JP2011075405A - 静電容量式乗員センサおよび静電容量式乗員センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小柄な大人と大柄な大人との判別を可能にすることができる静電容量式乗員センサおよび静電容量式乗員センサ装置を提供する。
【解決手段】静電センサマット１０の一面１１にクッション材２０および浮遊電極３０を設ける。これにより、乗員４６の重量によって浮遊電極３０と静電センサマット１０とに挟み込まれたクッション材２０が潰れ、乗員４６の体格に応じて浮遊電極３０と静電センサマット１０（メイン電極１７ａ、サブ電極１７ｂ）との間の距離が変化するので、大柄な大人４２と小柄な大人４３との静電容量の差が顕著になる。したがって、大柄な大人４２と小柄な大人４３との判別を可能にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量式乗員センサおよび静電容量式乗員センサ装置に関する。

従来より、車両のシートに大人が着席しているか子供が着席しているか等の着席状況を検知する乗員検知システムが、例えば特許文献１〜３で提案されている。

特許文献１にて提案されている乗員検知システムでは、シートの着席部に複数のアンテナ電極が互いに離隔して対称的に配置されている。そして、大人が着座したときと子供が着席したときとのアンテナ電極に対向する対向面積の違いによってそれぞれのアンテナ電極に流れる電流と閾値との比較が行われる。これにより、車両のシートに着座している乗員が大人であるかまたは子供であるかが判定されるようになっている。

特許文献２では、シートの外表皮をなすシートクッショントリムカバーとして、絶縁体であるワディングの上に検出電極が形成され、この検出電極が表皮とワディングとにより挟まれた構造が提案されている。検出電極は可変容量コンデンサの電極として用いられ、発振器に電気的に接続されている。そして、可変容量コンデンサの容量に基づいて乗員が検出されるようになっている。

また、特許文献３では、シート状のインシュレータの上に乗客検出センサが配置され、当該乗客検出センサが乗客の特性または存在を検出するための制御装置に接続されたシステムが提案されている。このシステムでは、制御装置により乗客検出センサの信号が測定されることで乗客が検出されるようになっている。

特許第３７３９９３０号公報 特開昭６２−２２５９８５ 特開２００３−２３２８６６

しかしながら、上記特許文献１では、乗員とアンテナ電極との対向面積に応じてアンテナ電極に流れる電流を検出しているので、例えば、小柄な女性（ＡＦ０５）と大柄な男性（ＡＭ５０）との判別のように、大人同士で体格の異なる乗員の場合にはアンテナ電極の出力差が小さくなる。このため、小柄な大人と大柄な大人との判別が難しいという問題があった。また、特許文献２、３についても同様に、可変容量コンデンサの容量や乗客検出センサの信号により乗客を検出しているので、小柄な大人と大柄な大人との判別まではできなかった。

本発明は上記点に鑑み、小柄な大人と大柄な大人との判別を可能にすることができる静電容量式乗員センサおよび静電容量式乗員センサ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、請求項１に記載の発明では、一面（１１）を有すると共に車両のシート（４０）の座面部（４１）に配置される静電センサマット（１０）を備え、静電センサマット（１０）の静電容量の値に基づいてシート（４０）の乗員（４６）を検出する静電容量式乗員センサであって、静電センサマット（１０）の一面（１１）に配置されるクッション材（２０）と、静電センサマット（１０）の一面（１１）に対する投影面積が当該静電センサマット（１０）の一面（１１）よりも小さいと共にクッション材（２０）の上に配置され、静電センサマット（１０）と共にクッション材（２０）を挟み込む浮遊電極（３０）と、を備え、浮遊電極（３０）は、静電センサマット（１０）に対して電気的に浮遊状態になっており、静電センサマット（１０）と乗員（４６）の間の乗員静電容量（Ｃ１）と、静電センサマット（１０）と浮遊電極（３０）の間の浮遊静電容量（Ｃ３）の両方に基づいて乗員検知を行うことを特徴とする。

これによると、乗員（４６）が静電容量式乗員センサの上に乗ったとき、静電センサマット（１０）と乗員（４６）との間の乗員静電容量（Ｃ１）の他に、静電センサマット（１０）と浮遊電極（３０）との間および浮遊電極（３０）と乗員（４６）との間の浮遊静電容量（Ｃ３）が発生する。そして、乗員（４６）の重量によって静電センサマット（１０）と浮遊電極（３０）とに挟み込まれたクッション材（２０）が潰れることにより、静電センサマット（１０）と浮遊電極（３０）との間の距離が変化するので、静電センサマット（１０）と浮遊電極（３０）との間に発生する浮遊静電容量（Ｃ３）は乗員（４６）である小柄な大人（４３）の場合は小さく、大柄な大人（４２）の場合は大きくなり、静電センサマット（１０）と浮遊電極（３０）との間の浮遊静電容量（Ｃ３）の差が顕著になる。したがって、静電容量式乗員センサによって検出された静電容量により小柄な大人（４３）と大柄な大人（４２）との判別を可能にすることができる。

請求項２に記載の発明では、静電センサマット（１０）の一面（１１）を車両の左右方向に二分割する線であると共に左右方向に直角の車両前後方向に延びる線を中心線（１８）とすると、クッション材（２０）および浮遊電極（３０）は、静電センサマット（１０）の一面（１１）のうち、車両前後方向の車両前方側に配置されると共に中心線（１８）上に配置されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、クッション材（２０）および浮遊電極（３０）は、静電センサマット（１０）の一面（１１）のうち、車両前後方向の車両前方側に配置されていると共に中心線（１８）側に配置されていることを特徴とする。

