JP2003517398A - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JP2003517398A
JP2003517398A JP2001519396A JP2001519396A JP2003517398A JP 2003517398 A JP2003517398 A JP 2003517398A JP 2001519396 A JP2001519396 A JP 2001519396A JP 2001519396 A JP2001519396 A JP 2001519396A JP 2003517398 A JP2003517398 A JP 2003517398A
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ティモシー ジェイ． ボムヤ，
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オートモーティブ システムズ ラボラトリー インコーポレーテッド
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/015—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting the presence or position of passengers, passenger seats or child seats, and the related safety parameters therefor, e.g. speed or timing of airbag inflation in relation to occupant position or seat belt use
    • B60R21/01512—Passenger detection systems
    • B60R21/0153—Passenger detection systems using field detection presence sensors
    • B60R21/01534—Passenger detection systems using field detection presence sensors using electromagneticwaves, e.g. infrared
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R21/01512—Passenger detection systems
    • B60R21/0153—Passenger detection systems using field detection presence sensors
    • B60R21/01532—Passenger detection systems using field detection presence sensors using electric or capacitive field sensors

Abstract

(57)【要約】 磁気センサ（１０）は、車両シート（１６）の第１の部分に動作可能に連結された少なくとも１つの第１のコイル（１２）と、内部に動作可能に連結された少なくとも１つの磁気感知素子（１４）とを含む。少なくとも１つの第１の信号（２８）が少なくとも１つの第１のコイル（１２）に動作可能に接続されており、少なくとも１つの第１の信号（２８）は発振信号である。少なくとも１つの第１の信号（２８）に反応する少なくとも１つの第２の信号は、少なくとも１つの磁気感知素子（１４）から感知され、車両シート上の搭乗者（５４）は第２の信号に応じて識別される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 図１および図２を参照すると、磁気センサ１０は、車両１８のシート１６に組
み込まれた少なくとも１つの第１のコイル１２および少なくとも１つの磁気感知
素子１４を含む。たとえば、第１のコイル１２は第１の場所２２でシート基部２
０に取り付けられており、少なくとも１つの磁気感知素子１４は車両の内部に動
作可能に連結されており、たとえば、複数の磁気感知素子１４．１、１４．２が
個々の第２の場所２６．１、２６．２でシート背面２４に設けられている。
【０００２】 少なくとも１つの第１のコイル１２は、発振器３０によって生成された正弦電
圧を含む、対応する少なくとも１つの第１の信号２８に動作可能に接続されてい
る。たとえば、発振器３０は、マイクロプロセッサ３２によって生成され、その
後バンドパス・フィルタによってフィルタリングされた、水晶安定化（すなわち
、ほぼドリフトなしの）ＴＴＬ方形波信号を含むことができる。発振器３０の発
