JP2007197001A - 相対インピーダンス測定を用いた車両占有者検出 - Google Patents

相対インピーダンス測定を用いた車両占有者検出 Download PDF

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Abstract

【課題】相対インピーダンス測定を用いた車両占有者検出を提供すること。
【解決手段】乗員検出システムが提供される。センサは、座席領域における負荷に応答して、静電容量、電界効果又は他の特性を測定する。センサは、１つ又はそれ以上の電極を用いる（例えば、伝送及び受信電極、すなわち、１つの電極を伝送に用い、１つ又はそれ以上の電極を受信に用いる）。他の電極は異なるインピーダンスと接続される。他の電極が異なるインピーダンスと接続されている状態でセンサにより測定することは、占有者と無生物との間を識別することができ、乗員の特性（例えば、大きさ、高さ、重量、又は位置）の間で識別することができ、又は占有者の接地状態を示すことができる。
【選択図】図３

Description

本出願は、２００１年３月２日に出願された米国特許出願番号第０９／７９８，７８８号の分割出願である２００３年４月２３日に出願された係属中の米国特許出願番号第１０／４２２，３２９号の一部継続出願であり、その開示内容は、引用により本明細書に組み込まれる。
本発明は、占有者検出システムに関し、具体的には、エアバッグを制御したり又は警告を生成するなどのために、座席領域における物体を容易に分類することのできる占有者検出システムに関する。
エアバッグ・デバイスは、自動車の衝突時に乗員が体験する衝撃を和らげる。エアバッグは、運転席及び乗員座席の前に取り付けられる。エアバッグは、他の位置、例えば、前向の乗員の側面などに取り付けることもできる。
後ろ向きのチャイルドシート（以下ＲＦＩＳ）が助手席に配置されたときには、助手席側のエアバッグは展開しないことが望ましい。さらに、助手側のエアバッグは、前向きのチャイルドシート（以下ＦＦＣＳ）又は子供にも展開しないことが望ましい場合がある。同様に、子供又は背の低い人がエアバッグの方向に傾いているかどうかに基づいて、側面衝突エアバッグに対する展開が制限されることがある。さらに、無生物だけが座席にある場合も、交換費用を節約するために、展開を避けることが望ましい場合がある。
ＲＦＣＳ、ＦＦＣＳ又は子供を検出するために、乗員検出センサの様式が提案されている。座席の負荷の特性を検出するために電界を用いるシステムが、米国特許第５，９４８，０３１号と６，３２９，９１３号及び米国特許第６，３２９，９１４号で開示されている。容量性感知を使用する他のシステム、例えば、乗員の存在による位相又は周波数の変化を検出するシステムなども提案されている。両方の様式のシステムは、１つ又はそれ以上のアンテナ又は電極からの伝送及び受信に依存するものである。
本発明は、特許請求の範囲によって定義され、この節のどの部分もその特許請求の範囲を制限するものとして理解されるべきではない。前置きとして、以下に説明される実施形態は、相対インピーダンス測定を用いた車両占有者検出を含む。
負荷又は占有者は、少なくとも部分的に、相対インピーダンス又はアースへの接続に基づいて検出される。センサは、座席領域における負荷に応答して、静電容量、電界効果又は他の特性を測定する。センサは、１つ又はそれ以上の電極を用いる（例えば、伝送及び受信電極、すなわち、１つの電極を伝送に用い、１つ又はそれ以上の電極を受信に用いる）。他の電極は異なるインピーダンスと接続される。他の電極が異なるインピーダンスと接続されている状態でセンサにより測定することは、占有者と無生物との間を識別することができ、乗員の特性（例えば、大きさ、高さ、重量、又は位置）の間で識別することができ、又は占有者の接地状態を示すことができる。
第１の側面によれば、占有者座席領域を感知するための車両占有者検出の方法が提供される。第１の電極を低いインピーダンスに接続する。第１の電極が低いインピーダンスに接続されている間、第１の信号を第２の電極で測定する。測定中に第２の電極又は第３の電極が伝送を行う。第１の電極を高いインピーダンスに接続する。第１の電極が高いインピーダンスに接続されている間、第２の信号を第２の電極で測定する。測定中に第２の電極又は第３の電極が伝送を行う。車両の座席における負荷状態を第１の信号及び第２の信号の関数として求める。
第２の側面によれば、占有者座席領域における負荷状態を感知するための車両占有者検出システムが提供される。スイッチが、低いインピーダンス・ノード及び高いインピーダンス・ノードに第１の電極を接続するように作用する。センサは、少なくとも第２の電極及び測定回路を含む。測定回路は、第１の電極が低いインピーダンス・ノード及び高いインピーダンス・ノードにそれぞれ接続されているとき、第１の信号及び第２の信号を測定するように作用する。第１の電極は、第１の信号及び第２の信号を測定中、測定回路による伝送又は受信に使用されない。
第３の側面によれば、乗員座席領域における負荷状態を検出するための車両乗員検出システムが提供される。信号源は、第２の電極又は第３の電極と接続するように作用する。スイッチが、低いインピーダンス・ノード及び高いインピーダンス・ノードに第１の電極を接続するように作用する。測定回路は、第１の電極が低いインピーダンス・ノード接続されているとき、及び第１の電極が高いインピーダンス・ノードに接続されているときに、それぞれ第１の信号及び第２の信号を測定するように作用する。信号源は、第１の信号及び第２の信号の測定のために第２の電極又は第３の電極と接続し、測定回路は、第１の信号及び第２の信号の測定のために第２の電極又は第３の電極と接続する。プロセッサが、第１の信号と第２の信号の関数として負荷状態を求めるように作用する。
第４の側面によれば、占有者座席領域における負荷状態を感知するための車両占有者検出の方法が提供される。この方法は、１つ又はそれ以上の電極を用いて、伝送中に伝送及び受信を行う動作と、伝送中及び受信中に１つ又はそれ以上の電極の少なくとも１つから第１の信号及び第２の信号を測定する動作と、伝送中及び受信中に、逐次的に、１つ又はそれ以上の電極とは異なる第１の電極を、低いインピーダンス及び高いインピーダンスに接続する動作と、第１の電極が低いインピーダンスに接続している間に第１の信号が測定され、第１の電極が高いインピーダンスに接続している間に第２の信号が測定される動作と、負荷状態を第１の信号と第２の信号の関数として求める動作とを含む。
本発明は、特許請求の範囲によって定義され、この節のどの部分もその特許請求の範囲を制限するものとして理解されるべきではない。本発明のさらに別の側面及び利点は、好ましい実施形態と共に以下に説明される。
図によって、占有者又は乗員の負荷状態を検出するために電極を使用する種々の実施形態を示す。乗員及び占有者という言葉は、運転席、乗者席等のあらゆる座席位置にいる人を説明するのに用いられる。負荷状態は、占有されている、占有されていない、或いは生物、無生物、成人、子供、大きい、小さい、重い、軽い、前傾、チャイルドシートのような負荷の特性を含む。
負荷状態を判断するために異なるパラメータを測定することができる。例えば、どの乗員の接地状態も測定することができる。接地状態に基づいて、閾値又は他の測定値が変更される。別の例として、座席領域の負荷状態を求めるために、異なるインピーダンスに関連する測定がパラメータとして単独で、又は他の測定値と共に用いられる。
以下の説明では、電極、トランスミッタ、測定回路に関連する異なる占有者センサを説明する。次いで、本来は使用されない電極との異なるインピーダンス接続に基づく占有者センサの１つ又はそれ以上の使用が説明される。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、乗者席に位置決めされた２つの電極間に微小な電界が検出される。高周波で低電圧の信号が一方の電極に印加され、他方の電極が接地されたときに、電極間の潜在的差異のために電界が生成される。この電界が、１つの電極（非伝送）からアースに流れる電流（受信電流）を生成する。人体（乗員又は占有者）が電界に存在する場合には、電界の障害物が電流を変化させる。同様に、伝送電極に与えられる電流（負荷電流）もまた、人体の存在に反応して変化する。
人体は１つの末端がアースに接続されたコンデンサの役割をする。人体のインピーダンス（抵抗及び静電容量）が電界をアースに向ける。人体が車両の座席にあるときは、伝送電極及びいずれかの受信電極で流れる電流の変化は、人体の電気特性に応じて生じる。例えば、接近した及び／又は大きい人体に対しては、負荷電流が大きくなる。この現象を利用して、検出された電流を既知の値と比較することにより、座席にいる乗員の存在が検出される。具体的には、その物体が座席に通常通りに座っている成人サイズの人であるかどうかを含み、座席における物体の１つ又はそれ以上の特性が得られる。物体から既知の又は予測可能な異なる距離で電極を使用することによって、さらに多くの情報が得られる。それゆえ、座席にける乗員の存在及び位置が正確に検出される。
湿度、水分、又は接地の検出によって、乗員の存在及び特性についてより正確な判断を提供できる。検出されたこれらの環境条件の１つ又はそれ以上を用いて、測定された電流、応用アルゴリズム、計算、選択された比較表又は他の値を変更する。実験又は理論に基づき、湿度、水分、及び接地条件の影響を乗員の検出から取り除くか又は減少させる。
