JP2001512573A - 着座者検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 着座者体重検出システムは、車体に取り付けられたシートフレームに固定されたシートパン（１８）を有する。搭乗者が座るシートクッション（１０）は、シートパン上に位置する。剛性フレームは、シートパン上に位置し、着座者の体重を受けて支える。剛性フレームは、シートパン上に搭載されるセンサー（２０）の上に順に支持される。センサーは、剛性フレームにより支えられる重量を集合的に検出して着座者の重量を測定する。着座者重量を測定するために使用されるセンサーには基本的な２つの型がある。第一の型はロードセルであり、第二の型はばねを用いたもので、そのばね定数は与えられた荷重による変位量を制御する。磁気抵抗効果（Magnetoresistive Effect:GMR）変位センサは、ばねの圧縮量を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】 着座者検出システム 多くの車両は、車内の種々のシートに着座している人間を守るため、エアバッ グやシートベルトなどの安全装置が装備されている。もし、シートが空席である かまたは着座者のサイズが特定の大きさであるならば、そのシートに付属した安 全装置は動作しなくともよい。さらに、もし着座者が特定の大きさのときは、そ れに応じて安全装置の働き方が変化してもよい。着座者の大きさの指標の１つは 着座者の重量である。幼児の場合は、幼児とチャイルドシートとの合計重量が着 座者サイズの指標として有効である。 図面の簡単な説明 図１は、従来の典型的な車両座席の等測図法による分解組立図である。 図２は、図１に示した従来のシートに用いられる従来のシートクッションの底 部側の斜視図である。 図３は、本発明による着座者検出装置が設けられた車両座席の等測図法による 分解組立図である。 図４は、本発明による着座者検出装置が設けられた車両座席の正面図である。 図５は、着座者検出装置が設けられた図４の車両座席の側面図である。 図６は、着座者検出装置が設けられた図４の車両座席の平面図である。 図７Ａは、センサーが設けられたフレーム上部の斜視図である。 図７Ｂは、センサーが設けられた図７Ａのフレーム下部の斜視図である。 図８は、着座者検出装置が設けられた車両座席の図４の８−８線に沿って切っ た側断面図である。 図９は、本発明による着座者検出装置が設けられたベンチ型の車両座席の平面 図である。 図１０は、本発明による着座者検出装置が設けられた車両座席の固定部間にあ るセンサーの部分拡大図である。 図１１は、本発明による着座者検出装置の模式図である。 図１２は、本発明による着座者検出装置が設けられた車両座席の他の実施例の 等測図法による分解組立図である。 図１３は、着座者検出装置が設けられた図１２の車両座席の側断面図である。 図１４は、本発明による着座者検出装置が設けられた図１２の他の実施例の車 両座席の固定部間にあるセンサーの部分拡大図である。 図１５は、本発明による他の実施例の着座者検出装置が設けられた車両座席の 側断面図である。 図１６は、本発明による着座者検出装置が設けられた車両座席の固定部間にあ るセンサーの部分拡大図である。 図１７は、図１５の他のセンサーの側断面図である。 図１８は、図１７のセンサーに用いられるジャイアント・マグネトレジシティ ブ（Giant Magnesistive(GMR)：巨大磁気抵抗）回路の平面図である。 発明の詳細な説明 図１〜１８を参照すると、図１には従来の典型的な車両座席の分解組立図が示 されている。車両座席は、シートクッション１０と背もたれ１２とを有する。背 もたれにはヘッドレスト１３が設けられていてもよい。背もたれは、シートのは み出し部に旋回可能に取り付けられていてもよい。シートクッション１０は、快 適で、しっかり支持するが圧縮可能な、例えば発泡ゴムのような材料で作られる 。