JP2012032342A - 乗員検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの検出用電極及び簡単な回路構成で、容易にシート上の乗員の有無、及び体格の違いを検出することができる乗員検知装置を提供する。
【解決手段】本乗員検知装置は、車両シート７の座面部７１の表面部に設けられた検出用電極３と、検出用電極に接続され、且つ検出用電極に生じる静電容量に応じて発振周波数が変化する発振回路２と、発振回路の発振周波数の変化を検出して、その検出結果に基づいて車両シートへの乗員の着座を検知する検知部２と、を備えることを特徴とする。また、検出用電極は、所定の間隔を設けて並列に配列されている複数の電極線３１と、各電極線に接続されるリード線３２とにより櫛状に構成できる。このような櫛状の検出用電極により発振周波数の変化量が大きくなるため、簡単な発振回路や発振周波数検知回路等の回路を用いた回路構成の検知部を用いて、容易に着座を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のシートに乗員が着座しているか否か、及び乗員が大人か子供かの体格の違いを検知するための乗員検知装置に関し、詳しくは、一つの検出用電極及び簡単な回路構成で、容易にシート上の乗員の有無、及び体格の違いを検出することができる乗員検知装置に関する。

自動車において、乗員がシートに着座しているかどうかの検知情報がエアバッグ展開の判断のために用いられている。車両のエアバッグ装置では、車両衝突時に助手席等シートに乗員として大人が着座していればエアバッグが展開され、そのシートに乗員が着座していない、又は子供が着座していればエアバッグが展開されないように制御される。エアバッグは大人用であり、子供に対しては適切な効果が得られないためである。このため、着座の有無及び着座した乗員が大人であるかどうかを判断できる着座センサが提案されている（特許文献１及び２を参照。）

特許文献１には、座面等に設けた電極と車体との間の静電容量を求め、その値の変化の量によりエアバッグの展開を行うかどうかを判断する検知システムが開示されている。このような検知システムは、構成が簡単であって実施が容易とされている。
特許文献２には、複数の検出用電極をシートの背もたれの高さ方向に配列することで乗員の座高を求め、その座高に応じてエアバッグの展開を行うかどうかを判断する乗員検知装置が開示されている。このような検知システムは、座高がより明確に求めることができるため、より正確なエアバッグの展開の判断が可能とされている。

特表平０９−５０９１１８号 特開２０００−７５０４４号

しかし、特許文献１のような従来の静電容量の変化を用いた検知システムは、静電容量の変化量が十分な大きさで得られにくいため、誤判定をなくすにはより高精度な検知手段を用いる必要があった。
また、特許文献２のような背もたれに複数の電極を用いる検知システムは、乗員が背もたれにもたれていないと座高を求めることができなかった。更に、電極を複数設ける必要があるため、それに伴って配線の数が増えて配線の取り回しが難しくなる等、実施が難しくなる問題があった。
また、特許文献１及び２に示すような従来の電極は、金属板や被覆電線等の硬質の部材を使用しなければならず、電極をシートのカバーの表皮付近に設けると着座した乗員が違和感を与えるという問題がある。違和感をなくすには、電極をシートのより底部付近に配設することが必要であるが、クッション材を介して乗員の着座状態を検出することになるため、着座検出の感度は低いものとなってしまう。

本発明は、上記のような問題に鑑み、一つの検出用電極及び簡単な回路構成で、容易にシート上の乗員の有無、及び体格の違いを検出することができる乗員検知装置を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本第１発明の乗員検知装置は、車両シートの表面部に設けられ、導電体を櫛状に設けた検出用電極と、前記検出用電極に接続され、且つ該検出用電極に生じる静電容量に応じて発振周波数が変化する発振回路と、前記発振回路の発振周波数の変化を検出して、その検出結果に基づいて前記車両シートへの乗員の着座を検知する検知部と、を備えることを要旨とする。
本第２発明の乗員検知装置は、上記第１発明において前記検出用電極が、所定の間隔を設けて並列に配列されている複数の電極線と、各該電極線に接続されるリード線とにより構成されていることを要旨とする。
本第３発明の乗員検知装置は、上記第２発明において前記検知部が、前記発振周波数の変化量に基づいて、着座する前記乗員の体格の大小を判断することを要旨とする。
本第４発明の乗員検知装置は、上記第２発明又は上記第３発明において前記電極線が、導電布に織り込まれている金属線であり、前記導電布は前記車両シートの表面材として形成され、又は表面材の直下に配設されていることを要旨とする。