図２は、第１の実施形態による乗員検出システムの電極Ｅ１からＥ４を組み込む座席１を示す斜視図である。電極Ｅ１ないしＥ４は、導体材料の長方形シートで形成する。各電極Ｅ１ないしＥ４は、他と電極と同じ又は異なる形状であり、正方形、螺旋形、長方形、楕円形、円形、ドーナツ形状、中心に穴のある長方形、又は他の多角形、及び／又は丸みを帯びた形状を含むどのような形状も用いることができる。電極Ｅ１からＥ４は、座席カバーに縫い込まれた金属繊維、座席の表面に施された導体塗料、座席クッションの下に設置された導電性テープ、導電性シート、又は金属板を含む。一実施形態では、電極Ｅ１ないしＥ４は、ＰＥＴのような可撓性のある回路材料上に形成される。例えば、引用によりここに組み込まれる、米国特許番号第 号（公開番号第 号（連続番号第１０／９９６，７００号）に開示される電極又は電極形状の１つが用いられる。
電極Ｅ１及びＥ２が座席１の基部分１ａに取り付けられ、電極Ｅ３及びＥ４が背部分１ｂに取り付けられる。これらの電極は、座席領域における乗員の予測される着席位置に対して位置決めされ、座り心地の良さを促進するように取り付けられる。代替的な実施形態では、これより多い又は少ない電極を同じ又は異なる位置において用いることができ、例えば、座席の底部分に電極を取り付けずに、座席の背部分に７つの電極を用いたり（例えば、６つを座席の背部の中心において垂直方向に配置し、１つをドアに最も近い座席の縁に配置する）、又は、電極を座席の底部分１ｂに取り付けて、座席の背部分には電極を取り付けないこともできる。他の実施形態では、電極を、乗員区画内の他の位置、例えば、床、ダッシュボード、ドア、屋根、又はその組み合わせに位置決めする。さらに他の代替的な実施形態では、占有者の存在及び位置を検出するために、赤外線、超音波又は他の機構を用いる。
座席１は、湿度センサＨ１及び／又は水分センサＷ１を含むことができる。湿度センサＨ１及び水分センサＷ１は、座席１の座席発泡体の孔の中の電極Ｅ１ないしＥ４の１つ又はそれ以上などに隣接して位置決めされる。
乗員の検出
図３は、乗員検出システム４００の１つの一般的な実施形態を示す。システム４００は、占有者感知ユニット４０２と、補助拘束装置（ＳＲＳ）４０４と、表示メータ４０６とを含む。占有者感知ユニット４０２は、制御信号をＳＲＳ４０４に送り、エアバッグ起動を無効又は有効にする。警告ランプ信号が表示メータ４０６の占有者警告ランプ４０８に与えられる。占有者警告ランプ４０８は、占有者感知ユニット４０２によって求められた占有者の分類を示す。代替案としては、占有者警告ランプ４０８は、ＳＲＳ４０４が有効であるか無効であるかを示す。ＳＲＳ警告ランプ４１０は、ＳＲＳ４０４が動作しているかどうかを示す。
占有者感知ユニット４０２は、占有者の大きさ及び／又は着席姿勢を検出する占有者センサ４１２を含み、ＳＲＳ４０４を低レベルの出力の展開を有効にするのか、高レベルの出力での展開を有効にするか、又はＳＲＳ４０４を無効にするのかを判断する。通信ブロック４１４は、ＳＲＳ４０４と双方向で又は単一方向で通信する。警告ランプ制御ブロック４１６は、上述のように、占有者警告ランプ４０８を作動させる。任意的な記録ブロック４１８は、占有者感知ユニット４０２のいかなる障害コード及び／又は占有者感知ユニット４０２により求められたいかなる占有者の様々な特徴をも記録する。任意的な問題診断ブロック４２０は、占有者感知ユニット４０２が適切に動作しているかどうかを判断し、外部通信を与える。
占有者センサ４１２は、電界センサ４２２のアレイと、電界ドライバ及び検出器４２４と、占有者識別器４２６とを含む。電界センサ４２２は、上述のように分布された電極を含む。電界ドライバ及び検出器４２４は、電界センサと共に電界を生成し、受信及び／又は負荷電流を測定するために、それぞれ、発振器及び電流測定回路を含む。受信電流は、伝送に用いられる電極とは異なる１つの電極で生成された電流を含む。負荷電流は、伝送に用いられる電極の電流を含む。占有者識別器４２６は、あらゆる占有者を測定された電流の関数として分類するプロセッサ又はアナログ回路を含む。
システム４００は、種々の回路及び／又は方法により実施することができる。幾つかの例示的な回路及び方法が、米国特許番号第５，９４８，０３１号，６，１６１，０７０号，６，３２９，９１３号及び米国特許番号第６，３２９，９１４号で説明されており、その開示は引用により本書に組み込まれる。代替的な実施形態では、乗員検出システムは、乗員の存在を検出するために、容量性、超音波、赤外線、可視光線又は他の感知システムを含む。
図３のシステム４００の一実施形態が図４に示される。具体的には、システム５００は、マイクロプロセッサ５０２と、検出器５０４と、発振回路５０６と、信号調節器５０８と、センサ５１０と、選択回路５１２及び５１４とを含む。
負荷電流を生成し検出するために２つ又はそれ以上の経路が与えられる。そのような経路の１つを以下に説明する。他の経路は、同じであるか又は異なる構成部品を含む。代替的な実施形態では、経路の１つ又はそれ以上が、受信電流又は負荷電流及び受信電流の両方を測定するために用いられる。経路内の発振回路５０６は、５から１２ボルト（例えば７ボルト）又は他の電圧の範囲において約９０ないし１２０ｋＨｚの周波数信号のようなＡＣ信号を生成する発振器を含む。
信号調節器５０８は、オペアンプ５１６、５１８及び５２０と、抵抗器５２２とを含む。発振回路５０６に接続されたオペアンプ５１６が、一定の電圧源を与えるために信号をバッファする。信号は、遮蔽ケーブル５２４を通ってセンサ５１０の電極５２６に与えられる。電界が信号に応答して生成される。センサ５１０への負荷が増加すると、抵抗器５２２にわたる電圧が増加する。電圧の変化量が遮蔽ケーブル５２４の遮蔽物に接続されたオペアンプ５１８によってバッファされる。このオペアンプ５１８は、遮蔽物の電圧レベルを中心の導線と同じレベルに維持するために、高入力インピーダンス及び低出力インピーダンスを有して、センサ５１０を隣接する導体材料から遮蔽することができる。
オペアンプ５２０は、検出器５０４と接続する。検出器５０４は、全波整流回路５２８とフィルタ回路５３０とを含む。負荷電流の振幅又は振幅の変化は、オペアンプ５２０の出力を整流することにより検出される。整流信号は、アナログ低域通過フィルタのようなフィルタ回路５３０によってフィルタ処理される。
検出器５０４への２つ又はそれ以上のセンサ５１０の経路に対して、可能な２つの実施形態が図４に示される。一実施形態では、各経路は、マイクロプロセッサ５０２以外に対して、別個の構成部品を含む（Ｓ＝ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｓｅｎｓｏｒと表示が付される経路により表わされる）。代替的な実施形態では、各経路は、さらに、発振回路５０６及び検出器５０４を共有する。代替案としては、図示されるように、共有経路及び個々の経路の組み合わせが用いられる。
共有経路を用いることが好ましい。個々の経路は取り除く。選択回路５１２及び５１４は、マイクロプロセッサ５０２によって制御されるマルチプレクサ又は共有マルチプレクサを含む。一方の選択回路が発振回路５０６を各センサ経路に接続し、他方の選択回路が検出器５０４を各センサ経路に接続する。負荷電流の分類に対しては、発振回路５０６及び検出器５０４の両方を同じ経路に接続する１つの選択回路を用いることができる。受信電流又は受信電流と負荷電流の両方の組み合わせに関する分類に対しては、選択回路５１４及び５１２は独立して動作する。
検出器５０４の出力は、マイクロプロセッサ５０２（プロセッサ）に接続される。プロセッサ５０２は、安全拘束装置（ＳＲＳ）制御シグナルを生成するために、ＡＳＩＣ、一般のプロセッサ、デジタル信号プロセッサ又は他のデジタル処理装置を含む。例えば、日本の日本電気株式会社（ＮＥＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって製造されたＰＤ７８０５２ＣＧ（Ａ）マイクロプロセッサが使用され、それはアナログ・デジタル変換器を含む。
マイクロプロセッサ５０２は、アナログ信号をデジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ５０２は、どの占有者をも分類するために、負荷及び／又は受信電流を測定する。小さな負荷電流振幅は、負荷の存在を示す。振幅及び／又は振幅の変化は、負荷のインピーダンスにおける変化を表わす。負荷インピーダンスは、負荷（大きさ）の有効表面と、負荷と電極５２６との間の距離の関数として変化する。さらに又は代替的に、負荷のインピーダンスを示すために、位相又は周波数を測定することもできる。
受信電流を表す、結果として得られた８ビット値等のデジタル値に基づき、マイクロプロセッサ５０２が乗員の大きさ、形状、位置及び／又は特性を求める。特性は、数学アルゴリズム又は比較の関数として求められる。例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ又は他のメモリデバイスを用いて、デジタル値が実験に基く特性を表わす閾値又はデータと比較される。
