CN102301198A - 乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法 - Google Patents

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市原孝一
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Fujikura Ltd
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Abstract

能够廉价地构成，实现成本削减并高精度地检测乘客的姿势。乘客姿势检测装置(100)具备静电容量传感器部(10)和电路部(20)。静电容量传感器部(10)具备分别配置在车室顶棚部(2)的座席(40)的前方及座席(40)的正上方的第一及第二检测电极(11、12)，各检测电极(11、12)经由切换开关(SW1、SW2)而与电路部(20)的静电容量检测电路(21)和屏蔽驱动电路(23)连接。电路部(20)的CPU(29)使用基于静电容量检测电路(21)检测出的来自各检测电极(11、12)的静电容量的静电容量值，并基于就坐在座席(40)上的乘客(人体)(48)的头部(49)的位置的信息，来判定就坐姿势。与判定到的就坐姿势相关的姿势信息向搭载于车辆(1)的ECU输出，使用于气囊的展开等的控制。

Description

乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法
技术领域
本发明涉及一种对就坐于车辆的座席上的乘客的姿势进行检测的乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法。
背景技术
伴随机动车等车辆的高性能化，例如基于乘客的姿势等而控制碰撞时用于保护乘客的气囊的展开的技术不断发展。作为此种检测乘客的姿势的装置，例如已知有一种下述专利文献1所公开的头部位置检测系统。
该头部位置检测系统具备：在座椅座部(就坐部)配置有与坐在(就坐在)座椅(座席)上的乘客进行高频电连接的振荡电极，且对振荡电极与金属框之间施加振荡输出的振荡部；以与振荡电极对置的方式在车室顶棚部绝缘配置有接收电极的距离测定用传感器。
另外，该头部位置检测系统具备：从与乘客电连接的导体面离开已知的距离，与导体面对置地绝缘配置有校正用接收电极而进行计测的校准传感器；基于该计测结果而决定接收电极中的各距离与输出电压相关的特性曲线，将各输出电压的值应用于对应的特性曲线而求出各距离的处理电路。然后，计测乘客的头部与接收电极之间的距离而检测头部的位置。
现有技术文献
专利文献1：特开2002-365011号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述的专利文献1所公开的头部位置检测系统中，由于将振荡电极和接收电极分别配置在座席的上方或下方，因此存在配线长变长或系统结构复杂化而难以实现成本的削减这一问题。
本发明为了消除上述的现有技术的问题点，其目的在于提供一种能够廉价地构成，实现成本的削减并能够高精度地检测乘客的姿势的乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述的课题，实现目的，本发明的第一乘客姿势检测装置的特征在于，具备：在车辆的座席的上方的车室顶棚部，以能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的方式配置的、用于检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的两个检测电极；与所述检测电极分别连接，基于来自各检测电极的检测信号而检测所述人体的头部的位置的检测电路；根据来自所述检测电路的检测结果，而判定所述人体的就坐姿势的姿势判定电路。
本发明的第一乘客姿势检测装置通过如上所述构成，与现有技术相比，在车室顶棚部仅设置两个检测电极即可，能够形成为不需要振荡电极或接收电极的简单结构，并且所述电极间的距离的问题也不存在，因此能够实现廉价的结构和成本的削减。需要说明的是，作为人体的头部，特别优选检测头顶部。
也可以是，所述检测电极的一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席前方的车室顶棚部之间的静电容量，而另一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席正上方的车室顶棚部之间的静电容量。
另外，也可以是，所述检测电极的一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席侧方的车室顶棚部之间的静电容量，而另一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席正上方的车室顶棚部之间的静电容量。
也可以是，所述检测电路具有与各检测电极分别一对一连接，并将各检测电极所检测到的静电容量转换成电压的C-V转换型的多个静电容量检测电路。
也可以是，所述检测电路具有将各检测电极所检测到的静电容量转换成电压的C-V转换型的静电容量检测电路，所述静电容量检测电路经由开关单元而与各检测电极连接。
也可以是，还具备对所述检测电极中的一检测电极进行屏蔽驱动的屏蔽驱动电路。
