JP2007071664A - 体重計測装置及び体重計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサを用いることなく、圧力センサのみで、車両乗員の体重を精度よく計測することができる体重計測装置及び体重計測方法を提供する。
【解決手段】車両用シートのシート底部に配置された流体封入部を有する袋体１３内の圧力を検出して、着座した乗員の体重を自動的に計測するもので、乗員が車両用シートに着座する前の圧力と着座した後の圧力を検出し、その圧力差ΔＰを算出して体重を計測するものである。この体重計測を行うために、乗員が車両用シートに着座する前の圧力を保持する第１の検出値保持手段１６と、着座した後の圧力を保持する第２の検出値保持手段１７と、着座する前の圧力と着座した後の圧力の圧力差ΔＰを算出する圧力差算出手段２０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、シートに着座した際に、車両に乗る人の体重を自動的に計測する体重計測装置及び体重計測方法に関する。

現在、安全確保の面からエアバッグを標準装備した車両が発売されているが、いずれもシートベルトを着用した乗員の身体がステアリング、インストルメントパネル、フロントガラス等と衝突することによって頭部等に加わる衝撃を緩和することを目的としている。エアバッグが作動し、乗員に加わる衝撃を有効に緩和するためには、システムがエアバッグを展開すべきか否かを判断し、また、どの程度強くエアバッグを展開すべきかを判断する手段を備えることが必要である。このような手段において、大人と子供、太った人とやせた人を区別するパラメータとして、乗員の体重を計測する方法がある。

このような技術に関連するものとして、例えば、特許文献１には、自動車シートに着座する乗員の重量（体重）を推定するための装置が開示されている。前記特許文献１には、流体が充填され出力ポートを有する嚢体（袋体）がシートのクッション底部に配置され、出力ポート部に圧力センサと温度センサを設け、流体の圧力と温度から乗員の重量を推定する重量推定装置が開示されている。この重量推定装置に用いる圧力センサには、流体圧力と大気圧との圧力差もしくは絶対圧を検出し、温度センサによって圧力センサの出力を補償するようにしている。
特開平１１−１４８８５５号公報

特許文献１に開示のように、流体を封入した嚢体内の圧力を圧力センサで検出する場合、嚢体中の流体は温度によって膨張収縮するため、嚢体に加わる重量が同じであっても、温度変化によって検出される絶対圧力は異なったものとなる。このため、温度センサを用いて検出する圧力を補正し、これによる計測重量を正しいものとする必要がある。特許文献１に開示の温度センサは、嚢体に近接して（圧力センサの出口ポート部分）配設されているが、例えば、同一シート内に加熱ヒータの電熱線が組み込まれているような場合には、嚢体内の流体の温度は均一ではない。このため、温度センサの取付け状態によっては、嚢体中の流体全体の温度を正確に計測することができず、乗員の正確な体重を計測することができない。

また、温度センサを複数個所に設けることにより、流体全体にわたる温度の正確度を高めることはできるが、コストが増大する。また、温度補償に際しては、上記のように温度センサを必要とする他に、このための専用の電子回路を設ける必要があり、構成が複雑になると共に、コスト高となる。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、温度センサを用いることなく、圧力センサのみで、車両乗員の体重を精度よく計測することができる体重計測装置及び体重計測方法の提供を課題とする。

本発明による体重計測装置及び体重計測方法は、車両用のシート底部に配置された流体封入部を有する袋体内の流体の圧力を検出し、車両用シートに着座した乗員の体重を自動的に計測する体重計測で、圧力検出手段と、着座する前の圧力検出値を保持する第１の検出値保持手段と、着座した後の圧力検出値を保持する第２の検出値保持手段と、着座する前の圧力検出値と着座した後の圧力検出値の差ΔＰを算出する圧力差算出手段を備える。

また、本発明による他の体重計測装置及び体重計測方法は、車両用のシート底部に配置された流体封入部を有する袋体内の流体の圧力を検出し、車両用シートに着座した乗員の体重を自動的に計測する体重計測で、圧力検出手段と、時系列での圧力検出値を保持する検出値保持手段と、直近の圧力検出値との差を算出する圧力差算出手段と、前記差を所定の閾値ΔＰｔｈと比較し、前記差のうち前記差の絶対値が閾値ΔＰｔｈを超える値を積算する積算手段を備える。

