JP2012107895A - 乗員検知システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】乗員検知システム1では、電界発生部40が測定電極21に電界を発生させ、電流検出部7が測定電極21に流れる電流を検出する。また、電極選択部4が、被水電極22を接地した状態にして電流を検出する被水検知モードと被水電極22を非接地した状態にして電流を検出する乗員検知モードとに応じて、被水電極22の接続を切り換える。判定部61が、被水検知モードによって検出された電流における実数成分によって示される第1抵抗成分と、シート20が非被水状態にある場合の第1抵抗成分に基づいて算出された非被水状態における第2抵抗成分とに基づいて、乗員検知モードによって検出された電流における虚数成分によって示される容量成分の補正値を生成し、補正値に基づいて乗員の体格を判定する。
【選択図】図1
Description
また、サイド・エアバッグを搭載した自動車においても、助手席シートにおける乗員の着席状況などに応じて、サイド・エアバッグの展開を制御することが自主的になされている。
このようなエアバッグ・システムでは、エアバッグの展開を制御するために、助手席シートに着席している乗員を検知するために、乗員検知システムを用いている。
例えば、このような静電容量検出型の乗員検知システムでは、助手席シートの座面又は背面、あるいはその両方に電極を配置し、電極を交流駆動(AC駆動)して、電極と被測定物(乗員)との間に微弱電界を発生させる。この微弱電界は、電極と被測定物(乗員)との表面に電荷を生じさせる。このように、電極と被測定物(乗員)との表面は容量結合となり、この電極と被測定物(乗員)との間の容量が被測定物(乗員)の体格又は着席状況によって変化する。そのため、このような静電容量系の乗員検知システムでは、被測定物(乗員)の体格及び着席状況を、変位電流の変化として検知する。
また、上述のような乗員検知システムでは、助手席シートが被水するなどの外乱によって、乗員の体格の判定を安定して行うことができないことがあった。すなわち、上述のような乗員検知システムでは、乗員の体格の区別において、被水などの外乱の影響よって、乗員の体格を安定して判定できないという課題があった。
しかしながら、特許文献1に記載されている乗員検知システムでは、警告によって判定の安定性は確保されるが、警告が出力されている間は、正確に乗員の体格を判定できない。つまり、特許文献1に記載されている乗員検知システムは、乗員の体格の判定を安定、且つ継続して判定できないという課題がある。
図1は、本実施形態による乗員検知システム1を示す概略ブロック図である。
この図において、乗員検知システム1は、乗員検知部10、シート20、及びエアバッグ装置30を備えている。
被水電極22は、測定電極21に近接して配置され、シート20が被水している被水状態を判定するために使用される電極である。
シールド部24は、乗員検知部10から測定電極21、被水電極22、及び裏面シールド電極23にそれぞれ接続される配線を覆うように配置され、これらの配線に発生する容量結合を抑制する。シールド部24には、裏面シールド電極23と同様に、乗員を検知する際に、測定電極21に印加される交流電圧と同じ位相の交流電圧が乗員検知部10から印加される。
電界発生部40は、電源部2から供給された駆動電圧から正弦波の交流電圧を生成して、生成した交流電圧をシールド駆動部3及び電極選択部4に供給する。つまり、電界発生部40は、電極選択部4を介して測定電極21に交流電圧を印加して、測定電極21に微弱電界を発生させる。
また、電界発生部40は、正弦波発振部41及び電極駆動部42を備えている。
電極駆動部42は、正弦波発振部41から供給された正弦波の交流信号に基づいて、測定電極21及び裏面シールド電極23に印加する交流電圧を生成する。
シールド駆動部3は、正弦波発振部41から供給された正弦波の交流信号に基づいて、シールド部24に印加する交流電圧を生成する。
また、電流検出部7、変位電流電圧変換部5、及び直交検波部6を備えている。
直交検波部6は、変位電流電圧変換部5よって変換された電圧を、例えば、直交検波などの手法を用いて、容量性負荷に依存する成分(容量成分)と抵抗性負荷に依存する成分(抵抗成分)とに分離して制御部60に出力する。つまり、直交検波部6は、電圧を検出することによって、測定電極21に流れる変位電流を検出し、さらに、容量成分(虚数成分)と抵抗成分(実数成分)とに分離して、制御部60に出力する。