也可以是，所述检测电路对所述开关单元进行控制，以便于将检测静电容量的检测电极与所述静电容量检测电路连接，并将另一检测电极与所述屏蔽驱动电路连接。
另外，本发明的第二乘客姿势检测装置的特征在于，具备：在车辆的座席的上方的车室顶棚部以能够检测规定的平面上的位置的方式配置的、用于检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的至少三个检测电极；与所述检测电极分别连接，基于来自各检测电极的检测信号而检测所述人体的头部的位置的检测电路；根据来自所述检测电路的检测结果，而判定所述人体的就坐姿势的姿势判定电路。
本发明的第二乘客姿势检测装置通过如上所述构成，与现有技术相比，在车室顶棚部仅设置检测电极即可，能够形成为不需要振荡电极或接收电极的简单结构，并且所述电极间的距离的问题也不存在，因此能够廉价地构成且能够高精度地检测乘客的姿势。需要说明的是，作为人体的头部，特别优选检测头顶部。
所述检测电路与所述检测电极分别经由切换开关连接，所述乘客姿势检测装置还具备与所述检测电极分别经由所述切换开关连接，并对各检测电极输出规定的电压的驱动电路，所述姿势判定电路对所述切换开关的切换动作进行控制，以便于在所述检测电极中的一检测电极择一地与所述检测电路连接时，将另一检测电极与所述驱动电路连接。
另外，也可以是，所述检测电路根据所述各检测电极的静电容量值而直接检测到所述人体的头部的位置后，根据所述各检测电极的静电容量值，求出所述头部的位置的X方向的校正值和所述头部的位置的Y方向的校正值，进而基于这些校正值，进行进一步在所述姿势判定电路中判定所述人体的就坐姿势所需的校正运算处理。
所述检测电极也可以例如以一个顶点存在于所述车辆的前方侧的三角形平面状、或以一个顶点存在于所述车辆的后方侧的三角形平面状在所述车室顶棚部上配置，而且，在配置四个时，也可以例如以在所述车辆的前后方向及左右方向上分别形成边的四边形平面状配置。
也可以是，所述检测电路具有将各检测电极所检测到的静电容量转换成电压的C-V转换型的静电容量检测电路。
此外，在本发明的上述乘客姿势检测装置中，所述检测电路例如具有差动动作型的静电容量检测电路，在各检测电极的附近配置有辅助电极，该辅助电极与和所述检测电极反相的所述静电容量检测电路的输入端子连接。
另外，所述姿势判定电路将与判定出的所述人体的就坐姿势相关的信息向搭载于所述车辆的具有控制气囊的展开的功能的ECU输出。
也可以是，在所述检测电极的背面侧及周围这双方或任一方，还具备与所述检测电极电绝缘的屏蔽部。
也可以是，所述屏蔽部被施加与所述检测电极相同的电位。
也可以是，所述检测电路具备预先存储人体未就坐在所述座席上时的静电容量值的存储单元，检测所述人体就坐时相对于存储在所述存储单元中的所述静电容量值增加的增加量作为检测值而输出检测结果。
本发明的第一乘客姿势检测方法的特征在于，通过在车辆的座席的上方的车室顶棚部以能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的方式配置两个的检测电极，来检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量，基于表示检测到的静电容量的来自各检测电极的检测信号，而检测所述人体的头部的位置，以检测到的所述头部的位置为基准，判定所述人体的就坐姿势。
另外，本发明的第二乘客姿势检测方法的特征在于，通过在车辆的座席的上方的车室顶棚部以能够检测平面上的位置的方式至少设有三个的检测电极，来检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量，基于表示检测到的静电容量的来自各检测电极的检测信号，而检测所述人体的头部的位置，以检测到的所述头部的位置为基准，判定所述人体的就坐姿势。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能廉价地构成，实现成本的削减，并能够高精度地检测乘客的姿势的乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的乘客姿势检测装置的整体结构的一例的说明图。
图2是表示该乘客姿势检测装置的检测电极的一例的说明图。
图3是用于说明该乘客姿势检测装置的前后方向的判定动作的一例的说明图。
图4是用于说明该乘客姿势检测装置的前后方向的判定动作的一例的说明图。
图5是表示本发明的第一实施方式的乘客姿势检测装置的静电容量检测电路的一例的框图。
图6是表示该乘客姿势检测装置的电路部的动作波形的一例的动作波形图。
图7是表示本发明的第一实施方式的乘客姿势检测装置的局部结构的另一例的说明图。
图8是用于说明本发明的第一实施方式的乘客姿势检测装置的局部结构的另一例的说明图。
图9是表示本发明的第二实施方式的乘客姿势检测装置的整体结构的一例的说明图。
图10是用于说明该乘客姿势检测装置的动作原理的一例的说明图。
图11是用于说明该乘客姿势检测装置的左右方向的判定动作的说明图。
图12是用于说明该乘客姿势检测装置的前后方向的判定动作的说明图。
图13是表示本发明的第二实施方式的乘客姿势检测装置的局部结构的另一例的说明图。
图14是用于说明本发明的第二实施方式的乘客姿势检测装置的局部结构的另一例的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细地说明本发明的乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法的第一实施方式。
