JP4188680B2 - 乗員センサ - Google Patents
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Description
【０００１】
車両には、乗員の傷害を軽減する目的で車両衝突に応答して起動する安全拘束アクチュエータを搭載してもよい。このような自動安全拘束アクチュエータの例としては、エアバッグ、シートベルトプリテンショナ、サイドカーテンなどがある。自動拘束システムの一目的は、乗員の傷害を軽減すると共に、自動拘束システムが起動しなかった場合に衝突によって受ける障害よりも大きな傷害が、その自動拘束システムによって生じないようにすることである。一般に、自動安全拘束システムは傷害を軽減する必要のある場合にのみ起動するのが望ましく、その理由は、安全拘束システムの関連構成部品の交換に費用がかかること、またそのようなアクチュエータが乗員を傷つける可能性があるからである。
【０００２】
エアバッグインフレータによって乗員への傷害を軽減する一手法は、乗員の存在および／または位置に応じてインフレータの起動を制御して、乗員がインフレータに伴う危険ゾーン外に位置している場合にのみ、インフレータを起動することである。ＮＨＴＳＡのデータによると、乗員がインフレータドアから約４〜１９インチよりも接近している場合にエアバッグを無効化すれば、インフレータに接近することによる重大な障害が低減されるか、または防止できることが示されている。このようなエアバッグインフレータを無効化するシステムには、乗員拘束が必要とされるときにエアバッグインフレータを無効化することなく、このような決定をするために十分な感度とロバスト性を有する乗員センサが必要となる。
【０００３】
乗員の存在および／または位置を検出する一手法は、乗員の存在および/または位置を検知しようとするシート（座席）の近傍に生成される電場に対する乗員の影響を検知することである。乗員は、電場に影響を与える付随の誘電特性または導電特性を有しており、したがって乗員は、静電容量センサとも呼ばれる電界センサを用いて検出することのできる、電場影響媒体である。
【０００４】
本明細書においては、「電界センサ」とは検知された物体が、電場に与える影響に応答する信号を発生するセンサを意味する。一般に、電界センサは、少なくとも１つの入力信号が入力される少なくとも１つの電極と、受信信号（または応答）を計測する少なくとも１つの電極とを含み、この電極は、入力信号が入力される電極と同一の電極（または複数）でもよい。入力信号は、少なくとも１つの電極から、その少なくとも１つの電極の使用環境への接地に達するか、もしくは別の少なくとも１つの電極に達する電場を生成する。入力信号および受信信号は、同種の１つまたは複数の電極に割り当てることも、また別の電極に割り当てることもできる。ある１つの電極または１組の電極に付随する特定の電場は、その電極または１組の電極の特性と形状に依存すると共に、その周辺環境の特性、例えば周辺環境の誘電特性に依存する。電極形状が一定のときには、電界センサの1個もしくは複数の受信信号は、１個もしくは複数の入力信号に応答すると共に、生成される電場に影響を与える環境の性質、例えばその環境と異なる誘電率もしくは導電率を有する物体の存在および位置などに応答する。
【０００５】
電界センサの一形態に静電容量センサがあり、このセンサでは所与の電極構成に対して、受信信号と入力信号との関係から、１つまたは複数の電極の静電容量が計測される。本願に組み入れる、スミスによる技術文献、「J. R. Smith, "Field mice: Extracting hand geometry from electric field measurements," IBM Systems Journal, Vol. 35, Nos. 3 &4, 1996, pp. 587-608.」には、非接触の３次元位置計測、より具体的にはコンピュータに３次元位置を入力することを目的とする人の手の位置のセンシングに使用する電界センシングの概念が記載されている。一般に静電容量センシングと呼ばれるものには、著者が「装荷モード（loading mode）」、「分流モード（shunt mode）」、「送信モード（transmit mode）」と呼ぶ、様々な電流経路に対応する、異なる機構が実際には含まれる。分流モードにおいては、低周波数で発振する電圧が、送信電極に印加されて、受信電極で誘導された変位電流が電流増幅器で計測され、このモードでは、変位電流が検知された物体によって変化する。「装荷モード」においては、検知しようとする物体が、送信電極の接地に対する静電容量を変化させる。送信モードにおいては、送信電極が、ユーザの体と接触しており、次いでこのユーザの体が、直接的な電気接続によるか、または静電結合によって受信器に対する送信器となる。
【０００６】
シート方式の静電容量センサは、シートのシートヒータと同じ場所に配置される場合には、シートヒータの影響を受ける可能性がある。通常、シートヒータは、シートカバーの低層内にある低抵抗導体（すなわち約１Ω）である。作動中には、熱を生成するために数アンペアの直流電流が、ヒータエレメントに通電される。発振電圧もしくはパルス電圧を用いて接地に対するインピーダンスを計測する静電容量センサに対しては、ヒータエレメントは接地の役をする。
