JP2013226881A - センサベルト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員が不適切な運転姿勢をとっている場合やシートベルトが未装着状態であった場合などに警告を行う、より簡潔な構成のセンサベルト装置を提供することを目的としている。
【解決手段】車両のステアリングホイール１０８に設けられた第１電極１１０と、帯状の抵抗発熱体であって、シートベルトウェビング１０６に設けられて第１電極１１０と電極対を構成する第２電極１１２と、第２電極１１２に電力を供給し発熱させるヒータ制御部１３２と、電極対に所定の電気信号を発信する発信部１２４と、電極対を通過した電気信号のパラメータが所定の閾値を逸脱したか否かを判定する判定部１２６と、パラメータが閾値を逸脱した場合に所定の警告を行う警告部１３０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、乗員が不適切な運転姿勢をとっている場合や、シートベルトが未装着状態であった場合など、危険と判断される場合に乗員に対して警告を行うセンサベルト装置に関する。

現在普及している車両には、シートベルトやエアバッグなど、衝突事故等の緊急時において乗員を保護する様々な安全装置が備えられている。これら安全装置の多くはセンサを搭載し、衝撃の発生等に起因して自動的かつ迅速に稼動する。しかし、乗員が正しい姿勢で搭乗していなければ、その機能は低下してしまう。例えば、乗員が片手運転などの誤った姿勢をとっていることによってシートベルトウェビング（以下、単にウェビングと称する）と身体との間に隙間が生じていては、その拘束力は低下する。

乗員に注意を促す技術として、例えば特許文献１には、運転者が運転に不適切な状態となっている場合に警報等を行う運転者状態判定装置が記載されている。この特許文献１では、車室内のカメラで運転者を撮影し、その画像から乗員の覚醒度や注意集中度等を取得して、運転者の状態を判定している。

特開２００７−２６５３７７号公報

上記特許文献１では、警報を行うか否かの判定を、カメラを用いて行っているため、大掛かりな構成にならざるを得ない。現在では、車両のコンパクト化はますます進む傾向にあり、乗員に対して警報等を行うための機構も、より簡潔な構成のものが望まれている。

本発明は、このような課題に鑑み、乗員が不適切な運転姿勢をとっている場合やシートベルトが未装着状態であった場合などに警告を行う、より簡潔な構成のセンサベルト装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるセンサベルト装置の代表的な構成は、車両のステアリングホイールまたはシートに設けられた第１電極と、帯状の抵抗発熱体であって、シートベルトウェビング上に設けられて第１電極と電極対を構成する第２電極と、第２電極に電力を供給し発熱させるヒータ制御部と、電極対に所定の電気信号を発信する発信部と、電極対を通過した電気信号のパラメータが所定の閾値を逸脱したか否かを判定する判定部と、パラメータが閾値を逸脱した場合に所定の警告を行う警告部と、を備えることを特徴とする。

当該センサベルト装置では、乗員がシートベルトウェビングを装着してステアリングホイールを握ると、または、乗員がシートに座ってシートベルトウェビングを装着すると、これらで構成された電極対の間に乗員が介在することになる。この電極対に電気信号を通過させた場合、電気信号のパラメータ（例えば電圧値）には、電極対の間に乗員が介在するか否かによる影響が現れる。これを利用することで、上記構成では、乗員が正しい姿勢・状態で搭乗しているか否かを電気的に検知することが可能になっている。

上記構成では、シートベルトウェビングはいわゆるヒータベルトとしても機能する。ヒータベルトは乗員に接触して直接的に加温するため、熱効率がよい。特に上記帯状の抵抗発熱体であれば、乗員との接触面積が広く確保できる。加えて、接触面積が広いことで乗員との電気的な伝達効率も高まっていて、この抵抗発熱体が第２電極でもあることで、上記構成では、ヒータおよび電極という２つの機能を効率よく発揮させ、かつ、構成の簡潔化を図ることができる。

