検出装置。
The living body seating detection device according to claim 1 or 2, wherein the frequency component of the waveform derived from the living body's activity is a frequency component corresponding to a conversation of the living body.
前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、0.2Hz~10Hzの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値である
ことを特徴とする請求項1または2の生体着座検出装置。
A claim characterized in that the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a spectral average value within a frequency band including at least a part of 0.2 Hz to 10 Hz, which is included in the waveform showing the frequency spectrum. 1 or 2 biological occupancy detection device.
前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号の移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する荷重判定手段を含み、
前記荷重判定手段により判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出する
ことを特徴とする請求項1からのいずれか1の生体着座検出装置。
A moving average value of a load signal representing the load detected by the load sensor is calculated, and the load applied to the seat is determined based on comparing the moving average value of the load signal with a preset load judgment value. , comprising a load determining means for determining whether the load is applied by a living adult or a living child,
7. The living body seating detection device according to claim 1, wherein the living body sitting on the seat is detected as an adult or an infant based on a determination made by the load determining means.
座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、
前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、
前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含み、
前記荷重センサは、
前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、
前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、
前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備える
ことを特徴とする生体着座検出装置。
A living body seating detection device that determines that an object on a seat is a living body,
a load detection unit comprising a load sensor having a single crystal load detection element to which a portion of the load received by the seat is applied;
seating determination means for determining that an object on the seat is a living body based on the presence of a waveform derived from the activity of the living body in a load signal representing the load detected by the load sensor;
The load sensor is
a thin plate-shaped quartz single crystal plate as the single crystal load detection element;
a pair of electrodes formed at the center of the front and back surfaces of the single crystal quartz plate;
It has the same length and width dimensions as the length and width dimensions of the single crystal quartz plate, but has a thickness dimension larger than the thickness dimension of the single crystal quartz plate, and has the same coefficient of thermal expansion as the single crystal quartz plate. A living body occupancy detecting device comprising: a pair of holding plates that are made of a material that holds the peripheral edge of the single crystal quartz plate .
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