JP4156612B2

JP4156612B2 - 着座乗員検知装置

Info

Publication number: JP4156612B2
Application number: JP2005179283A
Authority: JP
Inventors: 浩西村
Original assignee: Nidec Elesys Corp
Current assignee: Nidec Elesys Corp
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2025-06-20
Also published as: JP2006346339A

Description

本発明は、車の座席上に着座している乗員の体格を判別する着座乗員検知装置に関する。

従来の技術として、以下に示す微弱電界（ＥＦ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＦｉｅｌｄ）技術を使った乗員検知システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。人体の比誘電率は大きく、１００ｋＨｚ程度の周波数で見た場合、ほぼ導体と見なしてよいと考えられる。また、座席上の人体の各所と大地との間は容量結合されている。図４のように、座席上に電極ＣＨ１、ＣＨ２を配置し、その中の１枚の電極ＣＨ１に交流電圧を印加し、その上に人が座ると乗員（符号Ｌｏａｄ）の体表面があたかも電極ＣＨ１、ＣＨ２と対向している電極のごとく機能し、電極ＣＨ１、ＣＨ２と乗員Ｌｏａｄの体表面間に変位電流Ｉが流れる。すなわち電極ＣＨ１、ＣＨ２と乗員Ｌｏａｄの体表面との間に容量Ｃ１、Ｃ２及び、抵抗Ｒ１、Ｒ２が形成される。乗員Ｌｏａｄの体表面が座席上の各電極ＣＨ１、ＣＨ２を覆う面積の広さで、変位電流Ｉの大きさが決まる。

また電極ＣＨ１、ＣＨ２と着座乗員Ｌｏａｄの体表面の間には、乗員Ｌｏａｄの衣服・車のシートの表皮・シートクッション等が存在する。電極ＣＨ１、ＣＨ２と着座する乗員Ｌｏａｄの体表面とを平行平板コンデンサと見立てた場合には、これらは誘電体として機能し、容量成分Ｃｇ・抵抗成分Ｒ３を持つ事になる。さらに、着座乗員と大地の間にも容量成分・抵抗成分がある。これらの容量成分・抵抗成分を、１組の抵抗・容量並列モデルとして扱った上で、そのモデルの容量成分・抵抗成分を分離して測定する技術として、２周波検波方式、同期検波方式等が知られている。しかしながら、２周波検波方式、同期検波方式のいずれにしても、回路規模が大きくなるという問題があった。さらに、回路を集積化した場合、その回路規模が大きくなることがＩＣの価格を引き上げる原因になるという問題があった。
特開２００４−１２３０８７号公報

本発明は係る課題を解決するためになされたもので、小規模でかつ低価格化が可能な着座乗員検知装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、乗員が着座する座席に配置された複数の電極と、前記複数の電極の内の１の電極に直流電圧を印加し、他の電極を接地するスイッチ手段と、前記１の電極と接地間の容量に充電された電荷を放電させる第１、第２の放電抵抗と、前記１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記第１の放電抵抗によって電荷を放電させ、前記１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記第１、第２の放電抵抗を並列接続した状態の合成抵抗によって電荷を放電させ、放電開始直後から放電電圧が一定レベルの閾値電圧になるまでのそれぞれの放電時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段で計測された２つの放電時間の値と、前記直流電圧の値と、前記第１、第２の放電抵抗の値と、前記閾値電圧の値とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各値から、前記１の電極と接地間の容量・抵抗値を演算する演算手段とを具備することを特徴とする着座乗員検知装置である。