また、上記の第１電極および第２電極は、それぞれステアリングホイールまたはシート、およびシートベルトウェビングという既存の構成要素に組み込んである。このようにして構成が簡潔化されているため、当該センサベルト装置は、設置するにあたって車内空間を占有せず、また、車室内の美観の点においても有効である。

当該センサベルト装置は、電極対で構成されるコンデンサを含んだローパスフィルタを備えてもよい。この構成では、乗員はコンデンサに誘電体として介在することになる。通常、ローパスフィルタのカットオフ周波数には、コンデンサの静電容量が影響している。上記構成では、コンデンサの静電容量は、乗員がシートベルトウェビングを装着したか否か、また、ステアリングホイールを両手で握ったか否か等に応じて変化する。そしてそれに応じて、ローパスフィルタを通過した電気信号の電圧ピーク値の低下の程度も変動する。したがって、ローパスフィルタの下流において電気信号の電圧ピーク値を測定することで、乗員が正しい姿勢・状態で搭乗しているか否かを判定することが可能になっている。

上記のヒータ制御部は、少なくともシートベルトウェビング以外に設けられ、第２電極は、ヒータ制御部と接続するコネクタを有し、コネクタは、シートベルトウェビングの装着時においてシートクッションよりも下方に位置するよう設置されるとよい。この構成によると、コネクタへの乗員の接触を避けることができ、接続不良などの不測の障害の発生を防ぐことができる。

上記のヒータ制御部は、第２電極の発熱温度を制御するサーミスタを有してもよい。サーミスタは自体の温度によって抵抗が変化するため、サーミスタを用いることで抵抗発熱体の発熱温度を車室内の温度等に合わせて制御することが可能になる。

本発明によれば、乗員が不適切な運転姿勢をとっている場合やシートベルトが未装着状態であった場合などに警告を行う、より簡潔な構成のセンサベルト装置を提供することが可能となる。

本発明にかかるセンサベルト装置の概要を例示した図である。 図１の第２電極の分解図である。 図１のセンサベルト装置の概略的な構成図である。 図３のセンサベルト装置の一部を表した回路図である。 図４のＬＰＦ１の下流における電気信号の特性を例示した図である。 乗員の静電容量を検知するための第１の他の例としてＣＲ回路を例示した図である。 乗員の静電容量を検知するための第２の他の例として自動平衡ブリッジを例示した図である。 図１のセンサベルト装置の変形例である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（センサベルト装置）
図１は、本発明にかかるセンサベルト装置の概要を例示した図である。センサベルト装置（以下、センサベルト１００と称する）は、乗員１０２がシートベルト１０４を正しく装着しているか否か、また、適切な運転姿勢をとっているか否かを判定する。そして、シートベルト１０４の未装着や不適切な運転姿勢をとっている場合、または車速やブレーキ状況などの情報も加えるなどして、総合的に判断して危険状態であるときに乗員１０２に対して警告を行う。

上記判定を行うにあたって、当該センサベルト１００では、ステアリングホイール１０８には第１電極１１０が、ウェビング１０６には第２電極１１２が設けられている。本実施形態では、乗員１０２がシートベルトウェビング（以下、ウェビング１０６と称する）を装着してステアリングホイール１０８を握ると、第１電極１１０と第２電極１１２とで構成される電極対の間に誘電体として乗員１０２を介在させたコンデンサＣ１（図３）が構成される。

第１電極１１０は乗員１０２と接触しやすいよう、ステアリングホイール１０８のうち、グリップ部１１４（リング部）に設けられている。第１電極１１０は、金属性の接点を所定位置に配置することでも実現できるが、グリップ部１１４の表面を導電性繊維で覆ったり、導電性塗料を塗布したりすることでも実現可能である。

第２電極１１２は、ウェビング１０６のうち、特に乗員１０２の腹部付近に接触する領域に設置されている。なお、このウェビング１０６は、加温機能を持ったいわゆるヒータベルトとして構成されていて、第２電極１１２は発熱素子としての機能も有している。