上記の請求項２または請求項３に記載の発明によると、乗員（４６）が座面部（４１）に座ったときに、静電センサマット（１０）の一面（１１）のうち車両後方側に乗員（４６）の臀部が位置すると共に車両前方側のうちの車両右側および車両左側に乗員（４６）の右大腿部および左大腿部が位置する。

すなわち、小柄な大人（４３）が静電容量式乗員センサの上に乗ったときには乗員（４６）の臀部あるいは両大腿部が浮遊電極（３０）の上に乗る可能性が低いのでクッション材（２０）が潰れにくいが、大柄な大人（４２）が静電容量式乗員センサの上に乗ったときには乗員（４６）の臀部あるいは両大腿部が浮遊電極（３０）の上に乗る可能性が高いのでクッション材（２０）が潰れる。このため、乗員（４６）として小柄な大人（４３）が静電容量式乗員センサの上に座ったときに検出される静電容量と大柄な大人（４２）が静電容量式乗員センサの上に座ったときに検出される静電容量との差を顕著にすることができる。

したがって、上記のように静電センサマット（１０）の一面（１１）におけるクッション材（２０）および浮遊電極（３０）の位置を規定することにより、小柄な大人（４３）と大柄な大人（４２）との判別を可能にすることができる。

請求項４に記載の発明では、浮遊電極（３０）は、静電センサマット（１０）に複数設けられていることを特徴とする。

これによると、各浮遊電極（３０）のうち乗員（４６）が乗るものと乗らないものとの区別が明確になるので、静電容量式乗員センサにおける静電容量の検出の感度を向上させることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の静電容量式乗員センサと、エアバッグの展開／非展開を判定するための第１閾値と、第１閾値よりも大きい閾値であり乗員（４６）の種類を判別するための第２閾値とを有し、静電容量式乗員センサの出力が第１閾値を超える場合はエアバッグを展開すると判定し、さらに、静電容量式乗員センサの出力が第１閾値と第２閾値との間の場合、乗員（４６）は小柄な大人（４３）であると判別する一方、静電容量式乗員センサの出力が前記第２閾値を超える場合、乗員（４６）は大柄な大人（４２）であると判別する乗員検知装置（６０）と、を備えていることを特徴とする。

これによると、浮遊電極（３０）が設けられたことにより大柄な大人（４２）と小柄な大人（４３）との差が反映された静電容量式乗員センサの出力と第２閾値とを比較しているので、小柄な大人（４３）と大柄な大人（４２）とを確実に判別することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る静電容量式乗員センサの平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）はシートの座面部に大柄な大人（ＡＭ５０）が座ったときの平面図であり、（ｂ）はシートの座面部に小柄な大人（ＡＦ０５）が座ったときの平面図である。 乗員検知システムの概略図である。 （ａ）は静電容量式乗員センサの人体・被水等の検出物体の等価回路図であり、（ｂ）は静電容量式乗員センサから出力される信号の位相図である。 静電容量式乗員センサによる測定時の各信号のタイミングチャートである。 乗員判定と被水判定とを行うためのインピーダンスの測定方法を示した図である。 乗員検知システムにおける乗員保護の流れを説明するための図である。 乗員検知システムの構成図である。 センサ特性計測部の回路図である。 図１に示される静電容量式乗員センサの上に乗員が座ったときに静電容量が形成される模式図である。 静電容量式乗員センサに浮遊電極を追加する前と追加した後の等価回路図である。 他の実施形態における静電センサマットの平面図および浮遊電極の配置位置を示した図である。

以下、本発明の一実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される静電容量式乗員センサは、車両のシートの座面部に配置されるものであり、シートの乗員の有無や乗員の種類を検出するために用いられるものである。

図１は、本実施形態に係る静電容量式乗員センサの平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

図１および図２に示されるように、静電容量式乗員センサ１は、静電センサマット１０と、クッション材２０と、浮遊電極３０と、を備えている。

静電センサマット１０は、一面１１を有すると共に車両のシートの座面部に配置され、座面部に着座する乗員に応じた静電容量となるものであり、四角形のシート状のものである。この静電センサマット１０は、図１に示されるように、複数のＵ字部１２が組み合わされた平面構造をなしている。

具体的には、複数のＵ字部１２のうちの隣り合うＵ字部１２の一方の開口部１３と他方の開口部１３とが交互に反対方向に向くように接続されたＳ字部１４が構成され、このＳ字部１４が複数組み合わされて静電センサマット１０が構成されている。各Ｓ字部１４は、車両の左右方向に沿って配置され、前後方向に連結されることで車両の前後方向および左右方向に蛇行している。

このような平面構造によると、車両の前後方向や左右方向に延びる直線部分が断続的に配置されるので、該直線部分が配置された方向に静電センサマット１０が変形しやすくなる。このため、乗員が静電センサマット１０の上に乗ったときに直線部分が延びる方向に静電センサマット１０が撓みやすくなる。したがって、乗員に静電センサマット１０の変形のしにくさという違和感を与えず、静電容量式乗員センサ１の着座感が向上する。

また、静電センサマット１０には、複数のＵ字部１２により囲まれる共に左右方向に延びる貫通孔部１５が設けられている。この貫通孔部１５は、シートの表皮のワイヤが通されるシート吊溝逃がし部である。

さらに、静電センサマット１０は、貫通孔部１５を境界として車両の前後方向の前方側における左右方向の幅が車両の前後方向の後方側よりも広い形状になっている。これは、車両の座面部の幅は、車両の前後方向の前方側に向かって広くなっているためであり、静電センサマット１０をこの座面部の幅の形状に対応させたためである。

このような平面構造を有する静電センサマット１０は、図２に示されるように、メインフィルム１６ａと、メイン電極１７ａと、サブ電極１７ｂと、ガード電極１７ｃと、カバーフィルム１６ｂと、レジストコート１６ｃと、を備えて構成されている。

