JP2001511248A - ビラリ効果着座重量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビラリ効果センサ（１０）が磁歪材料から構築された感知ロッド（５２）を含む。感知ロッド（５２）が重畳する駆動コイル（８２）に加えられた交番電流信号を感知コイル（６２，６４）に誘導的に結合して、加わった荷重に反応して減少する磁歪感知ロッド（５２）の透磁率に反応する信号をその上に発生する。感知ロッド（５２）は、それぞれが別個の断面積を有する一個以上の区画（５４，５６）を有し、感知コイル（６４，６２）が各区画に（５４，５６）に結合している。信号処理器（２０）が、最大磁束密度からか又は感知コイル（６２，６４）からの信号の第一と第三の高調波の差を取ることによるかのいずれかにより、加わった力の大きさを計算する。車両座席（３００）上の着座者の重量は、張力測定ビラリ効果センサを座席スプリング（１２）と直列に組み込むか又は圧縮力測定ビラリ効果センサを座席脚（３１４）と直列に組み込むかのいずれかにより測定される。

Description

【発明の詳細な説明】 ビラリ効果着座重量センサ 関連出願の参照 本発明は１９９７年１月９日受付の先行米国仮出願一連番号６０／０３５，１ ４９の利益を請求する。 発明の分野 本発明は、一般的に重量測定用のセンサ及びシステムに関し、特に、車両安全 拘束システムを制御するため着座者の着座状態を有用に判定できるような、自動 車座席内の着座者又はその他の物体の重量を測定するための重量センサに関する 。 発明の背景 車両には、搭乗者傷害緩和の目的で車両衝突に応答して起動する自動安全拘束 アクチュエータを含むことがある。前記拘束アクチュエータの例には、エアバッ グ、シートベルト予備緊縛器、及び展開可能膝ボルスタが含まれる。 自動安全拘束システムの一つの目的は、搭乗者傷害の緩和であって、これによ り自動拘束システムが作動しなかったならば衝突により生じたであろうよりも大 きい障害を自動拘束システムが起こさないことにある。これら自動安全拘束アク チュエータの防護的な利点にも拘わらず、一般にその展開に伴うリスクとコスト の双方が存在する。一般的に、自動安全拘束アクチュエータは傷害緩和の必要が ある時にのみ起動するのが望ましい。安全拘束アクチュエータの関連部品の交換 は高価であり、またこの作動が搭乗者を傷害する可能性があるからである。これ はエアバッグ拘束システムについて特に当てはまる。この場合、展開の際エアバ ッグに近づき過ぎている着座者−位置外れ着座者−は、関連車両衝突が比較的軽 微であっても、展開するエアバッグから死傷を受け易い。さらに、子供、小さい 大人又は骨の脆弱な人のような、体格の小さい又は体質の虚弱な着座者は、エア バッグインフレータが起こす障害を受 け易い。加えて、前座席助手席側エアバッグの近くに正常に置かれた後ろ向き幼 児用座席（ＲＦＩＳ）内に正しく固定された幼児もまた、幼児用座席の後面がエ アバッグインフレータモジュールに近過ぎるため、展開するエアバッグから死傷 を受け易い。 エアバッグの潜在危険性は最近次第にメディア及び政府機関から注目を受けて いる。幼児及び小児の多数の死亡が助手席側エアバッグの急速な膨張の結果生じ ている。幼児用座席又は小児が助手席を占めているときは、助手席側エアバッグ を不作動にするのが望ましいことが多い。座席着座者の重量が測定出来るならば 、幼児又は小児が座席を占めているとき、助手席側エアバッグを不作動にするこ とが出来る。着座者の重量が測定出来るならば、エアバッグ膨張輪郭もまた着座 者の大きさに一層密に適合させて調節することが出来る。例えば、９０ポンドの 女性を保護するには２５０ポンドの男性に要するより攻撃性の遙かに低いエアバ ッグ膨張プロフィールが必要である。 エアバッグインフレータは、例えば、位置外れ搭乗者には危険な関連エネルギ と力のレベルを生じる時速３０マイルバリア等価衝突を受けたとき、ベルトをし ないで通常に腰掛けた搭乗者の５０パーセントを保護する能力など、所与の拘束 能力を持たせて設計される。比較的多くはないけれども、さもなければ搭乗者が 割合に無傷で生き残ったであろう衝突の際にエアバッグインフレータが起こした 死傷の事例が、本来保護する筈の着座者をエアバッグインフレータが傷つける可 能性を低減又は除去する動機となってきている。 エアバッグインフレータによる着座者への傷害緩和のための一つの技術は、例 えば、エアバッグインフレータ内のガス発生剤の量、又はその膨張速度を減らす ことにより、関連エアバッグインフレータの力とエネルギのレベルを下げること である。これはエアバッグインフレータが搭乗者を傷害するリスクを緩和はする が、同時にエアバッグインフレータの拘束能力を低減し、これが激甚度の高い衝 突に遭遇した際に搭乗者を傷害への大きな危険にさらす。 エアバッグインフレータによる着座者への傷害緩和のための別の技術は、衝突 の激甚の目安に応じて膨張速度の割合又はインフレータの容量を制御することで ある。しかし、正常位置の搭乗者に十分な拘束を与えるためインフレータを故意 に攻撃的にする激甚度の高い衝突の下では前記着座者への傷害リスクは緩和され ない。 エアバッグインフレータによる着座者への傷害緩和のためのさらに別の技術は 、着座者の存在、姿勢、及び体格に応じ、又は衝突激甚度に応じてエアバッグイ ンフレータの作動を制御することである。例えば、着座者体重が所与のしきい値 を下回るときはエアバッグインフレータを不作動に出来る。さらに、作動する多 段階インフレータの膨張段数を制御して膨張容量が調節出来る。さらに加えて、 多段階インフレータの各段階の起爆の間の時間遅延の制御により膨張力が調節出 来る。 エアバッグインフレータ拘束能力の一つの目安は、関連エアバッグシステムが 吸収出来る着座者運動エネルギの量である。着座者が気体の充満したエアバッグ に衝突したとき、着座者運動エネルギはエアバッグの加圧を通じて位置エネルギ に転換され、この位置エネルギは加圧気体をエアバッグから排気して消散される 。衝突した車両は減速するので、非拘束搭乗者の対車両速度が増加する。吸収さ れるべき着座者運動エネルギ量を制限するよう、搭乗者拘束処理は衝突事故の早 期に開始して、それにより関連拘束力及び着座者の加速度と着座者内の負荷を最 小にするのが好適である。着座者が車両に対する摩擦の無い単純慣性質量である とすると、着座者の運動エネルギは、Ｍを着座者の体重としＶを着座者の対車両 速度とするとき、１／２Ｍ・Ｖ²で与えられる。実際の着座者が、その幾つかは 車両に対して摩擦を有する肉体の内部接続された組であらわされ、その各肉体が 車両に対して異なる速度を有するとすると、上記方程式は着座者の重心運動に対 して適用される。表現に関わりなく、大きい質量の着座者は同一対車両速度に関 し大きい運動エネルギを有する。したがって、可変拘束能力を有するエアバッグ システムにおいては、拘束能力を着座者の体重つまり質量に好適に適合させるた め、着 座者重量センサが有用である。 斜め又は横からの衝撃の衝突の幾つかの場合を除いて、一般的に関連着座者が 存在しないときは、展開したエアバッグ膨張システムの交換に伴う本来必要のな い費用や不便さから、自動安全拘束アクチュエータを起動しないのが望ましい。 着座者の存在は、着座者重量の連続測定を設けるか又は着座者重量が規定の重量 しきい値の上か下かの二進表示を設けるのに適合させた着座重量センサにより検 出できる。 既知の重量センサは、力感知抵抗（ＦＳＲ）フィルムを採用した１個以上のパ ッドを含む。 これらの手段は一般的に座席が空席のときエアバッグを不作動にする重量しき い値システムとして用いられる。座席取り付け脚に付着されたロードセルもまた 研究用途に用いられて来た。座席の下向き変位を測定するのにストリングに基づ く電位差計を使用する機構もまた研究されて来た。 前記既知の手段は幾つかの不利益をこうむる。第一に、可変抵抗力センサの持 つ感度は限られているので、ある程度所望の応答を達成するとは言え、ある状態 では直接座席下に置くのに十分な感度ではない。第二に、しきい値秤量システム は極めて限られた情報しか提供しない。例えば、このような手段は着座者の体格 については何の情報ももたらさない。第三に、既知の可変力抵抗の抵抗値は温度 とともに変化するので、センサ上の負荷が定常であっても時間とともに偏倚を受 ける。第四に、既知の装置は、並列に接続された複数の抵抗器を含むので、抵抗 器のいずれかの上に集中した比較的軽い荷重により全体の信号が支配され、それ により実際に座席上に存在するよりも重い重量を誤って表示する測定値を生じる 。第五に、これらの装置は座席上の重量分布に関する情報は何ももたらさない。 加えて、その他の既知感知手段が別途適切な結果を与える訳でもない。例えば 、ロードセルの利用は大規模商業用にはひどく高価格である。その上、座席全体 の重量を測定するよう座席ポストの下にロードセルを 取り付けることは実現出来ないことが証明されている。なぜならロードセルへの 破損を防止するためロードセルに加わる力が垂直から５°以内になければならな いので車両のフロアパンが比較的平坦であることを必要とするからである。しか しながら、多くの自動車のフロアパンは平坦でないので座席取り付けボルトは垂 直以外の角度のある方向を向いている。ボルトが垂直に取り付けてあっても、感 知装置にバイアスを掛けないよう制御されたトルク水準を必要とする。また、車 両のフロアパンの形状は時間と共に変化して、ロードセルに余分のストレスと間 違った読みを引き出すことがある。最後に、どのような型のストレインゲージも 、歪んだ物質にそれらを適用するのが難しいので、実用的ではない。最後に、機 械的ストリング電位差計に基づく重量センサは複雑で、ストリングの伸びからの 不具合を受ける。 座席内のスプリングバッグの下向き運動の測定により重量を見積もろうと試み る方法は、座席の幾何学的形状が座席寿命全体にわたって変化することによる厳 しい制限を受ける。詳しく言うと、座席は時間が経つと「ゆがみ」を持つ傾向が あり、座席が古くなるにつれスプリングとクッションが下向きに動く傾向がある 。変位に基づくシステムは、座席寿命の全期間にわたって定期的再較正を必要と する。 先行技術はまた、例えば、運転者が正しく着座していない場合のボートや産業 機械の起動を不作動にするための手段、又はトレーニング用バイクの上に座った 人の重量測定のための手段のように、自動車環境外の着座重量センサの利用を教 示している。これらの装置は、座席内に置かれた空気袋を採用し、それにより袋 内の空気圧をしきい値スイッチ起動用又は着座者重量の連続表示作成用のいずれ かに使用する。 先行技術空気圧センサに伴う一つの問題、特に自動車環境に用いられたときの 問題は、環境状態、特に大気温度と大気圧、に対するその感度である。