【０００７】
米国特許第５５２５８４３号明細書には、シートヒータエレメントを静電容量センサの電極として使用するシート乗員検出システムが開示されている。このシステムでは、一対のリレー起動のスイッチを用いて、加熱エレメントが、関連する電流供給源および接地から遮断されるか、またはそれらに接続され、また加熱エレメントは、乗員を検出するときには遮断され、シートを加熱しているときには接続される。このような配設における１つの制約は、リレー制御スイッチ要素が、安全拘束システムの起動などの安全用途には信頼性が十分ではない可能性があることである。
上記の問題は、以下に記載し、かつ請求項で定義する方法で克服することができる。
【０００８】
図１を参照すると、乗員センサ１０は、車両１６のシート１４上の乗員を検出するための電界センサ１２を含む。電界センサ１２は、例えば、シート底１８にシートカバー２０の下で、かつ発泡樹脂クッション２２の上部近くに配置されているが、その他の乗員センシングの応用においては別の場所、例えばシートバック２４内に配置されることもある。
【０００９】
シート１４にはさらに、乗員に快適な着座環境を提供するためのシート１４を加熱するシートヒータ２６が組み込まれている。シートヒータ２６はＯＮ−ＯＦＦスイッチ２８によって起動され、その温度は例えばサーモスタット３２で制御されるリレー３０によって調節される。シートヒータ２６は加熱エレメント３４、例えば抵抗加熱エレメントを含み、このエレメントは十分な導電性を有し、電界センサ１２の電極として作用するか、またはそれに近接する電界センサ１２に影響を与える可能性のある電極として作用する。
【００１０】
一般に、別個の加熱エレメント３４をはじめとして、任意の導電体が電界センサ１２に与える影響は、その導電体を駆動シールド信号３６と呼ばれる信号で駆動することによって除去するか、または少なくとも大幅に低減することが可能である。この駆動シールド信号は、電界センサ１２のセンサ電極４０に入力される入力信号３８と実質的に同一の電圧変動（すなわち振幅および位相）を有する。別個の加熱エレメント３４を駆動シールド信号３６で駆動することによって、加熱エレメント３４と、それに近接する電界センサ１２のセンサ電極４０との間には実質的に電流は流れず、したがってシートヒータ２６のエレメントは、静電容量センサ１２’に対して実質的に検知不能になる。さらに電界センサ１２および加熱エレメント３４は、関連するセンシング回路４２が、電界センサ１２からの検知信号４４のＡＣ成分またはパルス成分にのみ応答性を有する場合には、必ずしも同一のＤＣオフセットである必要はない。
【００１１】
シートヒータ２６を駆動シールド信号３６で駆動することに関する１つの問題は、通常シートヒータ２６は、電力源４６、すなわち電流源または車両バッテリに対して、または電力シンク４８、つまりシートヒータ２６に動作可能に接続された接地に対して比較的低いインピーダンスを有することである。このために、修正をしない場合には、駆動シールド信号３６でシートヒータ２６を駆動する回路には、比較的大きな電流能力が要求される。
【００１２】
図１を参照すると、この問題に対する１つの解決策は、比較的大容量の第１インダクタ５０および第２インダクタ５２を加熱エレメント３４と直列に、それぞれ加熱エレメント３４と電力源４６の間、および加熱エレメント３４と電力シンク４８の間に配置することである。ここで第１インダクタ５０および第２インダクタ５２を、それぞれのインピーダンスが入力信号３８の周波数（または複数の周波数）において比較的高くなるように選択することによって、第１インダクタ５０および第２インダクタ５２が、その入力信号に対するチョークとして作用するようにする。すなわち第１インダクタ５０および第２インダクタ５２のインピーダンスが比較的高いことが理由で、駆動シールド信号３６を、電力源４６または電力シンク４８によって実質的に装加することなく、加熱エレメント３４にＡＣ結合させることができる。
【００１３】
電界センサ１２は通常、静電容量センサ１２’と呼ばれるものであり、より一般的には前述のいずれかのモードで作動する電界センサである。電界センサ１２は、ブリッジコンデンサ５４によって信号発生器５５が生成する入力信号３８に動作可能に結合された、少なくとも１つのセンサ電極４０を含み、これによって入力信号３８に応答して、少なくとも１つのセンサ電極４０に近接する電場を生成する。例えば、入力信号３８は発振信号またはパルス信号のいずれかを含む。図１に示すように、センサ電極４０は、回路接地５６に対するキャパシタンスＣｓと抵抗器Ｒｓの並列結合としてモデル化される。ブリッジコンデンサ５４とセンサ電極４０の直列結合は、ＡＣ分圧器５８として働き、ここで、ノード６０での検知信号４４のＡＣ信号レベルは、センサ電極４０のインピーダンスに応答し、またこのインピーダンスは、例えば電界センサ１２に近接する物体の少なくとも１つの電場影響特性、例えば誘電定数、導電率、寸法、質量または距離などに応答性を有する。
【００１４】
