JP2011002248A - 静電式乗員検知装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】静電センサのメイン電極とガード電極との間に電位差が生じた場合でも乗員検知ECUで乗員の静電容量を正確に検出すること。
【解決手段】座部シート内に互いに離隔状態に配置されたメイン電極31a及びサブ電極31cと、車両ボディとメイン電極31aとの間に離間して配置されたガード電極31bとを有する静電センサ31と、切換部13、電流検出抵抗器RSa〜RSc、マルチプレクサ43、電流検出部44及び電圧変換部45を有するセンサ特性計測部14と、CPU15とを備える。CPU15でガード電極31bに流れる電流を、0と判定した際にメイン電極31aの静電容量の測定値M1を乗員判定データとし、負方向と判定した際にメイン電極測定値M1にガード電極31bの静電容量の測定値G1を加算した値を乗員判定データとし、正方向と判定した際にメイン電極測定値M1からガード電極測定値G1を減算した値を乗員判定データとする。
【選択図】図3

Description

本発明は、車両において、乗員のシートへの着席を検知する静電式乗員検知装置に関する。
従来、静電式乗員検知装置は、例えば特許文献1に記載されているように、車両の座部シートに配置されるメイン電極と、このメイン電極と縦並びに離間して配置されたサブ電極と、車両接地部に導通する車両ボディとメイン電極との間で当該メイン電極の直下に離間して配置されたガード電極とを有する静電センサを備える。
この静電センサで座部シート上の乗員の静電容量を検出する場合、メイン電極とガード電極とを同電位として、メイン電極と車両ボディとの間に電界を形成して乗員の静電容量を検出する。つまり、メイン電極と車両ボディとの間に発生させた微弱電界の乱れを電流又は電圧として静電センサから出力し、この出力された電流値又は電圧値に基づき、乗員検知ECU(電子制御ユニット)が乗員判別を行うようになっている。
特開2008−203150号公報
上記の特許文献1の装置においては、図1に示すように、乗員検知ECU1に接続された静電センサ2において、乗員の静電容量を検出する際にメイン電極とガード電極との双方を同電位とするが、双方の電極間に電位差が無い場合、双方の電極からの出力電流は同じなので干渉せず、適正な乗員の静電容量CHを得ることができる。なお、図1において、CMGはメイン電極とガード電極間の静電容量、CBはガード電極と車両ボディ間の誤差容量、CHは乗員の静電容量、Y1は乗員の静電容量CHに応じた出力電流、Y2は誤差容量CBに応じた出力電流である。
しかし、静電式乗員検知装置においては、静電センサ2の検出感度を上げるため、各電極の面積を広くするが、このためメイン電極及びガード電極間の静電容量CHが大きくなり、乗員検知ECU1でメイン電極とガード電極との電位差を同電位とすることが困難となる。このため、メイン電極とガード電極との双方の電極間に電位差が生じた場合、双方の電極からの出力電流が異なるので、その出力電流が干渉し、図2に矢印Y3で示すようにメイン電極からガード電極へ電流が流れるか、矢印Y4で示すようにガード電極からメイン電極へ電流が流れる。この何れかの電流Y3又はY4によって本来の静電容量測定のための電流値が変化し、乗員検知ECU1で適正な乗員の静電容量を得ることができないという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、静電センサのメイン電極とガード電極との間に電位差が生じた場合でも乗員検知ECUで乗員の静電容量を正確に検出することができる静電式乗員検知装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項1に記載の発明は、車両のシート内に互いに離隔状態に配置されたメイン電極及びサブ電極と、車両接地部に導通する車両ボディとメイン電極との間に離間して配置されたガード電極とを有する静電センサと、前記静電センサのメイン電極、サブ電極及びガード電極に選択的又は全てに交流電圧信号を印加し、この印加に応じてメイン電極、サブ電極又はガード電極に発生する電流を電圧値に変換するセンサ特性計測部と、前記センサ特性計測部で前記電圧値を検出した結果から、当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極とガード電極の電圧が同電位の場合にガード電極に流れる電流を基準点とし、メイン電極の電位がガード電極の電位よりも高い場合にガード電極に流れる電流の方向を負方向とし、メイン電極の電位がガード電極の電位よりも低い場合にメイン電極に流れる電流方向を正方向とし、ガード電極に流れる電流が前記基準点の場合に当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極の電圧値を乗員判定データとし、ガード電極に流れる電流が前記負方向の場合に当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極の電圧値にガード電極の電圧値を加算した値を乗員判定データとし、ガード電極に流れる電流が前記正方向の場合に当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極の電圧値からガード電極の電圧値を減算した値を乗員判定データとする演算制御手段とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、ガード電極に流れる電流が基準点であれば、メイン電極とガード電極の双方に電位差が無いことなので、メイン電極の電圧値(メイン電極に接続された抵抗器の両端の電圧値)を乗員判定データとすればよい。