負荷は電極のアレイの関数として特徴付けられる。１つ又はそれ以上の電極のどの配列も用いることができる。図５は、電極の配列１００の一実施形態を示す。複数の電極１０２、１０４、１０６、１０８、１１０及び１１２を二層に配列する。その二層は絶縁体１１４によって分離される。絶縁体１１４は、座席クッション（例えば３／８インチの厚さのポリエチレン発泡体）、硬い本体、電磁エネルギーに対して透過性のエア又は他のデバイスを含む。この実施形態では、電極１０２、１０４、１０６、１０８、１１０及び１１２は、導電性フィルムを含むが、導電性布、フォイル、又は他の導体材料でもよい。電極１０２、１０４、１０６、１０８、１１０及び１１２は、座席の基部分に集められ、座席の正面から後ろにかけて並べて位置合わせされるなど、座席の基部分に接続される。
各層の電極によって形成される形状は、異なってもよい。例えば、異なる形状の電極が各層に用いられる。各層は１つの平面であるが、非平面配列で配列してもよい。非平面配列では、電極のファントム層が、測定をするために用いられる電極の関数として形成される。
配列１００は、座席内、座席の外面に隣接して又は座席の外面に置かれることにより座席と接続される。このように、配列１００は、乗員の座席領域に隣接する。２つ又はそれ以上の層は、座席の外面から異なる距離（すなわち、乗員座席領域から異なる距離）のところにある。代替的な実施形態では、配列１００は、単一層の電極から成り、実質的に座席領域又は座席表面から同じ距離である。
一実施形態では、複数の電極からの負荷電流が測定される。例えば、図４のシステムを用いて、負荷電流が各電極から連続的に測定される。この例では、１つの電極の負荷電流が測定される間、他の電極は接地される。代替案としては、他の電極の１つ又はそれ以上が、電気的に隔離される（接地されない）。さらに別の代替的な実施形態では、他の電極は、逐次的に、低インピーダンス及び高インピーダンスに接続される。
図６は、乗員の特性を感知する好ましい一実施形態のフローチャートを示す。このプロセスはリアルタイムで繰り返される。動作２０２では、電界が生成される。例えば、ＡＣ信号が、車両の座席の外面から異なる距離にある少なくとも２つの電極の１つに与えられる。発振回路５０６（図４）が、既知の電圧振幅及び周波数を有する交流（ＡＣ）信号を生成する。ＡＣ信号により、電極が座席に隣接する乗員領域に微小の電界を発する。座席に座っているか、又は座席に置かれた（すなわち、アンテナ電極の近傍の）物体の電気的特性が、電界を乱す。この電界の乱れによって、アンテナ電極において流れている電流の量が変化し、アンテナ電極で生成されたＡＣ信号の位相が発振回路によって生成された元のＡＣ信号とは異なるものになる。
動作２０４では、少なくとも２つの電極の一方の信号を測定する。例えば、負荷電流又は受信電流を検出し、電圧に変換する。図４の実施形態では、電極の電流を測定するためにインピーダンス又は抵抗要素及び差動増幅器（又は他の増幅器）を用いる。１つのこうしたインピーダンス／抵抗要素は、日本の進工業株式会社（Ｓｕｓｕｍｕｋｏｕｇｙｏｕ）によって製造されたＲＲ１２２０Ｐ−１０３−Ｄであり、電極に接続される。差動増幅器は、インピーダンス／抵抗要素に接続され、インピーダンス／抵抗要素にわたる電圧差に基づく電流信号を生成する。具体的には、電流差動増幅器は、発振回路からの出力信号の電圧レベルをアンテナ電極で生成された電圧レベルと比較し、差異を示す電流信号を生成する。
人が座席に座ると電流検出回路の検出電流が上昇する。荷物が座席にある場合又は座席が空の場合は、検出電流は減少する。どちらも場合も、占有状態と及び非占有状態との間で検出電流レベルに差異がある。位相差にも同じことが言える。
動作２０５では、少なくとも２つの電極の他方の信号を測定する。例えば、負荷電流又は受信電流を検出し、電圧に変換する。各電極における測定は、逐次的な負荷電流の測定又は逐次的な受信電流の測定であってもよい。代替案としては、同時に又は連続的に、一方電極で負荷電流を測定し、他方の電極で受信電流を測定する。
成人の乗員が助手席に座っているかどうかを正確に識別するために、電流及び／又は位相の差を格納された値と比較する。
測定された電流は、乗員の高さ、位置、大きさ、向き、動き及び／又は他の特性を求めるために用いられる。他の特性は、米国特許第５，９１４，６１０号に開示されているように求められ、その開示は引用によりここに組み込まれる。例えば、距離Ｒの時間の関数としての変化は、動きを示す。
図７は、負荷６０４の大きさＡ及び距離Ｒを求めるための２つの層６００及び６０２の使用を表わす。例えば、負荷６０４は、乗員座席領域の座席にいる占有者を含む。負荷６０４は、電極の上部層６００から距離Ｒだけ離れている。上部層６００及び底部層６０２は、距離ｄだけ分離される。
距離ｄだけ座席の外面から分離された２つの電極を用いて、負荷Ａ及び距離Ｒを求める。負荷電流Ｓ、負荷Ａ、及び距離Ｒは、S=K(A/R)によって表わされるように関連し、ここで、Ｋは定数である。乗員に最も近い電極（例えば、上部電極）（Ｓｔ）に１つ、及び乗員から最も遠い電極（底部電極）（Ｓｂ）に１つの少なくとも２つの異なる負荷電流測定を用いて、負荷及び距離を電極間の距離ｄの関数として求める。このように、占有者の特性は、座席の外面からの電極間の距離の差の関数として求める。St=K1(A/R)及びSb=K2(A/(R+d))。Ａ及びＲを求めるには、A=(d*Sb*St)/(St-Sb)及びR=(d*Sb)/(St-Sb)である。このように、負荷の大きさ及び電極からの距離を求める。代替的な実施形態では、Ａ及びＲは、換算距離ｄなしで、及び／又は、非伝送電極で受信される電流の関数として求められる。
図５で示される６つの電極のように、２つ又はそれ以上の電極が用いられる。電極のアレイにより負荷の分布を求めることができる。例えば、負荷Ａ及びＲは、異なる電極の対を用いて求められ、アレイの種々の位置に隣接する負荷及び距離が与えられる。６つの電極を用いることにより、３つの異なる負荷及び距離が求められる。アレイの電極の数を多くすることにより又は付加的に非伝送電極の受信電流を用いることによって、さらに大きな空間分解能が与えられる。
一実施形態では、絶縁体１１４は、軟らかい又は半剛性で、電極層間の距離が予想通りに変化されることを可能にする。例えば、電極は、クッション又は発泡体絶縁体の異なる側面に位置決めされる。その結果、層の間の距離は、d=f(A)によって表わされるように負荷の関数として変化する。距離は、乗員の重さの関数として変化する。一実施形態では、d=c-kaであり、ここでｃ及びｋは、少なくとも部分的に、絶縁体の圧縮性及び／又は実験の関数として求められた定数である。d=c-(k2)A.sup.2のような代替的な距離ｄの表現を用いることができ、ここで、ｃ、ｋ１及びｋ２は定数である。上述の方程式を用いて、配列１００からの負荷及び距離を電極間の距離の関数として求める。このことは、システム上の負荷の影響を考慮することによって、さらに正確な負荷状態の判断を可能にすることができる。
求められた負荷及び距離の情報に基づいて、負荷状態が特徴付けられる。例えば、負荷は、（１）１つ又はそれ以上の位置にいる成人、（２）１つ又はそれ以上の位置にいる子供又は小柄な成人、（３）ＦＦＣＳにいる子供、（４）ＲＦＣＳにいる幼児、又は（５）別の物体として分類される。分類は、予想測定値との比較により決定することが好ましい。代替案としては、占有者がエアバッグ起動に対して十分な大きさであるか、又はエアバッグ起動には小さすぎるかを分類するために、負荷の分布を決定することにより乗員の首を見つけ出すアルゴリズムを用いる。さらに別の代替的な実施形態では、測定値の関数が分類を決定する。
図８は、エアバッグ・システムを有効又は無効にするため、又は、分類の関数として制御信号を与えるために測定された信号を用いる一実施形態のフローチャートを示す。フローチャートは、車両座席の基部分に位置決めされた図５の電極の配列１００により動作するように最適化されているが、他の電極の配列を用いてもよい。
システムは、プロセス３０２で、座席が空であるかどうかを判断する。プロセス３０４では、システムが、チャイルドシートによって占有されているかどうかを判断する。プロセス３０６では、システムが、成人又は子供によって占有されているかどうかを判断する。プロセス３０８では、システムは、分類の信頼性を高めるために照合又はさらに別の処理を実行する。このようなプロセスは、どの順序又は組み合わせで実行してもよく、例えば、１つ又はそれ以上の他のプロセス３０２、３０４及び／又は３０６の一部として、プロセス３０８の１つ又はそれ以上の照合を実行することができる。別のプロセスの判断に応答して省略されてもよいプロセスもあり、例えば、座席が空であると分類された後で、他の全判断を省略することができる。分類のために異なるプロセス、アルゴリズム、又は計算を用いることもできる。
座席が空かどうかを判断するプロセス３０２で、システムは、動作３１０でカウントを０に初期設定する。ループ３１２で表わされるように、６つの電極の各々（ｉ）に対して、動作３１４及び３１６が繰り返される。動作３１４では、各負荷電力に対する値が空の閾値と比較される。負荷電流が閾値を超えている場合には、プロセス３０２は、動作３１２における次の電極に値を歩進する。負荷電流が閾値より少ない場合には、空の計数の変数が１だけ増加される。このように、プロセス３０２は、任意の所定のときにおける空の閾値より低い負荷電流値の数の計数を与える。一実施形態では、負荷電流値のいずれかが閾値を超えている場合には、座席は占有されていると分類される。