これは低 温又は高圧の大気条件の下で空気袋を流体で部分的に満たすことを必要とするが 、それにより空気袋が局所的な又は集中的な荷重を受けたとき底を突き易くなる ので負荷を袋の荷重受け面全体に 分散するための手段を必要とする。空気圧式着座重量センサは関連する空気袋内 に当初にある空気量に敏感になり易い。自動車環境内の着座重量センサは、重大 なエラーを生じるおそれのある温度及び圧力につき広範囲にわたって信頼性高く 正確に機能しなければならない。 空気圧式着座重量センサに伴う別の問題は、膨張したセンサ袋の全体高さを十 分大きくして、空気袋を低圧又は高温で充填したとき起こるような、空気袋が比 較的少量の気体を有する場合の条件下で十分に大きい局所的な又は集中的な荷重 に反応して袋の上面と底面が互いに押し合うのを防止しなければならないことで ある。 空気圧式着座重量センサに伴うさらに別の問題は、気体充填袋はまた漏洩又は 浸透により流体を喪失し勝ちなので、運転寿命全体にわたって袋の作業流体を自 動的に補充するための手段を必要とする。 先行技術はまた、油圧ロードセルの利用を教える。この場合、測定すべき圧力 は既知面積のピストン要素の上に作用し、それにより圧力測定値に既知面積を掛 けて測定重量が見出される。自動車環境内、特に座席内、の油圧ロードセルに伴 う一つの問題は、油圧ヘッド上のロードセルの向きの影響が荷重測定値エラーを 導入するおそれがあることである。 発明の概要 本発明にしたがって、自動車座席の着座者重量の正確な測定値を発生するビラ リ効果／磁歪着座重量センサ(Villari effect/magnetostrictive seat weight s ensor)が提供される。本発明は、自動車内のエアバッグ又はその他の搭乗者安全 拘束の展開を、不作動にしたり又はエアバッグの膨張プロフィールが調節出来る といった、制御するシステムと共に用いるのに特に適している。不作動にするの は、座席が空席のとき、幼児座席又は体格の小さい人が占有しているとき、もし くは成人着座者が座席内で前屈みになっているとき特に望ましい。本発明の出力 は着座者の有無の判定に利用することが出来、及び／又は座席内の着座者姿勢の 測定に利用出来る。 さらに本発明にしたがうと、ビラリ効果重量センサは、自動車座席内 の着座者重量の正確な測定値を提供する設計となっているので、これは、スタン ドアローンのセンサとして又は自動車内のエアバッグインフレータの作動を制御 する着座者姿勢感知システムと結合して利用出来る。エアバッグは、幼児座席及 び小児の存在のとき不作動に出来るか又は着座者の体格に合わせて膨張輪郭が調 節出来る。 本発明の着座重量センサは、着座者重量の推定値を作るため顕著な機械的運動 を必要としないので、ほとんどの機械的システムに付き物の信頼性問題に悩まさ れない。ビラリ効果は温度とほとんど無関係なので、このセンサは広い温度範囲 にわたって正確な重量測定値を与える。さらに、本発明のセンサはまた廉価で、 ロードセルを用いたとき生じるような破損を起こすこと無く極めて高い圧縮負荷 又は引っ張り負荷を受ける能力がある。 したがって、本発明の一つの目的は、座席上の重量源の位置に関係無く、不変 で正確な座席負荷測定値を与える改良着座重量センサを提供することにある。 本発明の別の目的は、座席上の重量源の大きさと分布に関係無く、不変で正確 な座席負荷測定値を与える改良着座重量センサを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、座席上の重量に関係無く、不変で正確な座席負荷 測定値を提供する改良着座重量センサを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、広範囲の大気温度と大気圧の下で作動する改良着 座重量センサを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、エアバッグシステムを展開しないのが好適な後ろ 向き幼児座席と、十分に激甚な衝突の際にエアバッグシステムを展開するのが好 適なその他の着座者との間を区別することの出来る改良着座重量センサを提供す ることにある。 本発明のさらに別の目的は、制御可能着座者拘束システムの作動の好適モード が着座者の体重に左右されるインテリジェント安全拘束システムに組み込むこと の出来る改良着座重量センサを提供することにあ る。 本発明のさらに別の目的は、着座者の快適さを害さない改良着座重量センサを 提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、座席の向きに応答しない改良着座重量センサを提 供することにある。 本発明のさらに別の目的は、生産コストが低い改良着座重量センサを提供する ことにある。 これらの目的にしたがって、本発明の一つの特徴は、磁歪性材料で作られた感 知ロッド、感知ロッド中に交番磁界を発生するための駆動コイルと関連回路、そ の中の磁界を感知するための一個以上の感知コイル、感知コイルが発生した信号 を積分して積分信号を発生するため結合された複数の信号積分器、及び複数の信 号から感知ロッド上に働く力を計算するための信号処理器を含むビラリ効果セン サである。 本発明の別の特徴は、各々が別個の断面積を有し、各々が関連区画内の磁界を 感知する複数の関連感知コイルを組み込んだ複数の区画、を組み込んだビラリ効 果センサである。 本発明のさらに別の特徴は、感知ロッド内の対応する尖頭磁束密度からのビラ リ効果センサ上に働く力の測定である。 本発明のさらに別の特徴は、関連信号の調和振動成分からのビラリ効果センサ 上に働く力の測定である。 本発明のさらに別の特徴は、加わった力に応じてその透磁率が低下する材料を 感知ロッド内に組み込むことである。 本発明のさらに別の特徴は、ビラリ効果センサによる張力感知のため、ニッケ ル材料を感知ロッド内に組み込むことである。 本発明のさらに別の特徴は、ビラリ効果センサによる圧縮力感知のため、パー マロイ、４６−パーマロイ、バナジウムパーメンジュール、テルフェノール、又 はテルフェノール−Ｄのグループから選ばれた材料を感知ロッド内に組み込むこ とである。 本発明のさらに別の特徴は、車両座席内の着座者の重量感知のため、 一個以上の張力感知ビラリ効果センサを一個以上の関連座席スプリングと直列に 組み込むことである。 本発明のさらに別の特徴は、車両座席内の着座者の重量感知のため、一個以上 の張力感知ビラリ効果センサを座席支持構造体内に組み込むことである。 本発明のさらに別の特徴は、車両座席内の着座者の重量感知のため、複数の圧 縮力感知ビラリ効果センサを座席支持脚と直列に組み込むことである。 本発明に特有の特徴は、数多くの関連する利点を与える。先行技術に対する本 発明の一つの利点は、感知ロッド内の複数の別個の区画が動的感知範囲増大を提 供することである。 本発明の別の利点は、ビラリ効果センサが大気温度および大気圧の変動に不感 であることである。 本発明のさらに別の利点は、ビラリ効果センサが運動部分を持たないので本質 的に信頼性が高いことである。 本発明のさらに別の利点は、ビラリ効果センサからの出力が比較的線型で正確 であることである。 本発明のさらに別の利点は、ビラリ効果センサの測定感度が、感知ロッド上に 働く力を測定するのに信号調和振動を利用することにより改良されることである 。 本発明のさらに別の利点は、座席上着座者の重量測定のため、ビラリ効果セン サを既存の座席構造体に容易に組み込むことが出来ることである。 本発明のさらに別の利点は、着座重量センサ自体が、制御可能着座者拘束シス テムの関連着座者重量依存制御を可能にするのに十分なだけ頑丈で、信頼性が高 く、正確であることである。 本発明のさらに別の利点は、着座重量センサ自体が、製造するのに比較的高価 でないことである。 したがって本発明は、構築が簡単で作動において比較的頑丈で信頼性 があり、着座者の快適さを害することなく自動車座席に容易に組み込むことが出 来、比較的廉価に生産出来る、大気温度と大気圧の影響に不感の改良着座重量セ ンサを提供する。 本発明は添付の図面を参照して好適態様についての以下の詳細な説明を読んだ 後いっそう完全に理解されるであろう。 本記述は、自動車安全拘束システムへの本発明の応用を示すが、当業者は本発 明が物体秤量用の他のシステムにもまた応用出来ることを理解するであろう。 図面の簡単な説明 図１ａは、典型的自動車座席の俯瞰図で、その中にある本発明の一配置を示す 。 図１ｂは、図１ａの典型的自動車座席の側面図である。 図２は、本発明のもう１つの配置を示す典型的自動車座席の部分的俯瞰図であ る。 図３は、図１ａの配置について、座席スプリング力を着座者重量の関数として 示すグラフである。 図４ａは、本発明による感知ロッド要素を示す。 図４ｂは、本発明によるボビン要素を示す。 図４ｃは、本発明による、図４ｂのボビン要素内の図４ａの感知ロッド要素の サブアセンブリを示す。 図５は、本発明による、第一及び第二感知コイル要素のサブアセンブリを図４ ｃのサブアセンブリとともに示す。 図６ａは、本発明によるボビンハウジング要素を示す。 図６ｂは、本発明による、図６ａのボビンハウジング要素のサブアセンブリを 図５のサブアセンブリとともに示す。 図６ｃは、本発明による、駆動コイル要素のサブアセンブリを図６ｂのサブア センブリとともに示す。 図６ｄは、本発明によるセンサハウジング要素を示す。 図７は、図６ｄのセンサハウジング要素の組立体を含む本発明による センサ組立体を図６ｃのサブアセンブリとともに示す。 図８は、本発明によるセンサシステムの図示的ダイヤグラムである。 図９は、本発明による信号処理器のブロックダイヤグラムである。 図１０は、本発明の作動特性を示す。 図１１は、本発明の別の作動特性を示す。 図１２は、本発明のさらに別の作動特性を示す。 図１３は、本発明の組み込みを示す座席受皿を有する自動車座席の前面図であ る。 図１４は、本発明の組み込みを示す図１３の座席受皿を有する自動車座席の俯 瞰図である。 図１５は、本発明を組み込んだ座席脚付きの自動車座席を示す。 図１６は、本発明を組み込んだ自動車座席脚の断面を示す。 図１７は、本発明の別の態様の断面図を示す。 好適態様の詳細な説明 現在の着座重量センサは、一定物質の透磁率が物質に加わるストレスの引加の 下で変化するとの原理を利用することにより作動する。この原理はビラリ効果と して知られている。 さらに詳しくは、１８００年代中頃にジュール(Joule)とビラリ(Villari)が、 ビラリ効果つまり「逆ジュール磁気弾性」効果が発見され研究された。ビラリ効 果現象は強磁性物質内で起こり、ストレスを受けたときの物質の透磁率の変化が 特徴である。つまり、物質を磁化する能力が物質に加わるストレスの水準に左右 される。ビラリ効果は磁歪現象と密接に関連している。磁歪（「ジュール磁歪」と 呼ぶことが多い）は、磁化の下にある強磁性物質の膨張又は収縮を特徴とする。 