乗員判定データとは、シート上の乗員状態を判定するために用いられる数値データを意味する。一方、ガード電極に流れる電流が負方向であれば、メイン電極の電位がガード電極の電位よりも高く、メイン電極からガード電極に電流が流れている状態なので、メイン電極の電圧値にガード電極の電圧値(ガード電極に接続された抵抗器の両端の電圧値)を加算した値を乗員判定データとすればよい。つまり、その加算値は、メイン電極とガード電極の双方に電位差が無い場合のメイン電極の静電容量の測定値となるので、これを乗員判定データとする。更に、ガード電極に流れる電流が正方向であれば、メイン電極の電位がガード電極の電位よりも低く、ガード電極からメイン電極に電流が回り込んでいる状態なので、メイン電極の電圧値からガード電極の電圧値を減算した値を乗員判定データとすればよい。つまり、その減算値は、メイン電極とガード電極の双方に電位差が無い場合のメイン電極の静電容量の測定値となるので、これを乗員判定データとする。このように、メイン電極とガード電極との間に電位差が生じた場合でも演算制御手段で乗員の静電容量を正確に検出することができる。
静電センサのメイン電極とガード電極との双方に電位差が無い場合の電極からの出力電流の様子を示す図である。 静電センサのメイン電極とガード電極との双方に電位差が有る場合の電極からの出力電流の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る静電式乗員検知装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の静電式乗員検知装置のガード電極に流れる電流をセンサ特性計測部の電圧変換部で得られる電圧値に対応付けた場合の一例を示す図である。 本実施形態の静電式乗員検知装置においてメイン電極とガード電極とに電位差が生じた際の乗員判定データの補正動作を説明するためのフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図3は、本発明の実施形態に係る静電式乗員検知装置の構成を示すブロック図である。図3に示す静電式乗員検知装置10は、乗員検知ECU11と、乗員検知ECU11に接続された静電センサ31とを備える。静電センサ31は、図示せぬ車両の座部シートに配置されたメイン電極31aと、このメイン電極31aの座部シート前方側に離間して配置されたサブ電極31cと、図示せぬ車両接地部に導通する車両GND(グランド)である車両ボディとメイン電極31aとの間で当該メイン電極31aの直下に離間して配置されたガード電極31bとを有して構成されている。
乗員検知ECU11は、センサ特性計測部14及び演算制御手段としてのCPU15を備え、センサ特性計測部14が、メイン電極接続スイッチ13a1、ガード電極接続スイッチ13b1及びサブ電極接続スイッチ13c1、並びにメイン電極接地スイッチ13a2、ガード電極接地スイッチ13b2及びサブ電極接地スイッチ13c2を有する切換部13と、この切換部13の各接続スイッチ13a1〜13c1に接続された電流検出抵抗器RSa,RSb,RScと、これら電流検出抵抗器RSa〜RScに接続されたドライバとしてのオペアンプ42a,42b,42cと、これらオペアンプ42a〜42cの非反転入力端子に接続された信号源VSGと、各電流検出抵抗器RSa〜RScの各々の両端に接続され、何れかの両端を選択するマルチプレクサ43と、マルチプレクサ43で選択された電流検出抵抗器(RSa〜RScの何れか)に流れる電流を検出する電流検出部44と、電流検出部44で検出された電流値を電圧値に変換する電圧変換部45とを備えて構成されている。
この構成では、メイン電極接地スイッチ13a2、ガード電極接地スイッチ13b2及びサブ電極接地スイッチ13c2が車両GNDに接続されていないオフの場合に、メイン電極接続スイッチ13a1、ガード電極接続スイッチ13b1及びサブ電極接続スイッチ13c1を任意にオンとして信号源VSGから正弦波を、各オペアンプ42a〜42c及び各電流検出抵抗器RSa〜RScを介して静電センサ31に印加すると、静電センサ31に載置された乗員のインピーダンスに応じて、各電流検出抵抗器RSa〜RScに電位差が発生する。これらの電位差をマルチプレクサ43で順次選択して電流検出部44へ出力し、これにより電流検出部44で検出される電流値を電圧変換部45で電圧値に変換する。これによってメイン電極31a、ガード電極31b及びサブ電極31cの個々又は組み合わせで検出される各静電容量が電圧値として測定されるようになっている。更に、その各静電容量の測定値をCPU15で加算等の処理を行って乗員判定データとするようになっている。乗員判定データとは、シート上の乗員状態を判定するために用いられる数値データを意味する。