如图1所示，第一实施方式的乘客姿势检测装置100例如具备：静电容量传感器部10，其在处于车辆1的座席40上方的车室顶棚部2上具有两个检测电极(第一检测电极11、第二检测电极12)，这两个检测电极以能够检测就坐在座席40上的乘客(人体)48的头部49的位置的方式配置；电路部20，其使用来自该静电容量传感器部10的输出，基于就坐在座席40上的乘客48的头部49的位置而判定就坐姿势。
在本例中，例如以使第一检测电极11能够检测就坐在座席40上的乘客48的头部49与座席40前方的车室顶棚部2之间的静电容量、并使第二检测电极12同样地能够检测乘客48的头部49与座席40正上方的车室顶棚部2之间的静电容量的方式，将静电容量传感器部10的各检测电极11、12配置在车室顶棚部2的内部或车室内侧表面。
如此构成的静电容量传感器部10检测乘客48的头部49与车室顶棚部2(具体而言第一及第二检测电极11、12)之间的静电容量。更具体而言，该静电容量传感器部10检测乘客48的头部49的头顶部与检测电极11、12之间的静电容量。
需要说明的是，例如为了促进部件的模块化，既可以如上所述在未图示的基板的一方的面侧形成第一及第二检测电极11、12而将静电容量传感器部10配置于车室顶棚部2，也可以将电路部20安装在与该基板的同一面或另面侧进行配置。而且，根据配置的形态，各部分也可以分体配置。
静电容量传感器部10如上所述形成在基板上时，作为该基板，可以使用例如柔性印制基板、刚性基板或刚柔性基板等。而且，例如在基板由柔性印制基板构成时，各检测电极11、12由如下的结构形成。
即，各检测电极11、12由在聚对苯二甲酸乙酯(PET)、聚芳醚腈(PEN)、聚亚胺(PI)、聚酰胺(PA)或环氧树脂等绝缘体构成的基材上进行了图案形成后的铜、铜合金或铝等金属材料构成。此外，各检测电极11、12也可以形成在薄膜电路上，或由导电性粘着材料或其他的导体金属构成。
另外，在本例中，各检测电极11、12例如分别经由切换开关SW1、SW2而与电路部20的静电容量检测电路21连接，并经由所述各切换开关SW1、SW2而与屏蔽驱动电路23连接。需要说明的是，虽然未图示，但上述屏蔽驱动电路23也可以配置在电路部20内。
另一方面，电路部20例如具备：基于表示由检测电极11、12检测到的静电容量的检测信号，而检测各个静电容量值的静电容量检测电路21；将来自该静电容量检测电路21的模拟信号转换成数字信号的A/D转换器22；基于通过该A/D转换器22进行了数字信号化后的信息，管理乘客姿势检测装置100的各种动作控制、运算处理等，并判定乘客48的就坐姿势，而将与该判定出的就坐姿势相关的信息(姿势信息)向例如搭载于车辆1的未图示的ECU(电子控制单元)输出的CPU29。
CPU29包括被利用作为信息的临时存储区域的RAM和能够临时或永久地存储信息的ROM等。ECU例如具备控制搭载于车辆1的气囊的展开(即，控制气囊的打开方向、膨胀率等)的功能，参照来自本例的乘客姿势检测装置100的姿势信息，而能够控制气囊的展开。
上述各切换开关SW1、SW2例如由多路转换器、模拟开关、FET或继电器等单元构成，该电路部20的CPU29输出切换控制信号而控制各切换开关SW1、SW2的切换动作。具体而言，在本例的乘客姿势检测装置100中，进行如下的切换控制。
即，根据来自CPU29的切换控制信号，例如切换开关SW1被切换为将第一检测电极11和静电容量检测电路21连接时，切换开关SW2被切换为将第二检测电极12与屏蔽驱动电路23连接。
另外，例如切换开关SW2被切换为将第二检测电极12和静电容量检测电路21连接时，切换开关SW1被切换为将第一检测电极11与屏蔽驱动电路23连接。如此，CPU29基于将各检测电极11、12和静电容量检测电路21择一地连接时(顺序切换而连接时)的分别检测到的静电容量值，而判定乘客48的就坐姿势。
需要说明的是，屏蔽驱动电路23对连接的检测电极，施加与静电容量检测电路21所施加的电位同等的电位。由此，防止各检测电极11、12彼此的静电容量耦合，而能够对于各检测电极11、12进行高精度的静电容量的检测。
另外，屏蔽驱动电路23例如既可以施加在比施加给各检测电极11、12的电位高的输入电阻下通过1倍的放大器(缓冲器)所生成的电位，在如后所述静电容量检测电路21为差动动作型时，也可以将运算放大器的非反转输入部分连接而施加同等的电位。
如图2所示，各检测电极11、12例如可以分别形成为矩形形状，在其背面侧(检测范围侧的相反侧)形成有与各检测电极11、12电绝缘并用于抑制背面侧的检测的屏蔽部18，在各检测电极11、12的周围形成有具有同样的效果的屏蔽部19。
所述屏蔽部18、19例如被施加与各检测电极11、12相同的电位，若具备此种屏蔽部18、19，则能够更高精度地检测车室顶棚部2与头部49(具体而言是头顶部)之间的静电容量。
第一实施方式的乘客姿势检测装置100采用如下结构，即，由于乘客48与各检测电极11、12相比具有非常大的体积及介电常数，因此利用能够将乘客48大致看作地面(GND)的原理，而电路部20能够使用各检测电极11、12与地面(例如乘客48)之间的静电容量来判定乘客48的就坐姿势。
因此，根据此种结构的乘客姿势检测装置100，如现有例子说明的头部位置检测系统等那样，与信号的发送接收所需的检测方式的结构相比，能够以非常简单的结构廉价地构筑高精度的系统。由此，第一实施方式的乘客姿势检测装置100能够廉价地构成并能够实现成本的削减。