正の磁歪物質は磁化されたとき磁界の方向に平行に膨張し、負の磁歪物質は磁化 されたとき磁界の方向に平行に収縮する。 磁歪特性を示す物質はまたビラリ効果をも示す。正の磁歪係数を持つ物質は圧 縮ストレスを受けたとき透磁率の減少を受け、引っ張りストレスを受けたとき透 磁率の増加を示す。負の磁歪物質では逆が起こる。つ まり、圧縮ストレスが加わったとき透磁率が増加し引っ張りストレスを加えた際 は減少する。ストレスを加えたときの物質のこの透磁率つまり反応磁化の変化が ビラリ効果と呼ばれる。 正の磁歪物質の例には、鉄、バナジウムパーメンダー（４９％鉄、４９％コバ ルト、２％バナジウム）又は合金のパーマロイ（ニッケル−鉄）シリーズが含ま れる。テルフェノール−Ｄは、極めて高い正の磁歪を持つよう処方された鉄、テ ルビウム、及びヂスプロシウムを含むセラミック物質である。ニッケルは負の磁 歪係数を持つ物質の例である。金属合金を用いるときは、加工硬化効果を除去す るため及び感知物質の合理的な一様性を確保するため、材料を適切にアニールし なければならない。 本発明のセンサは、圧縮力も張力もいずれをも測定する配置となっており、以 下に詳しく記述するように、張力又は圧縮力のいずれの測定にも応用出来るビラ リ効果センサである。先ず最初に、張力を測定するか圧縮力を測定するかにした がって実行するため適切な磁歪物質を選定しなければならない。張力を測定しよ うとするのであれば、張力が存在するとき透磁率の減少を示すように材料は負の 磁歪係数を有しなければならない。同様に、圧縮力を測定しようとするのであれ ば、圧縮の下で透磁率の減少が生じるように正の磁歪係数の物質を選定しなけれ ばならない。磁歪係数の符号は、透磁率の減少する領域でセンサが作動するよう 選択する。一般的に、力の増加とともに減少する透磁率を利用するセンサは、力 を加えたとき増加する透磁率を利用するものより、大きいダイナミックレンジを 有し、加わった力に良く比例して変化する信号を生じる。 図１ａ、１ｂ及び２は、少なくとも一個のビラリ効果／磁歪測定装置を中に組 み込むことによる本発明のスプリングベッド型座席への応用を示す。図１ｂに示 す第一実施例においては、スプリングベッドワイヤ２８に加わる張力を測定する ためビラリ効果センサ１０が座席支持スプリング１２と一線に並べて置いてある 。詳しく言うと、「柔軟マット 」１４を支える座席クッション３４０が座席ベース３１６の中に入っている。「 柔軟マット」１４は少なくとも片側で一連のスプリングにより座席フレーム３１ ２に付着した一連の可撓性スプリングベッドワイヤ２８から構成される。ビラリ 効果センサ１０は座席支持スプリング１２の一つと直列に置かれている。座席３ ００の上に置かれた任意の重量からの力は座席クッションから下の「柔軟マット 」１４まで伝達される。「柔軟マット」１４の上の重量は各座席支持スプリング １２の中及びビラリ効果センサ１０自体の中の張力を増加する。 本発明のセンサを座席支持構造体３１４の中に組み込まれた横行可撓性金属棒 １６と統合するのに備えた代替配置を図２に示す。 図３は、座席支持スプリング１２の中の張力が３０ポンド以上の着座者重量に 比例して変化する様相を示す。このデータは、図１ｂに示したビラリ効果センサ １０の代わりに較正済み張力センサを用いて自動車座席から収集した。 図４ａ−ｃ、５、６ａ−ｄ、及び７は、ビラリ効果センサ１０の全体構造を示 す。図４ａ−ｃで判るように、ビラリ効果センサ１０は、感知ロッド５２及び感 知ロッド５２を保持する設計のボビン５８から形成されている。感知ロッド５２ には二つの別個の区画５４と５６が設けてあり、各々が別個の断面積（直径）を 有しているので固定した圧縮力又は張力は二つの別個の圧力水準をセンサの各セ ンサ領域に生じる。ビラリ効果によって生じた透磁率の変化は物質に加えられた 圧力の関数である。ビラリ効果センサ１０は、測定確度の増大とダイナミックレ ンジの拡大のため、二つの別個の断面領域を利用する。小径区画５４は比較的小 さい力水準用の感度を与える。大きい力水準において小径区画５４の中のビラリ 効果は飽和水準に達する。大径区画５６の中では、しかし、圧力水準は低くなる がそれでもビラリ効果を用いて圧力が測定出来る範囲に十分入っている。ビラリ 効果センサ１０を張力の測定に使うときは、付着点として利用するため両端に付 着孔５３を設ける。 図４ｂは感知ロッド５２を収容するボビン５８を示し、図４ｃは、感 知ロッド／ボビンサブアセンブリ５０を示す。ボビン５８は一般的に、 リーブ(encapsulation)８６の材料はセンサが発生する熱水準に耐えることが出 来ることを確認する注意もまたしなければならない。 図５から判るように、複数の磁束測定つまり感知コイル６２と６４が感知ロッ ド５２の二つの別個の各区画５４と５６それぞれにあるボビンに巻き付けてあっ て、感知コイルサブアセンブリ６０を形成する。感知コイル６２と６４は感知ロ ッド５２の二つの別個の区画５４と５６それぞれの中の磁束の変化率を測定する 。 ボビン５８及び感知コイル６２と６４は、次いで図６ａ−ｄに示すようにボビ ンハウジング７２の中に置かれて、ボビンハウジングサブアセンブリ７０を形成 する。ボビンハウジング７２は感知コイル６２と６４を保護して駆動コイル８２ のための均一径を作る。駆動コイル８２はボビンハウジング７２の外面の周りに それを覆って巻き付けられ駆動コイルサブアセンブリ８０を形成する。駆動コイ ル８２は、以下の詳述するように、感知ロッド５２を磁化するのに用いられる交 番磁界を生じる。 さらに本発明にしたがって、感知コイル６２と６４の駆動コイル８２の中への 配置は、ビラリ効果センサ１０の全体性能を改良する。詳説すると、駆動コイル ８２が加えるＨ磁界の強度はソレノイドの端を超えると急激に落ちるので、短い 感知コイル６２と６４の駆動コイル内への配置は各感知コイル６２と６４の長さ 全体を通じて均一磁界が加わることを確実にする。 最後に、図７に示すように、ビラリ効果センサ１０の組立体は、その材料がビ ラリ効果センサ１０のため良い磁気遮蔽を設けるために選ばれた一般的に鉄性で あるセンサハウジング８４の内部に、駆動コイルサブアセンブリ８０を置くこと により完成する。 作動に当たって、搭乗者が座席上に着座すると、座席支持スプリング １２つまり可撓性金属棒１６を経由するビラリ効果センサ１０への張力が増加し 、その力を次いでビラリ効果センサ１０が以下のより詳細な記述のとおりに測定 する。 図８は、本発明による感知システム５１０の構成図を示す。交番電流駆動信号 、Ｘ(ｔ)、が駆動コイル８２のため電流源を提供する。駆動コイルが感知ロッド ５２を磁化する。駆動電流感知抵抗、Ｒ_S、は、駆動コイル８２の中の瞬間電流 に比例する駆動電流信号Ｖ_lを発生する。駆動コイル８２の中の電流は感知ロッ ド５２に加わるＨ磁界に比例する。感知コイル６２と６４は対応する信号、Ｖ_s1 、とＶ_s2、を発生し、それぞれは感知ロッド５２の中の磁束の導関数に比例する 電圧である。感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2は次いでそれぞれ別個に積分されて 感知ロッド５２の関連区画の中の磁束（及びしたがって磁気誘導）に比例する積 分信号Ｖ_s1とＶ_s2、を作る。 図９に示すように、上述の五つの各信号のそれぞれを次いで見本抽出し、適切 な張力測定アルゴリズム２２を利用する信号処理器２０のＡ／Ｄコンバータ２６ を用いて、感知ロッド５２に加わった力の正確な評価値に転換する。張力測定ア ルゴリズム２２にはビラリ効果センサ１０に用いた個々の感知ロッド５２の特性 を記述する較正パラメータが含まれる。例えば、Ｂ−Ｈループ曲線内の各点にお ける保磁力、残留磁気、及び透磁率（勾配）のような較正パラメータが感知ロッ ドについて各種の力水準で決定出来る。このアルゴリズムは次いでこれらパラメ ータの現在の測定値を対応する記憶値と比較して張力の評価値を形成する。張力 測定アルゴリズム２２はビラリ効果センサ１０に用いる個々の感知ロッド５２に 適合するよう較正しなければならない。一旦張力測定アルゴリズムを較正すると 、その較正は使用した関連感知ロッド５２の較正に特有となるので感知ロッド５ ２はビラリ効果センサ１０間で交換出来ない。一般的に各ビラリ効果センサ１０ 用の較正パラメータは所与の設計につき別個である。 加わった力の評価に用いるのに最良の磁化パラメータを判定するた め実験を行った。試験した判別子には、残留磁束密度、最大磁束密度、保磁力、 残留微分透磁率、尖頭微分透磁率、と同時に感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2から の信号高調波の比から形成した判別子も含まれた。感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2 の信号高調波と同時にこれらの信号の積分値もまた力評価用の判別子として試 験した。実験は、最大磁束密度つまり感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2（又はその 積分値）の第一と第三の高調波の間の振幅差から形成された判別子が加わった力 の測定に最良の判別子を与えることを示した。これらの判別子は、力が感知ロッ ド５２に加わったとき線型で単調な様式で変化する。 図１０は、ニッケル感知ロッド５２に加わった張力に関する力の関数としての 最大磁束密度の変化を示す。 図１１は、感知コイル出力信号Ｖ_s1の第一と第三の高調波の間の振幅差を取っ て得られた引っ張り圧力に対する判別子４２の変化を示す。 図１２は、積分信号Ｖ_s2の第一と第三の高調波の間の振幅差を取って得られた 引っ張り圧力に対する判別子４４の変化を示す。 感知物質としての適性を査定するため数多くの物質を試験したので、これらの 物質の相対感度を表１にまとめた。示した物質の各々は、負の磁歪係数（張力の 下で透磁率が減少）を持つニッケルを除いて、正の磁歪係数（圧縮力の下で透磁 率が減少）を有する。ニッケルは感知物質に張力が加わるセンサに使用するの適 しており、その他の物質はいずれも感知物質に圧縮力が加わるセンサに使用出来 る。表１は、正の磁歪物質の中ではテルフェノール−Ｄが最大感度を与える一方 で、鉄は正の磁歪係数を持つ物質の最小感度であることを示す。 信号処理器２０もまた、実験データに関して合致する曲線から見出された線型 方程式により張力測定２３と重量評価２５を好適に関連付けたとき、着座者の重 量評価２５を発生するのに適した張力測定２３を用いる重量評価アルゴリズム２ ４を有する。この重量評価アルゴリズム２４は使用する座席３００の型及び座席 ３００の中のビラリ効果センサ１０の位置に固有の較正データを含む。重量評価 アルゴリズム２４は、同一型の座席３００の中の同一位置で使用されるすべての ビラリ効果センサ１０について同じである。 