プロセス３０２及び／又は別のプロセスの一実施形態では、２つ又はそれ以上の電極からの負荷電流が平均化されて、ファントム電極負荷電流を表わす。例えば、図５に示す対の設計の場合は、４つのファントム負荷電流、すなわち各層に２つのファントム負荷電流が、異なる電極負荷電流のグループを平均化することにより求められる。電極１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、及び１１２を、電極Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、及びＳ６（Ｓ１、Ｓ３及びＳ５が第１層を構成し、Ｓ２、Ｓ４及びＳ６が第２層を構成する）として表示を付すことにより、４つのファントム負荷電流が、以下のように計算される。
S.sub.avg1=(S1+S3)/2
S.sub.avg2=(S2+S4)/2
S.sub.avg3=(S3+S5)/2
S.sub.avg4=(S4+S6)/2
座席がチャイルドシートによって占有されているかどうかを判断するプロセス３０４では、システムは、動作３２０でチャイルドシート計数を０に初期設定する。ループ３２２で表わされるように、４つのセクションの各々（ｉ）に対して、動作３２２、３２４、３２６及び３２８が繰り返される。４つのセクションは、少なくとも２つの電極と関連する負荷電流の測定値の４つの独特な組み合わせに対応する。例えば、４つのセクションは、電極の４つの組み合わせ：（１）電極１、２及び３、（２）電極２、３及び４、（３）電極３、４及び５、（４）電極４、５及び６からの負荷電流を含む。他の組み合わせを用いることもできる。
動作３２４で、負荷Ａ及び距離Ｒを第１セクションの負荷電流から求める。計算は、上述のように求められる。一実施形態では、負荷Ａの計算は以下のように求められ、
A0=(S.sub.avg1*S2)/(S.sub.avg1=S2)*(S2).sup.-y;
A1=(S3*sub.avg2)/(S3=S.sub.avg2)*(S.sub.avg2).sup.-y;
A2=(S.sub.avg3*S4)/(S.sub.avg3-S4)*(S4).sup.-y;及び
A3=(S5*S.sub.avg4)/(S5-S.sub.avg4)*(S.sub.avg4).sup.-y
ここで、修正因子(Sb).sup.-yが用いられる。実験に基づいて、１つの好ましい値は、y=0.4である。いずれかの負荷Ａが０より小さいか又は０と等しい場合には、値は−１と指定される。Ｒは以下のように計算され、
R0=A0/S.sub.avg1;
R1=A1/S3;
R2=A2/S.sub.avg3;及び
R3=A3/S5
ここで、対応するＡの値が−１と等しい場合には、距離Ｒの値は９９９９９と指定される。
電極層間の距離は、負荷の関数として変化する。動作３２６で、電極から負荷への距離Ｒがチャイルドシートの閾値と比較される。距離Ｒが閾値より上である場合には、プロセス３０４は、動作３２２における次のセクションに歩進する。距離Ｒが閾値より下である場合には、チャイルドシート計数の変数は１だけ増加される。したがって、プロセス３０４は、任意の所定のときに、チャイルドシートの閾値より高い距離Ｒをもつセクションの数を計数する。換言すると、距離の値が座席から離間された物体に対応するセクションの数が求められる。一実施形態においては、４つのセクションのうちの３つが閾値より上の距離Ｒに対応する場合には、座席がチャイルドシートにより占有されているとして分類される。チャイルドシートは、さらに、Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３である場合にはＦＦＣＳとして分類することができ、Ｒ０＞Ｒ１＞Ｒ２である場合にはＲＦＩＳとして分類することができ、又は他の方法で分類することができる。
座席が子供又は成人によって占有されているかどうかを判断するプロセス３０６においては、システムは、動作３３４において、領域索引を０に初期化する。ループ３３６により表わされる４つのセクションの各々に対して、負荷値Ａの比較のために、動作３３８及び３４０が、各々について３回繰り返される。動作３３８において、１つのセクションの負荷を別のセクションの負荷と比較し、例えば、動作３３６のループ計数により定められたセクションの負荷を、領域索引により定められたセクションの負荷と比較する。例えば、セクション１の負荷をセクションゼロの負荷と比較する。ループ計数により定められたセクションの負荷が領域索引により定められた負荷より少ない場合には、プロセス３０６は、動作３３６において、次のセクション及び関連するループ計数に歩進する。ループ計数により定められたセクションの負荷が領域索引により定められた負荷より多い場合には、領域索引変数は、現行のループ計数の変数と等しくなるように設定される。したがって、プロセス３０６は、最大負荷値及び関連するセクションを求める。最大負荷値を閾値と比較して、負荷が成人又は子供と対応するかどうかを判断する。
一実施形態においては、最大距離値Ｒに対応する負荷値Ａは、プロセス３０６を実行するために除外する。この除外は、上述のファントム負荷電流の実施形態において２つの隣接する電極からの負荷電流を平均化することにより引き起された偽データを排除することができる。
プロセス３０８において、１つ又はそれ以上のチェック及び／又は他の動作が実行されて、分類を検証及び／又は制限する。例えば、プロセス３０２、３０４、及び／又は３０６の数の結果を、時間の関数として平均化する。この移動平均は、どのような占有者も分類するのに用いられる。これの代わりに又はこれに加えて、閾値及び／又は計算に対する比較の前に、負荷電流の測定値を時間の関数として平均化する。
別の例として、特性が分類されると、分類は、５秒といった時間の期間においてロックされる。プロセス３０２、３０４、及び３０６が逐次的な測定の異なる組に対して繰り返されるとき、後に続く異なる分類が、ある期間の後で廃棄されるか又は平均化され、無視される。制御信号として与えられる分類は、閾値の時間の期間が終わるまで変更されない。これの代わりに又はこれに加えて、分類は、連続的な又は実質的に連続的な分類の特定の数が、特性が変更されたことを示さない限り変更されない。代替的な実施形態においては、子供、ＲＦＣＳ、及び／又はＦＦＣＳの分類は、車両が止まるか、又は空の分類が求められるまでロックされる。
さらに別の例においては、重なり合う閾値を用いて、分類の種類に優先順位を付ける。一実施形態においては、閾値は、子供から成人へより、成人から子供へ、分類を容易に変更できるように設定される。例えば、分類が成人である場合には、占有者を子供として分類するための最大負荷しきい値は、分類が子供として始まった場合より高く設定される。同様に、車の座席の分類に必要とされるセクションの閾値又は数は、最も最近の以前の分類の関数として異なることがあり、成人及び／又は子供と車の座席との間の優先順位付けをもたらす。この優先順位付けは、グレーゾーン又は閾値間の領域を与える。例えば、低い閾値は、平均６歳の子供の負荷に基づくとすることができ、上の閾値は、第５百分位数の成人女性に基づくとすることができる。グレーゾーン内に分類されたいずれの占有者も、子供としての分類といった、優先順位により分類される。
一実施形態においては、成人の分類が、１つの地点に立っている子供又は座席の基部分にある食料雑貨入れの袋の結果ではないことを検証するために、チェックが実行される。成人として分類は、部分的には、座席の１つのセクション又は領域における負荷に基づくものであるため、このチェックは、負荷が、着席している成人に対するもののように分布されていることを検証する。各々の隣接するセクションの負荷に対する最大負荷の比率を負荷分布閾値と比較する。例えば、最大負荷A.sub.maxがＡ１負荷であり、（Ａ１＞Ａ０の１３５％又はＡ３の１２０％）である場合には、「ＩＲＲＥＧＵＬＡＲ」分類を用いる。同様に、Amax=A2及び（Ａ＞Ａ１の１３５％又はＡ２＞Ａ３の２００％）である場合、又は、Amax=A3及び（Ａ３＞Ａ２の１３５％）である場合には、条件は、さらに、「ＩＲＲＥＧＵＬＡＲ」と判定される。或いは、隣接する領域に関連するもののような他のセクションに対する負荷を、最大負荷として、同じ又は少ない負荷の閾値と比較する。負荷の分布が成人に対応する場合には、分類は検証される。成人に対応しない場合には、分類は子供に変更される。エアバッグを無効にする制御信号は、不規則な分類に応答して与えられる。
他のチェックを実行することができる。最大負荷ＡがＡ０負荷である場合には、占有者は、所定の位置にいないか又は座席の縁に座っていると考慮される。この分類は「ＩＲＲＥＧＵＬＡＲ」と考慮される。
制御信号のステータスを示すために、ＬＥＤ又は他の出力デバイスを設けることが好ましい。例えば、ＬＥＤは、エアバッグが無効にされたときに照明される。
典型的な自動車座席材料と併せて用いる一実施形態においては、層間の距離が測定される。自動車の座席は、典型的には、部分的にオープンセルのポリウレタン発泡体で製造される。発泡体は、電極層間の絶縁体として用いられる。この手法は、改善された快適さを可能にすることができ、より容易に又は利便性をもってセンサを座席に成形することを可能にする。より剛性のある又は軟らかい材料といった他の材料を用いることができる。
本実施形態においては、絶縁層の圧縮（例えば、オープンセルのポリウレタン発泡体の圧縮）が、質量Ａ及び距離Ｒの計算に考慮される。さらに、圧縮は、占有者の重量Ｗを求めるのに用いることができる。重量は、エアバッグシステムの負荷及び関連する制御を特徴付けるのに用いられる。