ノード６０およびその位置での検知信号４４は、電圧フォロアバッファ増幅器６４の入力６２に動作可能に接続されて、その入力６２は付随する抵抗分割ネットワーク６６によって、電力Ｖ＋と回路接地５６との間でＤＣバイアスがかけられている。バッファ増幅器６４は、そこからの出力６８、駆動シールド信号３６とそれへの入力６２が実質的に同じ信号レベルをもつように、電流を供給かつ吸収する容量を有する。駆動シールド信号３６は、結合コンデンサ７０を介してシートヒータ２６の加熱エレメント３４にＡＣ結合され、センサ電極４０を加熱エレメント３４側で、その周囲環境から電気的にシールドする。
【００１５】
バッファ増幅器６４の出力６８も、センシング回路４２に動作可能に接続されており、このセンシング回路は、ゲイン、バンドパスフィルタリング、信号検出、ローパスフィルタリング、ＤＣオフセット調節、ＤＣゲインを提供し、電界センサ１２に応答するＤＣ信号を回復させる。センシング回路４２は、センサ電極４０のインピーダンスに応答性のある尺度を提供し、そこからの出力は、動作可能にコントローラ７４に結合され、このコントローラは、着座状態、例えば乗員の存在、種類、寸法または位置をその尺度から判定し、ＡＮＤゲート７６の１つの入力に、有効化信号または無効化信号のいずれかを出力する。ＡＮＤゲート７６の他方の入力は、衝突検出装置７８に動作可能に接続されており、この装置によって、安全拘束アクチュエータ８０の展開を保証するのに十分な強烈度を有する衝突に車両１６が関与しているか否かが検出される。
【００１６】
安全拘束アクチュエータ８０を展開しなかった場合に乗員が受けるであろう以上の傷害が発生するのを避けるために、センサ電極４０は、安全拘束アクチュエータ８０、例えばエアバッグインフレータモジュールを展開すべき着座状態と、安全拘束アクチュエータ８０を展開すべきではない着座状態とを区別できるように、成形かつ配置することができる。例えば、センサ電極４０は、回路接地５６に対する少なくとも１つのセンサ電極４０のキャパシタンスが、安全拘束アクチュエータ８０を展開すべき着座状態、例えば乗員がシート１４の実質的に正常な着座位置に着座するか、またはシート底１８の直上に大きな物体がある場合に対しては、安全拘束アクチュエータを展開すべきではない着座状態、例えばシート１４が空の状態、幼児用、子供用もしくはブースタシートが、幼児または子供がその上にいるか、もしくはいない状態でシート上に置かれている状態、または乗員がシート１４の実質的に正常な着座位置と異なる位置にいる状態に対するよりも、実質的に大きくなるように成形かつ配置される。センサ電極４０は、例えばシート１４の検知すべき領域と実質的に同じ寸法であり、センサ電極４０の部分を除去することによって、幼児用、子供用、ブースタシート上の幼児もしくは子供がシート１４に最も接近する領域の近傍で、その感度を選択的に低減させてもよい。
【００１７】
センサ電極４０は、様々な方法で構築が可能であり、その構築方法は制限されるものではない。例えば電極の構築には、導電性材料を誘電体基板にエッチングまたは蒸着などで塗布するなどの公知のプリント回路基板技術を用いる、剛体回路基板もしくはフレキシブル回路を使用して構築することができる。別法としては、電極に、シート１４またはその構成要素とは異なる部分または一体部分である、導電フィルム、シートもしくはメッシュなどのディスクリート導体（discrete conductor）を含めてもよい。１つまたは複数の電極を関連する基板と共に組立てたものは、センシングパッドまたは静電容量センシングパッドと呼ばれることがある。
【００１８】
作動に際しては、信号発生器５５は、ブリッジコンデンサ５４およびセンサ電極４０を含むＡＣ分圧器５８の両端に入力される発振またはパルス入力信号３８を生成する。ＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４は、検知信号４４と実質的に同一の絶対値と位相を有する駆動シールド信号３６を出力する、バッファ増幅器６４によってバッファリングされている。駆動シールド信号３６は、結合コンデンサ７０を介して、シート１４のセンサ電極４０の近傍かつ下方にあるシートヒータ２６の加熱エレメント３４に入力される。第１インダクタ５０および第２インダクタ５２は、駆動シールド信号３６を絞ることによって、電力源４６からシートヒータ２６へ、またはシートヒータ２６から電力シンク４８へ、バッファ増幅器６４に過剰な負荷がかかるのを防止する。加熱エレメント３４に入力される駆動シールド信号３６は、実質的にセンサ電極４０と加熱エレメント３４との間の電場を消去し、これによって、センサ電極４０に対してシートヒータ２６と同じ側にあるシート１４の部分による影響から、センサ電極４０を実質的に絶縁する。
【００１９】
シート１４に着座する乗員は、センサ電極４０のキャパシタンスを増加させ、これがセンサ電極の容量性リアクタンスを減少させ、それによってＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４の絶対値が減少する。検知信号４４は、バッファ増幅器６４を介して、動作可能にセンシング回路４２に結合されている。センシング回路４２は、センサ電極４０のインピーダンスに応答性のある計測値を調整かつ検出し、この計測値からコントローラ７４が関連するシート乗員の状態を検知する。シート乗員の状態が、衝突に応答して安全拘束アクチュエータ８０を起動させることを保証する場合、すなわち関連するキャパシタンスが閾値よりも大きくなる、例えば正常に着座する成人乗員に対しては、コントローラ７４はＡＮＤゲート７６に有効化信号（ＴＲＵＥ）を出力する。反対に、関連するキャパシタンスが閾値よりも小さくなる、例えば正規位置外乗員、物理的に小さな乗員、または後向き幼児シートに対しては、コントローラ７４はそれに無効化信号（ＦＡＬＳＥ）を出力する。