本発明にしたがってさらに、フォーム座席クッション３４０が二つの半部分３ ３０と３３２に区画された金属製又はプラスチック製座席受皿の中に入っている とき、ビラリ効果センサ１０はまた図１３及び１４に示すような受皿型座席３０ ０にも組み込むことが出来る。各座席受皿半部分３３０と３３２は蝶番点３３６ で座席枠３１２に付着している。二つの座席受皿半部分３３０と３３２は一連の 座席受皿スプリング３３４によると同時に、座席受皿スプリング３３４の一つと 直列の、ビラリ効果センサ１０によって結合するのが好適である。座席クッショ ン３４０の上に置かれた重量は、二つの座席受皿半部分３３０と３３２を図１３ の曲線矢印で示すように外向きに振らせる傾向のある力を加え、それによりビラ リ効果センサ１０内の張力を増加する。 上述のような座席支持構造体へのビラリ効果センサ１０の組み込みは好適であ るけれども、このようなシステムにおける着座重量の測定は 座席支持構造体３１４の変形に依存する。この変形への依存性は、重量評価アル ゴリズム２４が計算しなければならない重量評価に不確実性を生じる。 図１５及び１６を参照すると、座席３００を支える反作用力を直接測定するよ うビラリ効果センサ１０を４個の座席脚３４２に組み込むことにより、一層正確 な着座重量センサが構築出来る。この配置は着座者の着座姿勢には全く無関係で ある。図１６で判るように、座席脚３４２は形状が円筒形で、座席３００を車両 内で固定位置に保つスリーブ組立体３４４を組み込んでいる。外側スリーブ３０ ２はフロアパンに取り付けられて、激しい制動又は衝突の間内側スリーブ３０４ をその位置に保つ役割をする。内側スリーブリップ３０６は座席が上向きに持ち 上げられるのを防止する。ビラリ効果センサ１０は、座席枠３１２の重量をセン サに伝達する役割をする二つの支持脚３０８と３１０との間に置かれている。ス リーブ組立体３４４は座席フレーム３１２の下向き運動を拘束しないで、座席３ ００からの全重量がビラリ効果センサ１０に掛かるようにする。関連重量評価ア ルゴリズム２４は、４個の個々のビラリ効果センサ１０各々からの測定力を加算 し座席３００の既知重量を減じて着座者重量を計算する。 上記に指摘したように、テルフェノール物質は高いビラリ効果感度を示すので 、技術的観点からは圧縮力センサ内の感知ロッド５２用材料として好適である。 しかし、これらの物質は比較的高価なのが生産用としての欠点である。 図１７を参照すると、製造するのに経済的な、厚さ４ｍｍで径５ｍｍの比較的 小さいパック形のテルフェノール片を組み込んだ改良ビラリ効果センサ１０を示 す。テルフェノール感知要素４０１は感知コイル４０５と同心で、双方とも駆動 コイル４０４と同心である。テルフェノール感知要素４０１はまた、その面がテ ルフェノール感知要素４０１の面に隣接する一対の鉄性磁束フォーカシング要素 ４０２と共軸である。磁束フォーカシング要素４０２の材料は、中程度の透磁率 を有するのが好 適で、これはＢ−磁界磁束線４０７がテルフェノール感知要素４０１の中で加わ る力の方向に平行になるよう集中するのを助ける。その材料は、テルフェノール 内でのＢ−磁界の測定水準が外部磁化ではなく主として力水準変動に依存するよ う、テルフェノール感知要素４０１のそれより小さい透磁率を有するの好適であ る。 磁束フォーカシング要素４０２の遠隔端は一対の非鉄ロッド４０３のそれぞれ の端に隣接する。駆動コイル４０４に加えられた交番電流が、テルフェノール感 知要素４０１、磁束フォーカシング要素４０２、非鉄ロッド４０３、感知コイル ４０５、テルフェノール感知要素４０１及び加わる力に共軸の、時間で変動する 励起Ｈ−磁界４０６を発生する。駆動コイル４０４の長さが比較的長いので、励 起Ｈ−磁界４０６がテルフェノール感知要素４０１内に加わる力の方向に平行に なるのが確実になる。磁束フォーカシング要素４０２は生じたＢ−磁界磁束線４ ０７がテルフェノール感知要素４０１内に集中するのを助け、非鉄ロッド４０３ は、Ｂ−磁界磁束線４０７が加わった力の軸から離れて曲がり閉経路を作ること が出来るようにする。感知コイル４０５は駆動コイル４０４より遙かに短くなっ ており、テルフェノール感知要素４０１の磁化を測定する設計となっている。 各種感知物質を、ビラリ効果センサ１０への適性に関し、表２に示すように試 験した。 座席ワイヤはＦｏｒｄ Ｔａｕｒｕｓから買った。その正確な組成は入手出 来なかったが、ワイヤが主として鉄から構成されていることは確かである。その 磁気反応もまた極めて高い鉄含有量と矛盾しなかった。テルフェノール−Ｄ物質 は、鉄６７％、ヂスプロシウム２３％、およびテルビウム１０％から構成される 。この物質は、ロッドの長さに平行な方向に最大磁歪反応を有するよう処方され た異方性物質である。この報告書ではこの物質を「テルフェノール」として頻繁 に引用するが、実際に使用した材料はテルフェノール−Ｄであると理解しなけれ ばならない。「Ｄ」添字の追加は物質内にヂスプロシウムが存在することを示す 。テルフェノールが最初に発明され、ヂスプロシウムの添加が物質の磁歪特性を 著しく向上することが後に発見された。 ロッド製造中に受けた加工硬化の何らかの影響を除くため、ニッケル、４６− パーマロイ、及びバナジウムパーメンジュールのサンプルを表３にしたがって熱 処理した。熱処理は必然的に物質毎に異なる。鉄には熱処理サイクルを実行しな かった、初期テストでこの物質は殆どビラリ効果反応を示さず感知材料としての 可能性が極めて限られていたからである。Ｆｏｒｄ Ｔａｕｒｕｓからの鉄棒に は熱処理サイクルを実行しなかった、その試験は既存の座席ワイヤが感知媒体と して使用できるか否かを判定することを目論んでいたからである。 熱処理の目的は、ロッドサンプルの機械加工及び製造中に起こった加工硬化効 果すべてを除去することである。熱処理は、加工硬化効果を除去して材料の透磁 率を増加する。熱処理はまた、材料のサンプル間均一性を確保するのに役立つ。 熱処理をしないと、加工硬化の水準、及びしたがって透磁率が、サンプル間で著 しく変わるおそれがある。 熱処理サイクルは、材料のビラリ効果感度を最大にするために設計した。焼鈍 に先立って材料を清浄にした(すべての油と炭素含有物質を除去した)。サンプル は、熱処理中の湾曲を防ぐため適切な方法で支持しなければならない。 候補判別子の広範な研究をテルフェノール、ニッケル、座席ワイヤ、バナジウ ムパーメンジュール、鉄、及び４６−パーマロイのサンプルに付いて試験した。 理想的な判別子は力の増加とともに単調に変化して線型に近い特性を持たなけれ ばならない。最大磁束密度の利用は明らかに測定が最も容易な判別子で、これは 試験をしたその他のヒステリシス判別子のいずれよりも良い。実験結果は、テル フェノール、バナジウムパーメンジュール、又は熱処理４６−パーマロイが、圧 縮力測定用ビラリ効果センサに使うことが出来ることを示した。ここでパーマロ イは、テルフェノールより遥かに廉価であり、バナジウムパーメンジュールより 感度が良いので、最良の選択である。結果は、引っ張りストレスを測定したとき のニッケルの優れた性能を示した。この物質は張力測定ビラリ効果センサにおい て明らかに良く働く。いずれの型のセンサについても最大磁束密度を判別子とし て使用しなければならない。最大磁束密度は、積分器出力信号（Ｖ２）の尖頭水 準に比例するので容易に測定することが出来る。積分器出力のＲＭＳ信号水準は 多分丁度尖頭信号水準（最大磁束密度）と同じ様に働く。ＲＭＳ信号水準は図１ ０に示したプロット用に判別子として用いた。 周波数領域判別子（第三高調波マイナス第一）は一層感度の良い判別子を与え る。周波数領域判別子はまた、ＦＦＴが整合フィルタのバンクとして作用するの で、騒音の多い環境で利点を有する。広帯域騒音の存在の中で、Ｎ−点ＦＦＴは Ｎの信号対雑音比改善を与える。周波数領域判別子はまた、同一圧力水準変化に ついて判別子に大きい変化を与える。例えば、熱処理ニッケルを用いると、周波 数領域判別子は０から６Ｋｐｓｉ圧力範囲にわたって１１ｄＢの変化を与える。 この同じ０から６Ｋｐｓｉ圧力範囲にわたる最大磁束密度の利用は、２．４ｄＢ （−２４．２％）の変化を与えるのみである。周波数判別子の与える大きい感度 は、ＦＦＴ処理が必要とする余分な複雑性に耐える余裕があるなら、利点になる であろう。バナジウムパーメンジュールを圧縮下で用いた周 波数領域判別子に関しほとんど反応が無いことを示した我々の試験結果を想起す る。 特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は、開示の全体教示に照らしてこれ ら詳細への各種修正及び代替案が開発されることを理解するであろう。したがっ て、開示した特定の装置は例示的な意味のみであって本発明の範囲に関する制限 を意味するものではなく、それは請求の範囲の全体及びそのあらゆる等価物によ り与えられるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年８月７日（１９９８．８．７） 【補正内容】 加えて、前座席助手席側エアバッグの近くに正常に置かれた後ろ向き幼児用座席 （ＲＦＩＳ）内に正しく固定された幼児もまた、幼児用座席の後面がエアバッグ インフレータモジュールに近過ぎるため、展開するエアバッグから死傷を受け易 い。 エアバッグの潜在危険性は最近次第にメディア及び政府機関から注目を受けて いる。幼児及び小児の多数の死亡が助手席側エアバッグの急速な膨張の結果生じ ている。幼児用座席又は小児が助手席を占めているときは、助手席側エアバッグ を不作動にするのが望ましいことが多い。座席着座者の重量が測定出来るならば 、幼児又は小児が座席を占めているとき、助手席側エアバッグを不作動にするこ とが出来る。着座者の重量が測定出来るならば、エアバッグ膨張輪郭もまた着座 者の大きさに一層密に適合させて調節することが出来る。例えば、９０ポンドの 女性を保護するには２５０ポンドの男性に要するより攻撃性の遙かに低いエアバ ッグ膨張プロフィールが必要である。 エアバッグインフレータは、例えば、位置外れ搭乗者には危険な関連エネルギ と力のレベルを生じる時速３０マイルバリア等価衝突を受けたとき、ベルトをし ないで通常に腰掛けた搭乗者の５０パーセントを保護する能力など、所与の拘束 能力を持たせて設計される。比較的多くはないけれども、さもなければ搭乗者が 割合に無傷で生き残った衝突の際にエアバッグインフレータが起こした死傷の事 例が、本来保護する筈の着座者をエアバッグインフレータが傷つける可能性を低 減又は除去する動機を作った。 エアバッグインフレータによる着座者への傷害緩和のための一つの技術は、例 えば、エアバッグインフレータ内のガス発生剤の量、又はその膨張速度を減らす ことにより、関連エアバッグインフレータの力とエネルギのレベルを下げること である。