JP2004509803A - 車両乗員近接センサ - Google Patents

Abstract

車両乗員近接センサは、車両シートにおける送信電極と、車両シートの上の車両ヘッドライナに取り付けられた受信電極のアレイと、を含む。センサは、各々の受信電極で、各受信電極に対する乗員の近接に基づいて変化する静電容量を測定し、乗員の位置を２次元で示す近接情報のアレイを生み出す。

Description

【０００１】
（発明の背景）
本願発明は、車両（自動車）乗員安全システムに関し、より詳細には、車両乗員安全システム用としての車両乗員近接センサに関する。
【０００２】
乗員の負傷を軽減する目的で車両衝突に応答して作動する車両乗員安全システムは公知技術である。車両は、正面及び側面のエア−バッグ、シ−トベルトプリテンショナおよび展開可能ニ−ボルスタのような自動の安全拘束アクチュエ−タを含む。乗員保護システムは、車両衝突の発生を検出するためおよび衝突の重大度（激しさ）を示す電気信号を出力するための衝突／クラッシュセンサをさらに含む。
【０００３】
公知のいくつかの乗員保護システムは、関連する膨張可能な保護モジュ−ルに対する乗員の位置を検出する乗員位置センサを含む。このようなシステムのための乗員位置センサは、超音波センサ、赤外線センサ、静電容量（キャパシタンス）センサおよび／または重量センサでありえる。センサに接続された制御装置は、乗員の検出された位置に応答して、膨張可能な保護モジュ−ルを制御する。検出された乗員位置に応答して、エア−バッグの一つ以上の展開の様相を適応させることができる。調整可能な展開の様相を有する保護システムは、一般に「適応可能な」保護システムと称する。詳細には、エア−バッグを展開することが乗員の保護を強化しないような位置に乗員が配置されるならば、乗員保護モジュ−ルの作動を抑えることが望ましい。保護モジュ−ルに非常に近い乗員は、乗員位置ずれ（アウトオブポジション）ゾ−ン内にあると称される。乗員位置ずれゾ−ン内にいる乗員に対してエア−バッグを展開することは、乗員の保護を高めることにはならならない。
【０００４】
いずれにせよ、乗員の位置の判定は、適応可能な乗員保護システムの重要な部分である。近接センサにはいくつかのタイプ、例えば超音波センサ、ビデオセンサ、静電容量センサおよび赤外線センサがある。地図、本または新聞のような種々の障害物は、超音波センサおよびビデオセンサからの信号を遮断することがある。ライタ−またはタバコは、赤外線センサを判らなくさせることがある。既存の静電容量センサは、近接（近接度）を測定するために電界の強さに依存する（すなわちダッシュボ−ド搭載の静電容量センサ）。これにより、センサは、電界の強さが遮断されるとだまされやすくなる。電界の強さに依存するシステムは、信号の一部が失われ場合には不正確になる。さらに、既存のセンサは、複雑かつ高価でもある。
【０００５】
本願発明は、人体の物理的特性は急速に変わらないという単純な事実に基づく。例えば、人体の伝導率（導電率）は一定の傾向があり、したがって、静電容量センサの使用により乗員と対応する保護モジュ−ルの間の距離を測定することに利用できる。
【０００６】
（発明の開示）
本願発明は、乗員の頭部と屋根に据え付けたセンサ（電極）列の間の静電容量を測定することによって、近接を判定するために乗員の伝導率（導電率）を利用する乗員近接センサを提供する。
【０００７】
送信電極は、車両シートに取り付けられる。受信電極の列は、乗員のシートの上の車両天井（シ−リング）に取り付けられる。制御ユニットは、発生された電界のプロファイルをつくるために連続的にこれらの受信電極を切り換える。所望の精度は、配列の各要素に対して近接を計算することにより達成される。結果として生じるデ−タは、車室における乗員の正確な位置を２次元で示す。制御ユニットは、静電容量を測定するために励振方法および同期検波方法を利用する。それは、人間にとって安全であるマイクロパワ−低周波信号を利用する。
【０００８】
本願発明の他の利点は、以下の詳細な説明を参照して添付の図面と関連して考慮されることにより、よりよく理解されるようになるにつれ、容易に認識されるであろう。
【０００９】
（好ましい実施例の詳細な説明）
図１は、車両シート１４における乗員１２の位置を測定するための、より詳細には乗員の頭部１５の位置を測定するための車両乗員近接センサ１０を示す。乗員１２および車両シート１４は、エアバッグ１８のような自動の安全拘束を含む乗員安全システムを有する車両車室１６に取り付けられる。ハンドル搭載のエアバッグ１８が一例として示されるが、本願発明が側面エアバッグ、シ−トベルトプリテンショナ、展開形ニ−ボルスタおよび他のいかなる自動の安全拘束アクチュエ−タにも有効であることも理解されるべきである。衝突検出器１９、例えば任意の公知のタイプのクラッシュセンサは、車両衝突の発生を決定しかつ衝突重大度を決定するために利用される。