ここで、制御部60は、図示されない記憶部に記憶されたプログラムとCPUによって、制御処理を実行する。また、制御部60は、判定部61を備えている。
なお、非被水状態における1/Rの学習データは、記憶部8に記憶されている。判定部61は、非被水状態にある場合に被水検知モードによって検出された抵抗成分に基づいて算出して記憶部8に記憶させる1/Rの学習データの更新処理を行う。この更新処理の詳細は、後述する。
伝装通信部50は、制御部60の判定部61から出力された乗員の判定結果に基づく情報をエアバッグ装置30に出力する。
図2は、本実施形態における測定電極21と被水電極22との配置の一例を示す図である。
また、図2(b)は、図2(a)の直線A−Bにおける断面図である。この図において、測定電極21と被水電極22とは、基材25に接して配置されている。また、測定電極21及び被水電極22において、基材25に接していない面を覆うように、レジスト26が配置されている。さらに、裏面シールド電極23が、基材25を挟んで測定電極21に対向する位置に、基材25に接して配置されている。
この図が示すように、測定電極21、被水電極22、及び裏面シールド電極23は、シート20の内部に設置される。また、シート20には、乗員(被対象物OB)が着席し、乗員を検知する際には、測定電極21から微弱電界が発生する。
図4は、本実施形態における乗員検知モードの状態を示す図である。
図4(a)は、被水検知モード(第1検知モード)における設定を示している。この図が示すように、被水検知モードでは、被水電極22は、電極選択部4によって、接地される。また、電界発生部40は、電極選択部4を介して測定電極21及び裏面シールド電極23に交流電圧を印加する。これにより、測定電極21から微弱電界が発生する。この微弱電界は、レジスト26及びトリム27を介して被水電極22に到達する。つまり、被水検知モードでは、微弱電界に基づいて、測定電極21と被水電極22とが容量結合される。被水検知モードでは、電流検出部7が、この状態における変位電流Itを検出する。
図5(a)は、シート20が被水していない場合(非被水状態にある場合)における被水検知モードの測定モデルを示している。この図において、測定モデルは、電界発生部40から印加される交流電圧によって発生する微弱電界に基づいて、測定電極21と被水電極22とがシート20上の乗員である被対象物OBを介して容量結合されるモデルとなる。この測定モデルにおいて、変位電流Itは、大部分が容量負荷に依存する電流である。
図6(a)は、シート20が被水している場合(被水状態にある場合)における被水検知モードの測定モデルを示している。この図において、被水部分271は、トリム27において被水している部分を示している。この測定モデルは、電界発生部40から印加される交流電圧によって発生する微弱電界に基づいて、測定電極21と被水電極22とがシート20上の乗員である被対象物OBを介して容量結合される。
この図において変位電流電圧変換部5は、抵抗素子51と差動増幅部52とを備えている。抵抗素子51は、電極駆動部42と測定電極21との間に直列に接続され、抵抗素子51の両端が差動増幅部52の入力端子に接続されている。差動増幅部52は、抵抗素子51の両端の電位差を検出して、所定の係数によって増幅して出力する。これにより、変位電流電圧変換部5は、抵抗素子51に流れる変位電流iを電圧に変換する。
本実施形態における乗員検知システム1では、直交検波部6によって、式(1)における実数成分と虚数成分に分離される。なお、本実施形態において、変位電流における実数成分として1/Zreを使用し、1/Rと表記する。また、変位電流における虚数成分としてZimを使用し、Cと表記する。
ここでは、図8を参照して、乗員検知システム1における乗員検知の概要を説明する。
この図は、電流検出部7によって検出された変位電流に相当する量を複素直交座標で表現したものである。この図において、縦軸は、直交検波部6によって得られた虚数成分(Imaginary成分)を示し、横軸は、直交検波部6によって得られた実数成分(Real成分)を示している。また、本実施形態では、実数成分(この図の縦軸)は、直交検波部6によって得られたCと、記憶部8に予め記憶されているC(初期化空席値)との差ΔCを用いている。また、虚数成分(この図の横軸)は、直交検波部6によって得られた1/Rと、記憶部8に予め記憶されている1/R(初期化空席値)との差Δ1/Rを用いている。