シートは、シートフレームとも呼ばれるシート固定部材１６を有する。シート 固定部材は、図１に示すように、２本のサイドレールの間に伸びる交叉部材と一 体か、あるいはサイドレールが背もたれによって相互に接続されるだけで、シー トフレームと車両の床との間に伸びる足にシートフレームを固定することによっ て相互の平行を保つのでもよい。 シートパン１８は、シートクッション１０を支持しており、シートクッション は、図２に示すように、シートパン１８に対して相補型に輪郭がとられた底部１ １を有することにより、シートパンに嵌め込まれて固定されている。シートパン は、特定のシートクッションとシートフレームに適合するように略長方形の形を 有する。図１に示すように、シートパンの周囲は曲げられて、第２の水平部を持 つことも持たないこともある周壁を形作る。クッション弾性支持構造２５は、ス プリングとストラップ（紐）、または他の適当な支持部材を有し、シートパン１ ８内の開口を横切って延びてシートクッション１０を支持する。 シートフレーム１６とシートパン１８とは、互いに上下に並べて固定される。 本実施例では、シート支持部材とシートパン１８との互いの固定手段は、複数の ねじ付き留め具２４である。ねじ付き留め具は、シートパンの最上面２６を超え て延びることはなく、シートパンの上面に位置する窪みに取り付けられるか、ま たはシートパンの下部の水平に延びた部分に取り付けられる。カバー１４は、シ ートクッション１０を覆うシート部材で、シートパン１８に固定されている。カ バーとして用いられるシート部材の例としては、布、ビニール及び革がある。 次に、図３〜６を参照すると、本発明による着座者検出装置が設けられた車両 座席の分解組立図、正面図、側面図及び上面図が示されている。もちろん、車両 座席の各種構成部品の構造は、車両の製造及び型によって異なり、ここに示す車 両座席は、本発明の実用化されたほんの一例に過ぎないことが理解される。しか し、本発明は、一般的なシートにも適用され、車両座席のみならず、座席が塞が っているかどうか、及び着座者の重さを確かめることが求められるいかなるシー トにも適用されるであろう。 従来技術と同様に、車両座席はシートクッション１０と背もたれ１２とを有す る。背もたれにはヘッドレスト１３が設けられていてもよい。背もたれは、図５ に最もよく見られるように、シートのはみ出し部分に旋回可能に取り付けられる 。シートクッション１０は従来技術と同様に、快適で、しっかり支持するが圧縮 可能な部材、例えば発泡ゴムで作られる。シートフレーム１６は、図１で述べた 従来技術のシートフレームと実質的に同様である。 シートクッション１０を支持するシートパン１８は、上述の図１で説明したシ ートパンとほぼ似ており、ねじ付き留め具２４を用いて上述と同様にしてシート フレーム１６に取り付けられる。カバー１４は、従来技術と同様に、シートクッ ション１０を覆うシート部材であり、シートパン１８に固定される。本発明の着 座者検出システムの利点の１つは、このシステムが従来の車両座席に後付けする ことができることにある。 本発明の着座者検出システムは、剛性部材１９を備えたシートパン１８を有し 、その剛性部材は、シートパンとは間隔をおいてシートパンの真上に置かれる。 次に、図７Ａ及び７Ｂを参照すると、それぞれ、センサー２０が搭載されたフレ ーム１９の上側及び下側からの斜視図が示されている。図７Ａ及び７Ｂに示した 実施例では、剛性部材１９は略長方形のフレームであり、センサー２０がフレー ムの各隅付近に配置される。緩衝弾性支持構造２５は、従来はシートパン１８の 開口を横切って延びてシートクッション１０を支持していたスプリング及びスト ラップ、またはその他の適当な支持部材が、代りにフレーム１９を横切って延び ている。この特徴は、スプリングがシートパンとフレームの双方に接触すること を防止し、従って、力をフレームからシートパンへ潜在的に伝える。 図５、６及び８に示すように、剛性部材１９は、シートクッション１０の下部 に位置し、鋼やアルミニウム等の適当な素材で作られる。