これはエアバッグインフレータが搭乗者を傷害するリスクを緩和はする が、同時にエアバッグインフレータの拘束能力を低減し、これが激甚度の高い衝 突に遭遇した際に搭乗者を傷害への大きな危険にさらす。 エアバッグインフレータによる着座者への傷害緩和のための別の技術は、衝突 の激甚の目安に応じて膨張速度又はインフレータの容量を制御することである。 しかし、正常位置の搭乗者に十分な拘束を提供するためインフレータを故意に攻 撃的にする激甚度の高い衝突の下では前記着座者への傷害リスクは緩和されない 。 エアバッグインフレータによる着座者への傷害緩和のためのさらに別の技術は 、着座者の存在、姿勢、及び体格に応じ、又は衝突激甚度に応じてエアバッグイ ンフレータの作動を制御することである。例えば、着座者体重が所与のしきい値 を下回るときはエアバッグインフレータを不作動に出来る。さらに、作動する多 段階インフレータの膨張段数を制御して膨張容量が調節出来る。さらに加えて、 多段階インフレータの各段階の起爆の間の時間遅延の制御により膨張力が調節出 来る。 エアバッグインフレータ拘束能力の一つの目安は、関連エアバッグシステムが 吸収出来る着座者運動エネルギの量である。着座者が気体の充満したエアバッグ に衝突したとき、着座者運動エネルギはエアバッグの加圧を通じて位置エネルギ に転換され、この位置エネルギは加圧気体をエアバッグから排気して消散される 。衝突した車両は減速するので、非拘束搭乗者の対車両速度が増加する。吸収さ れるべき着座者運動エネルギ量を制限するよう、搭乗者拘束処理は衝突事故の早 期に開始して、それにより関連拘束力及び着座者の加速度と着座者内の負荷を最 小にするのが好適である。着座者が車両に対する摩擦の無い単純慣性質量である とすると、着座者の運動エネルギは、Ｍを着座者の体重としＶを着座者の対車両 速度とするとき、１／２Ｍ・Ｖ²で与えられる。実際の着座者が、その幾つかは 車両に対して摩擦を有する肉体の内部接続された組であらわされ、その各肉体が 車両に対して異なる速度を有するとすると、上記方程式は着座者の重心運動に対 して適用される。表現に関わりなく、大きい質量の着座者は同一対車両速度に関 し大きい運動エネルギを有する。 なぜならロードセルへの破損を防止するためロードセルに加わる力が垂直から５ °以内になければならないので車両のフロアパンが比較的平坦であることを必要 とするからである。しかしながら、多くの自動車のフロアパンは平坦でないので 座席取り付けボルトは垂直以外の角度のある方向を向いている。ボルトが垂直に 取り付けてあっても、感知装置にバイアスを掛けないよう制御されたトルク水準 を必要とする。また、車両のフロアパンの形状は時間と共に変化して、ロードセ ルに余分のストレスと間違った読みを引き出すことがある。最後に、どのような 型のストレインゲージも、歪んだ物質にそれらを適用するのが難しいので、実用 的ではない。最後に、機械的ストリング電位差計に基づく重量センサは複雑で、 ストリングの伸びからの不具合を受ける。 座席内のスプリングベッドの下向き運動の測定により重量を見積もろうと試み る方法は、座席の幾何学的形状が座席寿命全体にわたって変化することによる厳 しい制限を受ける。詳しく言うと、座席は時間が経つと「ゆがみ」を持つ傾向が あり、座席が古くなるにつれスプリングとクッションが下向きに動く傾向がある 。変位に基づくシステムは、座席寿命の全期間にわたって定期的再較正を必要と する。 先行技術はまた、例えば、運転者が正しく着座していない場合のボートや産業 機械の起動を不作動にするための手段、又はトレーニング用バイクの上に座った 人の重量測定のための手段のように、自動車環境外の着座重量センサの利用を教 示している。これらの装置は、座席内に置かれた空気袋を採用し、それにより袋 内の空気圧をしきい値スイッチ起動用又は着座者重量の連続表示作成用のいずれ かに使用する。 先行技術空気圧センサに伴う一つの問題、特に自動車環境に用いられたときの 問題は、環境状態、特に大気温度と大気圧、に対するその感度である。これは低 温又は高圧の大気条件の下で空気袋を流体で部分的に満たすことを必要とするが 、それにより空気袋が局所的な又は集中的な荷重を受けたとき底を突き易くなる ので負荷を袋の荷重受け面全体に分散するための手段を必要とする。空気圧式着 座重量センサは関連する 空気袋内に当初にある空気量に敏感になり易い。自動車環境内の着座重量センサ は、重大なエラーを生じるおそれのある温度及び圧力につき広範囲にわたって信 頼性高く正確に機能しなければならない。 空気圧式着座重量センサに伴う別の問題は、膨張したセンサ袋の全体高さを十 分大きくして、空気袋を低圧又は高温で充填したとき起こるような、空気袋が比 較的少量の気体を有する場合の条件下で十分に大きい局所的な又は集中的な荷重 に反応して袋の上面と底面が互いに押し合うのを防止しなければならないことで ある。 空気圧式着座重量センサに伴うさらに別の問題は、気体充填袋はまた漏洩又は 浸透により流体を喪失し勝ちなので、運転寿命全体にわたって袋の作業流体を自 動的に補充するための手段を必要とする。 先行技術はまた、油圧ロードセルの利用を教える。この場合、測定すべき圧力 は既知面積のピストン要素の上に作用し、それにより圧力測定値に既知面積を掛 けて測定重量が見出される。自動車環境内、特に座席内、の油圧ロードセルに伴 う一つの問題は、油圧ヘッド上のロードセルの向きの影響が荷重測定値エラーを 導入するおそれがあることである。 発明の概要 本発明にしたがって、自動車座席の着座者重量の正確な測定値を発生するビラ リ効果／磁歪着座重量センサ(Villari effect/magnetostrictive seat weight s ensor)が提供される。本発明は、自動車内のエアバッグ又はその他の搭乗者安全 拘束の展開を、不作動にしたり又はエアバッグの膨張プロフィールが調節出来る といった、制御するシステムと共に用いるのに特に適している。不作動にするの は、座席が空席のとき、幼児座席又は体格の小さい人が占有しているとき、もし くは成人着座者が座席内で前屈みになっているとき特に望ましい。本発明の出力 は着座者の有無の判定に利用することが出来、及び／又は座席内の着座者姿勢の 測定に利用出来る。 さらに本発明にしたがうと、ビラリ効果重量センサは、自動車座席内の着座者 重量の正確な測定値を提供する設計となっているので、これは 、スタンドアローンのセンサとして又は自動車内のエアバッグインフレータの作 動を制御する着座者姿勢感知システムと結合して利用出来る。エアバッグは、幼 児座席及び小児の存在のとき不作動に出来るか又は着座者の体格に合わせて膨張 輪郭が調節出来る。 本発明の着座重量センサは、着座者重量の推定値を設けるため大きい機械的運 動を必要としないので、ほとんどの機械的システムに付き物の信頼性問題に悩ま されない。ビラリ効果は温度とほとんど無関係なので、このセンサは広い温度範 囲にわたって正確な重量測定値を提供する。さらに、本発明のセンサはまた廉価 で、ロードセルを用いたとき生じるような破損を起こすこと無く極めて高い圧縮 負荷又は引っ張り負荷を受ける能力がある。 したがって、本発明の一つの目的は、座席上の重量源の位置に関係無く、不変 で正確な座席負荷測定値を与える改良着座重量センサを提供することにある。 本発明の別の目的は、座席上の重量源の大きさと分布に関係無く、不変で正確 な座席負荷測定値を与える改良着座重量センサを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、座席上の重量に関係無く、不変で正確な座席負荷 測定値を提供する改良着座重量センサを提供することにある。 本発明のさらに別の目的は、広範囲の大気温度と大気圧の下で作動する改良着 座重量センサを提供することにある。 本発明の別の利点は、ビラリ効果センサが大気温度および大気圧の変動に不感 であることである。 本発明のさらに別の利点は、ビラリ効果センサが運動部分を持たないので本質 的に信頼性が高いことである。 本発明のさらに別の利点は、ビラリ効果センサからの出力が比較的線型で正確 であることである。 本発明のさらに別の利点は、ビラリ効果センサの測定感度が、感知ロッド上に 働く力を測定するのに信号調和振動を利用することにより改良されることである 。 本発明のさらに別の利点は、座席上着座者の重量測定のため、ビラリ効果セン サを既存の座席構造体に容易に組み込むことが出来ることである。 本発明のさらに別の利点は、着座重量センサ自体が、制御可能着座者拘束シス テムの関連着座者重量依存制御を可能にするのに十分なだけ頑丈で、信頼性が高 く、正確であることである。 本発明のさらに別の利点は、着座重量センサ自体が、製造するのに比較的高価 でないことである。 したがって本発明は、構築が簡単で作動において比較的頑丈で信頼性があり、 着座者の快適さを害することなく自動車座席に容易に組み込むことが出来、比較 的廉価に生産出来る、大気温度と大気圧の影響に不感の改良着座重量センサを提 供する。 本発明のこれらの及びその他の特徴並びに効果は添付図面を参照して好適態様 の以下の詳細説明を読んだ後いっそう十分に理解されるであろう。 本記述は、自動車安全拘束システムへの本発明の応用を示すが、当業者は本発 明が物体秤量用の他のシステムにもまた応用出来ることを理解するであろう。 図面の簡単な説明 図１ａは、典型的自動車座席の側面図で、その中にある本発明の一配 置を示す。 図１ｂは、図１ａによる典型的自動車座席の俯瞰図である。 図２は、本発明のもう１つの配置を示す典型的自動車座席の部分的俯瞰図であ る。 図３は、図１ａの配置について、座席スプリング力を着座者重量の関数として 示すグラフである。 図４ａは、本発明による感知ロッド要素を示す。 図４ｂは、本発明によるボビン要素を示す。 図４ｃは、本発明による、図４ｂのボビン要素内の図４ａの感知ロッド要素の サブアセンブリを示す。 図５は、本発明による、第一及び第二感知コイル要素のサブアセンブリを図４ ｃのサブアセンブリとともに示す。 図６ａは、本発明によるボビンハウジング要素を示す。 図６ｂは、本発明による、図６ａのボビンハウジング要素のサブアセンブリを 図５のサブアセンブリとともに示す。 図１７は、本発明の別の態様の断面図を示す。 好適態様の詳細な説明 現在の着座重量センサは、一定物質の透磁率が物質に加わるストレスの引加の 下で変化するとの原理を利用することにより作動する。この原理はビラリ効果と して知られている。 さらに詳しくは、１８００年代中頃にジュール(Joule)とビラリ(Villari)が、 ビラリ効果つまり「逆ジュール磁気弾性」効果が発見され研究された。ビラリ効 果現象は強磁性物質内で起こり、ストレスを受けたときの物質の透磁率の変化が 特徴である。つまり、物質を磁化する能力が物質に加わるストレスの水準に左右 される。