また、請求項２に記載の発明は、乗員が着座する座席に配置された第１〜第ｎ（ｎ：２以上の整数）の電極と、前記第１〜第ｎの電極に、一端をそれぞれ接続された第１〜第ｎのスイッチと、前記第１〜第ｎの電極の各電極に対応して前記第１〜第ｎの電極と接地間にそれぞれ、接続され、オン時に対応する電極を接地状態とし、オフ時に対応する電極を非接地状態とする第１〜第ｎのトランジスタと、直流電圧を前記第１〜第ｎのスイッチの他端に印加し、あるいは開放する電源スイッチと、前記第１〜第ｎのスイッチの他端に接続される第１、第２の放電抵抗と、前記第１の放電抵抗から前記第１、第２の放電抵抗が並列接続された状態に切り替える抵抗切り替えスイッチと、前記第１〜第ｎのスイッチ、前記電源スイッチ、前記抵抗切り替えスイッチおよび前記第１〜第ｎのトランジスタを制御する制御手段と、前記第１〜第ｎのスイッチの他端の電圧が一定レベルの閾値電圧まで低下したことを検出するコンパレータと、前記第１の放電抵抗によって電荷を放電させた時の第１の放電時間を前記コンパレータの出力に基づいて計測し、前記抵抗切り替えスイッチの切り替えにより前記第１、第２の放電抵抗を並列接続した状態の合成抵抗によって電荷を放電させた時の第２の放電時間を前記コンパレータの出力に基づいて計測する時間計測手段と、前記時間計測手段で計測された前記第１、第２の放電時間の値と、前記直流電圧の値と、前記第１、第２の放電抵抗の値と、前記コンパレータの前記閾値電圧の値とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された各値から、前記第１〜第ｎの電極と接地間の容量・抵抗値を演算するための演算手段とを具備し、前記制御手段は、前記第１のスイッチをオンし、他のスイッチをオフするとともに、前記第１のトランジスタをオフし、他のトランジスタをオンするよう制御して、第１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記電源スイッチをオフするよう制御し、前記時間計測手段がその前記第１の放電時間を計測するとともに、前記第１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記電源スイッチをオフするよう制御し、前記時間計測手段が前記第２の放電時間を測定することを特徴とする着座乗員検知装置である。

この装置により、抵抗値の異なる２種類の放電抵抗について放電を行い、それぞれの放電の放電時間を測定することが出来る。その２つの測定結果から、放電に関する関係式が得られ、それらの関係式を連立方程式として解くことで、電極以降の容量成分・抵抗成分を求める事が出来る。また、この容量・抵抗並列モデルの容量成分・抵抗成分を求める式によれば、容量成分と、抵抗成分と共に簡易な式で表すことが出来るので、マイクロコンピュータに演算プログラムを組み込む際に計算処理が重くならずに済むという利点もある。

本発明により、着座乗員検知装置の小規模化かつ低価格化を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本実施形態による着座乗員検知装置の構成を示す回路図である。本実施形態では座席上に配置される、電極が３枚である場合について説明する。図において、ＣＨ１〜ＣＨ３は座席上に配置された電極である。ＣＬ１〜ＣＬ３はそれぞれ、電極ＣＨ１〜ＣＨ３と接地（車体）との間の各容量成分の合計である合成容量である。ＲＬ１〜ＲＬ３はそれぞれ電極ＣＨ１〜ＣＨ３と接地との間の各抵抗成分の合計である合成抵抗である。なお、これらの容量ＣＬ１〜ＣＬ３および抵抗ＲＬ１〜ＲＬ３については、後に詳述する。

電極ＣＨ１は、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_１のコレクタ端子に接続されている。トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_１のエミッタ端子は接地され、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_１のベース端子に信号を加える／加えないで、電極ＣＨ１を接地するか、接地しないかを切り替える。同様に電極ＣＨ２は、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_２のコレクタ端子に接続され、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_２のエミッタ端子は接地され、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_２のベース端子に信号を加える／加えないで、電極ＣＨ２を接地するか、接地しないかを切り替える。同様に電極ＣＨ３は、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_３のコレクタ端子に接続され、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_３のエミッタ端子は接地され、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_３のベース端子に信号を加える／加えないで、電極ＣＨ３を接地するか、接地しないかを切り替える。また、電極ＣＨ１〜ＣＨ３は充電抵抗Ｒｃ１〜Ｒｃ３を介し、測定電極選択スイッチＣＨ_ＳＥＬ_１〜ＣＨ_ＳＥＬ_３の各一端に接続され、測定電極選択スイッチＣＨ_ＳＥＬ_１〜ＣＨ_ＳＥＬ_３の各他端が共に充放電切り替えスイッチＣＨＧ_ＳＷの一端に接続されている。充放電切り替えスイッチＣＨＧ_ＳＷの他端は直流電源（電圧Ｅ）に接続されている。

また、充放電切り替えスイッチＣＨＧ_ＳＷの上述した一端は放電抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２の各一端に接続されている。放電抵抗Ｒｄ１の他端は接地され、放電抵抗Ｒｄ２の他端は放電抵抗切り替えスイッチＲ_ＳＥＬを介し接地されている。また、上記の充放電切り替えスイッチＣＨＧ_ＳＷの一端は、コンパレータＣｏｍｐの反転入力端に接続され、コンパレータＣｏｍｐの非反転入力端は抵抗ＲａおよびＲｂの直列接続回路を介して接地され、抵抗Ｒａ、Ｒｂの接続点とコンパレータＣｏｍｐの出力端との間に抵抗Ｒｃが接続されている。また抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂの接続点には直流電圧５Ｖが印加されている。