また、ベクトルL4は、被水状態において、乗員検知モードによって得られた変位電流の虚数成分に対応する。ここでベクトルL4の大きさは、ΔC(ch)である。
また、ベクトルL5及びL6は、上述した非被水状態における1/Rの学習データに対応する。ここでは、非被水状態における1/Rの学習データとして、大人用の1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg_adt))と子供用の1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg_crs))との2種類がある場合の例である。
また、ベクトルL7は、乗員検知システム1の判定部61によって補正された後における変位電流の虚数成分に対応する。ここでベクトルL7の大きさは、ΔC(ch)_compである。
次に、判定部61は、Δ1/R(ch_g)と非被水状態における1/Rの学習データとに基づいて、ΔC(ch)を補正してΔC(ch)_compを生成する処理を行う。この際に、判定部61は、1/Rの学習データとして、ΔC(ch)に基づいて、大人用の1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg_adt))と子供用の1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg_crs))とのいずれか一方を使用する。
なお、ここで、大人とは、乗員の体格が5パーセントタイル成人女性に相当する体格より大きいことを示す。また、子供とは、乗員の体格が5パーセントタイル成人女性に相当する体格より小さいことを示し、6歳児以下の体格が含まれるものとする。また、5パーセントタイル成人女性とは、成人女性の分布において、小柄な方の5%に相当する女性のことである。
図9は、本実施形態における乗員検知処理を示すフローチャートである。
また、図10は、本実施形態における基準負荷による線形補間を示す図である。
まず、図9に示すフローチャートを参照して、乗員検知処理を説明する。
なお、判定部61は、Δ1/R(ch_g)(第1抵抗成分)の値が予め定められた閾値A以上の場合に、予め定められた閾値AをΔ1/R(ch_g)にする。これは、Δ1/R(ch_g)の値が大きくなり過ぎた場合を制限するためである。
また、判定部61は、補正値ΔC(ch)_compの値が予め定められた閾値Bより小さいと判定した場合に、処理をステップS110に進める。判定部61は、補正値ΔC(ch)_compの値が予め定められた閾値Bより小さい場合に、乗員の体格が子供(相当)であると判定する。
また、ステップS104において、判定部61は、乗員検知モードによって得られた容量成分C(ch)を基準負荷による線形補間によって補正する。すなわち、変位電流における容量成分ΔC(ch)は、補正された容量成分C(ch)に基づいて生成されるため、変位電流における容量成分ΔC(ch)は、判定部61によって、基準負荷によって予め検出されている電流における虚数成分に基づいて補正される。
図11は、本実施形態における非被水状態の抵抗成分の平均値を更新する処理を示すフローチャートである。なお、図11のフローチャートは、図9のフローチャートにおけるステップS107の処理を詳細に示したものである。
また、図12は、本実施形態における非被水状態の抵抗成分の平均値を更新する処理を示す概念図である。
ステップS201の処理において、判定部61は、シート20が被水状態にあると判定した場合に、非被水状態における1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg))の更新処理を終了させる。また、判定部61は、シート20が被水状態にない(非被水状態にある)と判定した場合に、処理をステップS202に進める。
ステップS202の処理において、判定部61は、予め定められた閾値B以上であると判定した場合に、処理をステップS203に進める。また、判定部61は、予め定められた閾値Bより小さいと判定した場合に、処理をステップS207に進める。