CPU15は、その乗員判定データから座部シート上に検出物体が無い(空席)か、CRS(年少者拘束システム)であるか、子供であるか、大人であるかを判定し、アブソーバ展開及び非展開であるかの判定結果を図示せぬアブソーバECUに送信する。このアブソーバECUでは、その判定結果をもとに、車両が衝突した際の衝突判定結果とともに、助手席アブソーバの展開/非展開制御を行うようになっている。
上記のように切換部13を切り換えて、静電センサ31から発生する電気力線により静電容量を測定する。つまり、信号源VSGからの供給信号(正弦波)に応じて各電流検出抵抗器RSa〜RScに流れる電流を、電圧に変換して行う。乗員の判別は、切換部13がメイン電極31aとガード電極31bを選択する状態となった場合に、メイン電極31aと車両GND間に発生する静電容量に応じてCPU15で判別し、また、サブ電極31cとガード電極31bを選択する状態となった場合に、サブ電極31cと車両GND間に発生する静電容量に応じてCPU15で判別するようになっている。更に、切換部13がメイン電極31a、ガード電極31b及びサブ電極31cを選択する状態となった場合に、メイン電極31aとサブ電極31c間に発生する静電容量に応じてCPU15でシート33への被水を判別するようになっている。
本実施形態の特徴は、乗員検知ECU11が乗員の判別を行う際に、切換部13がメイン電極31aとガード電極31bの双方を選択し、この双方の電極31a,31bを同電位として行う。これは、センサ特性計測部14で検出される双方の電極31a,31bの電圧が同電位となるように行う。この際に双方の電極31a,31bに電位差が生じた場合、ガード電極31bに流れる電流の負方向又は正方向を後述で説明するように判別し、この負方向又は正方向の電流値を補正して乗員判定データとするようにした点にある。また、双方の電極31a,31bに電位差が無しの場合は、メイン電極31aの静電容量の測定値をそのまま乗員判定データとする。
例えば、図4に示すように、ガード電極31bに流れる電流が電流検出部44で基準点としての0mAと検出され、これが電圧変換部45で1.0Vと検出されるように定める。この場合、メイン電極31aに流れる電流も0mAなので、CPU15は、双方の電極31a,31bに電位差が無しと判定し、メイン電極31aの静電容量の測定値(電圧変換部45での電圧値)を乗員判定データとする。
一方、ガード電極31bに流れる電流が電流検出部44で−5mAと検出され、これが電圧変換部45で0.5Vと検出されるように定める。この場合、CPU15は、メイン電極31aからガード電極31bに電流が流れているので、この電流の方向を「負方向」と定め、「負方向」と判定した場合に、メイン電極31aの静電容量の測定値にガード電極31bの静電容量の測定値を加算し、これを乗員判定データとする。但し、この例の場合、メイン電極31aに流れる電流が0mA、ガード電極31bに流れる電流が−5mAとしてメイン電極31aからガード電極31bに電流が流れるとしたが、各電極31a,31bに流れる電流の値は関係無しに、メイン電極31aからガード電極31bに電流が流れる場合の電流の方向を「負方向」と定める。これと逆にガード電極31bからメイン電極31aに電流が流れる場合の電流の方向を「正方向」と定める。
例えば、ガード電極31bに流れる電流が電流検出部44で+5mAと検出され、これが電圧変換部45で1.5Vと検出されるように定める。この場合、CPU15は、ガード電極31bからメイン電極31aに電流が回り込んでいるのでガード電極31bに流れる電流が「正方向」と判定し、メイン電極31aの静電容量の測定値からガード電極31bの静電容量の測定値を減算し、これを乗員判定データとする。
次に、このような構成の静電式乗員検知装置10によって、乗員等の判定を行う際にメイン電極31aとガード電極31bとに電位差が生じた際の乗員判定データの補正動作を図5に示すフローチャートを参照して説明する。但し、初期条件として、メイン電極接続スイッチ13a1、ガード電極接続スイッチ13b1及びサブ電極接続スイッチ13c1、並びにメイン電極接地スイッチ13a2、ガード電極接地スイッチ13b2及びサブ電極接地スイッチ13c2の全てがオフであるとする。
まず、ステップS1において、メイン電極接続スイッチ13a1をオンとし、ステップS2において、ガード電極接続スイッチ13b1をオンとする。この状態で、ステップS3及びS4において、信号源VSGから正弦波をメイン電極31a及びガード電極31bへ印加すると、メイン電極31aと車両GND間に発生する静電容量で乗員が判別される状態となる。