図２は、図１の第２電極１１２の分解図である。第２電極１１２には、主要な構成要素として、抵抗発熱体１１６が用いられている。抵抗発熱体１１６は、乗員１０２（図１参照）の身体を通じて第１電極１１０から流れてくる電気信号を受信する部位であり、また、ヒータベルトとして機能する際の発熱素子でもある。抵抗発熱体１１６は帯状であって、２本の電極線１１８ａ・１１８ｂが接続される。これら電極線１１８ａ・１１８ｂは、受信した電気信号を他所へ流すため、また、ヒータベルトとして機能する際に電力の供給を受けるために用いられる。そしてこれら第２電極１１２の乗員側は、絶縁性繊維などで構成された保護部材１２０で覆われている。なお、第２電極１１２の主要な構成要素は、発熱性と導電性とを兼ね備えた面状構造体であればよく、抵抗発熱体１１６の他にも、例えば炭素繊維を用いたいわゆるカーボンヒータや、アルミ箔ヒータなどが利用できる。

図３は、図１のセンサベルト装置の概略的な構成図である。上述したように、当該センサベルト１００では、乗員１０２がウェビング１０６を装着してステアリングホイール１０８を握ると、ステアリングホイール１０８の第１電極１１０と、ウェビング１０６の第２電極１１２とでコンデンサＣ１（図４参照）が構成される。このコンデンサＣ１はローパスフィルタ（ＬＰＦ１）の一部を形成していて、乗員１０２はこのコンデンサＣ１に誘電体として内包される構成となっている。

乗員１０２の運転姿勢等を判定するにあたって、まず、当該センサベルト１００の制御部１２２には発信部１２４が設けられている。この発信部１２４から所定周波数の電気信号が発信される。電気信号が流される先には上述したＬＰＦ１が存在している。本実施形態では、このＬＰＦ１を通過した電気信号のパラメータ（本実施形態では電圧値）を検知することで、乗員１０２の運転姿勢等を判定している。

図４は、図３のセンサベルト装置の一部を表した回路図である。ＬＰＦ１のカットオフ周波数fcは、コンデンサＣ１（本実施形態では乗員１０２）の静電容量（キャパシタンス）によって決定される。カットオフ周波数fcを求める式は以下の式１となる。

Ｃ＝乗員のみかけの静電容量、Ｒ＝抵抗Ｒ１の抵抗値
上記式１における乗員１０２のみかけの静電容量Ｃは、図３に例示した乗員１０２と第１電極１１０および第２電極１１２の接触面積によって変化する。すなわち静電容量Ｃには、乗員１０２がウェビング１０６を装着したか否か、また、ステアリングホイール１０８の把持は両手か片手かによる影響が現れる。そしてそれに応じて、ＬＰＦ１を通過した電気信号の電圧ピーク値の低下の程度も変動する。本実施形態では、ＬＰＦ１の下流に判定部１２６が設けられていて、判定部１２６で電気信号の電圧ピーク値を測定することで、乗員１０２が正しい姿勢・状態で搭乗しているか否かを判定している。なお、図４に例示するように、判定部１２６にはオペアンプＯｐ１が備えられていて、電気信号のピークホールドを行い、その先のＡＤポート１２８で静電容量Ｃの変化をモニタする。

図５は、図４のＬＰＦ１の下流における電気信号の特性を例示した図である。図５（ａ）は、ＬＰＦ１の周波数特性を例示した図である。ＬＰＦ１を通過する電気信号の振幅（Ｖ）は、その周波数がカットオフ周波数fcよりも高くなるほど、次第に小さくなる（変遷帯域）。カットオフ周波数fcは、上記説明した式１で求まる。すなわち、変遷帯域における電気信号の振幅には、上記式１の乗員１０２のみかけの静電容量Ｃの大小が反映されている。