ビラリ効果は磁歪現象と密接に関連している。磁歪（「ジュール磁歪」と 呼ぶことが多い）は、磁化の下にある強磁性物質の膨張又は収縮を特徴とする。 正の磁歪物質は磁化されたとき磁界の方向に平行に膨張し、負の磁歪物質は磁化 されたとき磁界の方向に平行に収縮する。 磁歪特性を示す物質はまたビラリ効果をも示す。正の磁歪係数を持つ物質は圧 縮ストレスを受けたとき透磁率の減少を受け、引っ張りストレスを受けたとき透 磁率の増加を示す。負の磁歪物質では逆が起こる。つまり、圧縮ストレスが加わ ったとき透磁率が増加し引っ張りストレスを加えた際は減少する。ストレスを加 えたときの物質のこの透磁率つまり反応磁化の変化がビラリ効果と呼ばれる。 正の磁歪物質の例には、鉄、バナジウムパーメンダー（４９％鉄、４９％コバ ルト、２％バナジウム）又は合金のパーマロイ（ニッケル−鉄）シリーズが含ま れる。テルフェノール−Ｄは、極めて高い正の磁歪を持つよう処方された鉄、テ ルビウム、及びヂスプロシウムを含むセラミック物質である。ニッケルは負の磁 歪係数を持つ物質の例である。金属合金を用いるときは、加工硬化効果を除去す るため及び感知物質の合理的な一様性を確保するため、材料を適切にアニールし なければならない。 本発明のセンサは、圧縮力も張力もいずれをも測定する配置となって おり、以下に詳しく記述するように、張力又は圧縮力のいずれの測定にも応用出 来るビラリ効果センサである。先ず最初に、張力を測定するか圧縮力を測定する かにしたがって＜実行するため＞適切な磁歪物質を選定しなければならない。張 力を測定しようとするのであれば、張力が存在するとき透磁率の減少を示すよう に材料は負の磁歪係数を有しなければならない。同様に、圧縮力を測定しようと するのであれば、圧縮の下で透磁率の減少が生じるように正の磁歪係数の物質を 選定しなければならない。磁歪係数の符号は、透磁率の減少する領域でセンサが 作動するよう選択する。一般的に、力の増加とともに減少する透磁率を利用する センサは、力を加えたとき増加する透磁率を利用するものより、大きいダイナミ ックレンジを有し、加わった力に良く比例して変化する信号を生じる。 図１ａ、１ｂ及び２は、少なくとも一個のビラリ効果／磁歪測定装置を中に組 み込むことによる本発明のスプリングベッド型座席への応用を示す。図１ｂに示 す第一実施例においては、スプリングベッドワイヤ２８に加わる張力を測定する ためビラリ効果センサ１０が座席支持スプリング１２と一線に並べて置いてある 。詳しく言うと、「柔軟マット」１４を支える座席クッション３４０が座席ベー ス３１６の中に入っている。「柔軟マット」１４は少なくとも片側で一連の座席 支持スプリング１２により座席フレーム３１２に付着した一連の可撓性スプリン グベッドワイヤ２８から構成される。ビラリ効果センサ１０は座席支持スプリン グ１２の一つと直列に置かれている。座席３００の上に置かれた任意の重量から の力は座席クッションから下の「柔軟マット」１４まで伝達される。「柔軟マッ ト」１４の上の重量は各座席支持スプリング１２の中及びビラリ効果センサ１０ 自体の中の張力を増加する。 本発明のセンサを座席支持構造体３１４の中に組み込まれた横行柔軟金属棒３ ２８と統合するのに備えた代替配置を図２に示す。 図３は、座席支持スプリング１２の中の張力が３０ポンド以上の着座者重量に 比例して変化する様相を示す。このデータは、図１ｂに示した ビラリ効果センサ１０の代わりに較正済み張力センサを用いて自動車座席から収 集した。 図４ａ−ｃ、５、６ａ−ｄ、及び７は、ビラリ効果センサ１０の全体構造を示 す。図４ａ−ｃで判るように、ビラリ効果センサ１０は、感知ロッド５２及び感 知ロッド５２を保持する設計のボビン５８から形成されている。感知ロッド５２ には二つの別個の区画５４と５６が設けてあり、各々が別個の断面積（直径）を 有しているので固定した圧縮力又は張力は二つの別個の圧力水準をセンサの各セ ンサ領域に生じる。ビラリ効果によって生じた透磁率の変化は物質に加えられた 圧力の関数である。ビラリ効果センサ１０は、測定確度の増大とダイナミックレ ンジの拡大のため、二つの別個の断面領域を利用する。小径区画５４は比較的小 さい力水準用の感度を与える。大きい力水準において小径区画５４の中のビラリ 効果は飽和水準に達する。大径区画５６の中では、しかし、圧力水準は低くなる がそれでもビラリ効果を用いて圧力が測定出来る範囲に十分入っている。ビラリ 効果センサ１０を張力の測定に使うときは、付着点として利用するため両端に付 着孔５３を設ける。 図４ｂは感知ロッド５２を収容するボビン５８を示し、図４ｃは、感知ロッド ／ボビンサブアセンブリ５０を示す。ボビン５８は一般的に、 リープ８６の材料はセンサが発生する熱水準に耐えることが出来ることを確認す る注意もまたしなければならない。 図５から判るように、複数の磁束測定つまり感知コイル６２と６４が感知ロッ ド５２の二つの別個の各区画５４と５６それぞれにあるボビンに巻き付けてあっ て、感知コイルサブアセンブリ６０を形成する。感知コイル６２と６４は感知ロ ッド５２の二つの別個の区画５４と５６それぞれの中の磁束の変化率を測定する 。 ボビン５８及び感知コイル６２と６４は、次いで図６ａ−ｄに示すようにボビ ンハウジング７２の中に置かれて、ボビンハウジングサブアセ ンブリ７０を形成する。ボビンハウジング７２は感知コイル６２と６４を保護し て駆動コイル８２のための均一径を作る。駆動コイル８２はボビンハウジング７ ２の外面の周りにそれを覆って巻き付けられ駆動コイルサブアセンブリ８０を形 成する。駆動コイル８２は、以下の詳述するように、感知ロッド５２を磁化する のに用いられる交番磁界を生じる。 さらに本発明にしたがって、感知コイル６２と６４の駆動コイル８２の中への 配置は、ビラリ効果センサ１０の全体性能を改良する。詳説すると、駆動コイル ８２が加えるＨ磁界の強度はソレノイドの端を超えると急激に落ちるので、短い 感知コイル６２と６４の駆動コイル内への配置は各感知コイル６２と６４の長さ 全体を通じて均一磁界が加わることを確実にする。 最後に、図７に示すように、ビラリ効果センサ１０の組立体は、その材料がビ ラリ効果センサ１０のために良い磁気遮蔽を作るため鉄性であるセンサハウジン グ８４内部に、駆動コイルサブアセンブリ８０を置くことにより完成する。 作動に当たって、搭乗者が座席上に着座すると、座席支持スプリング１２つま り可撓性金属棒３２８を経由するビラリ効果センサ１０への張力が増加し、その 力を次いでビラリ効果センサ１０が以下に完全に記述するように測定する。 図８は、本発明にしたがう感知システム５１０の構成図を示す。交番電流駆動 信号、Ｘ(ｔ)、が駆動コイル８２のため電流源を提供する。駆動コイルが感知ロ ッド５２を磁化する。駆動電流感知抵抗、Ｒ_S、は、駆動コイル８２の中の瞬間 電流に比例する駆動電流信号Ｖ_iを発生する。駆動コイル８２の中の電流は感知 ロッド５２に加わるＨ磁界に比例する。感知コイル６２と６４は対応する信号、 Ｖ_s1、とＶ_s2、を発生し、それぞれは感知ロッド５２の中の磁束の導関数に比例 する電圧である。感知コイル出力Ｖ_s1とＶ_s2は次いでそれぞれ別個に積分されて 感知ロッド５２の関連区画の中の磁束（及びしたがって磁気誘導）に比例する 積分信号∫Ｖ_s1と∫Ｖ_s2、を作る。 図９に示すように、上述の五つの各信号の一部又は全部を次いで見本抽出し、 適切な張力測定アルゴリズム２２を利用する信号処理器２０のＡ／Ｄコンバータ ２６を用いて、感知ロッド５２に加わった力の正確な評価値に転換する。張力測 定アルゴリズム２２にはビラリ効果センサ１０に用いた個々の感知ロッド５２の 特性を記述する較正パラメータが含まれる。例えば、Ｂ−Ｈループ曲線内の各点 における保磁力、残留磁気、及び透磁率（勾配）のような較正パラメータが感知 ロッドについて各種の力水準で決定出来る。このアルゴリズムは次いでこれらパ ラメータの現在の測定値を対応する記憶値と比較して張力の評価値を形成する。 張力測定アルゴリズム２２はビラリ効果センサ１０に用いる個々の感知ロッド５ ２に適合するよう較正するのが好適である。一旦張力測定アルゴリズムを較正す ると、その較正は使用した関連感知ロッド５２の較正に特有となるので感知ロッ ド５２はビラリ効果センサ１０間で交換出来ない。一般的に各ビラリ効果センサ １０用の較正パラメータは所与の設計につき別個である。 加わった力の評価に用いるのに最良の磁化パラメータを判定するため実験を行 った。試験した判別子には、残留磁束密度、最大磁束密度、保磁力、残留微分透 磁率、尖頭微分透磁率、と同時に感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2からの信号高調 波の比から形成した判別子も含まれた。感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2の信号高 調波と同時にこれらの信号の積分値もまた力評価用の判別子として試験した。実 験は、最大磁束密度つまり感知コイル出力信号Ｖ_s1とＶ_s2（又はその積分値）の 第一と第三の高調波の間の振幅差から形成された判別子が加わった力の測定に最 良の判別子を与えることを示した。これらの判別子は、力が感知ロッド５２に加 わったとき線型で単調な様式で変化する。 図１０は、ニッケル感知ロッド５２に加わった張力に関する力の関数としての 最大磁束密度に比例する信号の変化を示す。この信号は感知コイル出力Ｖ_S1又は Ｖ_S2を積分して得られた。 図１１は、ニッケル棒について感知コイル出力信号Ｖ_s1の第一と第三の高調波 の間のデシベル振幅差を取って得られた引っ張り圧力に対する判別子４２の変化 を示す。 図１２は、ニッケル棒について積分信号∫Ｖ_S1の第一と第三の高調波の間の振 幅差を取って得られた引っ張り圧力に対する判別子４４の変化を示す。 感知物質としての適性を査定するため数多くの物質を試験したので、これらの 物質の相対感度を表１にまとめた。示した物質の各々は、負の磁歪係数（張力の 下で透磁率が減少）を持つニッケルを除いて、正の磁歪係数（圧縮力の下で透磁 率が減少）を有する。ニッケルは感知物質に張力が加わるセンサに使用するの適 しており、その他の物質はいずれも感知物質に圧縮力が加わるセンサに使用出来 る。表１は、正の磁歪物質の中ではテルフェノール−Ｄが最大感度を与える一方 で、鉄は正の磁歪係数を持つ物質の最小感度であることを示す。 図１５及び１６を参照すると、座席３００を支える反作用力を直接測定するよ うビラリ効果センサ１０を４個の座席脚３４２に組み込むことにより、一層正確 な着座重量センサが構築出来る。この配置は着座者の着座姿勢には全く無関係で ある。図１６で判るように、座席脚３４２は形状が円筒形で、座席３００を車両 内で固定位置に保つスリーブ組立体３４４を組み込んでいる。