例如图3所示，该乘客姿势检测装置100使用由配置在座席40前方的第一检测电极11所检测到的静电容量值(检测值1)和由配置在座席40正上方的第二检测电极12所检测到的静电容量值(检测值2)，运算所述检测值的比(例如，检测值/(检测值1+检测值2))，判定头部49的位置而检测姿势。
如此，例如根据基于乘客48的头部49的前后方向的位置的姿势信息，而能够适当调整并控制仪表板3上搭载的气囊展开范围4。具体而言，如图4所示进行动作。需要说明的是，图4中的曲线图的(1)、(2)分别对应于第一及第二检测电极11、12。
如图4(a)所示，例如乘客48相对于座席40而靠车辆1的前方就坐时和相对于座席40以通常的姿势就坐时(即，居于配置在座席40正上方的第二检测电极12的正下方附近时)，即使乘客48向左右方向(X方向)倾斜，检测值也存在如下的差别。
即，无论在何种情况下，靠前方就坐时的第一检测电极11的(1)的检测值ΔC都收敛在比规定的阈值大的检测值的范围α内，以通常姿势就坐时的第二检测电极12的(2)的检测值ΔC都收敛在比规定的阈值小的检测值的范围β内。
需要说明的是，由乘客姿势检测装置100检测的检测值ΔC如图4(b)所示，当就坐在座席40上的乘客48的头部49在左右方向(例如X方向)上摆动时，即使存在前后方向的位置区别引起的检测值的偏差，也可以近似地表示乘客48的头部49的左右方向(X方向)的位置与基于第一及第二检测电极11、12的检测值ΔC所算出的校正值(规格化检测值(前后))的关系。
如此，上述的规格化检测值(前后)受到头部49的左右方向的位置区别产生的影响少。因此，乘客48的左右方向的偏差几乎不产生区别，而根据第一检测电极11的(1)的检测值ΔC和第二检测电极12的(2)的检测值ΔC，能够检测乘客48的前后方向(Y方向)的姿势。
另外，当乘客48的头部49处于第一及第二检测电极11、12的中间位置下方附近时，检测值ΔC收敛在第一检测电极11的(1)的检测值ΔC与第二检测电极12的(2)的检测值ΔC的中间值的范围γ内。因此，通过使用了两个检测电极11、12的简单的结构就能够检测乘客48的就坐姿势。
如此，从各检测电极11、12到乘客48的头部49的距离可以使用各检测值ΔC来求出，因此能够使用周知的距离运算法等而准确地检测头部49的前后方向的位置。在此，例如即使头部49的尺寸存在变化，该检测值ΔC在前后方向上也几乎不会受到影响，因此在上述的方式中能够判定头部49的位置。
需要说明的是，第一实施方式的乘客姿势检测装置100经由切换开关SW1、SW2将第一及第二检测电极11、12与一个静电容量检测电路21连接，根据来自CPU29的切换控制而对切换开关SW1、SW2进行切换，使用由各检测电极11、12检测到的静电容量值来判定乘客48的就坐姿势，但例如也可以具备与各检测电极11、12分别连接的静电容量检测电路21。但是，这种情况下，当利用一检测电极对静电容量正在检测(正在测定)时，若另一检测电极的电位发生变化，则会受到其影响，因此各静电容量检测电路21需要同步。
在此，如图5所示，静电容量检测电路21根据各检测电极11、12与头部49之间的静电容量而生成占空比进行变化的脉冲信号，并对该脉冲信号进行平滑化而输出检测信号。即，是占空比根据静电容量C而进行变化的结构，例如具备：触发信号产生电路101，其输出一定周期的触发信号TG；定时电路102，其输出根据与输入端连接的静电容量C的大小而占空比发生变化的脉冲信号Po；低通滤波器(LPF)103，其对该脉冲信号Po进行平滑化。
定时电路102例如具备：两个比较器201、202；将所述比较器201、202的输出分别向复位端子R及置位端子S输入的RS双稳态多谐振荡电路(以下称为“RS-FF”)203；将该RS-FF203的输出DIS向LPF103输出的缓冲器204；利用RS-FF203的输出DIS进行接通/切断的晶体管205。
比较器202将从触发信号产生电路101输出的图6所示的触发信号TG与由电阻R1、R2、R3分割的规定的阈值Vth2进行比较，输出与触发信号TG同步的置位脉冲。该置位脉冲对RS-FF203的Q输出进行置位。
该Q输出作为放电信号DIS使晶体管205为切断状态，以连接在所述检测电极的对接地静电容量C及输入端与电源线之间的电阻R4的时间常数所决定的速度对检测电极11(12)及地面之间进行充电。由此，输入信号Vin的电位以静电容量C所决定的速度进行上升。
若输入信号Vin超过电阻R1、R2、R3所决定的规定的阈值Vth1，则比较器201的输出反转而使RS-FF203的输出反转。其结果是，晶体管205成为接通状态，而将蓄积在检测电极11(12)中的电荷经由晶体管205放电。
因此，如图6所示，该定时电路102输出以基于检测电极11(12)及接近的人体48的头部49之间的静电容量C的占空比进行振荡的脉冲信号Po。LPF103通过对该输出进行平滑化，输出图6所示的直流的检测信号Vout。需要说明的是，在该图6中，实线所示的波形和虚线所示的波形中，前者与后者相比，表示静电容量小的情况，例如后者表示物体接近状态。
需要说明的是，在上述的第一实施方式的乘客姿势检测装置100中，作为基于检测到的静电容量并使用人体48的头部49的位置而判定就坐姿势的电路部20的结构，使用并说明了静电容量检测电路21利用将静电容量C(Capacitance)转换成电压V(Voltage)的C-V转换型的周知的定时IC，其中该静电容量C因电阻和电容器而输出脉冲的占空比进行变化，但并未限定于此。