図５（ｂ）は、乗員１０２のみかけの静電容量Ｃの大小による電気信号の振幅（Ｖ）の変動を例示した図である。図３の発信部１２４が発信した電気信号を信号Ｗ１として、例えば乗員１０２がウェビング１０６を装着してステアリングホイール１０８を両手で握った場合を想定する。すると、上記式１における静電容量Ｃは大きくなり、ＬＰＦ１を通過した信号Ｗ２の電圧ピーク値Ｖ２は、信号Ｗ１の電圧ピーク値Ｖ１よりも大幅に小さくなる。また例えば、乗員１０２がウェビング１０６を非装着状態でステアリングホイール１０８を両手で握った場合は、上記静電容量Ｃは小さくなり、ＬＰＦ１を通過した信号Ｗ３の電圧ピーク値Ｖ３は、電圧ピーク値Ｖ１と電圧ピーク値Ｖ２との間に現れる。

したがって、判定部１２６には閾値Ｖｉとして、例えば図５（ｂ）における電圧ピーク値Ｖ２と電圧ピーク値Ｖ３との間の値を設定する。この閾値Ｖｉを逸脱したか否かによって、乗員１０２がウェビング１０６を装着しているか否かを判定することが可能になる。また例えば、電圧ピーク値Ｖ２と、乗員１０２がステアリングホイール１０８を片手で握った場合の電圧ピーク値との間に閾値を設定することで、乗員１０２が片手運転をしているか否かを判定することが可能になる。

なお、発信部１２４が発信する電気信号の周波数は、図５（ａ）の変遷帯域の範囲で決定するとよい。この範囲内の電気信号であれば、乗員１０２の状態の変化を振幅の変動として取得しやすいため、好適である。

上記説明した流れによって、図３の判定部１２６が、乗員１０２がウェビング１０６の非装着などの危険状態にあると判定した場合、ＥＣＵ１２８（Electronic Control Unit）を介して警告部１３０が稼動し、乗員１０２に対して警告が行われる。警告の方法は、例えば音声通知や、電灯等の点灯など、適宜選ぶことができる。

以上説明した構成によって、当該センサベルト１００は、乗員１０２が正しい姿勢・状態で搭乗するよう促すことができる。また当該センサベルト１００では、第１電極１１０および第２電極１１２は、それぞれステアリングホイール１０８およびウェビング１０６という既存の構成要素に組み込んである。このようにして構成が簡潔化されているため、当該センサベルト１００は、設置するにあたって車内空間を占有せず、また、車室内の美観の点においても有効である。

（乗員の静電容量を検知するための他の例）
上記説明した構成では、例えば図４に例示したように、ＬＰＦ１を利用して乗員１０２の静電容量を検知し、その大小によって、乗員１０２が正しい姿勢・状態で車両に搭乗しているか否かを判定している。しかし、ＬＰＦ１以外の構成によっても、乗員１０２の静電容量を検知することは可能である。以下、その例を挙げる。

（ＣＲ回路）
図６は乗員１０２の静電容量を検知するための第１の他の例としてＣＲ回路１６０を例示した図である。図６（ａ）のＣＲ回路１６０は、コンデンサＣ１（乗員１０２）と抵抗Ｒ２とで構成された電気回路である。このＣＲ回路１６０では、パルス（入力信号Ｗ４）を入力したときの過渡特性に関連して、コンデンサＣ１の静電容量を求めることが可能になっている。まず、入力信号Ｗ４（図６（ｂ））を入力すると、コンデンサＣ１の電圧は急速に上昇する。しかし、コンデンサＣ１に流れ込む電流は電荷の蓄積に伴って次第に少なくなり、その電圧（例として、図６（ｃ）の出力信号Ｗ５参照）は電源電圧と同等にまで落ちて行く。この電圧が落ち着くまでの時間ｔは、コンデンサＣ１の静電容量が大きいほどより長くなる。したがって、入力信号Ｗ４を入力後、出力信号Ｗ５の時間ｔ_１経過時における電圧Ｖｔ_１（時定数）を検知することで、乗員のみかけの静電容量の大小（例えば、図６（ｃ）は静電容量が大の場合、図６（ｄ）は静電容量が小の場合）を求めることができる。これによって、図４を参照して説明したＬＰＦ１と同様に、乗員１０２がウェビング１０６を装着しているか否か、また、ステアリングホイール１０８の把持は両手か片手かを判定することができる。