【００１０】
車両乗員近接センサ１０は、電磁信号を発生させる送信電極２０と、送信電極２０によって発生した電磁信号を受信するための、アレイ（列）に配置された複数の受信電極２２ａ−ｎを含む受信電極アレイ２２と、を含む。制御ユニット２４は、電極アレイ２２により受信された電磁信号に基づく受信電極アレイ２２からの電気信号を受信する。また、制御ユニット２４は、車室１６における車両トラック（図示せず）上の車両シート１４の位置を示すシ−トトラック位置センサ２６からの信号を受信する。
【００１１】
送信電極２０は、車両シート１４のベ−スに取り付けられる。送信電極２０は、ワイヤのコイルまたは銅板を含んでもよく、任意の導電材料から作られることが可能であるが、好ましくは約１インチ間隔の銅線のメッシュを含む。概して、送信電極２０を有するシート１４のベ−スの大きい領域を覆い、かつ、シートの前方周辺を送信電極でくるむことが好ましい。送信電極は車両のフレ−ムを経て接地されないことが保証されるべきである。周波数発生器２７は送信電極２０への１０ｋＨｚの信号を発生させ、信号はそれから車室１６において、電磁信号として送信される。
【００１２】
受信電極アレイ２２は、乗員１２の上にある車室１６の車両ヘッドライナ−２８に取り付けられる。受信電極２２ａ−ｎの各々は、小さい伝導性の面、好ましくは９ｃｍ×６．５ｃｍのピ−スのプリント回路板を含む。受信電極アレイ２２は、マルチプレクサ（多重器）２９および増幅器３０を経て制御ユニット２４に接続される。また、いずれの受信電極２２ａ−ｎもフレ−ムを経て接地されないことが、保証されなければならない。マルチプレクサ２９は、制御ユニット２４が連続して受信電極２２からの値を読みとり、乗員１２の位置を測定することを可能にする。
【００１３】
制御ユニット２４は、概してメモリ３２を有するＣＰＵ３１を含む。ＣＰＵ３１は、適切にプログラムされて本願明細書に記載される機能を実行する。任意の当業者は、しかるべくＣＰＵ３１をプログラムし、示されないが本願明細書の記載に基づいて本願発明を実施するために必要な任意の追加のハ−ドウエアを補充することができる。
【００１４】
動作において、制御ユニット２４は、発生器（ジェネレータ）２７を制御して送信電極２０への１０ｋＨｚの信号を発生させる。送信電極２０は、車両室１６内に電磁波としての１０ｋＨｚの信号を送信する。電磁信号は、乗員１２を通過し、受信電極アレイ２２により受信される。各受信電極２２ａ−ｎにより受信される信号は、各受信電極２２ａ−ｎと送信電極２２の間の静電容量に基づいており、信号は各受信電極２２ａ−ｎに対する乗員１２の近接に依存して順に変化する。
【００１５】
受信電極アレイ２２は１次元でもよく、したがって車両の長手方向の軸に沿ってエアバッグ１８から乗員１２の距離だけを示してもよい。しかし、電極アレイ２２は、図１に示すように好ましくは２次元であり、したがって車両室１６における２次元の乗員１２の位置、すなわち、車両の縦および横の方向の軸に沿った乗員１２の位置に関する情報を提供する。横方向の位置情報は側面エア−バッグを作動させるべきかどうかを、または、側面エア−バッグの展開のための力を決定するために利用されることができ、あるいは、ハンドル搭載のエア−バッグ１８の作動のためにも利用できる。受信電極アレイ２２の寸法および分解能は、異なる用途および異なる車両で異なっていてもよい。しかし、１つの用途のための受信電極アレイ２２は、好ましくは８×８である。
【００１６】
制御ユニット２４は、連続して各々の受信電極２２ａ−ｎを読みとるためにマルチプレクサ２９を制御する。連続して実行されるにもかかわらず、事実上車室１６の乗員１２の位置の瞬間的な二次元のスナップショットであるものを提供することは、車両乗員１２の通常の運動と比較して充分に急速に実行される。
【００１７】
制御ユニット２４によって読みとられる値は、図１に３次元のグラフ３４として視覚的に表される。図１において分かるように、各受信電極２２ａ−ｎの静電容量は、各受信電極２２ａ−ｎに対する乗員１２の近接に依存する。したがって、最も高い静電容量は、車両乗員１２の頭部１５に最も近い受信電極で測定される。本願発明の車両乗員近接センサ１０が近接値のアレイ（配列）を提供するので、グラフ３４において分かるように、この情報のアレイをイメ−ジとして処理することができる。乗員の頭部１５の位置、および、ある程度までの乗員の肩の位置を、制御ユニット２４によるグラフ３４から識別することができる。
【００１８】