さらに、上記の構成に加えて、所定時間の圧力検出値を平均化する平均化手段を備え、個々の圧力検出値として体重計測する。また、乗員がシート底部に着座してから圧力測定又は体重計測までの時間を所定時間遅延させる遅延手段を備え、乗員の着座がある程度安定した状態となったときに体重計測を行うことが好ましい。

本発明によれば、乗員がシートに着座する直前の圧力値と、着座した後の圧力を検出し、その圧力差を用いるので、温度変化で絶対圧力値に変動があるとしても、圧力差としては温度変化による変動量は極めて小さいものとなる。また、所定の時間単位で圧力検出値の差を積算することにより、温度変化による変動量に影響されることなく乗員の着座の状態変化をリアルタイムで取得することができる。この結果、この圧力差と体重との関係を予め求めておくことにより、温度変化の影響を受けることなく乗員の体重計測を圧力センサのみで容易に行うことが可能となり、大幅にコスト低減をはかることができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明が適用される車両用シートを説明する図、図２は検出圧力と計測荷重（体重）の関係を説明する図、図３は本発明による体重計測装置の第１の実施形態を説明するブロック図、図４は本発明による体重計測装置の第２の実施形態を説明するブロック図、図５は本発明における体重計測のための圧力検出状態を説明する図である。図中、１０は圧力センサ、１１は車両用シート、１２はシート底部、１３は袋体、１４は体重計測装置、１５は圧力検出値増幅手段、１６は第１の検出値保持手段、１７は第２の検出値保持手段、１８は着座検出手段、１９は平均化手段、２０は圧力差算出手段、２１は遅延手段、２２は閾値設定手段、２３は体重計測手段、２４は変換テーブル、２５は検出値保持手段、２６は平均化手段、２７は圧力差算出手段、２８は積算手段を示す。

本発明は、図１に示すような車両用シート１１のシート底部１２に、流体封入部を有する袋体１３を配置し、これに圧力センサ１０を取り付けて検出部とする。そして、シート底部１２上に乗員が着座すると、袋体１３を圧して袋体１３内に封入されている流体の圧力が変化するので、この圧力変化を圧力センサ１０で検出し、圧力変化を荷重に変換することで乗員の体重を計測する。乗員の体重の計測値から、大人か子供か、太った人かやせた人か、子供を抱いているか否か等の判別が可能となるので、例えば、エアバックの展開に際して、その膨らませ量等の適正な制御・設定を行うことができる。

図２に示すように、縦軸に袋体１３内の流体の圧力Ｐ、横軸に荷重Ｆをとると、圧力Ｐと荷重Ｆは、ほぼ直線状の関係にある（或いは、直線状の領域を利用する）ので、圧力Ｐを検出することにより荷重Ｆ、すなわち、乗員の体重を計測することができる。なお、体重の計測値は、その人の真の体重ではなく、車両用シート１１に着座している時の相対的な体重を意味するものとしてもよい。例えば、○○ｋｇ相当とか、或いは、６０ｋｇの体重の人を１００として、これより、どの程度重いか、どの程度軽いかというような指数で表すことでもよい。

圧力変化を検出する流体は、固体と比べて熱膨張率が大きく、温度により流体体積が変動する。したがって、袋体１３の内部容積を一定とすると、温度変化によって圧力Ｐが変化するので、圧力Ｐと荷重Ｆの関係も変化する。図２において、例えば、温度ｔ１のときの圧力−荷重特性Ｔ１と、温度ｔ２のときの圧力−荷重特性Ｔ２とすると、両者の間で荷重Ｆがゼロであっても検出される圧力の間で、Ｙなる圧力差が生じる。圧力−荷重特性Ｔ１とＴ２の傾斜が同じであれば、圧力差Ｙが荷重によらず一定になるが、袋体１３の構成や封入される流体材料により、必ずしも圧力−荷重特性Ｔ１とＴ２の傾斜は、同じとはならない場合がある。なお、液体の熱膨張係数（×１０^−３）は、固体の熱膨張係数（×１０^−６）に対して３桁の差があるため、実質的には封入流体の熱膨張係数が支配的となり、例えば、４０℃の温度差では袋体の内部容積を一定とすれば、圧力の変動（Ｙに相当）は１４％程度となる。