メインフィルム１６ａおよびカバーフィルム１６ｂは、それぞれシート状であり、電気的絶縁性材料であるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）からなる。なお、各フィルム１６ａ、１６ｂ同士は、図示しない粘着剤により結合されている。レジストコート１６ｃはメインフィルム１６ａに印刷にて形成されている。

メイン電極１７ａは、車両のシートの乗員の有無を判定するために用いられる電極である。このメイン電極１７ａは、メインフィルム１６ａとカバーフィルム１６ｂとの間に配置されている。また、メイン電極１７ａの平面構造は、電極としての面積を稼ぐために上記の静電センサマット１０の平面構造つまりメインフィルム１６ａ等の平面構造を承継した平面構造になっている。

サブ電極１７ｂは、車両のシートの乗員の有無を判定するため、および、車両のシートへの被液の有無を判定するために用いられる電極である。このサブ電極１７ｂは、メインフィルム１６ａとカバーフィルム１６ｂとの間に配置されている。サブ電極１７ｂはメイン電極１７ａよりも幅が狭いと共に、メイン電極１７ａと離間して配置されている。すなわち、サブ電極１７ｂは、メイン電極１７ａに隣り合うように配置されている。

ガード電極１７ｃは、メイン電極１７ａと同電位とされることでシート内のシートフレームとメイン電極１７ａとの間の静電容量をキャンセルするための電極である。このガード電極１７ｃは、メインフィルム１６ａとレジストコート１６ｃとの間に、メイン電極１７ａと対向するように配置されている。すなわち、メイン電極１７ａとガード電極１７ｃとは、メインフィルム１６ａによって離隔され、絶縁されている。

上記のメイン電極１７ａ、サブ電極１７ｂ、およびガード電極１７ｃの材料として、銀やカーボンが採用される。

クッション材２０は、静電センサマット１０の一面１１に配置されたシート状の誘電材料である。クッション材２０として、例えば、ウレタンフォームが用いられる。ウレタンフォームは、人体の重量によって潰れることによりその厚みが変化する適度な硬度を有している。

使用するクッション材２０は、例えば以下の特徴を持つものとする。
（１）材質：軟質ウレタン
（２）密度：２５ｋｇ／ｍ^３
（３）硬さ：１１７．７Ｎ
（４）圧縮残留歪み：７％以下
（５）繰返し圧縮残留歪み：４％以下
浮遊電極３０は、クッション材２０の上に配置されたシート状の導電材料である。浮遊電極３０の平面構造は四角形状である。図２に示されるように、浮遊電極３０は、静電センサマット１０と共にクッション材２０を挟み込む電極である。浮遊電極３０は他の部品に電気的に接続されずに電気的に浮遊状態になっている。すなわち、静電センサマット１０に対して電気的に浮遊状態になっている。浮遊電極３０の材料として、メイン電極１７ａ等と同様に銀やカーボンが採用される。

本実施形態では、クッション材２０の平面サイズと浮遊電極３０の平面サイズとは同じである。また、クッション材２０および浮遊電極３０の平面サイズは静電センサマット１０の一面１１よりも小さいサイズになっている。「平面サイズ」とは、静電センサマット１０の一面１１に対するクッション材２０および浮遊電極３０の投影面積を指す。つまり、クッション材２０および浮遊電極３０は、静電センサマット１０の一面１１のうちの一部に配置されている。ここで、「一部」とは、体格に差がある小柄な女性（ＡＦ０５）と大柄な男性（ＡＭ５０）とがシートの座面部に着座したときに、静電容量式乗員センサ１に対する対向面積に差が生じる部分である。

具体的には、図１に示されるように、静電センサマット１０の一面１１を車両の左右方向に二分割する線であると共に当該左右方向に直角の車両の前後方向に延びる線を中心線１８とすると、クッション材２０および浮遊電極３０は、静電センサマット１０の一面１１のうち、車両の前後方向の車両前方側に配置されていると共に中心線１８上に配置されている。本実施形態では、さらに、クッション材２０および浮遊電極３０における車両左右方向の中心が中心線１８上に位置している。

このように、クッション材２０および浮遊電極３０が静電センサマット１０の一面１１に配置されている理由について、図３を参照して説明する。図３（ａ）はシート４０の座面部４１に大柄な大人４２（ＡＭ５０）が座ったときの平面図であり、図３（ｂ）はシート４０の座面部４１に小柄な大人４３（ＡＦ０５）が座ったときの平面図である。

図３に示されるように、静電容量式乗員センサ１の静電センサマット１０は、Ｓ字部１４がばらけないようにするためにウレタンパッド１９に貼り付けられている。また、シート４０における車両左右方向の中心に静電センサマット１０の中心線１８が位置するように、静電容量式乗員センサ１がシート４０の座面部４１に配置されている。そして、シート４０の座面部４１は、地面側から図示しないシートクッション、ウレタンパッド１９、静電センサマット１０、クッション材２０、浮遊電極３０の順に配置され、これらが図示しないシート表皮で覆われている。

まず、大柄な大人４２が静電容量式乗員センサ１の上に乗ったときには大柄な大人４２の臀部あるいは両大腿部が浮遊電極３０の上に乗る可能性が高い。実際、図３（ａ）に示されるように、浮遊電極３０の全体が大柄な大人４２に覆われる。

一方、小柄な大人４３が静電容量式乗員センサ１の上に乗ったときには小柄な大人４３の臀部あるいは両大腿部が浮遊電極３０の上に乗る可能性が低い。実際、図３（ｂ）に示されるように、浮遊電極３０の一部（外縁部）が小柄な大人４３に覆われる
このように、乗員の体格の差に応じて乗員と浮遊電極３０との対向面積が大きく異なる部位がある。このため、クッション材２０および浮遊電極３０は、乗員の体格の差が生じやすい位置、すなわち静電センサマット１０の一面１１のうちの車両前方側および中心線１８上に配置されている。