（自動平衡ブリッジ）
図７は乗員１０２の静電容量を検知するための第２の他の例として自動平衡ブリッジ１７０を例示した図である。自動平衡ブリッジ１７０は、一般的なオペアンプの反転増幅の基本回路と同様の構成である。図７中のポイントＰ１は反転入力であり、この回路は負帰還の作用によって常にポイントＰ１の電圧が０になるよう動作する。そして、交流信号源ｅからコンデンサＣ１に流れ込んだ電流ｉは、すべて帰還抵抗Ｒ３に流れる。ここで、コンデンサＣ１にかかる電圧をＶ_１とし、オペアンプＯｐ２の出力電圧をＶ_２とする。このとき、出力電圧Ｖ_２は電流ｉと帰還抵抗Ｒ３との積（式２）になり、コンデンサＣ１のインピーダンスＺｘは下記の式３として表わすことができる。

（数２）
Ｖ_２＝ｉ×Ｒ３ …（式２）

ここで、インピーダンスＺｘは下記の式４として表わすことができる。

Ｗ＝各周波数＝２πｆ、Ｃ＝コンデンサＣ１の静電容量
そして、上記式３と式４とから、下記の式５を導くことができる。

上記式５として例示しているように、Ｖ_１とＶ_２とを検出すれば、コンデンサＣ１のインピーダンスＺｘ、すなわち乗員１０２のみかけの静電容量が求まる。そしてその大小から、乗員１０２がウェビング１０６を装着しているか否か、また、ステアリングホイール１０８の把持は両手か片手かを判定することが可能になる。

（ヒータベルト）
図１に例示したウェビング１０６は、乗員１０２を加温するヒータベルトとしても機能する。そのために、当該センサベルト１００には、図３に例示するヒータ制御部１３２が設けられている。ヒータ制御部１３２は、抵抗発熱体１１６（図２参照）に電力を供給し、発熱させる。ヒータ制御部１３２と、抵抗発熱体１１６との間にはスイッチング素子１３４ａ・１３４ｂが設けられていて、ヒータベルトが稼動する際にはこれらスイッチング素子１３４ａ・１３４ｂとＥＣＵ１３６とが閉状態となる。また、ヒータ制御部１３２にはサーミスタＴ１が設けられている。サーミスタＴ１は温度によって抵抗が変化するため、サーミスタＴ１を用いることで抵抗発熱体１１６の発熱温度を車室内の温度等に応じて制御することが可能になっている。

図２に例示しているように、抵抗発熱体１１６の電極線１１８ａ・１１８ｂの先には、ヒータ制御部１３２（図３参照）と接続するためのコネクタ１３８ａ・１３８ｂが設けられている。特に、このコネクタ１３８ａ・１３８ｂは、図１に例示しているように、ウェビング１０６の装着時において、シートクッション１４０よりも下方に位置するよう設置されている。シートクッション１４０よりも下方であれば、乗員１０２がコネクタ１３８ａ・１３８ｂに接触する可能性は大きく減少する。したがって、脱落などの不測の障害が防止できる。