【００２０】
エアバッグインフレータモジュールを含む安全拘束アクチュエータ８０の例についてみると、衝突検知装置７８によって検出された衝突に応答して、乗員がシート１４上に着座している場合には、コントローラ４２からの起動信号が、エアバッグインフレータモジュール８０内に装着された１つまたは複数のガス発生装置の１つまたは複数のイニシエータに動作可能に結合され、これによってエアバッグインフレータモジュール８０の起動が制御されて、衝突によって生じるであろう傷害から乗員を保護するのに必要な、関連するエアバッグが膨張させられる。これらの動作を実行するために必要な電力は、電力源４６例えば車両バテリーによって供給される。
【００２１】
上記の回路は、１つのモジュールに集積するか、もしくは複数のモジュールとして具現化することができる。例えば、センシング回路４２およびコントローラ７４は、信号発生器５５およびその他の回路要素と結合して、上記の機能のすべてを提供する単一のモジュールとしてもよい。この単一モジュールには、さらに衝突検知装置７８を組み込んでもよい。別法として、コントローラ７４および／または衝突検出装置７８は、別個のモジュール内にある残りの回路要素と通信する、別個の１つの要素または別個の複数の要素として具現化することもできる。
【００２２】
図２を参照すると、加熱エレメント３４の静電容量センサ１２’に与える影響を軽減する別の方法は、加熱エレメント３４の導電体を、加熱エレメント３４とセンサ電極４０との間に位置する、導電シールド８２でシールドすることであり、この導電シールド８２は駆動シールド信号３６によって駆動される。導電シールド８２、８２’は、同軸ケーブルのシールドが中心の導電体を包囲するように、加熱エレメント３４を包囲するように適合させてもよい。加熱エレメント３４は、例えば加熱ケーブルの形態で、駆動シールド信号３６に動作可能に結合された、導電性シースで包囲してもよい。
図１および２に示すいずれかの構成に対して、センサ電極４０は、乗員着座領域と加熱エレメント３４との間に配置するか、または図３に示すように、共通基板上で、加熱エレメントと交差構造とし（inter-digitized）、それによって、加熱エレメント３４によってセンサ電極４０が乗員からシールドされることがないようにしてもよい。
【００２３】
図４を参照すると、前述した図１のシステムを修正して、シートヒータ２６の加熱エレメント３４を、電界センサ１２のセンサ電極４０として利用してもよく、加熱エレメント３４は結合コンデンサ８４によってＡＣ分圧器のノード６０にＡＣ結合されており、それによってヒータエレメントからのＤＣオフセットは、センサ計測結果に影響を与えることがない。この場合には、図１の実施態様のように、駆動シールド信号３６は別個に加熱エレメント３４に結合されてはいない。結合コンデンサ８４は、センサ電極４０の接地に対するキャパシタンスの少なくとも１０倍の大きさのキャパシタンスを有することが好ましく、これによってＡＣ分圧器５８の出力への結合コンデンサの影響が比較的小さくなる。この回路は、計測をするのに使用する周波数が、例えば１ＭＨｚよりも上（好ましくは１０ＭＨｚよりも上）ときには実用的になり、インダクタのコストおよび寸法に依存するが、インダクタのインダクタンスは１００マイクロヘンリー未満でもよくなる。
【００２４】
駆動シールド８５は、加熱エレメント３４の着座領域から離れた側に設けてもよく、このシールドは駆動シールド信号３６と動作可能に結合すると、入力信号３８と着座領域から離れたシートの部分との結合を実質的に低減する。
作動に際しては、信号発生器５５は、ブリッジコンデンサ５４とセンサ電極として作用するＡＣ結合した加熱エレメント３４とを含むＡＣ分圧器５８の両端に入力される、発振またはパルス入力信号を生成する。ＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４は、バッファ増幅器６４によってバッファリングされている。第１インダクタ５０および第２インダクタ５２は、駆動シールド信号３６を絞って、シートヒータ２６への電力源４６が、またはシートヒータ２６からの電力シンク４８が、センサ電極４０のキャパシタンスに実質的に影響を与えることを防ぐ。加熱エレメント３４に結合された入力信号３８は、加熱エレメントにその周辺と結合した電場を生成させる。
【００２５】
シート１４上に乗員が存在すると、加熱エレメント３４のキャパシタンスを増加させ、これがその容量リアクタンスを減少させて、ＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４の絶対値を減少させる。検知信号４４は、バッファ増幅器６４を介して、動作可能にセンシング回路４２に結合されており、続いて処理されて、上述のように図１の実施態様のために使用される。