以上が、本実施形態に係る静電容量式乗員センサ１の構成である。この静電容量式乗員センサ１は、静電センサマット１０の静電容量の値に基づいてシートの乗員の有無または乗員の種類を検出するために用いられる。

次に、上記の静電容量式乗員センサ１を用いた乗員検知システムおよびその作動について説明する。乗員検知システムは、静電センサマット１０の静電容量の値に基づいてシートの乗員を検出し、乗員の種類に応じてエアバッグの展開制御を行うように構成されている。

まず、静電容量の測定の概略について説明する。図４は、乗員検知システムの概略図である。この図に示されるように、シート４０の座面部４１に静電容量式乗員センサ１が配置されている。この静電容量式乗員センサ１はシート４０の外部に配置されたセンサ回路４４と電気的に接続される。そして、センサ回路４４に設けられた各スイッチ（ＳｓＧ、Ｓｓ、Ｓｇ、Ｓｍ、Ｓｓｎ、Ｓｇｎ、Ｓｍｎ）が適宜切り替えられると、静電容量式乗員センサ１のメイン電極１７ａやサブ電極１７ｂから発生する電気力線４５により、静電容量が測定される。

静電容量の実際の測定は、図４における信号源ＶＳＧ（正弦波≒１００ｋＨｚ）から供給信号が供給され、電流検出抵抗（ＲＳ）に流れる電流を測定することにより行われる。また、乗員４６の判別は主として、メイン電極１７ａと車両ＧＮＤ間に発生する静電容量で判別され、メイン電極１７ａとサブ電極１７ｂとの間に発生する静電容量でシート４０への被水が判別される。

このような判別を行うために、静電容量式乗員センサ１における人体・被水等の検出原理について説明する。図５（ａ）は静電容量式乗員センサ１の人体・被水等の検出物体の等価回路図であり、図５（ｂ）は静電容量式乗員センサ１から出力される信号の位相図である。

図５（ａ）に示されるように、検出物体は抵抗ＲＭｘ（実数項：コンダクタンス）と容量ＣＭｘ（虚数項：サセプタンス）との並列回路として表される。したがって、「静電容量式乗員センサ１で静電容量を検出する」とは、実際には図５（ｂ）に示されるように実数項と虚数項とを持ったインピーダンスを検出していることとなる。なお、検出物体には、大人や子供の乗員４６の他にチャイルドシート（ＣＲＳ；Child Restraint System）も含まれる。

図６は、静電容量式乗員センサ１による測定時の各信号のタイミングチャートである。各信号とは、信号源ＶＳＧ、実数項サンプリング、虚数項サンプリング、インピーダンスの実数項および虚数項である。なお、インピーダンスの実数項および虚数項の各信号は、電流検出抵抗に流れる電流を電圧に変換した信号である。

上述のように、信号源ＶＳＧから電流検出抵抗に正弦波を印加すると、検出物体のインピーダンスに応じて、電流検出抵抗に電位差が発生する。ここで、検出物体のインピーダンスに実数項のみが存在する場合、電流検出抵抗に発生した電位差には、信号源ＶＳＧに対して位相進み成分が含まれない。したがって、信号源ＶＳＧと同位相の実数項サンプリングタイミングにより、電流検出抵抗に発生した電位差を抽出すると、実数項のみの大きさに応じた出力が得られる。

一方、検出物体のインピーダンスに虚数項のみが存在する場合、電流検出抵抗に発生した電位差には、信号源ＶＳＧに対して位相進み成分が含まれる。したがって、信号源ＶＳＧに対して、９０°進んだ虚数項サンプリングタイミングにより、電流検出抵抗に発生した電位差を抽出すると、虚数項のみの大きさに応じた出力が得られる。

そして、上述のように、実際の検出物体のインピーダンスは実数項と虚数項とからなるため、図５（ｂ）に示されるような位相を持ったインピーダンスが測定され、そのインピーダンスにより乗員判定や被水判定が行われる。

インピーダンスの測定は次のように行われる。図７は、乗員判定と被水判定とを行うためのインピーダンスの測定方法を示した図である。この図に示されるように、メイン電極１７ａとガード電極１７ｃとの電位差を電流検出抵抗（ＲＳ）により測定する測定Ａと、サブ電極１７ｂとガード電極１７ｃとの電位差を電流検出抵抗（ＲＳ）により測定する測定Ｂとが行われ、これら各測定の和が乗員判定に用いられる。一方、メイン電極１７ａとサブ電極１７ｂとの電位差が電流検出抵抗（ＲＳ）により測定され、この測定結果が被水判定に用いられる。

次に、図８を参照して乗員保護の流れについて説明する。図８は、乗員検知システムにおける乗員保護の流れを示した図である。上述のように、静電容量式乗員センサ１により検出物体のインピーダンスが測定され、その測定結果に基づいて乗員判定が行われる。

乗員判定では、静電容量式乗員センサ１で測定されたインピーダンスから検出物体が無い（つまり空席）か、チャイルドシートであるか、子供であるか、大人であるかが判定され、エアバッグ（ＡＢ）展開または非展開の判定結果がエアバッグＥＣＵ（ＡＢＥＣＵ）に出力される。

乗員判定の際には、さらに、小柄な大人４３であるか大柄な大人４２であるかの体格差の情報も出力される。すなわち、静電容量式乗員センサ１により測定されたインピーダンスとエアバッグを展開／非展開するための閾値とが比較される。