図示した実施例では、 フレーム１９は、シートパン１８の逆船底部５１に補足的になるように位置され るプレート５０を含む。シートパンの逆船底部は、車両が急減速したとき、シー トベルトをした着座者が前方に滑り出すのを制限する。 少なくとも２つのセンサー２０は、剛性部材１９すなわちフレームとシートパ ン１８との間に挿入され、これにより、剛性部材からシートパンに伝達される力 の全てがセンサーを介して伝達される。センサーは、それを通して伝達される力 の大きさを検出し、信号を装置（不図示）に送るものであり、その装置は、信号 を処理して、剛性部材１９が下部に設けられたシートクッションの部分に加えら れた重量を測定する。各センサー２０は、例えば、歪ゲージ、ロードセル、ある いは各種の可変抵抗圧力センサーであってよい。 本発明の着座者検出装置の設けられた車両座席の作動する原型は、米国オハイ オ州、コロンバス、チェサピーク・アヴェニュー１２００番地のセンソテック社 （Sensotec,Inc.of 1200 Chesapeake Avenue,Columbus,Ohio U.S.A.）から購入 した圧力専用の準小型ロードセル、モデル１４というセンサー４個が用いられた 。これらのセンサーは、４５．５ｋｇ、または１１３．５ｋｇの測定範囲をもち 、シートには、いずれか一方のサイズのセンサーのみ、あるいは両者の組み合わ せで取り付けることができる。例えば、１１３．５ｋｇのセンサーはシートの 前部に設けられ、４５．５ｋｇのセンサーはシートの後部に設けられ得る。これ らのセンサーの高さは、３．８ｍｍである。所望ならば、少なくとも１つのセン サーは一方のタイプであり、他のセンサーは別のタイプのセンサーとしてもよい 。 もし、センサー２０の基部に近い剛性部材１９の表面が平坦でないならば、こ れらの市販のセンサーを用いるとき、センサーと剛性部材との間に何らかの詰め 物を設置して剛性部材からセンサーへの力の伝達を改善するのが望ましい。シー トの中への着座者検出システムの設置は、センサーを剛性部材（フレーム）の上 に置いて位置を定め、その後、センサーをシートパン１８の最上部表面の上にな るようにして、シートパンとの関係が縦に並ぶようにアセンブリを設置すれば容 易である。 図８に示す剛性部材１９とシートパン１８との間にあるセンサー２０の位置の 部分拡大図である図１０に示すように、各センサーからは、信号を処理し剛性部 材が設けられるシートクッションの部分に掛かる重量を測定する装置（不図示） に通じる複数の導線２１，２２が延びている。剛性部材１９（フレーム）とシー トパン１８との間の、上下に間隔をおいた相互の関係は図１０に非常によく示さ れている。剛性部材（フレーム）とシートパン１８との間の距離は、その間に挿 入されるセンサーの高さとなる。 図４の８−８線に沿った側断面図である図８に示すように、剛性部材１９が設 けられるシートクッション１０の部分は、シートクッションの後端部から離すこ とが望ましい。こうすることによって、背もたれからセンサーを介してシートパ ン１８に伝達される力の検出を最小限にする。このことは、自動車の後部座席に 座った人が前部座席の背面に寄りかかり、シートパンに伝えられる力に影響を及 ぼす場合に重要なことである。本発明の着座者検出システムが着座者の存在及び 重量を正確に測定できることが実証されている。 剛性部材１９とシートパン１８とは、張力部材によって垂直な上下関係を少な くとも部分的にでも保持する。図面に示された実施例では、張力部材は、シート クッション１０を覆ってシートパン１８に固定されたシート材１４である。シー ト材は、通常、シートカバーまたは掛け布と呼ばれる。図８に示すように、シー ト材の周囲は、シートパンの端部にクリップ留めするか、または周囲の細片部を シートパンの端部に巻き込むように折り曲げて成形する。 次に図９を参照すると、本発明による剛性部材１９及びセンサー２０を取り付 けた着座者検出装置を装備したベンチ型の車両座席の上面図が示されている。