振周波数は、システム性能を強化するために、予期される雑音源の関数として選
択される。たとえば、そこからの干渉を回避するために、超音波周波数などの、
ＡＣ電力線の周波数（たとえば６０Ｈｚ）とは異なる周波数を選択することがで
きるであろう。発振器３０は、振幅、周波数で変調するか、バーストによって変
調することができる。発振機３０からの信号は、たとえば緩衝増幅器を通してコ
イル・ドライバ３４に送られる。
【０００３】 各少なくとも１つの第１のコイル１２は、結果として得られる磁束が少なくと
も１つの磁気感知素子１４によって検出されるほど十分に強くなるように、第１
のコイル１２に適合したインピーダンスで十分な電力を提供する、関連のコイル
・ドライバ３４によって駆動される。コイル・ドライバ３４には、たとえば短絡
保護も設けられ、第１の信号２８の飽和やクリッピングを回避するように操作さ
れる。コイル・ドライバ３４は、自動車環境で動作するように設計され、たとえ
ば、可能なバッテリ電圧の関連範囲にわたって動作するように設計される。コイ
ル・ドライバ３４からの第１の信号２８は、たとえば、電圧信号であっても電流
信号であってもよい。
【０００４】 コイル・ドライバ３４は、感知／試験回路３６を介して第１のコイル１２を駆
動する。感知／試験回路３６は、第１のコイル１２からの電流または電圧、ある
いは補助感知コイル３８からの信号、あるいはこの３つの組み合わせを感知して
、第１のコイル１２の動作を確認または試験する。たとえば、補助感知コイル３
８は、第１のコイル１２によって生成される磁束を直接感知する。感知／試験回
路３６は、たとえば、特に安全拘束アクチュエータ４０の作動を制御するために
用いるときに、誤った展開や必要な場合の展開の失敗を防止するために、磁気セ
ンサ１０の信頼性を向上させるように第１のコイル１２が開いているか短絡して
いるかを試験することもできる。少なくとも１つの第１のコイル１２の完全性、
すなわち健全性は、たとえば測定サイクル毎に試験される。また、この感知／試
験回路３６は、シート１６上の物体の存在および種類の指標を提供することがで
きる第１のコイル１２に送られる電力の測定値を提供することができる。
【０００５】 少なくとも１つの第１のコイル１２は、たとえば、その中の電流を増大させる
ために直列共振させ、それによって少なくとも１つの第１のコイル１２によって
生成される磁束４２の量を増大させるようにしてもよい。少なくとも１つの第１
のコイル１２からの磁束４２は、シート１６上部の占有領域を含む、少なくとも
１つの第１のコイル１２に近接した空間の領域内に延伸し、その中の比較的高導
磁度の材料、たとえばシート・フレームやシート・スプリングなどのスチール部
品に引きつけられる。少なくとも１つの第１のコイル１２は、シート占有領域を
通って少なくとも１つの磁気感知素子１４に延伸する磁気回路４４の一部である
。磁気回路４４内の増加した磁束は、磁気センサ１０によって受信または検出さ
れる信号または複数の信号におけるより高い信号対雑音比を提供する。少なくと
も１つの第１のコイル１２は、関連の温度センサを組み込むことにより、温度の
変動を補償することができる。
【０００６】 少なくとも１つの磁気感知素子１４は、少なくとも１つの第２の場所２６の磁
束４２に反応する。少なくとも１つの磁気感知素子１４からの出力は、たとえば
後の回路によるローディングから磁気感知素子１４を保護し、雑音を削減するた
めに比較的低いインピーダンスの出力を提供する、前置増幅器／試験回路４６に
動作可能に接続されている。前置増幅器／試験回路４６は、少なくとも１つの磁
気感知素子１４からの信号も、それに続くアナログ・デジタル変換の前に、マイ
クロプロセッサ３２による処理のための、適切な信号処理および復調を許容する
のに十分に高いレベルまで増幅する。マイクロプロセッサ３２はデータを収集し
、システムの健全性および完全性を監視し、安全拘束アクチュエータ４０を作動
するか否かを判断する。
【０００７】 前置増幅器／試験回路４６は、たとえば、磁気感知素子１４からの信号を「予
期される」レベルおよび予期される波形（たとえば正弦形状）と比較することに
よっても、磁気感知素子１４の完全性を監視する。これは、磁気感知素子１４の
完全性の連続的試験を提供する。前置増幅器／試験回路４６はたとえば、特に安
全拘束アクチュエータ４０の作動を制御するために用いるときに、誤った展開や
必要な場合における展開の失敗を防止するために、磁気センサ１０の信頼性を向
上させるように、少なくとも１つの磁気感知素子１４、たとえば第２のコイル５
２が開いているか短絡しているかを試験することもできる。少なくとも１つの磁
気感知素子１４の完全性、または健全性は、たとえば、測定サイクル毎に試験さ
れる。
【０００８】 磁気感知素子１４は、磁束４２から、磁気回路４４の磁気抵抗に反応して変調