乗員１２の頭部１５の位置を測定する際に、各受信電極２２ａ−ｎからの値が、それらの絶対値を評価することよりむしろ、各々と比較されることに留意する必要がある。したがって、受信電極アレイ２２からの情報は、好ましくは公知の画像処理技術を用いてイメ−ジとして処理される。さらに、制御ユニット２４は時間にわたって（時間を通じて、時間とともに）受信電極アレイ２２から情報をモニタする。例えば、乗員１２の頭部１５の位置は、即座に変わることはありえない。それは、１つの点からもう１つの点までの軌道をたどらなければならない。制御ユニット２４は、さらに乗員１２の高さを測定するために（しかし、また、好ましくは乗員１２の位置を測定するためでなく、）センサ信号の大きさを利用してもよい。制御ユニット２４はさらに車両シ−トトラックセンサ２６から、車両シ−トトラック上の車両シート１４の位置を示す情報を得てもよい。
【００１９】
この情報の全ては、衝突検出器１９により検出される衝突および衝突の重大度に基づいて、エアバッグ１８（または他の安全制止装置）を展開するべきかどうかを決定するために制御ユニット２４により利用される。例えば、制御ユニット２４が、受信電極アレイ２２からの情報に基づいて、乗員１２がエアバッグ１８に近すぎると決定する場合、制御ユニット２４は衝突の場合にエアバッグ１８を作動させないと決定してもよく、あるいは、制御ユニット２４はそのエアバッグ１８をより小さい力で展開するべきであると決定してもよい。一方、乗員１２制御ユニット２４が、受信電極アレイ２２からの情報に基づいて、乗員がエアバッグ１８から予め定められた域値を上回る距離をおいていると決定する場合、制御ユニット２４はエアバッグ１８を展開させるか、または、衝突検出器１９によって測定された衝突の重大度に基づく、より高い力によってエアバッグ１８を展開させる。
【００２０】
さらに、シ−トトラックセンサ２６からの情報は、近接情報と共に、エアバッグ１８が展開されるべきかどうか、および／または、どのようにエアバッグ１８が展開されるべきかを決定するために利用されてもよい。例えば、シ−トトラックセンサ２６が車両室１６において、車両シート１４が前方に調整されていることを示し、且つ、受信電極アレイ２２が乗員１２もまた前方にいることを示す場合、制御ユニット２４は衝突の場合にエアバッグ１８を展開しないと決定してもよい。一方、シ−トトラック位置センサが車両シート１４がはるか前方にあることを示す場合、たとえ受信電極アレイ２２が乗員１２の頭部１５が展開のために充分に後方にあることを示しても、制御ユニット２４はエアバッグ１８を展開しないことを決定してもよい。これは、乗員１２がかなり車両シート１４を後に倒した場合に起こる。さらに、制御ユニット２４は、乗員１２の頭部１５が充分に後方にある場合、たとえ車両シ−トトラック位置センサ２６が車両シート１４がはるか前方にあることを示しても、衝突の場合にエアバッグ１８が展開され得ると決定してもよい。これはまた、乗員１２がかなり充分に車両シート１４を倒しており、エアバッグ１８が展開されるべきであることを示す。概して、当該分野における通常の熟練者は、エアバッグ１８を発射すべきかどうか、および、複数段エアバッグ１８のための、どれくらいの力でエアバッグ１８が展開されるべきであるか、についての上記および多くの追加のル−ルを利用する制御ユニット２４をプログラムする。本願発明は、制御ユニット２４に対する付加情報を提供し、それにより、当該分野における通常の熟練者は、この付加情報を取り入れ、エアバッグ１８を作動させるかどうかおよびエアバッグ１８を作動させるための力はどれくらいかを適切に決定できる。
【００２１】
上記に説明されるように、受信電極アレイ２２からの情報は、好ましくはイメ−ジとして処理され、時間にわたってモニタされる。例えば、乗員１２の頭部１５の位置は、即座に変わることはありえない。この主要なことは、乗員１２がヘッドライナ２８に手で触れることができる状況を適切に取り扱うために利用される。この場合、頭部１５の位置は時間にわたって制御ユニット２４により識別され、ヘッドライナ２８に触れている乗員１２の手は、鋭い突然のスパイクとして現れる。乗員１２の頭部１５が即座に移動することはありえないので、乗員１２の頭部１５の位置を時間にわたって追うことによって、制御ユニット２４は乗員の手による鋭い突然のスパイクを適切に無視する。さらに、乗員１２の手は乗員１２の頭部１５より小さい質量を有するので、スパイクの形は頭部１５からの信号の形のそれより鋭く、したがってまた、手と頭部を区別する面で制御ユニット２４を援助する。これは、乗員１２がヘッドライナ２８に触れるところの直上の（例えば）受信電極２２ａにおいて信号が最も強い場合でもあてはまる。
【００２２】
特許法の規定および判例に従って、上記の例示的な形状は、本願発明の好ましい実施形態を表すと考えられる。しかしながら、本願発明が、その趣旨または範囲から逸脱することなく、詳細に例示されかつ記載された方法と別な方法で実施され得ることに留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、乗員安全システムを有する車両室に取り付けられる車両乗員近接センサを示す。