温度変化により、圧力−荷重特性がＴ１とＴ２のように異なると、同じ荷重Ｆｏを検出するのに、温度ｔ１の場合に検出される圧力はＰ１であり、温度ｔ２の場合に検出される圧力はＰ２となる必要があり、同じ荷重Ｆｏを検出するのに異なる圧力値となる。反対に、加わる圧力が同じであっても、温度が異なると荷重Ｆの計測値が異なる。したがって、通常は、特許文献１に開示のように温度センサを用いて、荷重の計測値を補正することが必要となる。

本発明においては、荷重Ｆがゼロのときの圧力、すなわち乗員が着座する前の圧力を検出しておく。図２においては、温度ｔ１の場合は、乗員が着座する前の圧力Ｐ１’で、着座後の圧力がＰ１であると、その圧力差はΔＰ１となる。また、温度ｔ２の場合は、乗員が着座する前の圧力Ｐ２’で、着座後の圧力がＰ２であると、その圧力差はΔＰ２となる。上述したように、圧力−荷重特性の傾斜がＴ１とＴ２で変化がなければ、ΔＰ１＝ΔＰ２となり、着座する前の圧力と着座後の圧力の圧力差ΔＰを計測することにより、全く温度に依存しない荷重計測が可能となる。

圧力−荷重特性Ｔ１とＴ２の傾斜が温度によって異なる場合は、（ΔＰ１−ΔＰ２）≠０となり、例えば、温度ｔ１の場合の圧力差ΔＰ１に対して、温度ｔ２の場合の圧力差ΔＰ２は、ΔＰ１より小さい値となる。この結果、圧力差ΔＰ１のときの荷重の計測値がＦｏであるとすると、圧力差ΔＰ２のときの荷重の計測値はＦｏ’となって、Ｆｏとの荷重差ΔＦが生じる可能性がある。しかし、この荷重差ΔＦは、温度差による絶対圧力の変動に比べて僅かであり、使用温度範囲で、その変動量δが（ΔＰ１−ΔＰ２）／ΔＰ１で２０％以下であれば、実質的な体重計測には問題ないことが判明している。したがって、上述の圧力差ΔＰを算定し、これによる荷重Ｆを求めることにより、温度変化による影響は極めて少なく、温度センサによる温度補償を不要とすることが可能となる。

図３は本発明の第１の実施形態を説明するブロック図の一例で、圧力センサ１０により、図１の車両用シートのシート底部に配置された流体が封入された袋体１３の圧力変化を検出する。圧力センサ１０により検出された圧力は、電気信号に変換されて圧力検出値増幅手段１５により、識別可能な信号値に増幅される。圧力検出値は、乗員が乗車しないときでも検出するようにしておき、乗員が車両用シートに着座する直前の未着座時の圧力を検出し、第１の検出値保持手段１６により、この検出値を記録保持できるようにしておく。なお、未着座時の圧力検出は、常時行うようにしてもよく、所定時間ごと（例えば、１分ごと等）で検出し、記録保持を更新していくようにしてもよい。さらには、乗員が乗車のためドアを開けたときに、体重計測装置が起動され未着座時の圧力検出が開始されるようにしてもよい。

乗員が車両用シートに着座することにより、袋体１３に荷重が加わりその圧力変化が圧力センサ１０で検出される。乗員が着座したか否かは、着座検出手段１８により検出され、第２の検出値保持手段１７により着座後の圧力検出値が保持される。第１の検出値保持手段１６で保持されている着座前の圧力検出値と、第２の検出値保持手段１７の着座後の圧力値は、圧力差算出手段２０に入力され、図２で説明した圧力差ΔＰを算出する。

この場合、着座した乗員が動いたりすると、圧力を検知するシート底部に振動などが生じ、計測される圧力検出値が変動し、圧力差算出が不安定になる。したがって、第２の検出値保持手段１７で保持されている圧力検出値を、平均化手段１９により所定時間（例えば、１秒程度）で平均化した値を用いるのが好ましい。また、圧力差ΔＰにに対して、閾値設定手段２２により閾値を設定して、所定の閾値ΔＰｔｈを超える圧力差ΔＰのみを検出して体重計測手段２３に出力し、体重の計測を行うようにすることができる。これにより、シートに人が手を付いたり、小物を置いたりした程度の小さな圧力変化に対しては、計測しないようにして誤検出の防止を図ることが望ましい。