図１および４では、センシング回路４２の入力は、バッファ増幅器６４の出力６８に動作可能に結合されているのを示してあるが、センシング回路４２の入力は、別法としてその入力６２に動作可能に結合することもできる。
【００２６】
図５を参照すると、別の実施態様によれば、加熱エレメント３４が、センサ電極４０として使用され、センサ電極４０を、シートヒータ２６の給電に使用される電力源４６および電力シンク４８の両方から、静電気的に絶縁するために、駆動シールド信号３６が使用される。図１および４に示す実施態様のように、第１のインピーダンス８６は、加熱エレメント３４の第１ノード８８と電力源４６（例えば車両バッテリ）の間に動作可能に接続され、第２のインピーダンス９０は加熱エレメント３４の第２ノード９２と電力シンク４８（例えば車両の接地）との間に動作可能に接続されている。さらに、図１および４に示す実施態様について、第３のインピーダンス９４は、第１のインピーダンス８６と電力源４６との間に動作可能に接続され、第１のインピーダンス８６と第３インピーダンス９４とは、第３ノード９６において互いに直列に接続されている。さらに、第４のインピーダンス９８は、第２のインピーダンス９０と電力シンク４８との間で動作可能に接続され、第２のインピーダンス９０と第４のインピーダンス９８とが第４ノード１００で互いに直列に接続されている。
【００２７】
図４に示す実施態様のように、発振またはパルス入力信号３８が信号発生器５５によって生成されて、ＡＣ分圧器のブリッジコンデンサ５４を通過し、さらに結合コンデンサ８４を通過してセンサ電極４０に入力される。ＡＣ分圧器５８のノード６０において生じる検知信号４４は、センシング回路４２と、その出力において駆動シールド信号３６を供給するバッファ増幅器６４とに、動作可能に接続されている。駆動シールド信号３６は、それぞれの結合コンデンサ７０．１、７０．２を介して、第３ノード９６および第４ノード１００にＡＣ結合されており、このシールド信号によって、加熱エレメント３４が、電力源４６および電力シンク４８のそれぞれから静電気的にシールドされている。第１のインピーダンス８６および第２のインピーダンス９０の両側は、それぞれ実質的に同じ信号レベルで駆動され、したがって入力信号３８および駆動シールド信号３６に応答しては、そこに電流は実質的に流れない。
【００２８】
第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８はそれぞれ、駆動シールド信号３６に応答して、電力源４６または電力シンク４８に流れる、またはそこから流れてくる電流を絞るか、または止めるように適合されている。したがって、センサ電極４０は、電力源４６または電力シンク４８から静電気的に実質的に絶縁されており、乗員などの電極に近い電場影響媒体に主として応答性がある。第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８は、電力源４６に対して比較的低いインピーダンスを有する回路要素、例えばＤＣ電源を含むが、それらも信号発生器５５によって連続的あるいは断続的に生成される信号に対しては、比較的高いインピーダンスを有する。この性質を示す回路要素の例としては、図６および７の実施態様にそれぞれ示すように、インダクタや、電界効果トランジスタなどの電子スイッチがある。
【００２９】
図６および７を参照すると、図５に示す一般化回路に対する詳細な実施態様の例を示してあり、信号発生器５５は、結合コンデンサ１０４を介してバッファ増幅器１０６にＡＣ結合されており、その入力はＤＣ分電器１０８によってＤＣバイアスがかけられている。ＡＣ分圧器５８のノード６０に動作可能に接続された１対のダイオード１１０が、電源電圧Ｖ＋と接地との間の範囲を超えないように、ノイズ信号レベルを刈り込む。図６を参照すると、第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８は、それぞれインダクタ１１２、１１４、１１６、１１８で構成され、それぞれが、１）シートヒータ２６に給電するのに必要な電流に対応するのに十分な電流容量、２）比較的低いＤＣインピーダンス、３）発振器１０２の周波数における比較的高いインピーダンスを有する。
【００３０】
図７を参照すると、第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４、および第４インピーダンス９８が、電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６によってそれぞれ構成され、それぞれがシートヒータ２６に給電するのに必要な電流に対応するのに十分な通電容量を有している。電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６のそれぞれのゲートは、それぞれの抵抗１２８を介して、センシング回路４２からの制御信号１２９によって駆動される。ここで検知信号４４を検知する場合には、制御信号１２９は低レベルで、電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６をＯＦＦとし、それに対して高レベルでは、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ２８とサーモスタットで制御されるリレー３０の両方が起動されている場合には、電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６をＯＮにして、シートヒータ２６が熱を発生できるようにする。電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６には一般に、付随するゲートソースおよびゲートドレインのキャパシタンスが、補償をしない限り、付随するゲート制御回路を介して入力信号３８の一部分をバイパスさせる可能性があるという特徴がある。