本発明の乗員検知装置によれば、車両のシートに設けられた櫛状の検出用電極を備えることによって発振周波数の変化量が大きくなるため、僅かな発振周波数の変化を検出するための複雑な回路を用いることなく、簡単な発振回路を用いた回路構成の検知部を用いて、容易に着座を検出することができる。また、検知部等の回路構成等を簡単にしても着座の検出が座面のみで可能であるため、乗員検知装置をより小規模な構成且つより低コストで作製することができる。
このように櫛状の検出用電極を用いると発振周波数の変化量が従来よりも大きくなるのは、次の理由と考えられる。櫛状の検出用電極は、従来の平板状の検出用電極と比べて電極部の総面積が小さいため静電容量が小さくなる。また、シートに乗員が着座すると、人は水分を多く含んでいることによる導電性を備えているため、櫛歯状の電極線上に導電性の物質が位置することになる。これにより、櫛歯状の電極線が見かけ上はパッチ電極となって電極面積が増加することによって、検出用電極に生じる静電容量が増加すると考えられる。一方、従来の平板状の検出用電極は、乗員の着座状況にかかわらず電極の状態が一定であり、乗員の着座による静電容量の変化は見られないと考えられる。

更に、検出用電極が、所定の間隔を設けて並列に配列されている複数の電極線と、各該電極線に接続されるリード線とにより櫛状に構成されている場合は、電極線の配設工程を容易とすることができ、乗員検知装置をより作製しやすくし且つより低コストで作製することができる。
また、検知部が、前記発振周波数の変化の大小によって前記検出した乗員の体格の大小を判断し、その結果を出力する場合は、櫛形状の検出用電極によって従来の平板状や網状等の検出用電極よりも発振周波数の大きな変化が得られるため、乗員の体格の大小を誤検出することなく簡単な回路構成の検知部によって容易に検出することができる。
更に、検出用電極の電極線が導電布に織り込まれている場合は、検出用電極を車両シートの座面部の表面部に設けても、着座した乗員に違和感を与えることがなく、しかもシートの質感や通気性を損なうことがない。また、シートカバー等と一体に形成することができ、従来のようにシートとは別体の電極を設ける場合に比べて、また検出用電極をシート本体に取り付けるための独立した製造工程も不要となり、作業性を向上させることができる。

本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述によって更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
本発明の乗員検知装置を中心とした車両のシート周辺の概略構成を表わす模式側面図である。 シートの座面表面に検出用電極が設けられている様子を示す模式斜視図である。 導電布に織り込まれている検出用電極のパターンを示す模式図である。 着席した乗員の体格に違いにより検出用電極を占める面積が異なることを示す模式図である。 本発明の乗員検知装置の構成を示すブロック図である。 発振回路の構成例を表わす回路図である。 発振回路の構成例を表わす回路図である。 本実施例の検出用電極と、鉄板を用いた比較例の着座に伴う発振周波数変化を示すグラフである。 他の検出用電極の電極線等のパターンを示す模式図である。 他の検出用電極の電極線等のパターンを示す模式図である。

以下、図１〜１０を参照しながら本発明の乗員検知装置を詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。

本発明の乗員検知装置は、車両のシートの表面部に設けられた櫛状の検出用電極と、検出用電極に結合される静電容量に応じて発振周波数が変化する発振回路と、発振回路の発振周波数を計測して、得られた発振周波数が変化したときに乗員を検知する検知部を備える。

このような乗員検知装置を設けた自動車等の車両のシート周辺の概略構成を図１に示す。図１において、車両のシート７は助手席又は後部座席等であり、シート７に乗員９が着座している場合には、検出用電極３上にある乗員の人体９によって図５に示す静電容量Ｃ_１が生じる。人体９が検出用電極３と静電的に結合することで、この検出用電極３と車体８との間の静電容量等が変化した場合、発振回路の発振周波数が変化するため、これを計測することによって乗員の着座の有無等を判断することが可能である。本乗員検知装置１は、検出用電極３と人体９とが静電的に結合した静電容量に応じて発振する発振回路、並びに発振回路の発振周波数の計測及び着座の検知処理を行う検知部である電子制御ユニット（ＥＣＵ）２と、から構成することができる。

図１に示すシート７は座面部７１と背もたれ部７２とからなっており、シートフレーム７６によって車体８の床部に固定されている。車体８は、電気的には検出用電極３の電位の基準を与える接地電位（車両接地）とすることができ、シートフレーム７６が金属製であれば、シートフレーム７６を接地電極とすることができる。シートの座面部７１の内部は、シートフレーム７６の上に発泡ウレタン等を素材とするクッション材が配設されて構成されており、表面は織布等の表面材によって被覆されている。背もたれ部７２も、同様にシートフレームとクッション材、表面材等から構成されている。