体重計測には、圧力差から荷重（体重）を計測する、図２で説明したような圧力と荷重との関係を示す変換テーブル２４を用いることができる。変換テーブル２４には、通常の使用温度での着座前の圧力と着座後の圧力の圧力差と、体重の関係を示すデータが予め記録保持されていて、体重計測の指令により新たな圧力差が対比されて、新たな体重計測を実施し出力する。

圧力差算出、或いは、体重計測のタイミングは、乗員が車両用シートに着座してから所定の時間経過してから実施するのが好ましい。図５（Ａ）は、この理由等を説明する図で、乗員がシートに着座する時の圧力の変動状態を示している。なお、図の縦軸には圧力Ｐ（実際には圧力Ｐに相当する電気信号で示される）を示し、横軸に時間Ｓを示す。乗員が着座する前の圧力は、荷重がかかっていないことから、実質的にはゼロとして扱えるが、検出値としては負圧が生じないように小さな圧力が付与され、また、小物が置かれていたり、温度変化（図２のＹに相当する分）によっても増減する。この乗員がシートに着座する前の圧力は、図３で説明したように、第１の検出値保持手段１６により記録保持されている。

乗員がシートに着座すると、図の点線で囲う部分に示すように、着座直後はシートのバネやクッションの影響で小刻みの過渡的な圧力変動が生じる。この圧力変動が生じている間は、圧力差ΔＰは不安定の状態となり、着座時検出値の計測を行っても乗員の体重を反映した正しい値は得られない。そこで、乗員がシートに着座してから、予め設定した所定時間（例えば、１分）経過後に、圧力差算出又は体重計測を行うようにする。これは、着座検出手段１８で、乗員の着座が検出されたとき、遅延手段２１を起動し、着座からの経過時間情報を圧力差算出手段２０或いは体重計測手段２３に入力することにより実現することができる。なお、遅延手段としては、例えば、タイマ装置や遅延回路を用いることができる。

図４は本発明の第２の実施形態を説明するブロック図の一例で、図３の例で説明したのと同様に、圧力センサ１０により、車両用シートのシート底部に配置された流体が封入された袋体１３の圧力変化を検出する。圧力センサ１０により検出された圧力は、電気信号に変換されて圧力検出値増幅手段１５により、識別可能な信号値に増幅される。圧力検出値は、乗員が乗車しないときでも検出するようにしておき、乗員が車両用シートに着座する直前の未着座時の圧力を検出し、検出値保持手段２５により、この検出値を記録保持できるようにしておく。なお、未着座時の圧力検出は、常時行うようにしてもよく、
所定時間ごと（例えば、１分ごと等）で検出し、記録保持を更新していくようにしてもよい。さらには、乗員が乗車のためドアを開けたときに体重計測装置が起動され、圧力検出が開始されるようにしてもよい。

圧力センサ１０による圧力の検出は、少なくとも乗員が車両用シートに着座する直前の未着座の状態から行われ、圧力検出値増幅手段１５により増幅された信号は、時系列で連続的に検出値保持手段２５により保持される。検出値保持手段２５に保持された圧力検出値は、平均化手段２６により所定の時間間隔で順次平均化される。平均化された圧力検出値は、圧力差算出手段２７により直近の圧力検出値との差が算出される。この直近の圧力検出値との差のうち、この差の絶対値が閾値設定手段２２により設定された所定の閾値ΔＰｔｈを越える値を、積算手段２８により積算する。

積算手段２８により積算された圧力検出値は、乗員の着座前の圧力と着座後の圧力の圧力差をリアルタイムで示したものとなる。図５（Ｂ）により、この理由を説明する。例えば、大人のみが着座してから着座した状態で子供を抱き抱えたり、また、この後で子供を離席させて大人のみが着座するなどで、着座状態が種々変わることもあり、計測された体重がどの時点でのものかが問われることがある。

図５（Ｂ）は、上記の場合の圧力変化状態を時系列で示したものであるが、これを所定の時間間隔で区切り、直近の圧力検出値の差を検出するとする。乗員の着座前の圧力は、変化がないので、圧力検出値の差はゼロである。乗員が着座すると、着座前の圧力検出値との境界部分で急激に圧力検出値が変化し、圧力検出値の差を検出することができる。この時の圧力検出値の差は、図３の例で説明した着座前の圧力と着座後の圧力の圧力差と同等なものとなる。着座後は、初期の変動から安定状態に入り圧力の変化がなくなると、直近の圧力検出値の差はゼロとなる。また、着座の途中で子供を抱きかかえたりすると、圧力検出値が増加し、圧力検出値に差が生じるので、これを積算する。また、この後、子供を離席させると、圧力検出値が減少し、積算値から減算されて元の値となる。