も し、車両のフロントベンチシートについて着座者の有無及び重量を測定しようと するならば、本発明の着座者検出システムを図９に図示するように助手席側に設 ければよい。 次に図１１を参照すると、本発明による着座者検出装置の模式図が示される。 各センサーからの信号は、増幅器を通って、一つまたは複数の信号を処理して固 いシートパンに掛かる重量を測定するマイクロプロセッサ等の装置に送られる。 信号を重量に変換するアルゴリズムは周知であり、例えば浴室の電気体重計等に 用いられている。このアルゴリズムは、シートクッション及びシートパンの剛性 部材の重量を考慮に入れて着座者の重量を測定しなければならない。もちろん、 着座者の重量がゼロとなれば、座席は空席である。 エアバッグのような、膨張型搭乗者拘束の分野では、助手席にエアバッグを備 えた自動車の助手席の乗員が、チャイルドシートに座った幼児であるか、または 予定された重量よりも軽い小児であるかを判定するという要求がある。マイクロ プロセッサ等の重量測定装置は、固いシートパンに掛かる重量を測定し、さらに 、着座者の重量に基づいて少なくとも１つの安全装置の起動を制御する制御部で あることが好ましい。例えば、制御部は、膨張型搭乗者拘束器、またはシートベ ルトプリテンショナーを制御する。さらに、制御部は、起動された安全装置の動 作方法、例えばエアバッグの膨脹速度やシートベルトプリテンショナーの締まり 加減を制御することができる。このように、ここに開示した着座者検出システム は、座席上に物体または人間が存在するか存在しないか、および、もし存在する ならば、シートクッション上の人間または物体の重量を測定する。この測定結果 により、装置は１つ以上の安全装置を起動することができ、あるいは、起動され た安全装置の動作方法をも制御することができる。 ある種の車両座席設計においては、シートフレームが座席構造の一部になって いない。図１２に示すように、グラスファイバートレー６０をシートパン１６の 上に置くことができる。従って、グラスファイバートレー６０がシートフレーム を形成し、着座者によって座席に掛けられるほぼ全ての荷重を、着座者の重量を 測定するセンサーに伝える。このようにして、本発明の着座者検出システムは、 車両座席のより広い範囲に適用することができる。 図１２〜１４は、グラスファイバートレー６０がどのようにしてフレーム１９ と代わるかを示す。グラスファイバートレー６０は、クッション１０上の着座者 による分布荷重を受け、センサー２０が荷重を測定できる４ヶ所に分布荷重を集 中させる軽量剛性部材を提供する。トレー６０は、堅牢性が必要であり、かつ、 着座者に対する快適感を維持するように形作られなければならない。それと同時 にトレーは、比較的低コストで軽量であることも考慮されなければならない。 図１５に示す、本発明の他の実施例の着座者検出装置１００は、図１８に示す 、ジャイアント磁気抵抗（ＧＭＲ）効果に基づくセンサー１０２を採用している 。図１５、１６及び１７に示すように、センサー１０２は、プランジャー１０８ を支持するばね１０６を有するハウジング１０４の中に位置している。プランジ ャー１０８は、ＧＭＲセンサー１０２上に保持される永久磁石１１０を含む。キ ャップ１１２は、プランジャー１０８及びばね１０６をハウジング１０４内に保 持する。ボタン１１４は、プランジャー１０８上にあり、キャップ１１２の開口 を通って延びる。ボタン１１４に伝えられる力は、磁石１１０を収めたプランジ ャー１０８をセンサー１０２へ向けて下方へ動かす。 ハウジング１０４及びセンサー１０２は、永久磁石１１０、プランジャー１０ ８、ボタン１１４、及び保持キャップ１１２と共に、シートフレーム１１８とシ ートパン１２０との間に設置される力測定センサー１１６を形成することができ る。図１５及び１６に示すように、シートパン１２０は、図３及び８に示したシ ートパン１８を若干変更したものである。