ステップS5において、マルチプレクサ43をメイン電極31aに接続された電流検出抵抗器RSaの両端電位差を検出する状態に切り換える。これによって、メイン電極31aで検出された乗員の静電容量に対応する電流値が電流検出部44で検出され、この電流値が電圧変換部45で電圧値に変換される。この電圧値は、ステップS6において、CPU15でメイン電極31aの静電容量の測定値M1として記憶される。
ステップS7において、マルチプレクサ43をガード電極31bに接続された電流検出抵抗器RSbの両端電位差を検出する状態に切り換える。これによって、ガード電極31bで検出された乗員の静電容量に対応する電流値が電流検出部44で検出され、この電流値が電圧変換部45で電圧値に変換される。この電圧値は、ステップS8において、CPU15でガード電極31bの静電容量の測定値G1として記憶される。
次に、ステップS9において、CPU15で、ガード電極31bに流れる電流が0、負方向、正方向の何れであるかを判定する。この結果、ガード電極31bに流れる電流が0と判定された場合、CPU15は、ステップS10において、メイン電極31aの静電容量の測定値M1を乗員判定データとする。また、ガード電極31bに流れる電流が負方向と判定された場合、CPU15は、ステップS11において、メイン電極31aの静電容量の測定値M1にガード電極31bの静電容量の測定値G1を加算し、これを乗員判定データとする。
更に、ガード電極31bに流れる電流が正方向と判定された場合、CPU15は、ステップS12において、メイン電極31aの静電容量の測定値M1からガード電極31bの静電容量の測定値G1を減算し、これを乗員判定データとする。
これらステップS10〜S12の何れかの処理後、ステップS13において、メイン電極接続スイッチ13a1をオフとし、ステップS14において、サブ電極接続スイッチ13c1をオンとする。この際、上記ステップS3で信号源VSGから正弦波が出力状態とされているので、サブ電極31cと車両GND間に発生する静電容量で乗員が判別される状態となる。
ステップS15において、マルチプレクサ43をサブ電極31cに接続された電流検出抵抗器RScの両端電位差を検出する状態に切り換える。これによって、サブ電極31cで検出された乗員の静電容量に対応する電流値が電流検出部44で検出され、この電流値が電圧変換部45で電圧値に変換される。この電圧値は、ステップS16において、CP15でサブ電極31cの静電容量の測定値S1として記憶される。
そして、ステップS17において、CPU15でメイン電極31aの静電容量の測定値M1とサブ電極31cの静電容量の測定値S1とが加算され、この加算値が乗員判定データとされる。この乗員判定データによって乗員の判別が行なわれる。
次に、ステップS18において、メイン電極接続スイッチ13a1をオンとし、ステップS19において、サブ電極接地スイッチ13c2でサブ電極31cを車両GNDに接続する。これによって、メイン電極31aとサブ電極31c間に発生する静電容量で車両シートへの被水が判別される状態となる。
ステップS20において、マルチプレクサ43をメイン電極31aに接続された電流検出抵抗器RSaの両端電位差を検出する状態に切り換える。これによって、ステップS21において、メイン電極31aで検出された乗員の静電容量に対応する電流値が電流検出部44で検出され、この電流値が電圧変換部45で電圧値に変換される。この電圧値がCPU15においてメイン電極31aの静電容量の測定値と認識され、この測定値で被水(被液)判定が行なわれる。この後、ステップS22においてメイン電極接続スイッチ13a1をオフ、ステップS23においてガード電極接続スイッチ13b1をオフ、ステップS24においてサブ電極接続スイッチ13c1をオフとする。これで乗員等の判定が終了する。
このように実施形態の静電式乗員検知装置10は、座部シート内に互いに離隔状態に配置されたメイン電極31a及びサブ電極31cと、車両接地部に導通する車両ボディとメイン電極31aとの間で当該メイン電極31aの直下に離間して配置されたガード電極31bとを有する静電センサ31と、センサ特性計測部14と、演算制御手段としてのCPU15とを備えている。
センサ特性計測部14は、静電センサ31に交流電圧信号である正弦波を印加する信号源VSGと、この信号源VSGの正弦波がメイン電極31a、サブ電極31c及びガード電極31bに選択的又は全てに印加されるように切り換える切換部13と、メイン電極31a、サブ電極31c及びガード電極31bの個々と信号源VSGとの間に切換部13を介して接続された複数の電流検出抵抗器RSa〜RScと、これら電流検出抵抗器RSa〜RScを介したメイン電極31a、サブ電極31c及びガード電極31bへの正弦波の印加時に各電流検出抵抗器RSa〜RScの両端に発生する電位差を選択する選択手段としてのマルチプレクサ43と、このマルチプレクサ43で選択された電位差による電圧値を検出する検出手段としての電流検出部44及び電圧変換部45とを有して構成した。