絶縁層の圧縮は、層間の距離ｄを測定することにより考慮される。センサＳが、図９に示す各々の電極に対して、絶縁層の反対側に加えられる。電極の厚さは、絶縁体の厚さｄと比較すると無視できるものであるが、図９においては、参照を容易にするために、実態あるものとして示される。代替的な実施形態においては、センサＳが、電極Ｅのすべてのうちのわずか１つ又はそのサブセットの反対側に加えられる。例えば、センサＳは、電極の上部層の反対側に配置されるが、電極の底部層には配置されない。代替的な実施形態においては、他の電極Ｅが、加えられたＳの代わりに用いられる。
センサＳは、上述のように、金属フォイル、帯紐、又は他の材料のような電極を含む。センサＳの各々は、他のセンサＳ又は電極Ｅと同様な又は異なる形状及び／又は大きさを含むあらゆる形状及び／又は大きさである。一実施形態においては、センサＳは、同じ形状であるが、それぞれの反対側の電極より小さい領域を含む。例えば、各々のセンサＳの領域は、それぞれの反対側の電極Ｅの領域のおおよそ１／１０である。図９は、こうした配列を示す。図示のように、センサＳは、反対側の電極Ｅの中心近くに位置決めされるが、他の相対位置を用いてもよい。
本実施形態のセンサＳ及び電極Ｅの配列は、距離ｄを測定するのに用いられる。第１の実施形態においては、一方は反対側のセンサＳが浮動しており（すなわち、電気接続されていない）、他方は反対側のセンサＳが接地されている電極Ｅの少なくとも１つに対して２つの測定がなされる。第２の実施形態においては、負荷電流又は他の電流が、反対側の電極Ｅが接地されたセンサＳについて測定される。
この第１の実施形態を参照すると、底部電極Ｅが例として用いられる。同じ測定を電極とセンサの組み合わせの他のものにも用いることができる。浮動測定は、B=K(A/(R+d)+Sfloat/d)として表わされ、ここでＢは底部電極Ｅの受信又は負荷電流（上述の同様な方程式におけるＳｂ）であり、Ｓｆｌｏａｔは、浮動条件における厚さセンサＳにより引き起された負荷を表わす。Ｓｆｌｏａｔは、センサＳと反対側の電極Ｅの相対的な大きさ及び形状の関数として求められた定数である。
接地されたセンサＳによる測定はBa=K(A/(R+d)+Sgnd/d)として表わされ、ここでＢａは底部電極Ｅの受信又は負荷電流（上述の同様な方程式におけるＳｂ）であり、Ｓｇｎｄは接地された条件において厚さセンサＳにより引き起された負荷を表わす。Ｓｇｎｄはさらに、センサＳと接地された接続の相対的な大きさ及び形状の関数として求められた定数である。
電極は、スイッチ７０２を用いて、浮動される、接地される、或いは別の方法により低い又は高いインピーダンス・ノードに接続されることが可能である。スイッチは、上述のように、トランジスタ、マルチプレクサ、又は他の切換デバイスを含む。
上述の方程式は、Ba-B=K(Sgnd/d-Sfloat/d)を与えるように組み合わされる。Ｓｆｌｏａｔは小さいことが好ましい。例えば、センサＳは、上述のように小さい領域を有して、Ｓｆｌｏａｔが判断から除外されることを可能にする。組み合わされた方程式は、次いで、Ba-B=K(Sgnd/d)又はd=K(Sgnd/(Ba-B))になる。Ａ及びＲを計算するために、上部電極及び底部電極に対する測定値Ｔ及びＢが取得される。センサＳを用いる付加的な測定を用いることができる。上部電極及び底部電極Ｅを求めるには、T=K(A/R)及びR=K(A/T)及びB=K(A/(R+d))である。Ａを求めることにより、A=Const.*(TB/(T-B))*(Sgnd/(Ba-B))になる。
同様に、上述のように、(Sgnd/(Ba-B))を用いて、Ｒが距離Ｄに対して求められる。Ａ及びＲは上述のように用いられ、あらゆる占有者を特徴付けて、エアバッグ又は他のシステムを制御する。Ａ又はＲのための方程式における定数は、実験により求められ、ここで説明された要因のいずれをも考慮することができる。
さらに別の変数を用いることができ、例えば、圧縮を補償するために、方程式をB.sup.-yで乗算することができ、ここで距離ｄは測定されない。実験により、０．４がｙのために選択された。距離はここで説明されたように測定される。他の代替的な実施形態においては、Ｓｆｌｏａｔは有意であると仮定され、Ａ及びＲを計算するのに用いられる。
距離ｄを測定する第２の実施形態においては、センサＳは発振信号と接続される。センサＳの構成の１つの実施形態を図１０に示す。上述の又は図９に示すもののような他の構成も用いることができる。図１０は、３つの上部電極Ｅ及び２つの底部電極Ｅを示す。上部電極Ｅの反対側に位置決めされた３つのセンサＳは、互いに電気接続されている。代替的な実施形態においては、センサＳは、電気的に独立している。
上述の電極測定に続いて、センサＳを用いて厚さｄを測定する。例えば、センサＳは、発振信号に接続され、反対側の電極Ｅは接地される。電極Ｅを接地することにより、いずれかの占有者により引き起された電流の影響が最小になる。
負荷電流が測定される。センサＳの負荷電流は、距離Ｄが少ないほど大きくなる。実験により求められた値を用いて、負荷電流が対応する距離と適合される。距離を上述の方程式に用いて、Ａ及びＲを求める。
８ビットのマイクロコンピュータを用いる本実施形態を実施するための例示的なソフトウェアコードは、付録Ａとして添付される。このコードは、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃコードを含む。付録Ａのコードにおいては、ｃｈ（ｘ）は現在の出力読み取りを（ビットで）表わし、ここでｘは、説明されるチャネル数であり、ｓｙｓ＿ｃｏｎｓｔ（ｙ）は負荷されていない出力読み取りを（ビットで）表わし、ここでｙは説明されるチャネル数である。Ｔｈ値は、閾値又は絶縁体厚さといった実験により求められた値を表わす。付録Ａの例示的なコードにおいては、システムは、逐次的に、１）出力読み取りを電圧に変換し、ケーブル長さを補償する機能、２）接地された占有者の条件をチェックするために計算を実行する機能、３）２つの周波数データを用いて、負荷の複素インピーダンスを計算する機能、４）電極に関連する距離（ｄ）を計算する機能、５）負荷の有効表面積（Ａ）を計算する機能、６）上部層電極にわたる負荷の距離（Ｒ）を計算する機能、７）占有者の分類（例えば、有効表面積の平均、有効表面積の最大値、負荷の合計容量など）に用いられる判定パラメータを計算する機能、８）判定パラメータを用いて、所定の閾値に基づいて占有者を分類する機能、を実行する。
一実施形態においては、距離ｄを用いて、対応する占有者の重量を求める。圧縮量は、占有者により適用される重量を表わす。関係は、上述のように実験により求められる。小さい距離ｄは、より重い占有者を示す。
一実施形態においては、距離は、負荷が座席に適用される前とその後（すなわち、占有者が座席を占有する前と後）の測定の関数として求められる。例えば、センサと電極との間の静電容量は、距離の関数として線形になると仮定される。図１０のセンサ配列を用いると、センサに対する非負荷電圧V.sub.iはk*3S/d.sub.0と等しく、センサＳに対する負荷電圧V.sub.Lはk*3S/d.sub.Lに等しく、ここでdo及びd.sub.Lは、それぞれ負荷が与えられていない距離及び負荷が与えられた距離であり、Ｓはセンサの反対側の電極の有効表面積であり、ｋは定数である。d.sub.Lを求めると、d.sub.L=d.sub.0(V.sub.L/V.sub.i)である。この負荷条件の下の絶縁体の全体厚さを用いて、全体のＡ、Ｒ及び／又は重量の値を求めることができる。
占有者を特徴付け、エアバッグシステムを制御するために、重量又は距離がＡ値及びＲ値と併せて用いられる。例えば、閾値と論理の関係が各々の変数（例えば、Ｗ、Ｒ、及びＡ）に適用されて、いずれかの占有者の大きさ及び位置といった特徴を求める。重量Ｗは、占有者が成人であるか又は小さい成人／子供であるかを示すことができる。
別の例として、重み付けられたこれらの変数の２つ又はそれ以上の組み合わせが用いられる。実験に基づくものといった種々の組み合わせを用いることができる。例えば、1/3W+1/3Amax+1/3Aavgの重み付けられた合計が閾値と比較されて、いずれかの占有者が成人であるか又は小さい成人／子供であるかを求める。Ｒは、論理的に、子供用補助椅子が用いられているかどうかを求めるために用いられる。他の機能関係又は計算を用いることができる。
さらに別の実施形態においては、電極アレイにわたる重量の分布が求められ、又は別個のＡ、Ｒ、又はｄの値が座席の特定のセクションに対して求められる。例えば、図１０のセンサ配列を用いると、距離ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５及びｄ６はそれぞれの５つの電極に対応する。Cap.sub.1-2、Cap.sub.1-4及びCap/sub.1-6は、それぞれ電極２、４、及び６に関連する静電容量の変化であり、測定されたチャネル１のセンサ電圧又は関連する電流CH.sub.1は、Cap.sub.1-2＋Cap.sub.1-4+Cap.sub.1-6に等しく、これは、静電容量の変化が電流差により表わされるためである。Cap.sub.1-2はkS(1/d2-1.sub.0)に等しく、Cap.sub.1-4はkS(1/d4-1.sub.0)に等しく、Cap.sub.1-6はkS(1/d6-1.sub.0)に等しい。Cap.sub.1-2、Cap.sub.1-4、及びCap.sub.1-6が、それぞれのチャネルCH.sub.2、CH.sub4及びCH.sub.6における電圧又は電流に等しいか又はこれに近似すると仮定し、合計チャネル電圧CH.sub.TがCH.sub.2+CH.sub.4+CH.sub.6に等しく、d2が(CH.sub.T*d.sub.0)/(CH.sub.T+m*CH.sub.1*CH.sub.2*d.sub.0)に等しく、d4が(CH.sub.T*d.sub.0)/(CH.sub.T+m*CH.sub.1*CH.sub.4*d.sub.0)に等しく、d6が(CH.sub.T*d.sub.0)/(CH.sub.T+m*CH.sub.1*CH.sub.6*d.sub.0)に等しいと定義し、ここでｍは定数ｄ３であり、ｄ５は隣接する電極に関連する距離の平均であると仮定される。Ａ値及びＲ値も同様に各々のセクションに対して別個に求めることができる。