された正弦搬送波を感知する。磁気感知素子１４からのこの信号は、前置増幅器
／試験回路４６によって増幅され、それに動作可能に接続された同期復調器４８
は、正弦搬送波からの変調信号を抽出し、この変調信号は、次にＡ／Ｄ変換器５
０を介してマイクロプロセッサ３２に連結される。
【０００９】 上記の磁気センサ１０は様々な方法で実施することができる。特定の回路は、
それがアナログ、デジタルまたは光学的なものであっても、限定的とみなされは
せず、本明細書中の教示に従って当業者が設計できる。たとえば、使用する場合
に、発振器、増幅器、論理素子、変調器、復調器、Ａ／Ｄ変換器は、たとえば、
フィールドエフェクトまたはバイポーラあるいは他のディスクリート・コンポー
ネントなどのトランジスタ、集積回路、演算増幅器または論理回路、あるいはカ
スタム集積回路などを用いる、如何なる既知の種類とすることもできる。さらに
、使用する場合に、マイクロプロセッサは如何なる演算装置とすることもできる
。
【００１０】 少なくとも１つの第１の信号２８に反応して、少なくとも１つの第１のコイル
１２は、その内部で磁束４２を生成するように磁気回路４４において起磁力を生
成する。少なくとも１つの第２の場所２６にある少なくとも１つの磁気感知素子
１４は、そこで少なくとも１つの第１のコイル１２からの起磁力および磁気回路
４４の磁気特性に反応した磁束４２を感知する。
【００１１】 たとえば、図１に示したように、第１の実施形態において、１つの第１のコイ
ル１２はシート基部２０に設けられ、少なくとも１つの磁気感知素子１４は、シ
ート背部２４の複数の第２のコイル５２．１および５２．２を含む。動作に際し
ては、関連の少なくとも１つのコイル・ドライバ３４によって関連の少なくとも
１つの第１のコイル１２に動作可能に連結された少なくとも１つの第１の信号２
８は、磁気回路４４において磁束を生成する、少なくとも１つの第１のコイル１
２における電流を発生させる。磁気回路４４は磁気抵抗Ｒによって特徴づけられ
、ここで、所与の起磁力Ｆに対する磁気回路における磁束の量φは、φ＝Ｆ／Ｒ
によって求められる。直列磁気回路の磁気抵抗Ｒは、直列になった個々の素子の
個々の磁気抵抗の合計によって求められる。空気の磁気抵抗は強磁性材料の磁気
抵抗よりも大幅に大きく、磁気回路４４に入る強磁性材料は磁気回路４４の磁気
抵抗Ｒに影響し、次に、これは磁気感知素子１４が晒される磁束の量に影響し、
それによって感知される。シート１６上の搭乗者５４は、磁気感知素子１４によ
って検出に十分なほど磁気回路４４における磁束４２に影響を与える、鉄含有血
液の導磁度から磁気センサ１０によって感知できる。
【００１２】 第１のコイル１２は、第１のコイル１２が自由空間にあるときには１つの値を
持ち、該コイルが磁気回路４４の一部であるときには別の値を持つ、自己インダ
クタンスを有する。後者の場合には、第１のコイル１２の自己インダクタンスは
磁気回路４４の磁気的特性に左右される。さらに、磁気回路４４の磁気的特性は
、強磁性要素が磁気回路４４の付近に持ち込まれたときには変化する。したがっ
て、シート１６上の搭乗者５４は第１のコイル１２の自己インダクタンスに影響
を与えることができ、第１の場所２２の第１のコイル１２と第２の場所２６の磁
気感知素子１４との間の磁気的連結を変えることができる。
【００１３】 発振器３０からの少なくとも１つの第１の信号２８は、関連の少なくとも１つ
のコイル・ドライバ３４によって増幅されて、関連の感知／試験回路３６を介し
て少なくとも１つの第１のコイル１２に動作可能に連結されている。少なくとも
１つの第１のコイル１２は、磁気回路４４で磁束４２を生成し、磁束４２の少な
くとも一部は、磁気感知素子１４、たとえばシート背面２４の第２のコイル５２
．１および５２．２によって感知される。
【００１４】 シート・フレームを含むカー・シート１６の強磁性要素は、感知される領域内
に磁束４２を集中または集束する磁気レンズとして作用することができる。磁束
４２は一般的に最小磁気抵抗の通路に従い、これは透磁材料が最大量の部分に対
応する。したがって、磁気回路４４は、磁束界の形状および範囲をさらに調節す
るために、フェライトまたはミューメタル要素あるいは永久磁石で増大すること
ができる。
【００１５】 少なくとも１つの第１のコイル１２に掛かる電力ならびに、少なくとも１つの
第１の信号２８に関連した少なくとも１つの磁気感知素子１４からの信号の利得
および／または位相の両方が継続的に監視されて、シート占有状態のリアルタイ
ム磁気シグナチャとしてマイクロプロセッサ３２のメモリ５６に記憶される。リ
アルタイム磁気シグナチャは、安全拘束アクチュエータ４０の展開により負傷し
易いほど十分に安全拘束アクチュエータ４０の近くにいる、位置がずれた搭乗者
５４のけがを防止するために、関連の安全拘束アクチュエータ４０を非作動にす