次に、上述した着座乗員検知装置の動作を説明する。着座乗員の体格を判別するために使用する電極として電極ＣＨ１を選択する場合、制御回路（図示略）が、スイッチＣＨ_ＳＥＬ_１をオン、スイッチＣＨ_ＳＥＬ_２、ＣＨ_ＳＥＬ_３をオフとし、また、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_１をオフ、トランジスタＧＮＤ_ＴＲ_２、ＧＮＤ_ＴＲ_３をオンとし、また、スイッチＲ_ＳＥＬをオフとする。そして、スイッチＣＨＧ_ＳＷを一定時間オンとする。スイッチＣＨＧ_ＳＷがオンとされると、スイッチＣＨＧ_ＳＷの他端に接続されている直流電源の出力電圧ＥがスイッチＣＨ_ＳＥＬ_１および抵抗Ｒｃ１を介して電極ＣＨ１へ供給され、これにより、合成容量ＣＬ１が充電される。

図２は上述した合成容量ＣＬ１の充電経路を示す回路図である。ここで、合成容量ＣＬ１は、上述したスイッチ類のオン／オフ状態における合成容量であり、具体的には電極ＣＨ１と乗員Ｌｏａｄとの間の容量（図４参照）、接地された電極ＣＨ２、ＣＨ３と乗員Ｌｏａｄとの間の容量、乗員Ｌｏａｄと接地間の容量の合成容量である。そして、この合成容量ＣＬ１が乗員の体格に対応した値となる。また、合成抵抗ＲＬ１も同様に、上述したスイッチ類のオン／オフ状態における合成抵抗である。スイッチＣＨＧ_ＳＷが一定時間オンとなると、合成容量ＣＬ１が電圧Ｅまで充電される。

次に、制御回路は、スイッチＣＨＧ_ＳＷをオフとし、同時に時間計測を開始する。スイッチＣＨＧ_ＳＷがオフとされると、合成容量ＣＬ１の電荷が抵抗Ｒｃ１、Ｒｄ１を介して徐々に放電され、これにより、コンパレータＣｏｍｐの反転入力端の電圧が徐々に低下する。なお、合成容量ＣＬ１の放電電流は合成抵抗ＲＬ１にも流れる。そして、コンパレータＣｏｍｐの反転入力端の電圧が一定電圧まで低下すると、コンパレータＣｏｍｐの出力が”Ｈ（ハイ）”レベルに立ち上がる。制御回路はこの立ち上がりにおいて上述した時間計測を停止し、計測した時間データ（ｔｄ１とする）をメモリに記憶させる。

次に、制御回路は、スイッチＲ_ＳＥＬをオンとし、再び、スイッチＣＨＧ_ＳＷを一定時間オンとした後オフとし、また、スイッチＣＨＧ_ＳＷをオフとした時点からコンパレータＣｏｍｐが”Ｈ”レベルに立ち上がるまでの時間を計測する。この場合、合成容量ＣＬ１の電荷は抵抗Ｒｃ１と、抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２の並列回路とを介して放電される。そして、制御回路は、計測した時間データ（ｔｄ２とする）をメモリに書き込む。図３は上述した合成容量ＣＬ１の放電経路を示す回路図である。次に、制御回路はメモリ内の時間データｔｄ１、ｔｄ２に基づいて合成容量ＣＬ１および合成抵抗ＲＬ１の値を算出する。この演算について以下に説明する。コンパレータＣｏｍｐの非反転入力端の電圧をＶｔとすると、図３の放電経路から次の（１）、（２）式が得られる。Ｒｄ１ｐはＲＬ１と（Ｒｄ１＋Ｒｃ１）との並列合成抵抗である。Ｒｄｐは放電抵抗Ｒｄ１、Ｒｄ２の並列合成抵抗である。ＲｄｐｐはＲＬ１と（Ｒｄｐ＋Ｒｃ１）との並列合成抵抗である。Ｅは充電電圧である。（１）、（２）式はそれぞれ（３）、（４）式のように導出して、容量成分ＣＬ１は（５）式のように表される。

また、（５）式からこの式は（６）式のように変形できる。また、（６）式は（７）式のように導出して、抵抗成分ＲＬ１は（８）式のように表される。ここで、Ｔ（＝ｔｄ１／ｔｄ２）は放電時間比である。

よって２種類の放電抵抗を使用し、それぞれの放電時間ｔｄ１、ｔｄ２を測定することで、容量成分ＣＬ１と抵抗成分ＲＬ１を分離して測定することが可能となる。電極ＣＨ１での測定後、制御回路が電極ＣＨ２を選択して上記と同様の測定を行い、以降、電極ＣＨ３、ＣＨ１、ＣＨ２の順に、繰り返し上記と同様の測定を続けていく。