言い換えれば、センサ特性計測部14は、メイン電極31a、サブ電極31c及びガード電極31bに選択的又は全てに正弦波を印加し、この印加に応じてメイン電極31a、サブ電極31c及びガード電極31bに発生する電流を選択して電圧値に変換するように構成されている。
CPU15は、センサ特性計測部14で電圧値を検出した結果から、メイン電極31aとガード電極31bとが同電位の場合のガード電極31bに流れる電流を0(基準点)と定め、センサ特性計測部14で検出されるメイン電極31aの電位がガード電極31bの電位よりも高い場合にガード電極31bに流れる電流を負方向とし、メイン電極31aの電位がガード電極31bの電位よりも低い場合にガード電極31bに流れる電流を正方向とする。そして、ガード電極31bに流れる電流が0の場合にメイン電極31aの電圧値(メイン電極31aの静電容量の測定値)M1を乗員判定データとし、負方向の場合にメイン電極31aの電圧値M1にガード電極31bの電圧値(ガード電極31bの静電容量の測定値)G1を加算した値を乗員判定データとし、正方向の場合にメイン電極31aの電圧値M1からガード電極31bの電圧値G1を減算した値を乗員判定データとするようにした。
つまり、ガード電極31bに流れる電流が0であれば、メイン電極31aとガード電極31bの双方に電位差が無いことなので、メイン電極31aの静電容量の測定値を乗員判定データとすればよい。一方、ガード電極31bに流れる電流が負方向であれば、メイン電極31aの電位がガード電極31bの電位よりも高く、メイン電極31aからガード電極31bに電流が流れている状態なので、メイン電極31aの静電容量の測定値M1にガード電極31bの静電容量の測定値G1を加算する。この加算によってメイン電極31aとガード電極31bの双方に電位差が無い場合のメイン電極31aの静電容量の測定値となるので、これを乗員判定データとする。
更に、ガード電極31bに流れる電流が正方向であれば、メイン電極31aの電位がガード電極31bの電位よりも低く、ガード電極31bからメイン電極31aに電流が回り込んでいる状態なので、メイン電極31aの静電容量の測定値M1からガード電極31bの静電容量の測定値G1を減算する。この減算によってメイン電極31aとガード電極31bの双方に電位差が無い場合のメイン電極31aの静電容量の測定値となるので、これを乗員判定データとする。このように、メイン電極31aとガード電極31bとの間に電位差が生じた場合でも乗員検知ECU11で乗員の静電容量を正確に検出することができる。
10 静電式乗員検知装置
11 乗員検知ECU
13 切換部
13a1 メイン電極接続スイッチ
13b1 ガード電極接続スイッチ
13c1 サブ電極接続スイッチ
13a2 メイン電極接地スイッチ
13b2 ガード電極接地スイッチ
13c2 サブ電極接地スイッチ
14 センサ特性計測部
15 CPU
31 静電センサ
31a メイン電極
31b ガード電極
31c サブ電極
42a,42b,42c オペアンプ
43 マルチプレクサ
44 電流検出部
45 電圧変換部
RSa,RSb,RSc 電流検出抵抗器

Claims (1)

  1. 車両のシート内に互いに離隔状態に配置されたメイン電極及びサブ電極と、車両接地部に導通する車両ボディとメイン電極との間に離間して配置されたガード電極とを有する静電センサと、
    前記静電センサのメイン電極、サブ電極及びガード電極に選択的又は全てに交流電圧信号を印加し、この印加に応じてメイン電極、サブ電極又はガード電極に発生する電流を電圧値に変換するセンサ特性計測部と、
    前記センサ特性計測部で前記電圧値を検出した結果から、当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極とガード電極の電圧が同電位の場合にガード電極に流れる電流を基準点とし、メイン電極の電位がガード電極の電位よりも高い場合にガード電極に流れる電流の方向を負方向とし、メイン電極の電位がガード電極の電位よりも低い場合にメイン電極に流れる電流方向を正方向とし、ガード電極に流れる電流が前記基準点の場合に当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極の電圧値を乗員判定データとし、ガード電極に流れる電流が前記負方向の場合に当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極の電圧値にガード電極の電圧値を加算した値を乗員判定データとし、ガード電極に流れる電流が前記正方向の場合に当該センサ特性計測部で検出されるメイン電極の電圧値からガード電極の電圧値を減算した値を乗員判定データとする演算制御手段と
    を備えることを特徴とする静電式乗員検知装置。
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