即，存在例如根据施加正弦波而静电容量值引起的电压变化或电流值来直接测定电阻的方式、包含测定的静电容量而构成振荡电路来测定振荡频率的方式、构成RC充放电电路而测定充放电时间的方式、使以已知的电压充电后的电荷向已知的电容移动而测定其电压的方式、或进行多次以已知的电压向未知的电容充电并使该电荷向已知电容移动的情况而测定已知电容被充电成规定电压的次数的方式等，也可以在检测到的静电容量值中设置阈值，或对静电容量的信号波形进行解析而在成为对应的静电容量波形时进行触发等的处理，从而作为开关起作用。
另外，在第一实施方式中，以静电容量检测电路21通过C-V转换型将静电容量转换成电压而检测静电容量的情况为前提，但只要是能够转换成电气地或作为软件容易处理的数据的结构即可，例如也可以转换成脉冲宽度或直接转换成数值。
此外，在第一实施方式中，静电容量检测电路21使用C-V转换型的结构而进行了说明，但也可以是例如下面的结构。如图7所示，该例的静电容量检测电路21构成为差动动作型。
由此，能够除去所谓共态噪声并消除电路内的温度特性等。在此，说明差动动作型的电路例，该差动动作型的电路采用了上述的使利用已知的电压充电后的电荷向已知的电容移动而测定其电压的方式。
首先，例如也可以在差动放大器28的正侧输入端连接第一检测电极11，并在负侧输入端连接第二检测电极12，从检测电极11的静电容量C减去检测电极12的静电容量C，将其输出值通过比较器等与阈值进行比较而检测头部49的位置。需要说明的是，也可以改变与正侧输入端和负侧输入端连接的检测电极的结构。
作为此种静电容量检测电路21的动作的一例，例如开关S1打开(OFF)，开关S2接地(GND)，开关S3关闭(ON)时，若将开关S3打开(OFF)，将开关S2切换成Vr，将开关S1与运算放大器的反转输入连接，则C1Vr被充电到静电容量C1和Cf中，且C2Vr被充电到静电容量C2和Cf中。
并且，在将开关S1打开(OFF)及对开关S2进行接地(GND)后，测定对开关S1进行接地(GND)时的电压V。此时的电压例如成为V/Vr＝{(Cf+C1)/Cf}-{(Cf+C2)/Cf}，而输出与静电容量C1和静电容量C2的比例对应的电压。由此，同样地能够检测头部49的位置。
需要说明的是，在车辆1的车室顶棚部2的内部或座席40上多使用金属的构件，当移动座席40而乘客48发生姿势变化时，各检测电极11、12与乘客48的位置关系变化，从而会导致检测此种外部环境变化引起的静电容量值的错误动作。
为了极力避免此种影响，虽然未图示，但也可以与上述的屏蔽部18、19一起将抑制上述静电容量变化的辅助电极(屏蔽电极)设置在各检测电极11、12的附近位置。
这种情况下，对各屏蔽电极分别施加与第一及第二检测电极11、12同等的电位即可。同等的电位既可以与上述屏蔽驱动电路23的情况同样地，例如根据施加给各检测电极11、12的电位，利用高输入电阻，通过1倍的放大器(缓冲器)来生成，在图7所示的静电容量检测电路21的情况下，也可以将运算放大器的非反转输入的部分施加给屏蔽电极。
需要说明的是，在以后的说明中，对与已经说明的部分重复的部位附加同一符号而省略说明。如图8所示，在此，第一检测电极11配置在座席40的侧方的车室顶棚部2(未图示)上的点与先前的例子不同。通过如此构成，根据基于乘客48的头部49的左右方向(X方向)的位置的姿势信息，同样地能够适当调整控制侧气囊47的展开范围(未图示)。
在上述的第一实施方式中，将检测值作为静电容量值，但也可以测定乘客48未就坐于座席40时的静电容量作为初始容量，而将从该初始容量的增加量作为检测值进行处理。如上所述，第一实施方式的乘客姿势检测装置100通过具有各检测电极11、12的静电容量传感器部10和电路部20这一非常简单且廉价的结构，就能够检测乘客48的姿势(就坐姿势)，并将该姿势信息利用于气囊的展开控制等。
接下来，对本发明的乘客姿势检测装置及乘客姿势检测方法的第二实施方式进行详细说明。需要说明的是，以后，关于在前面的第一实施方式中说明过的作用效果、结构等，省略说明。
如图9所示，第二实施方式的乘客姿势检测装置100例如具备：静电容量传感器部10，其在处于车辆1的座席40上方的车室顶棚部2中具有三个检测电极(第一检测电极11、第二检测电极12、第三检测电极13)，这三个检测电极例如以能够检测坐在座席40上的乘客48的头部49的平面上的位置的方式配置；电路部20，其使用来自该静电容量传感器部10的输出，而判定基于就坐在座席40上的乘客48的头部49的位置的就坐姿势。
静电容量传感器部10的各检测电极11～13例如以如下的方式配置在车室顶棚部2的内部或车室内侧表面，该方式为：第一检测电极11成为车辆1的前方侧的顶点，第二及第三检测电极12、13在座席40上的车辆1的左右方向上分离配置，若将各检测电极11～13直线连结，则成为三角形平面状(例如，以第一检测电极11为前方侧的顶点的等腰三角形)。并且，静电容量传感器部10检测乘客48的头部49与车室顶棚部2(具体而言是检测电极11～13)之间的静电容量。更具体而言，静电容量传感器部10检测乘客48的头部49的头顶部与检测电极11～13之间的静电容量。
另外，各检测电极11～13例如分别经由切换开关SW1、SW2、SW3而与电路部20的静电容量检测电路21连接，并经由所述各切换开关SW1～SW3而与屏蔽驱动电路23连接。电路部20的CPU29输出切换控制信号而控制各切换开关SW1～SW3的切换动作，具体而言，在本例的乘客姿势检测装置100中，进行如下的切换控制。