これらのように構成されたヒータベルトは、乗員１０２に接触して直接加温するため、エアコン等に比べて熱効率が高く、経済的である。また、当該センサベルト１００では、発熱素子として帯状の抵抗発熱帯を採用し、乗員１０２との接触面積を広く確保している。そのため、熱の伝達効率が高められているだけでなく、第２電極１１２として使用する際の電気の伝達効率も高められている。したがって当該センサベルト１００では、ヒータおよび電極という２つの機能を効率よく発揮することができ、構成の簡潔化が図られている。

（変形例）
図８は、図１のセンサベルト装置の変形例である。図８に例示するセンサベルト装置（以下、センサベルト２００と称する）は、第１電極２０２の設置位置が、図１のセンサベルト１００と異なっている。センサベルト２００の第１電極２０２は、シート１４２のなかでも乗員１０２（図１参照）が接触しやすいシートバック１４４に設置されている。この構成であれば、シートバック１４４と乗員１０２およびウェビング１０６によって図３のＬＰＦ１が形成され、乗員１０２がウェビング１０６を装着したか否かを判定することができる。なお、第１電極２０２としては、シートバック１４４の内部に導電性部材を設けてもよく、また、シートカバーに導電性繊維を用いる構成であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、以上に述べた実施形態は、本発明の好ましい例であって、これ以外の実施態様も、各種の方法で実施または遂行できる。特に本願明細書中に限定される主旨の記載がない限り、この発明は、添付図面に示した詳細な部品の形状、大きさ、および構成配置等に制約されるものではない。また、本願明細書の中に用いられた表現および用語は、説明を目的としたもので、特に限定される主旨の記載がない限り、それに限定されるものではない。

したがって、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、乗員が不適切な運転姿勢をとっている場合や、シートベルトが未装着状態であった場合など、危険と判断される場合に乗員に対して警告を行うセンサベルト装置に利用することができる。

Ｃ１ …コンデンサ、Ｔ１ …サーミスタ、Ｐ１ …ポイント、Ｏｐ１・Ｏｐ２ …オペアンプ、Ｒ１・Ｒ２ …抵抗、Ｒ３ …帰還抵抗、Ｗ４ …パルス信号、ｅ …交流信号源、１００・２００ …センサベルト、１０２ …乗員、１０４ …シートベルト、１０６ …ウェビング、１０８ …ステアリングホイール、１１０・２０２ …第１電極、１１２ …第２電極、１１４ …グリップ部、１１６ …抵抗発熱体、１１８ａ・１１８ｂ …電極線、１２０ …保護部材、１２２ …制御部、１２４ …発信部、１２６ …判定部、１２８ …ＥＣＵ、１３０ …警告部、１３２ …ヒータ制御部、１３４ａ・１３４ｂ …スイッチング素子、１３６ …ＥＣＵ、１３８ａ・１３８ｂ …コネクタ、１４０ …シートクッション、１４２ …シート、１４４ …シートバック、１６０ …ＣＲ回路、１７０ …自動平衡ブリッジ

Claims (4)

1. 車両のステアリングホイールまたはシートに設けられた第１電極と、
   帯状の抵抗発熱体であって、シートベルトウェビング上に設けられて前記第１電極と電極対を構成する第２電極と、
   前記第２電極に電力を供給し発熱させるヒータ制御部と、
   前記電極対に所定の電気信号を発信する発信部と、
   前記電極対を通過した前記電気信号のパラメータが所定の閾値を逸脱したか否かを判定する判定部と、
   前記パラメータが前記閾値を逸脱した場合に所定の警告を行う警告部と、を備えることを特徴とするセンサベルト装置。
2. 前記電極対で構成されるコンデンサを含んだローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサベルト装置。
3. 前記ヒータ制御部は、少なくともシートベルトウェビング以外に設けられ、
   前記第２電極は、前記ヒータ制御部と接続するコネクタを有し、
   前記コネクタは、前記シートベルトウェビングの装着時においてシートクッションよりも下方に位置するよう設置されることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサベルト装置。
4. 前記ヒータ制御部は、前記第２電極の発熱温度を制御するサーミスタを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサベルト装置。

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