座席のセクションに対する別個のＡ、Ｒ及び／又はｄの値を用いて負荷を特徴付ける。例えば、値は、どの閾値又はアルゴリズムを適用するかを判断するため、占有者の分布を示すため、最大値、最小値、又は平均を計算するため、占有者の特徴の比較を可能にするため、又は他の値或いは他の用途を修正するために用いられる（付録Ａ及びＢを参照されたい）。距離の分布の関数としての重量分布を用いて、さらに占有者を特徴付けることができる。
種々の測定、計算、又は判断のいずれか１つ又はそれ以上は、乗員区画内の環境条件に対応するとすることができる。乗員検出システムは、１つ又はそれ以上の環境条件、例えば、乗員の接地状態、湿気及び水分といったものの検出に対応する。
接地条件の検出
上述のインピーダンスベースの乗員検出システムにおいては、未使用の電極は負荷測定中又は受信測定中、接地される。容量感知乗員検出システムもまた未使用電極を接地することができる。乗員の異なる接地状態を考慮するために、接地から切り離された未使用電極に対して付加的な測定が行われる。
第１の電極が接地され、信号は第２の電極において測定される。スイッチ又はマルチプレクサ５１４（図４）が電極を接地する。負荷又は受信電流が第２の電極において測定される。例えば、図５を参照すると、負荷電流が１つの電極１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２において測定され、他の電極が接地される。センサＳが設けられた場合（図９及び図１０を参照されたい）には、センサは、電極に供給される発振信号に接続される。或いは、センサは接地されるか又は浮動することを可能にされる。
第１の電極は、次いで、アースから切り離されて、第１の電極が浮動することを可能にされる（すなわち、電気的に接続されない）。例えば、スイッチ又はマルチプレクサ５１４（図４）が開かれる。代替的な実施形態においては、第１の電極がアースから切り離され、発振回路５０６（図４）又は別の信号源に接続される。例えば、同じ発振信号が第１の電極及び第２の電極の両方に適用される。負荷又は受信電流が第２の電極において測定され、第１の電極はアースから切り離される。センサＳが設けられた場合（図９及び図１０を参照されたい）には、センサは、電極に供給される発振信号に接続される。或いは、センサは接地されるか又は浮動することを可能にされる。
上述の関連する測定シーケンスをもつ接続及び切り離しは、各々の電極における測定に対して繰り返すことができる。例えば、２つの測定の各々の電極に対して行うことができ、１つの測定を１つ又はそれ以上の他の接地された電極に行い、１つの測定を１つ又はそれ以上の他の接地から切り離された電極に行うことができる。代替的な実施形態においては、関連する測定シーケンスをもつ接続及び切り離しは、電極のすべてのうちの１つ又はそのサブセットに対して実行される。
シーケンスの２つの測定が比較される。他の電極の同じ接地接続に関連する測定を平均化するか又は組み合わせることができる。異なる電極からのこうした同様な測定もまた平均化するか又は組み合わせることができる。
異なる接地接続に関連する２つの測定値が実質的に同じ場合には、乗員は適切に接地されている。２つの測定値が実質的に異なる場合には、乗員は接地されていない。実質的に異なる値は、接地レベルに対応する値を含み、これは、乗員検出システムによる実験に基づく異なる乗員特性の判断をもたらす。一実施形態においては、実質的に異なる値は、互いに、約５ないし１００％だけ異なる、好ましくは５０ないし１００％だけ異なる、さらにより好ましくは７５ないし１００％だけ異なる値を含む。代替的な実施形態においては、接地の３つ又はそれ以上のレベルに関連する２つ又はそれ以上の閾値が与えられる。
乗員が適切に接地されていると判断された場合には、他の電極が接地されたときに取得された測定を用いて、上述のように乗員を特徴付ける。乗員が接地されていないか又は部分的に接地されていると判断された場合には、信号、アルゴリズム、表の値、計算又は別のパラメータを変更して、乗員の減少したインピーダンス効果に対処する。例えば、測定された信号値は重みが乗算され、又は乗員を検出するのに用いられた表が接地状態の関数として選択される。重みは、選択的に適用することができ、例えば、乗員検出に用いられた信号値（例えば、他の電極の接地に関連する信号値）だけに、又は、こうした信号値のサブセットに適用することができる。
図５、図９、及び図１０の実施形態の例においては、乗員の座席領域に最も近い層上の電極に対して測定された値は、１つの重みが乗算され、乗員の座席領域から遠い層上の電極に対して測定された値は、別の重みが乗算される。一実施形態においては、２／３といった少ない重みが上方層の測定値に適用され、９／１０といった多い重みが下方層の測定値に適用される。他の重みを用いてもよいし、他の機能を乗算に加えて又はこれの代わりに用いてもよい。
相対インピーダンス
上述の接地状態の実施形態においては、真の接地又は有効な接地は、低いインピーダンス接続を与える。発振又は浮動は、高いインピーダンス接続を与える。切換インピーダンス接続を用いて負荷状態を求めることができる。所定の測定において、別の未使用の電極は、異なるインピーダンス間で切り換えられる。
異なるインピーダンス接続を用いる占有者座席領域の負荷状態を感知するための車両占有者検出システムは、上述の実施形態の１つを用いる。或いは、異なる実施形態が用いられる。例えば、電極の２つ、３つ、又は他の数が座席領域に与えられる。電極は座席の基部、座席の背部、又は基部及び背部の両方に位置決めされる。多数の層を用いることができるが、一実施形態は、座席領域において座席表面から実質的に同じ距離に位置決めされた電極のすべて又はほとんどを含む。
マルチプレクサといったスイッチは、電極を低いインピーダンス・ノード及び高いインピーダンス・ノードに接続するように作用可能である。低いインピーダンス・ノードは、接地接続又は有効接地接続を含む。低いインピーダンス・ノードは、測定中に用いられる伝送信号ではなく、低い周波数信号の回路位置とすることができる。例えば、低いインピーダンス・ノードはＤＣ電圧源であり、伝送信号は、９０ないし１２０ＫＨｚの信号といったＡＣ信号である。低いインピーダンス・ノードは、接地されたコンデンサ及び／又はレジスタといった既知のインピーダンス構成部品とすることができる。ほぼゼロ、１／１００オーム又は他の値といったいずれの値のインピーダンスも与えることができる。
高いインピーダンス・ノードは、接地されたコンデンサ又はレジスタ、又は他の回路の構成部品といった第２の既知のインピーダンス構成部品であり、又は、知られていないインピーダンスである。高いインピーダンスはどのような値であってもよいが、低いインピーダンス値より高いものでなくてはならない。例えば、高いインピーダンス値は１０オーム、開放回路（無限）又は他の値とすることができる。一実施形態においては、高いインピーダンスは、電極を発振器といった伝送信号源に接続するか、又は、電極を遮蔽電極に接続することにより与えられる。
異なる電極からの逐次的な測定及び／または伝送においては、別の未使用電極は事前に又は後続して用いられる電極とすることができる。スイッチ又は異なるスイッチが、電極を伝送及び／又は受信電極としてセンサにより用いるために接続し、又は、電極を異なるインピーダンス接続間で切り換えるために接続する。
センサは、１つ又はそれ以上の他の電極と測定回路とを含む。センサは、異なる電極を異なるときに接続することができる。センサは、１つの電極と接続された発振器といった信号源を含む。測定回路は、別の電極（例えば、受信電流）と接続し、又は、同じ電極（例えば、負荷電流）と接続する。スイッチは、センサによって現在使用されていない１つ又はそれ以上の電極に接続する。例えば、スイッチは、所定の測定中に、測定回路により伝送又は受信のために使用されていない電極に接続する。
測定回路は信号を逐次的に測定するように作用し、スイッチは電極を低いインピーダンス・ノード及び高いインピーダンス・ノードに接続する。異なる測定が異なるときに行われ、例えば、別の未使用電極が、低いインピーダンス・ノードに接続するとき、及び高いインピーダンス・ノードに接続する別のときなどに行われる。測定回路は、負荷信号、受信信号、静電容量、位相、周波数、インピーダンス又は他の種類の信号を測定する。測定された信号は、アナログ信号又はデジタルサンプルである。測定信号は、伝送及びスイッチの状態の１つに応答する。