即，根据来自CPU29的切换控制信号，例如切换开关SW1切换为将第一检测电极11和静电容量检测电路21连接时，切换开关SW2及SW3切换成将第二检测电极12及第三检测电极13与屏蔽驱动电路23连接。
另外，例如切换开关SW2切换为将第二检测电极12和静电容量检测电路21连接时，切换开关SW1及SW3切换为将第一检测电极11及第三检测电极13与屏蔽驱动电路23连接。
此外，例如切换开关SW3切换为将第三检测电极13和静电容量检测电路21连接时，切换开关SW1及SW2切换为将第一检测电极11及第二检测电极12与屏蔽驱动电路23连接。如此，CPU29基于将各检测电极11～13和静电容量检测电路21择一地连接时(顺序切换连接时)的各个检测到的静电容量值，来判定乘客48的就坐姿势。其他的结构或作用效果与前面的第一实施方式中说明的结构或作用效果相同，因此省略说明。
该第二实施方式的乘客姿势检测装置100例如图10所示进行动作。需要说明的是，图10中的曲线图(1)、(2)、(3)分别对应于第一～第三检测电极11～13。如图10(a)所示可知，例如乘客48相对于座席40而靠车辆1的前方右侧就坐时，第一检测电极11的(1)的检测值ΔC大于第二检测电极12的(2)的检测值ΔC或第三检测电极13的(3)的检测值ΔC，因此乘客48的头部49(例如头顶部，以下相同。)的位置处于第一检测电极11的下方附近(即，座席40的前方)。
另外，对第二检测电极12的(2)的检测值ΔC和第三检测电极13的(3)的检测值ΔC进行比较时可知，由于第二检测电极12的(2)的检测值ΔC更大，因此乘客48的头部49的位置处于接近第二检测电极12的下方附近(即，右侧)的位置。即，通过如此对第一～第三检测电极11～13的检测值ΔC进行比较可知，这种情况下，乘客48的就坐姿势处于座席40的右侧前方。
另一方面，如图10(b)所示，例如乘客48以普通的状态靠座席40而就坐于中央(即，以符合座席40的形状的通常基本的姿势就坐)时，第二检测电极12的(2)及第三检测电极13的(3)的检测值ΔC大于第一检测电极11的(1)的检测值ΔC。因此可知，乘客48的头部49的位置处于第二检测电极12及第三检测电极13的下方侧(即，靠座席40而就坐在中央位置)。
如此，从各检测电极11～13到乘客48的头部49的距离可以使用各检测值ΔC来求出，因此可以使用周知的三角测量法等来检测头部49的位置。然而，检测值ΔC与头部49的距离的关系取决于乘客48的头部49的尺寸或与车室顶棚部2之间的距离等，因此在第二实施方式的乘客姿势检测装置100中，除了上述的三角测量法之外还进行以下的处理来准确地算出头部49的位置。
即，在第二实施方式的乘客姿势检测装置100中，进行如下的运算处理，以便于即使在例如头部49的尺寸存在变化的情况下也能够准确地检测头部49的位置。首先，将通过上述的动作所得到的头部49的前后位置作为参数预先存储在电路部20所具备的未图示的RAM、ROM等存储单元中。需要说明的是，为了处理的简化及准确的位置检测，而检测值ΔC利用于使用了校正值＝第二检测电极12的检测值/(第二检测电极12的检测值+第三检测电极13的检测值)的式子的校正运算处理中。
例如图11(a)所示，当就坐在座席40上的乘客48的头部49沿左右方向(例如X方向)摆动时，如图11(b)所示的曲线图那样，即使因前后方向的位置的区别而检测值存在偏差，也能近似地表示乘客48的头部49的左右方向(X方向)的位置与基于第二及第三检测电极12、13的检测值ΔC而算出的校正值(规格化检测值(左右))的关系。在如图10(a)及图10(b)所示将各检测电极11～13直线连结时成为以第一检测电极11为前方侧的顶点的等腰三角形的方式配置了各检测电极11～13的乘客姿势检测装置中，如图11(b)所示，上述的规格化检测值(左右)受到头部49的前后方向的位置区别产生的影响少。
接下来，将如此判定出的左右方向的位置的信息如上所述作为参数预先存储，然后使用检测值ΔC，进行使用了校正值＝(第一检测电极11的检测值/{第一检测电极11的检测值+(第二检测电极12的检测值+第三检测电极13的检测值)/2})的式子的校正运算处理。
例如图12(a)所示，就坐在座席40上的乘客48的头部49沿前后方向(例如Y方向)摆动时，乘客48的头部49的前后方向(Y方向)的位置与基于各检测电极11～13的检测值ΔC而算出的校正值(规格化检测值(前后))的关系如图12(b)所示的曲线图表示。
在如图10(a)及图10(b)所示将各检测电极11～13直线连结时成为以第一检测电极11为前方侧的顶点的等腰三角形的方式配置了各检测电极11～13的乘客姿势检测装置中，如图12(b)所示，上述的规格化检测值(前后)由于头部49的左右方向的位置的区别(例如，右方、中央、左方等)而不同。然而，在基于使用图11说明的结果而确定了左右方向的位置后，若使规格化检测值(前后)得到反映，则能够准确地判定头部49的前后方向的位置。
需要说明的是，也可以不通过使用图10说明的三角测量法，而采用上述的理论式的校正运算处理作为头部49(头顶部)的检测的主处理，直接检测头部49的头顶部的位置。如此，直接检测比头部49更接近“点”的头顶部，能够减少处理并更准确地得到位置，因此优选。