シートパン１２０は、シートパンに形 成された孔１２４を補強するボス１２２を有する。孔１２４の寸法は、力測定セ ンサー１１６のハウジング１０４がはめ込まれる大きさとされる。保持キャップ １１２は、シートパン１２０の上面１２６の上にある測定センサー１１６を保持 する。シートフレーム１１８は、シートパン１２０の上に位置し、４つの力測定 センサー１１６のボタン１１４の上に噛み合って支持される。 シートパン１２０は、自動車または他の車両の床１４２に順に搭載されるシー トフレーム１４０に搭載される。このようにして、シートパン１２０は車両（不 図示）に結合される。 シートクッション１２８の上に座った着座者の重量は、力測定センサー１１６ のボタン１１４によって支えられる。ボタン１１４の直下にあるプランジャ１０ ８は、永久磁石１１０をＧＭＲセンサー１０２に向けて下方に移動させるのを許 すスプリング１０６を変形させる。永久磁石１１０の下方への移動量は、ばね１ ０６のばね定数により調整される。従って、ばね１０６のばね定数を選択すると いう簡単な手段により、力測定センサー１１６の上のプランジャ１０８を十分に 押し下げるのに必要な力の量を設定することができる。 力測定センサー１１６は、静磁界を検出するＧＭＲセンサー１０２を含む。セ ンサー１０２は、測定される荷重を直接的には支持せず、どの可動部分または過 重支持構造とも物理的な結合を持たない。ＧＭＲセンサー１０２は、１９８８年 に発見された、ある種の薄膜デバイスが静磁界を検出できるという効果を利用す る。ＧＭＲセンサーは、数ナノメートルの厚さの磁気薄膜を同様に薄い非磁気層 で分断して積層した抵抗体を利用する。 積層抵抗体では、磁界を与えたとき、約１０％と２０％の間の抵抗値の減少が 見られた。抵抗値の減少については、散乱電子のスピン依存、及び磁性金属中の 導通電子のスピン分極として物理的に説明される。 極薄の隣接磁気層は互いに反強磁性体の対になるので、各磁気層の磁気モーメ ントが隣接磁気層と非平行に並べられる。１つの磁気層中でスピン分極された電 子は、隣接層間で移動するので、あたかも散乱されるようである。頻繁な散乱は 高抵抗となる結果をもたらす。外部磁界が反強磁性体対に打ち勝ち、隣接磁性層 を平行配列にする。このことは、散乱を減少させ、従ってデバイス抵抗を減少さ せる。 ＧＭＲ技術による４つの抵抗体群は、ホイートストン・ブリッジとして並べら れ、ブリッジの２つの足は印加する磁界から遮蔽される。他の２つの足は、図１ ８に模式的に示した磁気シールド１３０の間に位置する。磁気シールドは、選択 された密度の磁束に感度が合せられたデバイスを生じさせる磁束集束器として作 用する。基準電圧が固体デバイス１３２に供給され、固体デバイスが曝される磁 界に予測的に関係づけられ、すなわち、磁界に比例する電圧が固体デバイス１３ ２から読み出される。固体デバイスは、図１８に示すように、磁束シールド１３ ０で方向づけられた感度の軸１３４を有する。 ＧＭＲセンサーは、米国ミネソタ州、エデン・プレーリー、ヴァリー・ヴュー ・アールディー．、１１４０９番地のノンボラタイル・エレクトロニクス社（No nvolatile Electronics Inc，of 11409 Valley View Rd.，Eden Prairie，Minne sota,U.S.A.）から入手できる。ＧＭＲセンサーは、小さく、高感度のデバイス であり、非常に優れたな耐温度特性を持ち、高信号レベルを送り、必要な電力が 非常に少なく、値段も多くの競合部品より安価である。これら全ての要素は、自 動車の安全装置用の部品にとって重要である。 力測定センサー１１６は、エアバッグを配置するシステムの一部として採用さ れ、典型的には、図１１に示すように、増幅器及びマイクロプロセッサと共に用 いられる。マイクロプロセッサは、衝突検出センサーからのデータ、及び、自動 車の助手席への搭乗者の存在及び重量を示すデータや、補足的なセンサーからの 関連する他のデータを解析し、ロジック及びセンサー入力に基づいてエアバッグ を動作させるか動作させないかといったロジックを具体化する。 