【００３１】
この問題は、駆動シールド信号３６を、第１インピーダンス８６および第２インピーダンス９０に関連する電界効果トランジスタ１２０、１２２のそれぞれのゲートにＡＣ結合させることによって実質的に解消することができ、それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２のソース、ドレイン、およびゲートは、実質的に同一のＡＣ信号レベルで駆動され、したがって、この信号に応答してこれらの電界効果トランジスタ１２０、１２２が、オンにされたり、オフにされたりはしない筈である。それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６のソースとドレインとの間で、かつＯＮ−ＯＦＦスイッチ２８の両端に示す抵抗器、およびサーモスタット３２によって制御されるスイッチによって、制御信号１２９に対するＤＣ基準値が、それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６のゲートに供給される。
【００３２】
別の実施態様によれば、第１インピーダンス８６および第２インピーダンス９０は、図７を参照して前述したように、それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２によって具現化することも可能であり、また第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８を、図６を参照して前述したように、それぞれのインダクタ１１６、１１８によって具現化することも可能である。別法として、第１インピーダンス８６および第２インピーダンス９０は、図６を参照して前述したように、それぞれのインダクタ１１２および１１４によって具現化することができ、また第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９０は、図７を参照して前述したように、それぞれの電界効果トランジスタ１２４、１２６によって具現化することもできる。
【００３３】
説明の目的で、また例としてのみ示すものとして、５４ピコファラッドの容量を有するブリッジコンデンサ５４と、０．０１マイクロファラッドの容量を有する結合コンデンサ８４とを組み込んで、電界センサ回路１３０を構築した。入力信号３８の周波数は、センサ電極４０の関連する容量リアクタンスＺ（Ｃｓ）が、その抵抗器Ｒｓよりも実質的に低く、例えば４００ｋＨｚ以上になるように、十分高く適合されている。４００ｋＨｚのサイン波入力信号３８を用いると、それぞれ１００マイクロヘンリー以下のインダクタンスを有するインダクタ１１２、１１４、１１６、１１８によって、図１、５および６に示す実施態様に対して、十分な絶縁を与えることができる。図４に示す実施態様には、場合によってはより高い動作周波数か、またはより大きなインダクタンス値、あるいはその両方を採用してもよい。駆動シールド信号３６を供給するバッファ増幅器６４の出力インピーダンスは、例えば関連する第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４、または第４インピーダンス９８と比較して比較的低く、その後者は入力信号３８の周波数に依存する。
【００３４】
静電容量センサをヒータエレメントと並置するための上記のシステムおよび方法は、静電容量センサを、その他のセンサ、例えば重量センサ（ロードセルおよび力感知抵抗器）や圧力パターンセンサ（力感知抵抗器および曲げセンサ）と共に、乗員の下方に並置する場合にも適用可能である。例えば、シート底に置く静電容量センサは、共通のセンシングマット、パッドまたは基板を用いて、力感知抵抗器センサまたは曲げセンサと一体化することも可能である。
【００３５】
図１、４、５、６および７に示すセンシング回路４２は、本明細書において電界センサ回路１３０と呼ぶものより大きな回路の一部であり、後者には例えば信号発生器５５、ＡＣ分圧器５８、バッファ増幅器６４、センシング回路４２およびその他の関連する構成要素が含まれる。図８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ、１０および１１は、電界センサ回路１３０の様々な実施態様を示しており、これらの回路についてさらに詳細を説明する。ここで「センサ」および「駆動シールド」のラベルを用いて、図８ａ、８ｂ、９ａ、１０および１１の電界センサ回路１３０またはその一部が、図１、４、５、６および７に示すシステムとインターフェイスを持つ共通の信号位置を示している。
【００３６】