べきかどうかを判断するために、少なくとも１つの他の比較に値する磁気シグナ
チャ（たとえば、空席を表す磁気シグナチャまたは様々な正常に着席している搭
乗者５４および位置がずれた搭乗者５４を表す様々な磁気シグナチャ）と比較さ
れる。少なくとも１つの正常なシグナチャは、着席位置の変化または温度の変動
の結果としての磁束４２の変動を説明する磁気シグナチャを含むことができる。
正常なシグナチャは、シート１６または車両１８の内部の小さい動揺を追跡する
ように、経時的に更新することができる。
【００１６】 別個の第２のコイル５２．１および５２．２からの別個の信号は、各別個のコ
イルに関する測定の自由度を高める。たとえば、第２のコイルの一方５２．２の
下の第２のコイルの他方５２．１について、別個の信号は搭乗者５４の前後位置
および搭乗者５４の前傾の程度の両方の測定量を提供する。
【００１７】 磁気センサ１０は、短絡または開いた状態について少なくとも１つの第１のコ
イル１２および第２のコイル５２．１および５２．２それぞれを試験することに
よりまたは別個の感知コイル３８を用いて少なくとも１つの第１のコイル１２に
よって生成された磁束を検出することにより、個々のコイルの健全性および完全
性のリアルタイムな確認を提供する。
【００１８】 図２を参照すると、磁気センサ１０の第２の実施形態において、少なくとも１
つの磁気感知素子１４は、別の第２の場所２６．１、２６．２および２６．３に
複数３個の磁気感知素子１４．１、１４．２および１４．３（関連の第２のコイ
ル５２．１、５２．２および５２．３として図示）を含み、最初の２個は上記の
ように設けられ、第３の磁気感知素子１４．３は、安全拘束アクチュエータ４０
への搭乗者５４の近接度についての別個の測定値を提供するように、安全拘束ア
クチュエータ４０に近接して設けられている。関連の信号生成要素および処理要
素は図１に示したものと類似であり、図３において信号プロセッサ５８によって
表されており、ここで、安全拘束アクチュエータ４０に近接して設けられた第３
の磁気感知素子１４．３は、発振器３０からの信号で、関連の感知／試験回路３
６を介してコイル・ドライバ３４によって駆動される。
【００１９】 図３を参照すると、磁気センサ１０の第３の実施形態において、少なくとも１
つの第１のコイル１２は、個々の第１の場所２２．１、２２．２および２２．３
に複数の第１のコイル１２．１、１２．２および１２．３を含み、第１の場所２
２．１、２２．２および２２．３とは別の第２の場所２６に、磁気感知素子１４
、たとえば第２のコイル５２をさらに含む。たとえば、第１のコイル１２．１、
１２．２および１２．３のうち、最初の２つは上下のシート背部２４にそれぞれ
設けられ、最後のものは安全拘束アクチュエータに近接して設けられている。第
２のコイル５２はシート基部２０に設けられている。別個の第１のコイル４２．
１および４２．２は、磁気感知素子１４によって感知された信号における異なっ
た周波数または位相の相対的分布を区別できる磁束４２を作り出すように、それ
ぞれが互いに対して別の周波数または別の位相を有する、別個の対応する第１の
信号２８．１、２８．２および２８．３によって駆動される。たとえば、別個の
第１の信号２８．１、２８．２および２８．３の相対的位相は、発振器３０とコ
イル・ドライバ５８のうち２つとの間の、たとえばマイクロプロセッサ５６の制
御下にある位相制御回路５６によって制御される。個々の第１の信号２８．１、
２８．２および２８．３の位相符号化は、限定された帯域幅のチャネルに沿った
情報の転送を増大させるように、カラーテレビおよびＦＭラジオの信号の位相符
号化に理論的に類似である。別個の第１の信号２８．１、２８．２および２８．
３を別々に符号化することにより、第１のコイル１２．１、１２．２および１２
．３からのこれらの個々の信号は、シート１６に対してと、安全拘束アクチュエ
ータ４０に対しての両方について、搭乗者５４の位置の測定量を提供するように
、磁気感知素子１４からの信号において区別することができる。あるいは、複数
の第１のコイル１２．１、１２．２および１２．３を直列または並列に接続して
、共通のコイル・ドライバ３４によって駆動してもよく、２つ以上の別の周波数
で動作する別個の発振器３０から駆動してもよい。
【００２０】 コイルまたは感知素子は、フェライトまたは他の高導磁性磁心を組み込むこと
ができる。また、同調性の高いコイル（highly tuned coils）を磁気信号生成に
用いることができる。さらに、コイル・ボビンの幅および長さは、磁束１２の方
向を制御するように適合させることができる。
【００２１】 磁気センサ１０と関連する信号は、以下を含むがこれらには限定されない様々
な方法で生成、適合または処理することができる。 １．磁気シグナチャのＡＭ、ＦＭまたはパルス復調。 ２．マルチトーン、マルチフェーズ・エレクトロニクス。 ３．低コスト純正弦波生成のための、磁気的にバイアスが掛けられた、移相発振