外側スリーブ３０ ２はフロアパンに取り付けられて、激しい制動又は衝突の間内側スリーブ３０４ をその位置に保つ役割をする。内側スリーブリップ３０６は座席が上向きに持ち 上げられるのを防止する。ビラリ効果センサ１０は、座席枠３１２の重量をセン サに伝達する役割をする二つの支持脚３０８と３１０との間に置かれている。ス リーブ組立体３４４は座席フレーム３１２の下向き運動を拘束しないで、座席３ ００からの全重量がビラリ効果センサ１０に掛かるようにする。関連重量評価ア ルゴリズム２４は、４個の個々のビラリ効果センサ１０各々からの測定力を加算 し座席３００の既知重量を減じて着座者重量を計算する。 上記に指摘したように、テルフェノール物質は高いビラリ効果感度を示すので 、技術的観点からは圧縮力センサ内の感知ロッド５２用材料として好適である。 しかし、これらの物質は比較的高価なのが生産用としての欠点である。 図１７を参照すると、製造するのに経済的な、厚さ４ｍｍで径５ｍｍの比較的 小さいパック形のテルフェノール片を組み込んだ改良ビラリ効果センサ１０を示 す。テルフェノール感知要素４０１は感知コイル４０５と同心で、双方とも駆動 コイル４０４と同心である。テルフェノール感知要素４０１はまた、その面がテ ルフェノール感知要素４０１の面に隣接する一対の鉄性磁束フォーカシング要素 ４０２と共軸である。磁束フォーカシング要素４０２の材料は、中程度の透磁率 を有するのが好適で、これはＢ−磁界磁束線４０７がテルフェノール感知要素４ ０１の中で加わる力の方向に平行になるよう集中するのを助ける。その材料は、 テルフェノール内でのＢ−磁界の測定水準が外部磁化ではなく主とし て力水準変動に依存するよう、テルフェノール感知要素４０１のそれより小さい 透磁率を有するの好適である。 磁束フォーカシング要素４０２の遠隔端は一対の非鉄ロッド４０３のそれぞれ の端に隣接する。駆動コイル４０４に加えられた交番電流が、テルフェノール感 知要素４０１、磁束フォーカシング要素４０２、非鉄ロッド４０３、感知コイル ４０５、テルフェノール感知要素４０１及び加わる力に共軸の、時間で変動する 励起Ｈ−磁界４０６を発生する。駆動コイル４０４の長さが比較的長いので、励 起Ｈ−磁界がテルフェノール感知要素４０１内に加わる力の方向に平行になるの が確実になる。磁束フォーカシング要素４０２は生じたＢ−磁界磁束線４０７が テルフェノール感知要素４０１内に集中するのを助ける。非鉄ロッド４０３は、 Ｂ−磁界磁束線４０７が加わった力の軸から離れて曲がり閉経路を作ることが出 来るようにする。感知コイル４０５は駆動コイル４０４より遙かに短くなってお り、テルフェノール感知要素４０１の磁化を測定する設計となっている。 各種感知物質を、ビラリ効果センサ１０への適性に関し、表２に示すように試 験した。 座席ワイヤはＦｏｒｄ Ｔａｕｒｕｓから買った。その正確な組成は入手出 来なかったが、ワイヤが主として鉄から構成されていることは確かである。その 磁気反応もまた極めて高い鉄含有量と矛盾しなかった。 テルフェノール−Ｄ物質は、鉄６７％、ヂスプロシウム２３％、およびテルビウ ム１０％から構成される。この物質は、ロッドの長さに平行な方向に最大磁歪反 応を有するよう処方された異方性物質である。この報告書ではこの物質を「テル フェノール」として頻繁に引用するが、実際に使用した材料はテルフェノール− Ｄであると理解しなければならない。「Ｄ」添字の追加は物質内にヂスプロシウ ムが存在することを示す。テルフェノールが最初に発明され、ヂスプロシウムの 添加が物質の磁歪特性を著しく向上することが後に発見された。 ロッド製造中に受けた加工硬化の何らかの影響を除くため、ニッケル、４６− パーマロイ、及びバナジウムパーメンジュールのサンプルを表３にしたがって熱 処理した。熱処理は必然的に物質毎に異なる。鉄には熱処理サイクルを実行しな かった、初期テストでこの物質は殆どビラリ効果反応を示さず感知材料としての 可能性が極めて限られていたからである。Ｆｏｒｄ Ｔａｕｒｕｓからの鉄棒に は熱処理サイクルを実行しなかった、その試験は既存の座席ワイヤが感知媒体と して使用できるか否かを判定することを目論んでいたからである。 熱処理の目的は、ロッドサンプルの機械加工及び製造中に起こった加工硬化効 果すべてを除去することである。熱処理は、加工硬化効果を除去して材料の透磁 率を増加する。熱処理はまた、材料のサンプル間均一性を確保するのに役立つ。 熱処理をしないと、加工硬化の水準、及びしたがって透磁率が、サンプル間で著 しく変わるおそれがある。 熱処理サイクルは、材料のビラリ効果感度を最大にするために設計した。焼鈍 に先立って材料を清浄にした(すべての油と炭素含有物質を除去した)。サンプル は、熱処理中の湾曲を防ぐため適切な方法で支持される。 候補判別子の広範な研究をテルフェノール、ニッケル、座席ワイヤ、バナジウ ムパーメンジュール、鉄、及び４６−パーマロイのサンプルに付いて試験した。 理想的な判別子は力の増加とともに単調に変化して線 型に近い特性を持たなければならない。最大磁束密度の利用は明らかに測定が最 も容易な判別子で、これは試験をしたその他のヒステリシス判別子のいずれより も良い。実験結果は、テルフェノール、バナジウムパーメンジュール、又は熱処 理４６−パーマロイが、圧縮力測定用ビラリ効果センサに使うことが出来ること を示した。パーマロイは、テルフェノールより遙かに廉価であり、バナジウムパ ーメンジュールより感度が良いので、最良の選択である。結果は、引っ張りスト レスを測定したときのニッケルの優れた性能を示した。この物質は張力測定ビラ リ効果センサにおいて明らかに良く働く。いずれの型のセンサについても最大磁 束密度を判別子として使用することができる。最大磁束密度は、積分器出力信号 （Ｖ２）の尖頭水準に比例するので容易に測定することが出来る。積分器出力の ＲＭＳ信号水準は尖頭信号水準（最大磁束密度）と同じ様に働く。ＲＭＳ信号水 準は図１０に示したプロット用に判別子として用いた。 周波数領域判別子（第三高調波マイナス第一）は一層感度の良い判別子を与え る。周波数領域判別子はまた、ＦＦＴが整合フィルタのバンクとして作用するの で、騒音の多い環境で利点を有する。広帯域騒音の存在の中で、Ｎ−点ＦＦＴは Ｎの信号対雑音比改善を与える。周波数領域判別子はまた、同一圧力水準変化に ついて判別子に大きい変化を与える。例えば、熱処理ニッケルを用いると、周波 数領域判別子は０から６Ｋｐｓｉ圧力範囲にわたって１１ｄＢの変化を与える。 この同じ０から６Ｋｐｓｉ圧力範囲にわたる最大磁束密度の利用は、２．４ｄＢ （−２４．２％）の変化を与えるのみである。周波数判別子の与える大きい感度 は、ＦＦＴ処理が必要とする余分な複雑性に耐える余裕があるなら、利点になる であろう。試験結果はバナジウムパーメンジュールを圧縮下で用いた周波数領域 判別子に関しほとんど反応が無いことを示した。 特定の実施例を詳細に説明したが、当業者は、開示の全体教示に照らしてこれ ら詳細への各種修正及び代替案が開発されることを理解するであろう。したがっ て、開示した特定の装置は例示的な意味のみであっ て本発明の範囲に関する制限を意味するものではなく、それは請求の範囲の全体 及びそのあらゆる等価物により与えられるべきである。 請求の範囲 １．加わった力を測定するためのビラリ効果センサであって、 （ｉ．）加わる力の負荷経路と直列である磁歪感知ロッドであって、線型で連 続しており、さらに互いに隣接した、別個の断面積を有する複数の区画を含む磁 歪感知ロッドと、 （ｊ．）駆動コイルに加わる交番電流に反応して前記感知ロッドを磁化するた めの前記感知ロッドと同心の駆動コイルと、 （ｋ．）前記感知ロッドと同心の複数の感知コイルであって、各々が該感知ロ ッドの前記複数の区画の一つの周りで前記駆動コイルに誘導的に結合されており 、該複数の区画一つ毎にある該感知ロッドの力に依存する透磁率に反応して各々 の感知コイルが信号を発生する、前記複数の感知コイルと、 （ｌ）前記複数の感知コイルの各々が発生する前記信号から、加わった力を計 算するため、該複数の感知コイルに作動的に結合された、信号処理器と、 を含む、前記センサ。 ２．信号処理器が、複数の感知コイルの各々が発生した信号のうち少なくとも 一つの第一高調波と第三高調波のデシベル量の差を用いて加わった力を計算する 、請求項１に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 ３．加わる力が張力であり、感知ロッドが、ニッケルから構成されている、請 求項１に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 ４．加わる力が圧縮力であり、感知ロッドが、パーマロイと、４６−パーマロ イと、テルフェノール−Ｄと、テルフェノールと、バナジウムパーマジュールと を含むグループから選択された材料から構成されている、請求項１に記載の加わ った力を測定するためのビラリ効果センサ。 ５．駆動コイルが複数の感知コイルに重畳する、請求項１に記載の加わった力 を測定するためのビラリ効果センサ。 ６．ビラリ効果センサであって、 （ａ）加わる力に機械的に結合され、各々が別個の断面積を有する複数の区画 を含む磁歪感知要素と、 （ｂ）該磁歪感知要素内に磁界を発生するための磁化源と、 （ｃ）該複数の区画の各々における該磁歪感知要素の力依存性透磁率に反応し て各々の感知コイルが信号を発生する複数の感知コイルと、 を含む加わった力を測定するための、前記センサ。 ７．磁界が振動周波数で振動する、請求項６に記載の加わった力を測定するた めの、前記センサ。 ８．少なくとも一つの感知コイルの各々が発生した信号のうちの少なくとも一 つから、加わった力の測定値を計算するため複数の区画に作動的に結合された信 号処理器、をさらに含む、請求項７に記載の加わった力を測定するためのビラリ 効果センサ。 ９．信号処理器が、複数の感知コイルの各々が発生した信号のうちの少なくと も一つの第一高調波と第三高調波のデシベル量の差を用いて加わった力を計算す る、請求項８に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １０．信号処理器が、複数の感知コイルの各々が発生した信号のうち少なくと も一つの異なる高調波のデシベル量の差を用いて加わった力の測定値を計算する 、請求項８に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １１．信号処理器が、複数の感知コイルのうち少なくとも一つの磁束密度の測 定値を用いて加わった力の測定値を計算する、請求項８に記載の加わった力を測 定するためのビラリ効果センサ。 １２．