自動車の環境で可能性のある温度範囲は、電界センサ回路１３０に悪影響を与え、「感知された」センサ計測値にドリフトを発生させる可能性がある。このドリフトを対策する簡便な方法として、センシング電極の代わりに、スイッチで切り替えて計測回路内に入れることのできる基準コンデンサを使用する方法がある。基準コンデンサは、その値が温度の変化に対して比較的安定であるものを選択できるために、ドリフトを特定し、この情報を用いて決定の閾値を変更することができる。代替手法としては、基準コンデンサとセンサのキャパシタンスとの間の差を常に計測する方法がある。次いで、スイッチによって第２の「キャリブレーション」コンデンサをセンサの代わりに切り替えて、計測システムのゲインを特定することができる。基準コンデンサおよびキャリブレーションコンデンサを用いることによって、システムは計測回路内の変動を連続的に補償することができるようになる。温度を測定し、次いで補正をすることを行うよりも、基準およびキャリブレーションコンデンサを用いて、計測回路の電流のオフセットおよびゲインを計測し、これによって計測が常に整合性をもつようにする。基準コンデンサ、キャリブレーションコンデンサ、またはセンサの切り替えは、ＦＥＴの組合せ、またはテキサスインスツルメンツ（Texas Instruments）製のＣＤ４０５１などのアナログ式デマルチプレクサを用いることによって実施できる。
【００３７】
回路接地５６に対するセンサ電極４０のキャパシタンスは比較的小さく、例えば約３００ピコファラッド未満である。自動車の環境で可能性のある温度範囲は、電界センサ回路１３０の構成要素に重大な影響を与え、ドリフトを発生させて、それが計測値として誤って解釈され、安全拘束アクチュエータ８０がコントローラ７４によって誤って起動される可能性がある。このドリフトの影響は、電界センサ回路１３０に、温度安定性のある基準コンデンサを組み込み、センサ電極４０の代わりに基準コンデンサに切り替えて、比較容量計測を行う手段とすることによって、軽減することができる。基準コンデンサは、その値が温度に対して非常に安定であるものを選択することができるので、ドリフトを特定、かつ定量化し、この情報を用いることによって、例えば電界センサ回路１３０の回路構成要素内の温度または時間に対するドリフトに応答して、決定の閾値を変更することができる。
【００３８】
図８ａを参照すると、例示的な電界センサ回路１３０を示してあり、発振器１００２が発振信号、例えばサイン波信号を生成し、この信号が、第１のバンドパスフィルタ１００４によってフィルタリングされて、第１の発振信号１００６が生成される。第１の発振信号１００６は、容量性分電器１００８に入力され、この分電器には、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１、Ｒ２に加えて、少なくとも１つのセンサ電極４０を含むセンサ電極４０、第１の基準コンデンサＣＲ１、および第２の基準コンデンサＣＲ２からなる群から選択される、計測しようとする１つまたは複数の容量性要素が含まれ、この計測しようとする容量性要素は、それぞれのＦＥＴスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ３ａおよびＱ３ｂの状態に応答して、回路に組み込まれたり、回路から切り離されたりする。
【００３９】
コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１およびＲ２、および作動時には計測しようとするそれぞれの容量性要素に切り替えるＦＥＴスイッチＱ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａはすべて、第１ノード１０１０において互いに接続されており、このノードは電圧フォロアＵ１の入力１０１２に接続されている。電圧フォロアＵ１の出力１０１４は、ＦＥＴスイッチＱ１ｂ、Ｑ２ｂおよびＱ３ｂに動作可能に結合され、これらのスイッチは、作動時には、それぞれの容量性要素が計測されないように切り離される。ＦＥＴスイッチペアＱ１ａおよびＱ１ｂ、Ｑ２ａおよびＱ２ｂ、Ｑ３ａおよびＱ３ｂの、ＦＥＴスイッチ要素の起動は、それぞれ互いに排他的である。例えば、ＦＥＴスイッチＱ１ａが起動されるか、または閉止されると、ＦＥＴスイッチＱ１ｂは停止されるか、または開放される。計測されている容量性要素は、第１ノードにおけるキャパシタンスに加わり、これによって電圧フォロアＵ１への入力１０１２での信号強度に影響を与える。
【００４０】
計測されていない容量性要素は、それぞれの第１ＦＥＴスイッチ要素によって、第１ノードから切り離され、それぞれの第２ＦＥＴスイッチ要素によって電圧フォロアＵ１の出力１０１４に接続される。ここで電圧フォロアＵ１の関連するオペレーショナルアンプの特性に従って、電圧フォロアＵ１の出力１０１４は、それぞれの容量性要素を接続することなく、第１ノードの信号に追従し、電圧フォロアＵ１は、それぞれの第２ＦＥＴスイッチ要素を介して、関連する容量性要素を通過する電流を供給する。さらに、それぞれの第２ＦＥＴスイッチ要素が起動されるときに、それぞれの第１ＦＥＴスイッチ要素のソースおよびドレインは、別個にそれぞれオペレーショナルアンプ入力に結合され、それによってそれぞれに同一の電圧が印加されて、それぞれの第１ＦＥＴスイッチのキャパシタンスが、キャパシタンス計測に与える影響が排除される。