なお、予め定められた閾値Bは、乗員検知モードによって検出された変位電流における虚数成分ΔC(ch)において、乗員の体格が大人であるか、子供であるかを判定する閾値である。
なお、ここで、平均値Δ1/R(ch_avg_adt)は、一定の期間において、検出された非被水状態の変位電流における抵抗成分Δ1/R(ch_g)の平均値である。この一定の期間とは、例えば、エンジン始動(イグニッションオン)から現在までの期間である。
判定部61は、ステップS206の処理後に、非被水状態の抵抗成分の平均値を更新する処理を終了させる。
なお、ここで、平均値Δ1/R(ch_avg_crs)は、一定の期間において、検出された非被水状態の変位電流における抵抗成分Δ1/R(ch_g)の平均値である。この一定の期間とは、例えば、エンジン始動(イグニッションオン)から現在までの期間である。
判定部61は、ステップS210の処理後に、非被水状態の抵抗成分の平均値を更新する処理を終了させる。
図12(a)は、縦軸が、乗員検知モードにおいて検出された変位電流における容量成分ΔC(ch)を示し、横軸は、乗員の体格が子供相当(ここでは、空席/CRSとする)である場合と、大人相当(ここでは、AF05とする)である場合を示している。この図において、検出値P1及びP2は、乗員の体格が大人相当である場合である。また、検出値P3及びP4は、乗員の体格が子供相当である場合である。
つまり、判定部61は、変位電流における容量成分ΔC(ch)の値が予め設定された範囲R1内である場合、且つ、変位電流における抵抗成分Δ1/R(ch_g)の値が予め定められた範囲R3内である場合に、変位電流における抵抗成分Δ1/R(ch_g)に基づいて、非被水状態における1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg_adt))を算出する。次に、判定部61は、算出した非被水状態における1/Rの学習データ(Δ1/R(ch_avg_adt))を記憶部8に記憶させる。
これにより、非被水状態における1/Rの学習データΔ1/R(ch_avg_adt)(又は、Δ1/R(ch_avg_crs))は、更新されるため、判定部61は、最新の非被水状態における1/Rの学習データを使用して、補正値ΔC(ch)_compを算出することができる。そのため、乗員検知システム1は、乗員検知モードによって検出された変位電流における容量成分ΔC(ch)をさらに精度よく補正した補正値ΔC(ch)_compを算出することができる。
これにより、乗員検知システム1は、測定系に依存する検出値への影響を低減することができる。よって、乗員検知システム1は、精度よく補正値ΔC(ch)_compを算出することができる。
これにより、抵抗成分Δ1/R(ch_g)が大きくなり過ぎることを防いで、制限をかけることができる。
これにより、乗員検知システム1は、温度などの環境による変化を補正することができる。そのため、乗員検知システム1は、乗員検知モードによって検出された変位電流における容量成分ΔC(ch)をさらに精度よく補正した補正値ΔC(ch)_compを算出することができる。
これにより、乗員検知システム1は、温度などの環境による変化を補正することができる。そのため、乗員検知システム1は、乗員検知モードによって検出された変位電流における容量成分ΔC(ch)をさらに精度よく補正した補正値ΔC(ch)_compを算出することができる。
これにより、乗員検知システム1は、乗員の体格の判定結果に基づいて、エアバッグ装置30のエアバッグの展開を制御することができる。つまり、乗員検知システム1は、乗員の体格に合わせてエアバッグの展開を制御できるため、エアバッグの展開により、乗員を危険にさらす可能性を低減することができる。
また、非被水状態における1/Rの学習データは、予め実験によって得られた固定値を用いる形態でもよい。この場合、非被水状態における1/Rの学習データを更新する処理が不要になるため、判定部61による処理を低減することができる。ただし、上述したとおり、非被水状態における1/Rの学習データを更新する形態は、固定値を用いる形態に比べて、精度よく補正値を算出することができる。
また、図11におけるΔC(ch)が閾値B以上であるか否かを判定する処理(ステップS102の処理)は、省略してもよい。