器。 ４．コヒーレントな合成または位相固定搬送波ハードウエアまたはマイクロプロ
セッサ・ベースのシステム。 ５．Ｄ／Ａ、Ａ／Ｄ自己調節または自己試験アルゴリズムを介した、マイクロプ
ロセッサ利得またはオフセット調整のシステム。 ６．磁気較正のためにシステム安全化磁界に「基準」を設けること。 ７．非可聴周波数。 ８．コヒーレントな正弦波生成のためのマイクロプロセッサＤ／Ａ変換器を含む
、安定化のためのマイクロプロセッサ生成水晶安定化周波数。 ９．広帯域システム・エレクトロニクス。 １０．送信コイルへの信号の閉ループ利得および位相制御（すなわち、磁路が遅
延ラインとして働くＡＧＣ）であって、利得および位相制御信号はセンサ出力と
して用いられるもの。 １１．少なくとも１つの第１のコイルで励磁されたヒンジ付近でまたはヒンジで
の衝撃を検出するために、コイル・ドライバによって発せられる電力、特にバイ
パス電力を監視すること。 １２．信号対雑音比を改善するように少なくとも１つの第１のコイル１２に流れ
る電流を増加させる直列共振コイル・ドライバ回路３４であって、少なくとも１
つの第１のコイル１２への関連の電流を、少なくとも１つの第１のコイル１２の
継続的な自己試験ならびに、少なくとも１つの第１のコイル１２によって消費さ
れる電力の測定量を提供するために監視するもの。 １３．第２のコイル５２の代わりに、別の種類の磁気感知素子１４、たとえば、
ホール・エフェクト装置を用いること。
【００２２】 磁気センサ１０は、シート上の生命のある物体と生命のない物体とを区別する
ように、搭乗者５４の脈動血流に反応する磁束の周波数のドップラー・シフトか
ら、シート１６上の搭乗者５４を検出するようにさらに適合することができる。
幼児は比較的速い心拍度数を有することで知られており、これはより大きいドッ
プラー・シフトを提供するものと予測できる。
【００２３】 具体的実施形態を上記の詳細な説明で詳細に説明し付属の図面に示したが、当
業者はこの開示の全体的教示に鑑みて、これらの詳細に対する様々な変更および
代替物を開発できることを理解するであろう。したがって、開示した特定の構成
は例示的にすぎず、本発明の範囲に関する限定ではないことを意図しており、本
発明には特許請求の範囲およびそのあらゆる均等物の完全な広がりが与えられる
。
【図面の簡単な説明】
【図１】 磁気センサの第１の実施態様の図である。
【図２】 磁気センサの第２の実施態様の図である。
【図３】 磁気センサの第３の実施態様の図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年３月２６日（２００１．３．２６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ．車両シートの第１の部分に動作可能に連結された少なく
    とも１つの第１のコイルと、 ｂ．内部に動作可能に連結された少なくとも１つの磁気感知素子と、 ｃ．前記少なくとも１つの第１のコイルに動作可能に接続された少なくとも１
    つの第１の信号であって、発振信号である該少なくとも１つの第１の信号と、 ｄ．前記少なくとも１つの磁気感知素子からの少なくとも１つの第２の信号を
    感知する手段であって、前記少なくとも１つの第２の信号は前記少なくとも１つ
    の第１の信号に反応する手段と、 ｅ．前記車両シート上の搭乗者を識別する手段であって、前記第２の信号に反
    応する手段と、 を含む磁気センサ。
  2. 【請求項２】 内部は車両シートの第２の部分を含む、請求項１に記載の磁
    気センサ。
  3. 【請求項３】 識別する手段は発振信号のドップラー・シフトに反応する、
    請求項１に記載の磁気センサ。
  4. 【請求項４】 車両シートの第１の部分はシート底部を含む、請求項１に記
    載の磁気センサ。
  5. 【請求項５】 少なくとも１つの第１のコイルは、シート底部の相当な部分
    の周囲のコイルを含む、請求項３に記載の磁気センサ。
  6. 【請求項６】 少なくとも１つの磁気感知素子は、少なくとも１つのコイル
    および少なくとも１つのホール効果センサから選択される、請求項１に記載の磁
    気センサ。
  7. 【請求項７】 少なくとも１つの磁気感知素子は複数の磁気感知素子を含む
    、請求項１に記載の磁気センサ。
  8. 【請求項８】 車両シートの第２の部分はシート背部を含む、請求項１に記
    載の磁気センサ。
JP2001519396A 1999-08-26 2000-08-26 磁気センサ Pending JP2003517398A (ja)

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