図１、２及び４に示すように、シートの座面部７１の表面部には、乗員９（９１、９２）の着座を検出するための検出用電極３が設けられる。
「検出用電極３」は、シートの座面部７１等の表面部に設けられることができ、図３に示すように、所定の間隔Ｗを設けて並列に配列されている複数の電極線３１と、各該電極線３１に接続されるリード線３２とにより櫛状に構成されている。即ち、リード線３２の先端側から順に各電極線３１が櫛歯のように設けられている。検出用電極３に用いる電極線３１及びリード線３２は、乗員が着座したときに違和感を与えない程度の柔軟性を備えていることが好ましく、例えば細い単線や撚り線を用いることができる。電極線３１を平行に配列させる間隔は、任意に選択することができるが、例えば２〜１５ｍｍ（より好ましくは３〜１０ｍｍ、特に好ましくは４〜８ｍｍ）とすることができる。間隔が狭すぎたり、広すぎたりする場合は発振周波数の変化量が却って減少するからである。

尚、検出用電極３を配設する位置は、着座時に乗員の身体が接する部分が含まれる位置であるシート座面の表面部であれば良い。また、シート７を覆う表面材の一部を構成するものであってもよいし、表面材の直下すなわち表面材とクッション材との間等に介装されてもよい。更に、検出用電極３全体の大きさは、着座する乗員の体格を検出できる広さを有していれば良い。特に、図４に例示するように、検出用電極３における乗員９１、９２の着座部分の面積が大きく異なるようにすると発振周波数を大きく変化させることができ、検出が容易となるため、より好ましい。また、検出用電極３の大きさが大人の乗員の着座部分と同じ程度の大きさとすると最も大きな発振周波数の変化が得られ、好ましい。即ち、大人乗員９１である場合は、図４に示すように検出用電極３の略全てを覆うように着座し、櫛歯状の電極線が占める面積に加えて、乗員の面積が誘導等により加わることによって、検出用電極に生じる静電容量が大きく増加する。一方、子供乗員９２である場合は、検出用電極３の一部分のみを覆うため誘導等により加わる静電容量の増加量が減少するため、発振周波数の変化が小さくなる。

また、検出用電極３を構成する電極線３１及びリード線３２からなる形状である「櫛状」は、一本の直線状の柄の一側面から等間隔且つ平行に櫛歯が延出している形状に厳密に限定されることはなく、１本又は２本以上の柄に相当するリード線の任意の位置から、櫛歯に相当する電極線が概ね並列に配設されている形状であればよい。即ち、電極線３１は、全ての部位が平行に配列されていなくても良く、例えば、図１０に示すように、先端側を含む多く部位が略平行になっていればよい。更に、途中で先端側に向かって本数が増える分岐が生じていても良い。また、図３に示すようにリード線の一方の側方のみに電極線３１が設けられていてもよいし、図９及び図１０に示すように両側方に電極線３１が設けられていてもよい。

検出用電極３に用いる電極線３１及びリード線３２は導電性を有する素材であればよく、幅広い素材を使用することができる。例えば、導電性を有する布地を用いて構成することができる。好適には、導電布を用いることができる。この「導電布」とは導電性が与えられた布をいい、その素材や製造方法は特に限定されない。例えば、金属線、並びに繊維の表面を銅、ニッケル及び銀等の金属材により被覆した導電繊維等を素材として製造された布が挙げられる。また、導電布は、金属線及び導電繊維等を糸として一部又は全て用いて織布とされたものであってもよいし、導電繊維を織布にすることなく、熱圧着等により形成された不織布であってもよい。また、導電布は、非導電糸を用いた織布又は不織布に、めっき法及び蒸着等により銅、ニッケル、銀等の金属材を被膜した布であってもよい。
このような導電布の具体例として、ステンレス線やカーボン繊維、メッキ繊維等の導電性繊維を適宜に織り込んだ織布を挙げることができる。例えば、経糸若しくは緯糸として２〜１５ｍｍ（より好ましくは３〜１０ｍｍ、特に好ましくは４〜８ｍｍ）の間隔でステンレス線等の導電性繊維を織り込んだ織布を使用すれば、導電性繊維を並列に設けられている電極線３１として用いることができ、耐久性、経済性に優れた検出用電極３を実現することができる。また、導電布を用いることによって、検出用電極３の形状、寸法などを任意に設計することができ、シートの他の部分を構成する表面材と一体に形成することが可能である。また、検出用電極３によって通気性を低下させることがなく、シートの質感を損なうこともない。