また、上記の実施形態において、図10に示す基準負荷による補正は、2つの基準負荷を用いて補正する形態を説明したが、2つ以外(例えば、1つ、又は3つ以上)の基準負荷を用いて補正する形態でもよい。また、基準負荷による測定情報は、予め取得した情報でもよいし、エンジン点火(イグニッションオン)の際に、取得した情報でもよい。
また、乗員検知システム1は、補正値ΔC(ch)_compを用いて、乗員の着席姿勢の判定や着席有無の判定に適用してもよい。
2 電源部
3 シールド駆動部
4 電極選択部
5 変位電流電圧変換部
6 直交検波部
7 電流検出部
8 記憶部
9 警告灯駆動部
10 乗員検知部
20 シート
21 測定電極
22 被水電極
23 裏面シールド電極
24 シールド部
25 基材
26 レジスト
27 トリム
30 エアバッグ装置
40 電界発生部
41 正弦波発振部
42 電極駆動部
50 伝装通信部
51 抵抗素子
52 差動増幅部
60 制御部
61 判定部
Claims (7)
- シートに着席している乗員との間に電界が発生する測定電極と、
前記測定電極に近接して配置された被水電極と、
前記電界を発生させる電界発生部と、
前記測定電極に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記被水電極を接地した状態にして前記電流を検出する第1検知モードと前記被水電極を非接地した状態にして前記電流を検出する第2検知モードとに応じて、前記被水電極の接続を切り換える切り換え部と、
前記第1検知モードによって検出された前記電流における実数成分によって示される第1抵抗成分と、前記シートが乾燥している非被水状態にある場合の前記第1抵抗成分に基づいて算出された第2抵抗成分とに基づいて、前記第2検知モードによって検出された前記電流における虚数成分によって示される容量成分の補正値を生成し、前記補正値に基づいて前記乗員の体格を判定する判定部と
を備えることを特徴とする乗員検知システム。 - 前記第2抵抗成分は、
前記シートが非被水状態にある場合の前記第1抵抗成分における平均値であり、
前記判定部は、
前記容量成分の値が予め設定された範囲内である場合、且つ、前記第1抵抗成分の値が予め定められた範囲内である場合に、前記第1抵抗成分に基づいて前記第2抵抗成分を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の乗員検知システム。 - 前記判定部は、
前記第1検知モードによって検出された前記電流における実数成分と、前記シートに着席していない空席状態において予め検出された前記電流における実数成分との差として前記第1抵抗成分を抽出し、
前記第2検知モードによって検出された前記電流における虚数成分と、前記空席状態において予め検出された前記電流における虚数成分との差として前記容量成分を抽出する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の乗員検知システム。 - 前記判定部は、前記第1抵抗成分の値が予め定められた閾値以上の場合に、前記閾値を前記第1抵抗成分にする
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の乗員検知システム。 - 前記判定部は、
前記電界発生部から予め定められた抵抗値を示す抵抗素子に流れる電流であって、前記電流検出部によって予め検出されている電流における実数成分に基づいて、前記第1抵抗成分を補正する
ことを特徴とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の乗員検知システム。 - 前記判定部は、
前記電界発生部から予め定められた容量値を示す静電容量素子に流れる電流であって、前記電流検出部によって予め検出されている電流における虚数成分に基づいて、前記容量成分を補正する
ことを特徴とすることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の乗員検知システム。 - 前記判定部は、
前記乗員の体格の判定結果に基づく情報を、エアバッグを展開させるエアバッグ装置に送信し、前記エアバッグ装置に対して前記エアバッグを展開可能な状態又は展開不可能な状態のいずれか一方にセットさせる
ことを特徴とする請求項1から請求項6いずれか1項に記載の乗員検知システム。
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