この時、所定の閾値ΔＰｔｈを設定して、この閾値ΔＰｔｈ以下の、例えば、小物を持ったり、座る位置をずらしたりする等で生じる小さな圧力変化は検出しない（これらの変化は積算によってキャンセルされる場合が多い）ようにする。これにより、演算処理の負荷を軽減し、計測の誤検出を少なくすることができる。

以上の如く、着座前の圧力検出値の差はゼロで、積算値は着座以降の圧力変化分のみが積算され、積算圧力差ΔＰ’となるため、結果として着座前の圧力と着座後の圧力の圧力差となる。したがって、積算手段２８により積算された値を図３の例で説明したのと同様に、体重計測手段２３で変換テーブル２４を用いて体重計測を行うことができる。また、この場合の体重測定は、リアルタイムで体重の変化状態を検出するか、或いは、所定のタイミングで間欠的に検出するようにしてもよい。さらには、体重計測の出力を制御手段に入力した後、所定の時間経過後には、リセットするようにしてもよい。

本発明が適用される車両用シートを説明する図である。 本発明の検出圧力と計測荷重（体重）の関係を説明する図である。 本発明による体重計測装置の第１の実施形態を説明するブロック図である。 本発明による体重計測装置の第２の実施形態を説明するブロック図である。 本発明における体重計測のための圧力検出状態を説明する図である。

符号の説明

１０…圧力センサ、１１…車両用シート、１２…シート底部、１３…袋体、１４…体重計測装置、１５…圧力検出値増幅手段、１６…第１の検出値保持手段、１７…第２の検出値保持手段、１８…着座検出手段、１９…平均化手段、２０…圧力差算出手段、２１…遅延手段、２２…閾値設定手段、２３…体重計測手段、２４…変換テーブル、２５…検出値保持手段、２６…平均化手段、２７…圧力差算出手段、２８…積算手段。

Claims (7)

1. 車両用のシート底部に配置された流体封入部を有する袋体内の流体の圧力を検出し、前記車両用のシート底部に着座した乗員の体重を自動的に計測する体重計測装置であって、
   圧力検出手段と、着座する前の圧力検出値を保持する第１の検出値保持手段と、着座した後の圧力検出値を保持する第２の検出値保持手段と、前記着座する前の圧力検出値と前記着座した後の圧力検出値の差ΔＰを算出する圧力差算出手段を備えることを特徴とする体重計測装置。
2. 車両用のシート底部に配置された流体封入部を有する袋体内の流体の圧力を検出し前記車両用のシート底部に着座した乗員の体重を自動的に計測する体重計測装置であって、
   圧力検出手段と、時系列での圧力検出値を保持する検出値保持手段と、直近の圧力検出値との差を算出する圧力差算出手段と、前記差を所定の閾値ΔＰｔｈと比較し、前記差のうち前記差の絶対値が前記閾値ΔＰｔｈを超える値を積算する積算手段とを備えることを特徴とする体重計測装置。
3. 所定時間の圧力検出値を平均化する平均化手段を備え、個々の圧力検出値とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の体重計測装置。
4. 乗員が前記シート底部に着座してから圧力測定又は体重計測までの時間を所定時間遅延させる遅延手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の体重計測装置。
5. 車両用のシート底部に配置された流体封入部を有する袋体内の流体の圧力を検出し前記車両用のシート底部に着座した乗員の体重を自動的に計測する体重計測方法であって、
   着座する前の圧力を検出し、着座した後の圧力を検出し、着座する前の圧力検出値と着座した後の圧力検出値の差ΔＰを算出して、乗員の体重を計測することを特徴とする体重計測方法。
6. 車両用のシート底部に配置された流体封入部を有する袋体内の流体の圧力を検出し前記車両用のシート底部に着座した乗員の体重を自動的に計測する体重計測方法であって、
   時系列での圧力検出値を保持し、直近の圧力検出値との差を算出し、前記圧力検出値の差を所定の閾値ΔＰｔｈと比較し、前記圧力検出値の差の絶対値が前記閾値ΔＰｔｈを超える値を積算して、乗員の体重を計測することを特徴とする体重計測方法。
7. 所定時間の圧力検出値の平均を求め、個々の圧力検出値とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の体重計測方法。

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