本実施形態では、静電容量式乗員センサ１により測定されたインピーダンスと２つの閾値とが比較される。２つの閾値とは、空席またはチャイルドシートと小柄な大人４３とを判別するための第１閾値と、小柄な大人４３と大柄な大人４２とを判別するための第２閾値との各閾値である。

各閾値のうちの第１閾値はエアバッグを展開させるか否かを判定するための閾値である。本実施形態では、小柄な大人４３が座っている場合にはエアバッグを展開させるように第１閾値が設定されている。また、第２閾値はエアバッグを展開させる場合に乗員４６の体格差に応じてエアバッグの展開圧力やタイミング等の展開方法を選択するための閾値である。

このような各閾値の設定により、図８に示されるように、チャイルドシートを使用した１歳の幼児（１ｙｏ＋ＣＲＳ）や空席（Ｅｍｐｔｙ）の場合には静電容量式乗員センサ１で測定されたインピーダンスが第１閾値を下回るため、エアバッグは非展開（Ａ／Ｂ ＯＦＦ）という情報が出力される。

一方、静電容量式乗員センサ１のインピーダンスが第１閾値と第２閾値との間の場合にはエアバッグは展開（Ａ／Ｂ ＯＮ）という情報と乗員４６は小柄な大人４３であるという情報とが出力される。他方、静電容量式乗員センサ１で測定されたインピーダンスが第２閾値を超える場合にはエアバッグは展開（Ａ／Ｂ ＯＮ）という情報と乗員４６は大柄な大人４２であるという情報とが出力される。

そして、エアバッグＥＣＵ（ＡＢＥＣＵ）では、車両が衝突した際の衝突判定結果に基づき、入力されたエアバッグの展開／非展開の判定結果および乗員４６の体格差を元に乗員保護として例えば助手席エアバッグ（Ｐ席ＡＢ）の最適な展開／非展開制御が行われる。

続いて、上記のようなエアバッグの展開制御を行うための乗員検知システムの具体的な構成について説明する。図９は、乗員検知システムの全体構成である。この図に示されるように、乗員検知システムは、静電容量式乗員センサ１と、ＡＢＥＣＵ５０と、故障診断ツール５１と、Ｐ席バックルスイッチ５２と、Ｐ席シートポジションセンサ５３と、乗員検知ＥＣＵ６０と、を備えて構成されている。

ＡＢＥＣＵ５０は、乗員検知ＥＣＵ６０から入力した信号に基づいて、車両に搭載されたエアバッグの展開／非展開の制御を行うものである。また、故障診断ツール５１は、乗員検知ＥＣＵ６０からダイアグ信号等を入力して乗員検知ＥＣＵ６０の故障診断を行うためのツールである。

Ｐ席バックルスイッチ５２は、シートベルトのベルト先端の金具を固定または離脱するシートベルトバックルに備えられたスイッチであり、バックルとタングプレートとの係合を検出してその信号を出力する。また、Ｐ席シートポジションセンサ５３は、車両前後方向にスライド可能なシート４０のスライド位置を検出するセンサである。

乗員検知ＥＣＵ６０は、静電容量式乗員センサ１から信号を入力し、当該信号に基づいて乗員４６の有無や乗員４６の種類を判定するものである。このような乗員検知ＥＣＵ６０は、電源部６１と、通信Ｉ／Ｆ６２、６３と、給電・検出制御部６４、６５と、不揮発性メモリ６６と、センサ特性計測部６７と、ＣＰＵ６８と、を備えている。

電源部６１は、イグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）を介して車両電源から供給された電源を一定値に調整して乗員検知ＥＣＵ６０内の各部に出力するものである。また、通信Ｉ／Ｆ６２はＡＢＥＣＵ５０とＣＰＵ６８との間で信号のやりとりを行うためのインターフェース回路であり、通信Ｉ／Ｆ６３は故障診断ツール５１とＣＰＵ６８との間で信号のやりとりを行うためのインターフェース回路である。

給電・検出制御部６４は、Ｐ席バックルスイッチ５２への給電や、Ｐ席バックルスイッチ５２から信号を入力してバックルとタングプレートとの係合の有無の判定を行い、その結果をＣＰＵ６８に出力する。また、給電・検出制御部６５は、Ｐ席シートポジションセンサ５３への給電や、Ｐ席シートポジションセンサ５３から信号を入力してシートポジションを取得し、その結果をＣＰＵ６８に出力する。

不揮発性メモリ６６は、エアバッグを展開／非展開するための閾値が記憶された記憶手段である。この不揮発性メモリ６６には、上記の第１閾値および第２閾値がそれぞれ記憶されている。なお、不揮発性メモリ６６には、乗員判定を行うために必要な他のデータも記憶されている。

センサ特性計測部６７は、上記の検出原理により検出物体のインピーダンスを測定するように構成されたものである。このセンサ特性計測部６７は、図４に示されたセンサ回路４４に相当するものである。

図１０は、センサ特性計測部６７の回路図である。この図に示されるように、センサ特性計測部６７は、電圧源６９と、ドライバ７０、７１、７２と、電流検出抵抗７３、７４、７５と、スイッチ７６、７７、７８と、マルチプレクサ（ＭＰＸ）７９と、電流検出部８０と、を備えている。

電圧源６９は、電源部６１から電源を入力して一定の周波数（≒１００ｋＨｚ）の正弦波を生成する。電圧源６９から出力された正弦波は、３つのドライバ７０、７１、７２にそれぞれ入力される。各ドライバ７０、７１、７２は、各電流検出抵抗７３、７４、７５に正弦波の電圧をそれぞれ印加する。