荷重または変位を検出するセンサを本発明の着座者検出システムに採用できる ことは理解されるべきである。 また、力測定センサー１１６に示したコイルばねは、横断面すなわち平坦に巻 かれ、横断面の寸法が材料及び材料係数とともにばね定数を規定するコイルを用 いてもよいことも理解されるべきである。さらに、力測定センサー１１６に用い られるばねは、外の種類のばね、例えば、皿ばね、またはガスばねを用いてもよ い。 さらに、シートフレーム１４０は、自動車の床に対してフレームを動作させ、 または、フレーム１４０に対してシートパン１２０を動作させる調整機構を含ん でいてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── 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 19/12 Ｇ０１Ｇ 19/12 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＤＥ，ＧＢ，Ｊ Ｐ，ＫＲ，ＭＸ (72)発明者 ハスビー、ハラルド、スノアー アメリカ合衆国 33813 フロリダ州 レ イクランド エメラルド リッジ ブール ヴァード 5625

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． （ａ）シートパン（１８）と、 （ｂ）前記シートパンの上方に前記シートパンと間隔をあけて並列に設置され 、シートクッション（１０）の部分の下方にある剛性部材（１９）と、 （ｃ）前記剛性部材と前記シートパンとの間に介在する少なくとも２つのセン サー（２０）であって、前記剛性部材から前記シートパンに伝達される全ての力 を伝達し、前記センサーを通って伝達される力の大きさを検出して前記センサー からの信号を処理し前記シートクッションの部分にかかる重量を測定する信号処 理装置に信号を送るセンサーとを有する着座者検出システム。 ２． 前記剛性部材（１９）は略長方形であり、センサー（２０）が前記剛性部 材の各隅の近傍に配置される、請求項１に記載の着座者検出システム。 ３． 前記センサー（２０）の少なくとも１つがひずみゲージである、請求項１ または２に記載の着座者検出システム。 ４． 前記センサー（２０）の少なくとも１つがロードセルである、請求項１ま たは２に記載の着座者検出システム。 ５． 前記センサー（２０）の少なくとも１つが可変抵抗圧力センサーである、 請求項１または２に記載の着座者検出システム。 ６． 前記センサー（２０）の少なくとも１つが、磁石（１１０）と、前記磁石 と離れて配置された磁界センサー（１０２）と、前記磁石の移動が、与えられた 力に対応するように、前記磁界センサーへ向かう前記磁石の移動に反発する手段 （１０６）とを有する、請求項１または２に記載の着座者検出システム。 ７． 前記磁界センサー（１０２）はＧＭＲ型である、請求項６に記載の着座者 検出システム。 ８． 前記センサー（２０）の少なくとも１つが、ハウジングと、前記ハウジン グ内に設けられた磁界センサー（１０２）と、前記磁界センサーの上方に設けら れたプランジャー（１０８）と、前記プランジャーに搭載され前記磁界センサー の上方に位置する磁石（１１０）と、前記プランジャーと前記磁界センサーから 離れた前記磁石とを付勢するばね（１０６）とを有し、前記ハウジングが前記シ ートパン（１８）に搭載され、前記プランジャーが前記剛性部材（１９）と噛み 合う、請求項１または２に記載の着座者検出システム。 ９． 前記磁界センサー（１０２）はＧＭＲ型である、請求項８に記載の着座者 検出システム。 １０． 前記シートクッション（１０）の部分にかかる重量に基づき、着座者の 安全装置の少なくとも１つの動作を制御する制御部をさらに有する、先の請求項 のいずれかに記載の着座者検出システム。