需要说明的是，第二实施方式的乘客姿势检测装置100将第一～第三检测电极11～13经由切换开关SW1～SW3与一个静电容量检测电路21连接，根据来自CPU29的切换控制而对切换开关SW1～SW3进行切换，使用由各检测电极11～13检测到的静电容量值而判定了乘客48的就坐姿势，但例如也可以相对于各检测电极11～13而分别具备静电容量检测电路21。但是，这种情况下，当利用一检测电极对静电容量正在检测时(正在测定时)，若其他的检测电极的电位发生变化，则会受到其影响，因此需要使各静电容量检测电路同步。
另外，也可以使静电容量检测电路21如下构成。如图13所示，该例的静电容量检测电路21构成为差动动作型，能够除去共态噪声并消除电路内的温度特性等。在此，说明差动动作型的电路例，该差动动作型的电路采用了使利用上述的已知的电压充电后的电荷向已知的容量移动而测定其电压的方式。
首先，例如也可以在正侧输入端连接第一检测电极11，在负侧输入端连接第二及第三检测电极12、13，从第一检测电极11的静电容量C1减去第二及第三检测电极12、13的静电容量C2+C3的总计值，将其输出值通过比较器等与阈值比较而检测头部49的位置。当然，若改变与正侧输入端和负侧输入端连接的检测电极的结构，则能够进行头部49的前后方向及左右方向的位置的检测。
作为此种静电容量检测电路21的动作的一例，例如在开关S1打开(OFF)，开关S2被接地(GND)，开关S3关闭(ON)时，若将开关S3打开(OFF)，将开关S2切换成Vr，并将开关S1与运算放大器的反转输入连接，则C1Vf被充电到静电容量C1和Cf中，(C2+C3)Vr被充电到静电容量C2、C3和Cf中。
然后，在将开关S1打开(OFF)及对开关S2进行了接地(GND)后，测定对开关S1进行了接地(GND)时的电压V。此时的电压例如成为V/Vr＝{(Cf+C1)/Cf}-{(Cf+C2+C3)/Cf}，输出与静电容量C1和静电容量C2、C3的比例相应的电压。由此，同样地能够检测头部49的位置。
另外，可以如下所述配置检测电极。如图14所示，在此，与前面的例子的不同之处在于，具备右侧第一检测电极11a和左侧第一检测电极11b，将各检测电极11a、11b、12、13以直线连结时在车辆1的前后方向及左右方向上分别形成边的四边形平面状的方式配置在车室顶棚部2上。
如此，能够更高精度地基于就坐在座席40上的人体48的头部49的位置来判定人体48的就坐姿势。需要说明的是，在此检测电极为四个，但即使配置例如五个或五个以上，也能够以成本稍升高的程度来提高检测精度，因此更有效。而且，主要使用图10～图12说明的配置形态例如也可以变更为第一检测电极11成为车辆1的后方侧的一个顶点的等腰三角形。
如以上所述，第二实施方式的乘客姿势检测装置100通过电路部20和具有各检测电极11～13等的静电容量传感器部10这一非常简单且廉价的结构，就能够高精度地检测乘客48的姿势(就坐姿势)，并将该姿势信息利用在气囊的展开控制等中。
标号说明
1...车辆，2...车室顶棚部，10...静电容量传感器部，11...第一检测电极，11a...右侧第一检测电极，11b...左侧第一检测电极，12...第二检测电极，13...第三检测电极，18、19...屏蔽部，20...电路部，21...静电容量检测电路，22...A/D转换器，23...屏蔽驱动电路，29...CPU，40...座席，48...乘客(人体)，49...头部，100...乘客姿势检测装置

Claims (21)

1.一种乘客姿势检测装置，其特征在于，具备：
在车辆的座席的上方的车室顶棚部，以能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的方式配置的、用于检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的两个检测电极；
与所述检测电极分别连接，基于来自各检测电极的检测信号而检测所述人体的头部的位置的检测电路；
根据来自所述检测电路的检测结果，而判定所述人体的就坐姿势的姿势判定电路。
2.根据权利要求1所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电极的一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席前方的车室顶棚部之间的静电容量，而另一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席正上方的车室顶棚部之间的静电容量。
3.根据权利要求1所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电极的一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席侧方的车室顶棚部之间的静电容量，而另一方配置成能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述座席正上方的车室顶棚部之间的静电容量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路具有与各检测电极分别一对一连接，并将各检测电极所检测到的静电容量转换成电压的C-V转换型的多个静电容量检测电路。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路具有将各检测电极所检测到的静电容量转换成电压的C-V转换型的静电容量检测电路，