その入力が少なくとも一つの感知コイルのうちの一つに作動的に結合さ れ、その出力が信号処理器に作動的に結合された少なくとも一つの積分器であっ て、該少なくとも一つの積分器の入力における信号の積分である積分信号を前記 少なくとも一つの積分器の出力において発生し、信号処理器が積分信号に反応し て加わった力の測定値を計算する少なくとも一つの積分器、を含む請求項８に記 載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １３．加わる力が張力であり、感知ロッドがニッケルから構成されている、請 求項６に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １４．加わる力が圧縮力であり、感知ロッドが、パーマロイと、４６−パーマ ロイと、テルフェノール−Ｄと、テルフェノールと、バナジウムパーマジュ ールとを含むグループから選択された材料から構成されている、請求項６に記載 の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １５．磁化源が、駆動コイルに加えられた交番電流に反応して磁歪感知要素を 磁化するため、少なくとも一つの駆動コイルを含む、請求項６に記載の加わった 力を測定するためのビラリ効果センサ。 １６．少なくとも一つの駆動コイルが、少なくとも一つの感知コイルと重畳関 係にある、請求項１５に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １７．少なくとも一つ駆動コイルが、磁歪感知要素と同心である、請求項１５ に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １８．磁歪感知要素が、加わる力の負荷経路と直列である、請求項６に記載の 加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 １９．磁歪感知要素が、加わった力に反応してその透磁率が減少する物質から 構成されている、請求項６に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果セン サ。 ２０．複数の感知コイルが、磁歪要素と同心である、請求項６に記載の加わっ た力を測定するためのビラリ効果センサ。 ２１．ビラリ効果センサであって、 （ａ）加わる力に機械的に結合され、加わった力に反応してその透磁率が減少 する物質から構成された磁歪感知要素と、 （ｂ）駆動コイルに加えられた交番電流に反応して該磁歪感知要素を磁化する ための駆動コイルと、 （ｃ）該磁歪感知要素と同心であって、近傍の磁歪感知要素の力依存性透磁率 に反応して信号を発生する少なくとも一つの感知コイルと、 （ｄ）磁束を該磁歪感知要素に隣接して該駆動コイル内に集中するための手段 であって、要素を集中するための該手段の透磁率が該磁歪感知要素の透磁率より 低い、前記手段 を含む加わった力を測定するための、前記センサ。 ２２．自動車内の着座面上の重量測定用システムであって （ａ）少なくとも一つのビラリ効果力センサであって、それぞれのビラリ効果 力センサが （ｉ）感知面上の重量に反応して磁歪要素に力が加わるよう、感知面に機械的 に結合された磁歪感知要素と、 （ｉｉ）前記磁歪感知要素内に磁界を発生するための磁化源と、 （ｉｉｉ）感知コイル近傍の磁歪感知要素の透磁率に反応して信号を発生する 少なくとも一つの感知コイルと、 を含む、前記ビラリ効果力センサと、 （ｂ）前記少なくとも一つの感知コイルに作動的に結合され、前記信号に反応 して座席上重量の測定値を計算する信号処理器であって、前記少なくとも一つの ビラリ効果力センサが座席支持構造体内に組み込まれており、着座面上の重量に 応じて加わる力を感知する、前記信号処理器、 を含む、前記システム。 ２３．加わる力が、少なくとも一つの横行座席クッション支持部材内の張力で ある、請求項２２に記載の自動車内の着座面上の重量測定用システム。 ２４．加わる力が、少なくとも一つの座席スプリングに加えられた張力である 、請求項２２に記載の自動車内の着座面上の重量測定用システム。 ２５．加わる力が、座席の支持脚内の力である、請求項２２に記載の自動車内 の着座面上の重量測定用システム。 ２６．車両座席上の重量感知の方法であって、 （ａ）着座面上の重量に反応して磁歪感知要素に力を加えるステップと、 （ｂ）該磁歪感知要素内に振動磁界を発生し、該磁歪感知要素が着座面上の重 量に反応して該振動磁界に変化を生じさせるステップと、 （ｃ）該振動磁界の変化から着座面上の重量の測定値を計算するステップと、 の各ステップを含む、前記方法。 ２７．着座面上の重量の測定値を計算するステップが少なくとも一部で、振動 磁界の変化の調和振動に基づく、請求項２６に記載の車両座席上の重量感知の方 法。。 ２８．着座面上の重量の測定値を計算するステップが少なくとも一部で、振 動磁界の変化の二つの異なる調和振動のデシベル量の差に基づく、請求項２７に 記載の車両座席上の重量感知の方法。 ２９．着座面上の重量の測定値を計算するステップが少なくとも一部で、振動 磁界の変化の第一と第三との調和振動のデシベル量の差に基づく、請求項２８に 記載の車両座席上の重量感知の方法。 ３０．自動車内の着座面上重量測定用のシステムであって （ａ）磁歪要素上の重量に反応して磁歪要素内に応力変形が誘導されるよう、 着座面に機械的に結合された磁歪要素と、 （ｂ）センサであって、 （ｉ）磁界発生用磁化源と、 （ｉｉ）コイルであって、該磁化源と該コイルとが車両上に磁歪要素に隣 接して取り付けられ、磁歪要素内の応力変形により磁界が変動し、該コイルが磁 界の変動に基づいて信号を発生する、前記コイルと、 を含む、前記センサと、 を含む、前記システム。 ３１．磁歪要素が強磁性体である、請求項３０に記載の自動車内の着座面上重 量測定用のシステム。 ３２．磁化源が電磁石である、請求項３０に記載の自動車内の着座面上重量測 定用のシステム。 ３３．車両安全装置のアクチュエータをさらに含み、該アクチュエータが車両 安全システムをセンサからの信号に基づいて起動する、請求項３０に記載の自動 車内の着座面上重量測定用のシステム。 ３４．センサが磁歪要素内の応力変形の変化を測定する、請求項３０に記載の 自動車内の着座面上重量測定用のシステム。 ３５．センサからの信号の第三高調波を解析する信号処理器をさらに含む、請 求項３０に記載の自動車内の着座面上重量測定用のシステム。 ３６．車両安全システムであって、 （ｃ）着座面を有する車両座席と、 （ｄ）該車両座席に対して作動的に置かれた車両安全装置と、 （ｅ）車両への十分な衝撃の検出に際し、起動信号を発生する衝突検出回路と 、 （ｆ）該車両安全装置を起動するためのアクチュエータと、 （ｇ）該着座面上の重量により磁歪要素内に応力変形が誘導されるよう該着座 面に機械的に結合された磁歪要素と、 （ｈ）該磁歪要素に隣接して車両上に取り付けられ磁界を発生するセンサであ って、磁化源と該磁歪要素に隣接して車両上に取り付けられたコイルとを含み、 該磁界が該コイル内に動電力電圧を発生し、該動電力電圧が該磁界の変動により 変動を受け、該磁歪要素内の応力変形が該磁界を変化し、該センサが磁界内の変 化に基づいて信号を発生し、前記アクチュエータが前記第一センサからの信号と 前記衝突検出回路による起動信号とに基づいて前記車両安全装置を起動するセン サと、 を含む、前記システム。 ３７．磁歪要素が強磁性体である、請求項３６に記載の車両安全システム。 ３８．センサから信号を受ける信号処理器をさらに含み、該センサが周波数を 有する振動磁界を発生し、該信号処理器が該振動磁界の第三高調波を解析する、 請求項３６に記載の車両安全システム。 ３９．第一センサが着座面上に不十分な重量を検出したとき、アクチュエータ が車両安全装置を不作動にする、請求項３６に記載の車両安全システム。 ４０．磁歪要素に結合された着座面の上の重量に基づいて自動車内の安全装置 の起動を制御するための方法であって、 （ａ）磁歪要素の一部分が当該磁界内に入り、その磁歪要素が着座面上の重量 に基づいて当該磁界に変動を生じるよう磁歪要素に隣接する振動磁界を発生する ステップと、 （ｂ）該磁歪要素に隣接する磁化の変動を検出して該振動磁界の変動を測定す るステップと、 （ｃ）該磁界に検出された変動に基づいて安全装置を起動するステップと、 の各ステップを含む、前記方法。 ４１．磁歪要素が強磁性体である、請求項４０に記載の磁歪要素に結合され た着座面の上の重量に基づいて自動車内の安全装置の起動を制御するための方法 。 ４２．ステップ（ｂ）が、振動磁界の第三高調波の変動を測定する行動をさら に含む、請求項４０に記載の磁歪要素に結合された着座面の上の重量に基づいて 自動車内の安全装置の起動を制御するための方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｇ 19/52 Ｇ０１Ｇ 19/52 Ｆ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 ギリス，エドワード ジェイ. アメリカ合衆国 ミシガン州48178、サウ ス リヨン、ノーチェスター 822

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．加わった力を測定するためのビラリ効果センサであって、 ａ．加わる力の負荷経路と直列である磁歪感知ロッドであって、線型で連続し ており、さらに互いに隣接した、別個の断面積を有する複数の区画を含む磁歪感 知ロッドと、 ｂ．駆動コイルに加わる交番電流に反応して前記感知ロッドを磁化するための 前記感知ロッドと同心の駆動コイルと、 ｃ．前記感知ロッドと同心の複数の感知コイルであって、各々が該感知ロッド の前記複数の区画の一つの周りで前記駆動コイルに誘導的に結合されており、該 感知ロッドの透磁率に反応して各々の感知コイルが信号を発生する、前記複数の 感知コイルと、 ｄ．前記複数の感知コイルの各々が発生する前記信号から、加わった力を計算 するため、該複数の感知コイルに作動的に結合された、信号処理器と、 を含む、前記センサ。 ２．信号処理器が、複数の感知コイルの各々が発生した信号のうちの少なくと も一つの第一高調波と第三高調波の大きさの差を用いて加わった力を計算する、 請求項１に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 ３．加わる力が張力であり、感知ロッドが、ニッケルから構成されている、請 求項１に記載の加わった力を測定するためのビラリ効果センサ。 ４．加わる力が圧縮力であり、感知ロッドが、パーマロイと、４６−パーマロ イと、テルフェノール−Ｄと、テルフェノールと、バナジウムパーマジュールと を含むグループから選択された材料から構成されている、請求項１に記載の加わ った力を測定するためのビラリ効果センサ。 ５．駆動コイルが複数の感知コイルに重畳する、請求項１に記載の加 わった力を測定するためのビラリ効果センサ。