各スイッチ７６、７７、７８は、乗員判定または被水判定に応じて電流検出部８０により切り換えられる。例えば、図７に示される測定Ａが行われる場合、スイッチ７６およびスイッチ７７がオンされ、スイッチ７８がオフされる。同様に、図７に示される測定Ｂが行われる場合、スイッチ７７およびスイッチ７８がオンされ、スイッチ７６がオフされる。そして、図７に示される被水判定を行うための測定が行われる場合、全てのスイッチ７６、７７、７８がオンされる。

マルチプレクサ７９は、電流検出部８０の指令に従って各ドライバ７０、７１、７２の出力の切り替えを行うと共に、各電流検出抵抗７３、７４、７５に流れる電流を検出して電流検出部８０にその信号を出力する。

電流検出部８０は、マルチプレクサ７９から入力される信号に基づいて実数項サンプリングおよび虚数項サンプリングを行い、検出物体のインピーダンスを測定する。電流検出部８０は、測定したインピーダンスをＣＰＵ６８に出力する。

図９に示されるＣＰＵ６８は、各給電・検出制御部６４、６５、不揮発性メモリ６６、およびセンサ特性計測部６７からそれぞれ信号を入力して各種判定を行うものである。具体的には、ＣＰＵ６８は、各給電・検出制御部６４、６５からＰ席バックルスイッチ５２の出力、Ｐ席シートポジションセンサ５３の出力、センサ特性計測部６７の出力をそれぞれ入力して乗員４６の種類や状態の判定を行う。また、ＣＰＵ６８は、センサ特性計測部６７から入力したインピーダンスと不揮発性メモリ６６に記憶された各閾値とを比較することにより、乗員判定や被水判定を行う。

そして、ＣＰＵ６８は、通信Ｉ／Ｆ６２を介して各判定結果をＡＢＥＣＵ５０に出力する。ＡＢＥＣＵ５０は、乗員検知ＥＣＵ６０から入力した判定結果に基づいてエアバッグの展開／非展開の制御を行う。また、ＣＰＵ６８は、故障診断ツール５１の要求に応じて通信Ｉ／Ｆ６３を介してダイアグ信号等を出力する。これにより、故障診断ツール５１は乗員検知ＥＣＵ６０の故障診断を行う。

次に、静電容量式乗員センサ１にクッション材２０および浮遊電極３０を設けたことによる効果を、図１１および図１２を参照して説明する。図１１は静電容量式乗員センサ１の上に乗員４６が座ったときに静電容量Ｃ１〜Ｃ５が形成される模式図である。また、図１２（ａ）〜（ｄ）は静電容量式乗員センサ１に浮遊電極３０を追加する前と追加した後の等価回路をそれぞれ示した図である。

なお、図１１および図１２ではメイン電極１７ａについての静電容量の模式図と等価回路図を示してある。以下では、図７の測定Ａを行う場合について、浮遊電極３０の効果を説明する。

まず、静電容量式乗員センサ１にクッション材２０および浮遊電極３０が設けられていない場合、図１２（ａ）に示されるように、ガード電極１７ｃと車両のボディ８１（Ｂｏｄｙ−ＧＮＤ）との間に静電容量Ｃ０が形成される。また、メイン電極１７ａ（静電センサマット１０）と乗員４６との間に静電容量Ｃ１が形成され、乗員４６とボディ８１との間に静電容量Ｃ２が形成される。静電容量Ｃ０は非常に小さい容量であるので、静電容量Ｃ１、Ｃ２の値により、空席から乗員４６である小柄な大人４３さらに大柄な大人４２までを判別する。

一方、静電容量式乗員センサ１にクッション材２０および浮遊電極３０が設けられている場合、図１１に示されるように、上記の静電容量Ｃ１、Ｃ２に加えて、メイン電極１７ａ（静電センサマット１０）と浮遊電極３０との間に静電容量Ｃ３が形成され、浮遊電極３０と乗員４６との間に静電容量Ｃ４が形成される。また、乗員４６と車両のボディ８１との間に静電容量Ｃ５が形成される。

すなわち、静電センサマット１０にクッション材２０および浮遊電極３０が設けられたことにより、静電容量Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５が形成される。したがって、図１２（ｂ）〜図１２（ｄ）の各回路図に示されるように、静電容量Ｃ１、Ｃ２に並列に静電容量Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５が発生することになる。

そして、上述のように、乗員４６が静電容量式乗員センサ１の上に座ることにより、乗員４６の重量に応じてクッション材２０が潰れるので、浮遊電極３０とメイン電極１７ａとの間の距離が変化する。

具体的に、空席の場合、図１２（ｂ）の右側に示されるように、クッション材２０は潰れずに最大の厚みになっている。このため、浮遊電極３０とメイン電極１７ａとの両電極間の距離が大きいので静電容量Ｃ３は極小の値となる。その結果、静電容量Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５に係る経路の静電容量は極小となる。

一方、乗員４６のうち大柄な大人４２（ＡＭ５０）が座っている場合、図１２（ｃ）の右側に示されるように、クッション材２０は大きく潰れる。このため、メイン電極１７ａと浮遊電極３０との間の静電容量Ｃ３は大きい値となる。その結果、静電容量Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５に係る経路の静電容量が大きくなる。

他方、乗員４６のうち小柄な大人４３（ＡＦ０５）が座っている場合、図１２（ｄ）の右側に示されるように、クッション材２０は空席の場合よりも潰れるが、大柄な大人４２の場合よりも潰れない。このため、メイン電極１７ａと浮遊電極３０との間の静電容量Ｃ３は空席の場合よりも大きく、大柄な大人４２の場合よりも小さい値となる。その結果、静電容量Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５に係る経路の静電容量は、空席の場合よりも大きいが大柄な大人４２の場合よりも小さくなる。