検出用電極３のリード線３２には、シールドケーブル等を用いたケーブル２３を介して、ＥＣＵ２に接続されている。また、前記接地電極７６は電線（例えばシールドケーブルの被覆側導線）によりＥＣＵ２に接続され、基準電位とすることができる。
図５は、本乗員検知装置１の構成を表わすブロック図である。図５において、検出用電極３及び接地電極７６を備えたセンサ部２１を中心に、Ｃ_０、Ｃ_１を含むシート及びシート上の物体（導電体）の等価的な回路図が表わされている。Ｃ_０は、乗員が着座しているか否かに関わらず検出用電極３と接地電極７６との間に生じる静電容量を表し、シート内のクッション材の他、シート及びその周辺部によって生じる。
Ｃ_１は、乗員等シート上の物体によって検出用電極３の電極面積が等価的に増加することによって生じる静電容量である。また、乗員９が着座して足が接地している場合は、検出用電極３と接地との間に乗員の身体が介在することとなる。人体は誘電体であり、空気に比べて大きな比誘電率を持つため、検出用電極３と接地電極７６との間には人体による静電容量が生じる。

センサ部２１に備えられた検出用電極３及び接地電極７６は、ケーブル２３によってＥＣＵ２に接続される。ＥＣＵ２には、電源回路２５、発振回路４１及び検知部４２が備えられる。このようなＥＣＵ２は、例えばマイクロコントローラ（組込み用マイクロコンピュータ）及び周辺回路によって構成することができる。マイクロコントローラ等は、乗員の着座等の判定のためのパラメータ等を格納し、計測、制御、検知の閾値設定、検知判定等を行うためのプログラムを備えることができる。
電源回路２５は、車両のバッテリーから供給される電源（例えば電圧１２Ｖ）から、ＥＣＵ２内の各電子回路４１、４２に供給する直流電源（Ｖａ、Ｖｂ）を生成する。

発振回路４１は、検出用電極３に接続されており、静電容量Ｃ_１に応じた発振周波数の基準信号Ｓ_０を出力する回路である。このような基準信号Ｓ_０の波形は検知部による発振周波数の計測ができれば良く、例えば正弦波及び矩形波の他、これらの形状が崩れた波形等を挙げることができる。更に、基準信号Ｓ_０に含まれる周波数は特に限定されず、車両シートの静電容量と、車両シートが固定される車両のフレームとの間隔等によって適宜決定され、例えば、１００〜５００ｋＨｚ（より好ましくは１１０〜４００ｋＨｚ、特に好ましくは１３０〜３００ｋＨｚ）の範囲の一定周波数とすることができる。このような周波数とするのは通常のＥＣＵに用いられるマイクロコントローラによる計測が容易であるからである。
このような基準信号Ｓ_０を出力する発振回路４１の種類は特に問わず、ＬＣ反結合発振回路（例えば図６に例示するコルピッツ発振回路、ハートレー発振回路）、例えば図７に例示する非安定マルチバイブレータ回路、ＣＲ発振回路（ウィーンブリッジ形、移相形、ツインＴ形）等を例示することができる。これら回路によっても静電容量Ｃ_１の増加に応じて発振周波数が低くなるように構成することができる。

発振回路４１により出力される基準信号Ｓ_０は、検知部４２に入力される。検知部４２は、例えば、基準信号Ｓ_０の発振周波数の変化を検出して、検出結果に基づいて車両シートへの乗員９の着座を検知することができれば良く、任意の手段から構成される。この例として、図５に示すように、基準信号Ｓ_０の１波形分を検出するシュミットトリガ等を用いたレベル検出回路、レベル検出回路によって検出した波形を数えて発振周波数を求める計数回路、計数回路によって得られた発振周波数の一定期間内の変化が基準値を超えたら着座として検出する検出回路等から構成することを挙げることができる。また、検出回路は、検出した結果をＥＣＵ２の他のプログラムや、他のＥＣＵに通知する。更に、検出回路は、前記基準値を大人用基準値及び子供用基準値と複数用意して、着座した乗員が大人か子供かを判断することができる。