プロセッサは、異なる測定された信号の関数として負荷状態を求めるように作用する。負荷状態は、占有状態と非占有状態、人又は物体、成人又は子供、又はこれらの組み合わせの間を識別する。ここで説明されるあらゆる負荷状態又は他の既知の又は後で開発される負荷状態（例えば、上述の特性を参照されたい）を求めることができる。
プロセッサは、異なるインピーダンス接続に関連する信号の比較の関数として負荷状態を求めるように作用する。例えば、高いインピーダンス接続に関連する信号に対する低いインピーダンス接続に関連する信号の比率は、比較値である。減算又は加算を含む他の関数を用いることができる。非線形関数を用いることができる。比較は、同じ構成により測定された信号のものである（例えば、同じ伝送、受信、及び別の未使用の電極）が、異なる構成から測定された信号を比較することができる。
比較は、負荷状態を示す。一実施形態においては、比較単独で２つの異なる負荷状態、例えば、人と無生物との間、又は、人（５％成人）と幼児がいる又はいないチャイルドシートとの間の負荷状態を識別する。別の実施形態においては、比較は、２つ又はそれ以上の負荷状態の間で識別するのに用いられる２つ又はそれ以上のパラメータの１つである。例えば、異なる電極に関連する測定値及び電極の１つ又はそれ以上に対する１つ又はそれ以上の比較値を用いて、２つ又はそれ以上の異なる負荷状態の間などのすべての望ましい負荷状態の間を識別する。別の例として、パラメータは、９０及び１２０ＫＨｚといった異なる伝送周波数に応答して求められた測定値及び／又は比較値を含む。接地状態は、測定されないし、用いられない。或いは、異なるインピーダンス接続に応答する異なる測定を用いて、比較値を生成することなく、別個に負荷状態を求める。
一実施形態においては、負荷状態は上述のように、エアバッグ起動を阻止するのに用いられる。或いは、負荷状態は、米国特許番号第 号（公開番号第 号、（連続番号第１１／２４８，８９５号））に開示されるようにシートベルト警告を生成するのに用いられ、この開示は引用によりここに組み込まれる。シートベルト警告は、幼児ではない（例えば、チャイルドシートではない）人といった特定の負荷状態に対してのみ生成され、チャイルドシート又は無生物などの他の負荷状態には生成されない。
異なるときに、別の未使用の電極を異なるインピーダンスに接続することは、占有者座席領域において感知するための車両占有者検出方法に用いられる。上述の実施形態又は異なる実施形態が用いられる。
第１の電極が、アースのような低いインピーダンス、測定中に用いられる伝送信号より低い周波数信号、別のノードより低い既知のインピーダンス又は別のインピーダンスに接続される。１つ又はそれ以上の信号が第２の電極において測定され、第１の電極が低いインピーダンスに接続される。第２の電極又は第３の電極は、発振信号に応答して伝送するなど、測定中に伝送する。一実施形態においては、測定された信号は負荷信号であるが、受信信号を、これに加えて又はこれに代わって、第３の電極からの伝送に応答して第２の電極において測定することができる。
異なるときに、第１の電極を高いインピーダンスに接続し、例えば、第１の電極が浮動することを可能にし（例えば、開放回路）、第１の電極を遮蔽電極に接続し、又は、第１の電極を高いインピーダンス構成部品に接続する。１つ又はそれ以上の信号が第２の電極において測定されて、第１の電極が高いインピーダンスに接続される。第２の電極又は第３の電極は、測定中に伝送を行う。低いインピーダンス及び高いインピーダンスの接続及び関連する測定は、いずれかの順番で実行される。１つより多い測定を各々の接続に行うことができる。
１つ又はそれ以上の電極を用いて、伝送中に伝送及び受信を行う。信号は、伝送中及び受信中に１つ又はそれ以上の電極の少なくとも１つから測定される。１つ又はそれ以上の電極とは異なる電極が、伝送中及び受信中に、逐次的に低いインピーダンス及び高いインピーダンスに接続される。信号の１つ又はそれ以上が低いインピーダンスに対する電極の接続中に測定され、信号の１つ又はそれ以上が高いインピーダンスに対する電極の接続中に測定される。
車両の座席における負荷状態は、測定された信号の関数として求められる。負荷状態は、占有されているかどうか、人又は物体、成人又は子供、又は他の状態の間を識別する。例えば、負荷状態は、成人の乗員又は子供がいる又はいないチャイルドシートのような物体として求められる。負荷状態は、ルックアップ表、閾値、又は他の関数を用いて求められる。一実施形態においては、異なるインピーダンス接続に応答する測定された信号が比較され、例えば比率である。他の測定されたパラメータをもつ又はこれをもたない比較は、負荷状態を求める。
負荷状態は、エアバッグ起動を阻止するのに用いられて、シートベルト警告の生成を有効にしたり無効にしたり、又は他の用途を可能にする。
湿度の検出
乗員検出システムは、湿度に感応性が高いとすることができる。図２及び図１０を参照すると、任意的な湿度センサＨ１は、湿度レベルを検出する。乗員検出システムは湿度センサに応答して、乗員の検出に対する湿度効果に対処する。
図１１は、発振回路５０６及び検出器５０４に接続する湿度センサ回路を示す（図４）。電極のチャネルに加えて、マイクロプロセッサ５０２との湿度センサ８００の接続のためのチャネルが与えられる。湿度センサ８００は乗員検出システム５００における電極又はアンテナとして接続される。湿度レベルは、各々の電極の測定電流の各々のサイクルにおいて逐次的に測定され、又は、多かれ少なかれ頻繁に測定される。
湿度センサ回路は、湿度センサ８００と、レジスタ８０２及び８０４と、バッファ８０６及び８０８とを含む。伝送バッファ８０６は、発振回路又は別の信号源に接続し、測定バッファ８０８は検出器５０４に接続する。
湿度センサ８００は、容量形式湿度センサを含む。例えば、湿度センサ８００は、発振駆動信号に応答して動作するソリッドステート容量性湿度センサを含む。他の種類の湿度センサを用いてもよい。湿度センサ８００は、座席トリムとクッション発泡体との間に位置決めされて、トリム、座席領域、又は乗員区画における水蒸気又は液体の量を感知する。一実施形態においては、湿度センサ８００は、少なくとも１つの電極に隣接して位置決めされる。代替的な実施形態においては、湿度センサ８００は、座席発泡体の孔、座席の横、又は乗員区画内の別の位置に位置決めされる。さらに別の代替的な実施形態においては、湿度センサ８００は、空気処理（例えば、空気加熱又は調整）ユニット内に位置決めされる湿度センサを含む。
発振信号といった信号が、伝送バッファ８０６から湿度センサ８００に適用される。発振信号は、周期的に、１２０ないし１２５ＫＨｚといったいずれかの周波数で伝送バッファ８０６に与えられる。
レジスタ８０２及び８０４は、分圧器を含み、湿度センサ８００と伝送バッファ８０６との間で直列に接続される。一実施形態においては、レジスタ８０２及び８０４の一方又は両方は、温度補償のためのサーミスタを含む。湿度センサに８００隣接するレジスタ８０２にわたる電圧降下が測定バッファ８０８に与えられる。電圧降下は、湿度センサ８００における電流に対応する。したがって、分圧器、測定バッファ８０８、及び検出器５０４は、電圧検出器を含むが、他の電圧検出器を用いてもよい。一実施形態においては、湿度センサに接続されたレジスタ８０２は１Ｋオームのレジスタであり、伝送バッファ８０６に接続されたレジスタ８０４は１０Ｋオームのレジスタである。他のレジスタ又は回路を湿度レベルを測定するのに用いることができる。
検出器５０４は、測定バッファ８０８の出力を、湿度センサ８００における電流のＲＭＳ値を表わすＤＣ電圧に変換する。一実施形態においては、絶対湿度が、測定された湿度レベル及び温度測定から計算される。乗員区画内に位置決めされた温度計からの出力を用いて、マイクロプロセッサ５０２が絶対湿度を計算する。代替的な実施形態においては、検出器５０４からの測定された湿度レベルは、単独で又は他の値と組み合わせて用いられる。
測定された値、アルゴリズム、プロセス、又は表は、湿度レベルの関数として変更される又は選択される。例えば、測定された電流を乗員の存在又は特性と関連させる２０の表といった複数の表が与えられる。各々の表は、湿度と測定静電容量又はインピーダンスとの間の関係の関数として、異なる湿度レベル又はレベルの範囲に対応する。別の例として、電極における電流を表わす測定された値は、湿度レベルの関数として変更される。一実施形態においては、値は、摂氏１０度と５０度との間の温度が与えられている場合、最大湿度に対して約５％だけ変更される。他の変更量を与えることができる。分解能及び関連する変更量又は表の選択は、測定された値に対する湿度の実験又は理論関係に基づく。
水分の検出
乗員検出システムは、アンテナ、電極、又は他のセンサに隣接する液体に感応性があるとすることができる。１つ又はそれ以上の任意的な水分センサを設けてもよい。乗員検出システムは、水分センサに感応性があり、乗員の検出に対する液体の影響に対処する。
一実施形態においては、乗員検出システムの電極とは分離した水分センサが設けられる。図２及び図１０を参照すると、水分センサＷ１は、水分レベルを検出する。水分センサＷ１は、布又は他の水分を吸収する又は保持する材料により分離された２つの電極を含む。例えば、２つの長方形電極は、布テープの１ｍｍにより分離される。代替的な実施形態においては、水分センサＷ１の２つの電極の一方が、乗員検出システムの電極の１つを含む。他の水分センサを用いてもよい。水分センサＷ１は、座席１を覆う布内、座席絶縁体の上面又は底面上、又は絶縁体内に位置決めされる。一実施形態においては、水分センサＷ１は、乗員検出システムの電極の１つ又はそれ以上に隣接して位置決めされる。