このように、乗員４６がシート４０の座面部４１に座ったときに、大柄な大人４２（ＡＭ５０）の場合は浮遊電極３０とメイン電極１７ａとの間に発生する静電容量Ｃ３は大きく、小柄な大人４３（ＡＦ０５）の場合はその静電容量Ｃ３は小さくなる。これは、浮遊電極３０と静電センサマット１０（メイン電極１７ａ）との間に挟み込まれたクッション材２０の潰れにより、両電極間の距離が変化するためである。この静電容量の差が静電容量式乗員センサ１で測定されるインピーダンスに反映されるので、乗員検知ＥＣＵ６０において乗員４６として大柄な大人４２と小柄な大人４３との切り分けが可能になり、ひいては判別が可能となる。これにより、乗員４６が大柄であるか小柄であるかに応じて、エアバッグの展開圧力や展開タイミング等についてきめ細かいエアバッグの展開制御を行うことができる。

上記では図７の測定Ａについて説明したが、サブ電極１７ｂを用いる測定Ｂを行う場合についても同様に、クッション材２０の潰れによる静電容量の差がインピーダンスに反映される。

以上説明したように、本実施形態では、静電センサマット１０の一面１１にクッション材２０および浮遊電極３０を設けたことが特徴となっている。これにより、乗員４６の重量によって浮遊電極３０と静電センサマット１０とに挟み込まれたクッション材２０が潰れ、乗員４６の体格に応じて浮遊電極３０と静電センサマット１０（メイン電極１７ａ、サブ電極１７ｂ）との間の距離が変化するので、大柄な大人４２と小柄な大人４３との静電容量の差を顕著にすることができる。つまり、乗員４６の体格差を静電容量式乗員センサ１で測定されるインピーダンスに反映することができる。

特に、本実施形態では、クッション材２０および浮遊電極３０は、静電センサマット１０の一面１１のうち、車両前後方向の車両前方側に配置されていると共に静電センサマット１０の中心線１８上に配置されている。このため、小柄な大人４３が静電容量式乗員センサ１の上に乗ったときには臀部あるいは両大腿部が浮遊電極３０の上に乗る可能性が低いのでクッション材２０が潰れにくくなり、大柄な大人４２が静電容量式乗員センサ１の上に乗ったときには臀部あるいは両大腿部が浮遊電極３０の上に乗る可能性が高くなる。したがって、静電容量式乗員センサ１で測定される静電容量つまりインピーダンスに大柄な大人４２と小柄な大人４３との差が顕著に表れ、ひいては第２閾値による大柄な大人４２と小柄な大人４３との判別を可能にすることができる。

そして、乗員検知ＥＣＵ６０では、浮遊電極３０が設けられたことにより大柄な大人４２と小柄な大人４３との差が反映された静電容量式乗員センサ１の出力と第２閾値とを比較しているので、小柄な大人４３と大柄な大人４２とを確実に判別することができる。

また、本実施形態に係る静電容量式乗員センサ１は、静電センサマット１０の一面１１にクッション材２０および浮遊電極３０を設けた構成になっているので、判別性能を向上させるために電極構成数を増加させる必要がなく、静電容量式乗員センサ１自体の構造が複雑にならないようにすることができる。これに伴い、静電容量式乗員センサ１を駆動する制御回路の電極駆動数を増加させる必要もないので、回路構成が複雑にならないようにすることができる。このため、静電容量式乗員センサ１の判別性能の向上がコストアップ要因となることはない。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、乗員検知ＥＣＵ６０が特許請求の範囲の「乗員検知装置」に対応する。また、メイン電極１７ａ（静電センサマット１０）と乗員４６の間の静電容量Ｃ１が特許請求の範囲の「乗員静電容量」に対応する。さらに、メイン電極１７ａ（静電センサマット１０）と浮遊電極３０の間の静電容量Ｃ３が特許請求の範囲の「浮遊静電容量」に対応する。

（他の実施形態）
上記実施形態で示された静電センサマット１０の平面構造の配置は一例であり、他の形状でも良い。また、上記実施形態で示された浮遊電極３０の配置は一例であり、他の配置でも良い。静電センサマット１０の平面構造や浮遊電極３０の配置の他の例を図１３に示す。

図１３（ａ）では、四角形状の静電センサマット１０が示されている。上記実施形態では、静電センサマット１０の車両前方側における左右方向の幅が車両後方側よりも広くなっていたが、図１３（ａ）に示されるように、車両の前方側および後方側で左右方向の幅は同じでも良い。なお、図１３（ａ）や上記実施形態で示された貫通孔部１５は１つであったが、貫通孔部１５は１つではなく２つ以上設けられていても良い。

図１３（ｂ）では、車両の前後方向に延びる貫通孔部１５を備えた静電センサマット１０が示されている。この貫通孔部１５は、静電センサマット１０の一面１１を車両の左右方向に二分割する中心線１８上に位置している。そして、車両の前後方向に貫通孔部１５が設けられたことにより車両の前後方向の前方側が開口しており、静電センサマット１０はコの字状になっている。このような静電センサマット１０の平面構造とすることもできる。この場合、クッション材２０および浮遊電極３０は、図１３（ｂ）に示されるように、車両の前方側に配置されると共に、貫通孔部１５により車両の左右方向に分割された静電センサマット１０をつなぎ止めるように配置される。このため、中心線１８上のクッション材２０および浮遊電極３０は、貫通孔部１５の上に配置されることとなる。

図１３（ｃ）では、図１３（ｂ）に示された静電センサマット１０の平面構造に対し、クッション材２０および浮遊電極３０のセットが２セット設けられたものが示されている。このように、浮遊電極３０は１つではなく２つ設けられていても良い。この場合、クッション材２０および浮遊電極３０は静電センサマット１０の一面１１の上に配置されており、貫通孔部１５を覆うように配置されていない。したがって、クッション材２０および浮遊電極３０は、静電センサマット１０の一面１１のうち、車両前後方向の車両前方側に配置されていると共に中心線１８側に配置されていると言える。