所述静电容量检测电路经由开关单元而与各检测电极连接。
6.根据权利要求5所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
还具备对所述检测电极中的一检测电极进行屏蔽驱动的屏蔽驱动电路。
7.根据权利要求6所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路对所述开关单元进行控制，以便于将检测静电容量的检测电极与所述静电容量检测电路连接，并将另一检测电极与所述屏蔽驱动电路连接。
8.一种乘客姿势检测装置，其特征在于，具备：
在车辆的座席的上方的车室顶棚部以能够检测规定的平面上的位置的方式配置的、用于检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的至少三个检测电极；
与所述检测电极分别连接，基于来自各检测电极的检测信号而检测所述人体的头部的位置的检测电路；
根据来自所述检测电路的检测结果，而判定所述人体的就坐姿势的姿势判定电路。
9.根据权利要求8所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路与所述检测电极分别经由切换开关连接，
所述乘客姿势检测装置还具备与所述检测电极分别经由所述切换开关连接并对各检测电极输出规定的电压的驱动电路，
所述姿势判定电路对所述切换开关的切换动作进行控制，以便于在所述检测电极中的一检测电极择一地与所述检测电路连接时，将另一检测电极与所述驱动电路连接。
10.根据权利要求8或9所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路根据所述各检测电极的静电容量值而直接检测到所述人体的头部的位置后，根据所述各检测电极的静电容量值，求出所述头部的位置的X方向的校正值和所述头部的位置的Y方向的校正值，进而基于这些校正值，进行进一步在所述姿势判定电路中判定所述人体的就坐姿势所需的校正运算处理。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电极在所述车室顶棚部上配置成一个顶点存在于所述车辆的前方侧的三角形平面状。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电极在所述车室顶棚部上配置成一个顶点存在于所述车辆的后方侧的三角形平面状。
13.根据权利要求9或10所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电极以在所述车辆的前后方向及左右方向上分别形成边的四边形平面状在所述车室顶棚部上配置四个。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路具有将各检测电极所检测到的静电容量转换成电压的C-V转换型的静电容量检测电路。
15.根据权利要求1至3、8至13中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路具有差动动作型的静电容量检测电路，
在各检测电极的附近配置有辅助电极，该辅助电极与和所述检测电极反相的所述静电容量检测电路的输入端子连接。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述姿势判定电路将与判定出的所述人体的就坐姿势相关的信息向搭载于所述车辆的具有控制气囊的展开的功能的ECU输出。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
在所述检测电极的背面侧及周围这双方或任一方，还具备与所述检测电极电绝缘的屏蔽部。
18.根据权利要求17所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述屏蔽部被施加与所述检测电极相同的电位。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的乘客姿势检测装置，其特征在于，
所述检测电路具备预先存储人体未就坐在所述座席上时的静电容量值的存储单元，
将所述人体就坐时相对于存储在所述存储单元中的所述静电容量值增加的增加量作为检测值而输出检测结果。
20.一种乘客姿势检测方法，其特征在于，
通过在车辆的座席的上方的车室顶棚部以能够检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量的方式配置两个的检测电极，来检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量，
基于表示检测到的静电容量的来自各检测电极的检测信号，而检测所述人体的头部的位置，
以检测到的所述头部的位置为基准，判定所述人体的就坐姿势。
21.一种乘客姿势检测方法，其特征在于，
通过在车辆的座席的上方的车室顶棚部以能够检测平面上的位置的方式至少设有三个的检测电极，来检测就坐在所述座席上的人体的头部与所述车室顶棚部之间的静电容量，
基于表示检测到的静电容量的来自各检测电极的检测信号，而检测所述人体的头部的位置，
以检测到的所述头部的位置为基准，判定所述人体的就坐姿势。
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