また、上記実施例については、各測定電極の測定電極選択スイッチＣＨ_ＳＥＬ_１〜ＣＨ_ＳＥＬ_３の共通接続箇所に、図１のように基準コンデンサＣｒｅｆを並列に接続することで、測定電極選択スイッチＣＨ_ＳＥＬ_１〜ＣＨ_ＳＥＬ_３が全てオフの状態での容量値が測定できるようになる。各電極ＣＨ１〜ＣＨ３で測定した容量値の結果から、その容量値分を補正することで回路の浮遊容量等の影響を抑えた正確な測定が可能となるという変形例も可能である。

本発明は、ＥＦ技術を使った小型で低価格な乗員体格判別のための乗員検知装置に用いて好適である。

本発明の一実施形態による着座乗員検知装置の構成を表す回路図である。本実施形態において電極ＣＨ１を利用した測定時の充電経路の回路図である。本実施形態において電極ＣＨ１を利用した測定時の放電経路の回路図である。乗員検知装置の測定原理を説明するための図である。

符号の説明

ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３ … 電極
Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３ … 充電抵抗
Ｒｄ１、Ｒｄ２ … 放電抵抗
ＣＨＧ_ＳＷ … 充放電切り替えスイッチ手段
Ｒ_ＳＥＬ … 放電抵抗切り替えスイッチ手段
Ｃｒｅｆ … 基準コンデンサ

Claims

乗員が着座する座席に配置された複数の電極と、
前記複数の電極の内の１の電極に直流電圧を印加し、他の電極を接地するスイッチ手段と、
前記１の電極と接地間の容量に充電された電荷を放電させる第１、第２の放電抵抗と、
前記１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記第１の放電抵抗によって電荷を放電させ、前記１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記第１、第２の放電抵抗を並列接続した状態の合成抵抗によって電荷を放電させ、放電開始直後から放電電圧が一定レベルの閾値電圧になるまでのそれぞれの放電時間を計測する時間計測手段と、前記時間計測手段で計測された２つの放電時間の値と、前記直流電圧の値と、前記第１、第２の放電抵抗の値と、前記閾値電圧の値とを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された各値から、前記１の電極と接地間の容量・抵抗値を演算する演算手段とを具備することを特徴とする着座乗員検知装置。
乗員が着座する座席に配置された第１〜第ｎ（ｎ：２以上の整数）の電極と、
前記第１〜第ｎの電極に、一端をそれぞれ接続された第１〜第ｎのスイッチと、
前記第１〜第ｎの電極の各電極に対応して前記第１〜第ｎの電極と接地間にそれぞれ、接続され、オン時に対応する電極を接地状態とし、オフ時に対応する電極を非接地状態とする第１〜第ｎのトランジスタと、
直流電圧を前記第１〜第ｎのスイッチの他端に印加し、あるいは開放する電源スイッチと、
前記第１〜第ｎのスイッチの他端に接続される第１、第２の放電抵抗と、
前記第１の放電抵抗から前記第１、第２の放電抵抗が並列接続された状態に切り替える抵抗切り替えスイッチと、
前記第１〜第ｎのスイッチ、前記電源スイッチ、前記抵抗切り替えスイッチおよび前記第１〜第ｎのトランジスタを制御する制御手段と、
前記第１〜第ｎのスイッチの他端の電圧が一定レベルの閾値電圧まで低下したことを検出するコンパレータと、前記第１の放電抵抗によって電荷を放電させた時の第１の放電時間を前記コンパレータの出力に基づいて計測し、前記抵抗切り替えスイッチの切り替えにより前記第１、第２の放電抵抗を並列接続した状態の合成抵抗によって電荷を放電させた時の第２の放電時間を前記コンパレータの出力に基づいて計測する時間計測手段と、前記時間計測手段で計測された前記第１、第２の放電時間の値と、前記直流電圧の値と、前記第１、第２の放電抵抗の値と、前記コンパレータの前記閾値電圧の値とを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された各値から、前記第１〜第ｎの電極と接地間の容量・抵抗値を演算するための演算手段とを具備し、
前記制御手段は、前記第１のスイッチをオンし、他のスイッチをオフするとともに、前記第１のトランジスタをオフし、他のトランジスタをオンするよう制御して、第１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記電源スイッチをオフするよう制御し、前記時間計測手段がその前記第１の放電時間を計測するとともに、前記第１の電極と接地間の容量を前記直流電圧まで充電した後、前記電源スイッチをオフするよう制御し、前記時間計測手段が前記第２の放電時間を測定することを特徴とする着座乗員検知装置。