このような構成の乗員検知装置は、発振回路４１により出力される基準信号Ｓ_０が検知部４２に入力され、発振周波数が常時計測される。検出回路は、例えば（１）この発振周波数の値が大人用基準値より小さい数値である場合は大人が着座したと検知し、（２）大人用基準値以上且つ子供用基準値以下である場合は子供が着座したと検知し、（３）子供用基準値よりも大きい場合は着座していないと判断し、その結果を出力することができる。
これにより、座面部７１に設けた検出用電極３のみで、乗員の着座の有無、且つ乗員が大人か子供かを判別することができる。

このような構成の乗員検知装置に用いて体格の違いによる検出用電極の静電容量の変化を求めた。
図１に示すように、車体８と見なした鉄板上に本乗員検知装置の検出用電極３を設けた自動車用シート７を載置し、検出用電極３のリード線３２と、図６に例示するコルピッツ発振回路を用いた発振回路、及び静電容量計とをシールドケーブル２３で接続した。また、検出用電極３は、図３に示すように、大きさが３０ｃｍ×４０ｃｍの導電布であり、径が１００μｍの電極線３１であるステンレス線を５ｍｍの間隔Ｗで織り込んだものである。また、導電布の一辺に、その辺の端部のステンレス線と接触するようにリード線３２が配設されている。
更に、検出用電極３を大きさが３０ｃｍ×４０ｃｍ、厚さ２．２ｍｍの鉄板に置き換えた比較例を用意した。

また、着座する乗員９として、大人乗員９１及び子供乗員９２の２種類を用意した。
大人乗員９１は、５０ｋｇの車両衝突実験用乗員女性ダミー（AF05）の表面をアルミ箔で覆うことで導電性を確保したものを用いた。更に、子供乗員９２は、２０リットル用のポリタンクに１０ｋｇの水道水を入れたものを用いた。
これら乗員９１、９２がシート７上にない場合、及び載置した場合の発振周波数及び静電容量を求めその結果を図８に示す。

図８に示すように、乗員９１、９２が着座していないときの発振周波数は約１７０ｋＨｚであったのに対し、大人乗員９１を載置したときは約１６０ｋＨｚ（図８における実線を参照。）、子供乗員９２が載置したときは約１６５ｋＨｚとなり、着座していないときと比べて発振周波数の差は大人乗員９１のときは約５ｋＨｚ、子供乗員９２のときは約１ｋＨｚの差が生じた。このような差は、発振周波数の計測が余裕を持って行うことができる。
一方、比較例では、乗員９１、９２が着座していないときの発振周波数は約１２０ｋＨｚであったのに対し、大人乗員９１のときは約１１９ｋＨｚ（図８における点線を参照。）、子供乗員９２のときは約１２０ｋＨｚとなり、実施例に比べて差が少ないことが分かる。
更に、実施例において大人乗員９１及び子供乗員９２の底面形状に沿って、シート７及びその座面部７１の表面部に設けられた検出用電極３が変形して密着していたが、比較例では、大人乗員９１及び子供乗員９２と検出用電極３との間に隙間が生じていた。

自動車等の車両のシートに乗員が着座しているかどうかを検知する乗員検知装置として広く利用される。また、椅子及びベッド等上の人物検知としても利用することができる。

１；乗員検知装置、２；電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２１；センサ部、２３；ケーブル、２５；電源回路、３；検出用電極、３１；電極線、３２；リード線、３３；導電布、４１；発振回路、４２；検知部、７；シート、７１；座面部、７２；背もたれ部、７６；接地電極（シートフレーム）、８；車体、９、９１、９２；乗員、Ｃ_０；シート等による静電容量、Ｃ_１；シート上の物体（人体等）による静電容量。

Claims (4)

1. 車両シートの表面部に設けられ、導電体を櫛状に設けた検出用電極と、
   前記検出用電極に接続され、且つ該検出用電極に生じる静電容量に応じて発振周波数が変化する発振回路と、前記発振回路の発振周波数の変化を検出して、その検出結果に基づいて前記車両シートへの乗員の着座を検知する検知部と、を備えることを特徴とする乗員検知装置。
2. 前記検出用電極は、所定の間隔を設けて並列に配列されている複数の電極線と、各該電極線に接続されるリード線とにより構成されている請求項１記載の乗員検知装置。
3. 前記検知部は、前記発振周波数の変化量に基づいて、着座する前記乗員の体格の大小を判断する請求項２記載の乗員検知装置。
4. 前記電極線は、導電布に織り込まれている金属線であり、前記導電布は前記車両シートの表面材として形成され、又は表面材の直下に配設されている請求項２又は３記載の乗員検知装置。

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