なお、図１３（ｃ）では浮遊電極３０は静電センサマット１０の一面１１のうち二箇所に配置されているが、一箇所に配置されていても良い。すなわち、図１３（ｃ）に示される平面構造の静電センサマット１０においても、浮遊電極３０は１つでも良い。また、浮遊電極３０は三箇所以上に配置されていても良い。

図１３（ｄ）では、静電センサマット１０に貫通孔部１５が設けられていないものが示されている。このような静電センサマット１０に浮遊電極３０を設けることもできる。

そして、図１や上記の図１３（ａ）および図１３（ｄ）では、静電センサマット１０に１つの浮遊電極３０が設けられたものが示されているが、浮遊電極３０は複数設けられていても良い。

以上のように、静電センサマット１０の平面構造や浮遊電極３０の配置位置・数を変更したとしても、乗員４６が座面部４１に座ると、静電センサマット１０の一面１１のうち車両後方側に乗員４６の臀部が位置すると共に車両前方側のうちの車両右側および車両左側に乗員４６の右大腿部および左大腿部が位置することとなる。したがって、小柄な大人４３が静電容量式乗員センサ１の上に乗ったときにはクッション材２０が潰れにくく、大柄な大人４２が静電容量式乗員センサ１の上に乗ったときにはクッション材２０が潰れる。このため、小柄な大人４３について検出される静電容量と大柄な大人４２について検出される静電容量との差を顕著になり、小柄な大人４３と大柄な大人４２との判別を可能にすることができる。

上記実施形態や図１３に示される例では、クッション材２０および浮遊電極３０は同じサイズのものが示されているが、クッション材２０および浮遊電極３０は同じサイズである必要はない。例えば、クッション材２０が浮遊電極３０よりも大きいサイズになっていても良い。

また、上記実施形態や図１３に示される例では、浮遊電極３０の平面構造は四角形状になっていたが、これは一例である。したがって、他の形状になっていても良い。例えば、静電センサマット１０の平面構造と同じになっていても良い。小柄な大人４３が静電容量式乗員センサ１の上に座っても浮遊電極３０の上に乗る可能性は低いが、大柄な大人４２が静電容量式乗員センサ１の上に座る場合には浮遊電極３０の上に乗るので、浮遊電極３０およびクッション材２０が静電センサマット１０と同じ平面構造になっていることにより静電容量式乗員センサ１の座り心地を向上させることができる。

１ 静電容量式乗員センサ
１０ 静電センサマット
１１ 静電センサマットの一面
１８ 中心線
２０ クッション材
３０ 浮遊電極
４０ シート
４１ 座面部
４３ 小柄な大人
４２ 大柄な大人

Claims (5)

1. 一面（１１）を有すると共に車両のシート（４０）の座面部（４１）に配置される静電センサマット（１０）を備え、
   前記静電センサマット（１０）の静電容量の値に基づいて前記シート（４０）の乗員（４６）を検出する静電容量式乗員センサであって、
   前記静電センサマット（１０）の一面（１１）に配置されるクッション材（２０）と、
   前記静電センサマット（１０）の一面（１１）に対する投影面積が当該静電センサマット（１０）の一面（１１）よりも小さいと共に前記クッション材（２０）の上に配置され、前記静電センサマット（１０）と共に前記クッション材（２０）を挟み込む浮遊電極（３０）と、を備え、
   前記浮遊電極（３０）は、前記静電センサマット（１０）に対して電気的に浮遊状態になっており、
   前記静電センサマット（１０）と前記乗員（４６）の間の乗員静電容量（Ｃ１）と、前記静電センサマット（１０）と前記浮遊電極（３０）の間の浮遊静電容量（Ｃ３）の両方に基づいて乗員検知を行うことを特徴とする静電容量式乗員センサ。
2. 前記静電センサマット（１０）の一面（１１）を前記車両の左右方向に二分割する線であると共に前記左右方向に直角の車両前後方向に延びる線を中心線（１８）とすると、
   前記クッション材（２０）および前記浮遊電極（３０）は、前記静電センサマット（１０）の一面（１１）のうち、前記車両前後方向の車両前方側に配置されると共に前記中心線（１８）上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式乗員センサ。
3. 前記静電センサマット（１０）の一面（１１）を前記車両の左右方向に二分割する線であると共に前記左右方向に直角の車両前後方向に延びる線を中心線（１８）とすると、
   前記クッション材（２０）および前記浮遊電極（３０）は、前記静電センサマット（１０）の一面（１１）のうち、前記車両前後方向の車両前方側に配置されていると共に前記中心線（１８）側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量式乗員センサ。
4. 前記浮遊電極（３０）は、前記静電センサマット（１０）に複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の静電容量式乗員センサ。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の静電容量式乗員センサと、
   エアバッグの展開／非展開を判定するための第１閾値と、前記第１閾値よりも大きい閾値であり前記乗員（４６）の種類を判別するための第２閾値とを有し、前記静電容量式乗員センサの出力が前記第１閾値を超える場合は前記エアバッグを展開すると判定し、さらに、前記静電容量式乗員センサの出力が前記第１閾値と前記第２閾値との間の場合、前記乗員（４６）は小柄な大人（４３）であると判別する一方、前記静電容量式乗員センサの出力が前記第２閾値を超える場合、前記乗員（４６）は大柄な大人（４２）であると判別する乗員検知装置（６０）と、を備えていることを特徴とする静電容量式乗員センサ装置。

Images