水分センサＷ１の２つの電極間の抵抗が測定される。例えば、発振又はＤＣ信号が適用され、電圧降下が測定される。抵抗は、２つの電極間で吸収された水分又は液体の量の関数として変化する。
代替的な実施形態においては、水分センサは、占有者の存在を検出するのに用いられるのと同じ電極の１つ又はそれ以上を含む。水分を検出するためには、２つの異なる伝送周波数に応答する測定が行われる。例えば、１２５ＫＨｚ及び９０ＫＨｚの逐次的な伝送に応答する負荷測定又は受信測定が行われる。非伝送電極又は非受信電極は、測定中接地される。
伝送された波形に関する各々の測定の位相角遅延は、マイクロプロセッサ５０２又は別のデジタル或いはアナログデバイスにより計算される。例えば、以下の方程式が用いられ、
Figure 2007197001
ここで、v.sub.il及びv.sub.o1は、低い周波数伝送に応答する測定された電圧であり、v.sub.i2及びv.sub.o2は、高い周波数伝送に応答する測定された電圧であり、.omega..sub.1及び.omega..sub.2は伝送周波数である。
測定に関連する電極と他の接地された電極との間の抵抗Ｒは、位相角の関数として計算され、
Figure 2007197001
ここで、R.sub.oは測定電極に関連するチャネルの出力インピーダンスである。静電容量を同様に求めることができる。
Figure 2007197001
電極間の抵抗又は抵抗変化は、電極に関連する水分レベルを示す。抵抗変化が閾値を超えた場合には、乗員検出システムの電極は濡れていると考慮される。一実施形態においては、水分レベルは、乗員検出システムの各々の電極に対して別個に測定される。代替的な実施形態においては、電極の１つ又はサブセットが用いられる。
乗員の存在を求めることは、測定された水分に応答性がある。マイクロプロセッサ５０２又は別のアナログ或いはデジタルデバイスは、測定された水分の関数として変化を実施する。一実施形態においては、閾値の上の水分レベルに応答して、障害信号が生成される。乗員の存在の検出は、水分量のために、障害があるものと判断される。別の実施形態においては、乗員の存在を検出するために上述された値、アルゴリズム、表、又は計算のいずれも、検出された水分レベルの関数として変更されるか又は選択される。変更の種類又は量は、乗員の検出に対する水分レベルの影響を示す実験に基づく。
本発明は、上に与えられる実施形態に限定されるものではない。例えば、発振器から出力された信号の周波数は、検出される物体に応じて１２０ｋＨｚ以外のものであってもよいし、又は、付加的なデータを取得するように変更してもよい。さらに、信号の電圧振幅は、５から１２ボルトの範囲の外であってもよく、出力波形は、正弦波以外の波形であってもよい。電極は、ルーフライナ、床の上、座席の背部、ダッシュボード及び／又は後部座席の正面にある座席といった乗員座席領域に隣接する異なる位置に位置決めすることができる。システムは、正面衝撃エアバッグ、側部衝撃エアバッグ、シートベルト制御、温度制御、及び車両の他のデバイスを含む多数の異なるシステムの１つ又はそれ以上と動作するように用いることができる。負荷電流、受信電流、静電容量、又はこれらの組み合わせの測定は、乗員を分類するために、種々のアルゴリズムのいずれかと併せて用いることができる。システムは、さらに、他の適用例、例えば、占有者の特性に依存するデバイスを制御するための病院のベッドにも用いることができる。電極の二層より多い層を用いることができる。環境センサのない、或いは、１つ又は又はそれ以上の環境センサと関連する測定シーケンスのいずれの組み合わせも用いることができる。
種々の実施形態がここに説明されたが、特許請求の範囲及びその等価物により定義される本発明の範囲から離れることなく、変更及び修正を行うことができる。
２つの電極間に障害がない電界分布を示す、電界の伝送を使用する乗員検出システムの基本動作を示す図である。 ２つの電極間に物体が存在する場合の電界の分布を示す、電界の伝送を使用する乗員検出システムの基本動作を示す図である。 複数の電極の配列の一実施形態のグラフ図である。 乗員検出システムの一実施形態を示すブロック図である。 乗員検出システムの別の実施形態を示すブロック図である。 電極の配列の一実施形態の平面図及び側面図を含む。 乗員を検出するための方法の一実施形態を表わすフローチャートである。 一実施形態における負荷に対して位置決めされている電極層のグラフ図である。 乗員を分類するための方法の一実施形態を表わすフローチャートである。 電極の配列の一実施形態のグラフ図である。 電極の配列の別の実施形態のグラフ図である。 湿度センサをもつ受信機チャネルの一実施形態の回路図である。
符号の説明
４００：システム
４０２：占有者感知ユニット
４０４：補助拘束装置（ＳＲＳ）
４０６：表示メータ
４０８：占有者警告ランプ
４１０：ＳＲＳ警告ランプ
４２２：電界センサ
４２４：電界ドライバ及び検出器
４２６：占有者識別器

Claims (11)

  1. 占有者座席領域において感知するための車両占有者検出方法であって、
    （ａ）第１の電極を、アースより大きいインピーダンスを有する低いインピーダンスに接続するステップと、
    （ｂ）前記第１の電極が前記低いインピーダンスに接続されている間、第１の信号を第２の電極において測定し、前記測定中に前記第２の電極又は第３の電極が伝送を行うステップと、
    （ｃ）前記第１の電極を高いインピーダンスに接続するステップと、
    （ｄ）前記第１の電極が前記高いインピーダンスに接続されている間、第２の信号を前記第２の電極において測定し、前記測定中に前記第２の電極又は前記第３の電極が伝送を行うステップと、
    （ｅ）車両の座席における負荷状態を前記第１の信号及び前記第２の信号の関数として求めるステップと、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記（ｅ）が、前記座席領域の占有状態又は非占有状態を判断するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記（ｅ）が、人と物体との間を識別するステップを含み、さらに、
    （ｆ）シートベルト警告を、前記負荷状態が人である場合に生成し、前記負荷状態が物体である場合には生成しないステップ、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記（ｃ）が、
    前記高いインピーダンスのために、前記第１の電極を遮蔽電極に接続するステップと、
    前記第１の電極が浮動することを可能にするステップと、
    前記第１の電極を高いインピーダンスの構成部品に接続するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記（ｂ）が、前記第３の電極からの伝送に応答して、前記第２の電極において受信信号を測定するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記（ａ）が、前記第１の電極が、前記測定中に用いられる伝送信号ではなく、低い周波数信号に接続するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 前記（ｅ）が、前記第１の信号を前記第２の信号と比較するステップを含み、前記比較が、前記負荷を求めるのに用いられた複数のパラメータの１つであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 占有者座席領域における負荷状態を感知するための車両占有者検出システムであって、
    第１の電極及び第２の電極と、
    前記第１の電極を、アースインピーダンス以外の低いインピーダンス・ノード及び高いインピーダンス・ノードに接続するように作用するスイッチと、
    少なくとも前記第２の電極及び測定回路を含むセンサと、
    を含み、前記測定回路が、前記第１の電極が前記低いインピーダンス・ノード及び前記高いインピーダンス・ノードのそれぞれに接続されているときに第１の信号及び第２の信号を測定するように作用可能であり、前記第１の電極は、前記第１の信号及び前記第２の信号の測定中、前記測定回路による伝送又は受信には使用されないことを特徴とするシステム。
  9. 前記低いインピーダンス・ノードが、前記測定中用いられる伝送信号ではなく低い周波数信号の位置であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
  10. 前記低いインピーダンス・ノードが、第１の既知のインピーダンス構成部品を含み、前記高いインピーダンス・ノードが、第２の既知のインピーダンス構成部品を含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
  11. 前記高いインピーダンス・ノードが、遮蔽電極又は開放回路を含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
JP2007044583A 2006-01-26 2007-01-26 相対インピーダンス測定を用いた車両占有者検出 Expired - Fee Related JP4960725B2 (ja)

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