Claims (22)

1. 車両乗員安全システムを作動させる方法であって、
   安全システムと関連して乗員の頭部の位置を測定するステップａと、
   前記ステップａに基づいて車両乗員安全システムを作動させるべきかどうか決定するステップｂと、を含む方法。
2. 前記ステップａが、頭部の静電容量を測定するステップをさらに含む請求項１の方法。
3. 前記ステップａが、前記ステップａにおいて頭部の位置を測定するために複数の点の各々で静電容量を測定するステップをさらに含む請求項２の方法。
4. 前記ステップａが、車両のヘッドライナにおける複数の点で電磁信号を受信するステップをさらに含む請求項１の方法。
5. 前記ステップａにおいて、複数の連続した時間の各々の間に頭部の位置を測定するステップｃと、
   前記ステップｃに基づいて時間にわたって頭部の位置を分析するステップｄと、
   前記ステップｄに基づいて前記ステップｂを時間にわたって実行するステップｅと、をさらに含む請求項１の方法。
6. 車両乗員安全システムを作動させる方法であって、
   乗員安全システムを有する車両室の複数の点の各々で静電容量を測定するステップａと、
   前記ステップａに基づいて安全システムと関連して乗員の位置を測定するステップｂと、
   前記ステップａに基づいて車両乗員安全システムを作動させるべきかどうか決定するステップｃと、を含む方法。
7. 前記ステップａが、車両室の車両シートから電磁信号を送信するステップをさらに含む請求項６の方法。
8. 前記ステップａが、複数の点で受信される電磁信号に基づいて静電容量を測定するステップをさらに含む請求項７の方法。
9. 前記ステップａが、複数の点のアレイで静電容量を測定するステップをさらに含む請求項６の方法。
10. 前記ステップａが、複数の点の各々で測定された静電容量を互いに比較するステップをさらに含む請求項９の方法。
11. 複数の点が、車両室のヘッドライナに隣接している請求項１０の方法。
12. 前記ステップａが、
    複数の点で時間にわたって静電容量の変化をモニタするステップｄ）と、
    前記ステップｃ）において、前記ステップｄ）に基づいて車両乗員安全性システムを起動させるべきかどうか決定するステップｅ）と、をさらに含む請求項１１の方法。
13. 車両乗員安全システムを作動させる方法であって、
    乗員安全システムを有する車両室において、複数の点の各々から乗員の近接を感知するステップａと、
    前記ステップａに基づいて安全システムと関連して乗員の位置を測定するステップｂと、を含む方法。
14. 前記ステップａに基づいて車両乗員安全性システムを起動させるべきかどうか決定するステップｃをさらに含む請求項１３の方法。
15. 車両車室のシートの位置を測定するステップｄと、
    前記ステップｄに基づいて前記ステップｃにおいて車両乗員安全システムを作動させるべきかどうか決定するステップｅと、をさらに含む請求項１４の方法。
16. 複数の点が、前記複数の点のアレイである請求項１３の方法。
17. 前記ステップｂにおいて、位置を測定するために複数の点の各々を比較するステップをさらに含む請求項１３の方法。
18. 前記複数の点のアレイをイメ−ジとして分析するステップをさらに含む請求項１３の方法。
19. 車両室近接感知システムであって、
    車室の複数の点で静電容量を測定する静電容量センサアレイと、
    複数の点で測定された静電容量に基づいて乗員の位置を測定する制御装置と、含むシステム。
20. 電磁信号を発生させる第１の電極をさらに含み、
    前記静電容量センサアレイが電磁信号を受信する複数の第２の電極を含み、
    前記制御装置が車両室における乗員の位置を測定するために第２の電極の各々で静電容量を測定する請求項１９の車両室近接感知システム。
21. 第１の電極が、車両室の車両シートに取り付けられた請求項２０の車両室近接感知システム。
22. 第２の電極のアレイが、車両室の車両ヘッドライナに隣接して取り付けられた請求項２１の車両室近接感知システム。

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