【００４１】
電圧フォロアＵ１の出力１０１４は、次いで、第１のバンドパスフィルタ１００４と同じパスバンドの第２バンドパスフィルタ１０１６に結合され、その出力はダイオードＤ１、抵抗器Ｒ３およびコンデンサＣ２を含む検出器１０１８によって検出されて、第１のローパスフィルタ１０２０によってフィルタリングされる。第１のローパスフィルタ１０２０の出力１０２２は、第１ノード１０１０のキャパシタンスに対応するＤＣ成分を有する。このＤＣ成分は、任意選択で任意選択のブロックコンデンサＣ３によってフィルタリングされ、その結果生じる信号は、第２のローパスフィルタ１０２４によってフィルタリングされて、第１ノード１０１０における発振信号の振幅を表わす振幅信号１０２６を供給し、この信号はその位置における全キャパシタンスに関係づけられる。ブロックコンデンサＣ３は、振幅信号１０２６の過渡的計測を提供するように適合されている。
【００４２】
第１発振信号１００６も、第１方形波信号１０２８を例えば約５０％デューティサイクルで生成する、第１コンパレータＵ３に動作可能に結合されている。電圧フォロアＵ１の出力１０１４も、第２方形波信号１０３０を例えば約５０％のデューティサイクルで生成する第２コンパレータＵ４に動作可能に結合されている。第１方形波信号１０２８および第２方形波信号１０３０は、論理排他的ＯＲゲートに動作可能に結合され、このゲートは、それぞれ５０％デューティサイクルの第１方形波信号１０２８および第２方形波信号１０３０に対して、第１発振信号１００６と電圧フォロアＵ１の出力１０１４との間の位相差と共に変化するデューティサイクルを有する第３の方形波信号１０３２を供給し、このデューティサイクルは、位相差が０から１８０度まで変化すると、０から１００％まで変化する。第３の方形波信号１０３２は、第３のローパスフィルタ１０３４によってフィルタリングされて、その出力は電圧フォロアＵ６によってバッファリングされる。ブロックコンデンサＣ７は、電圧フォロアＵ６からの出力のＡＣ成分を通過させ、これが第４のローパスフィルタ１０３６によってフィルタリングされて、第１ノード１０１０に動作可能に結合された要素に起因する、第１の発振信号１００６に対する位相シフトを表わす位相信号１０３８を供給する。
【００４３】
作動の際には、マイクロプロセッサＵ２が、ＦＥＴスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ３ａ、およびＱ３ｂの起動を、例えば図８に示す制御ロジックに従って制御する。マイクロプロセッサＵ２によって第１基準コンデンサＣＲ１に切り替えられた状態、すなわちＱ２ａが起動され、かつＱ２ｂが停止された状態で、コントローラが第１の振幅と第１の移相とを計測する。次いで、マイクロプロセッサＵ２によって第２基準コンデンサＣＲ２に切り替えられた状態で、コントローラは、コンデンサＣＲ２のキャパシタンスによる第１ノードにおけるキャパシタンスの段階的増加に対応する、第２の振幅および第２の位相を計測する。この情報を用いることによって、コントローラは、既知のコンデンサＣＲ１およびＣＲ２のキャパシタンス値感度係数が与えられると、振幅計測結果から感度係数をボルト／ピコファラッドの単位で計算することができると共に、位相計測から関連する位相用の感度係数を計算することができる。次いで、マイクロプロセッサＵ２が、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２を切り離し、センサ電極４０に切り替えて、第３の振幅と第３の位相を計測して、計算された感度係数を用いて、センサ電極４０のキャパシタンスと関連する位相とを計算する。
【００４４】
コントローラ７４はこのキャパシタンスおよび、場合によっては関連する位相を、閾値と比較し、これによって正常に着座した乗員とその他の着座状態とを区別する。一実施態様においては、位相および振幅を用いてシートの湿気を補償し、この補償された値と、乗員判別を目的とする閾値とを比較する。正常に着座した乗員が存在する場合には、安全拘束アクチュエータ８０が、衝突検出装置７８による衝突の検知に応答して起動される。図８ａでは、マイクロプロセッサＵ２およびコントローラ７４を互いに通信する別個の要素として示しているが、別の配設も可能である。例えば、両者を１つのコントローラに結合してもよく、またはマイクロプロセッサが、振幅および位相計測値を検知し、静電容量センシングパッドのキャパシタンスを計算し、関連する位相計測値を調整するように適合させて、次いでキャパシタンス値および関連する位相計測値をコントローラ７４に出力するようにしてもよい。
【００４５】
シート１４内に装着されたセンサ電極４０は、第２コンデンサＣＳ２および抵抗器ＲＳの直列結合と並列の第１のキャパシタンスＣＳ１としてモデル化し、ここで抵抗器ＲＳはシートの湿気と逆関係にある。電界センサ１２のキャパシタンスは、乾燥シートに対してはＣＳ１によって支配されるが、シートの湿気が増大すると共にＣＳ２およびＲＳの影響を受けるようになる。コンデンサＣ１、ＣＲ１およびＣＲ２のキャパシタンス値は、電界センサ１２の予期されるキャパシタンス範囲にわたる、キャパシタンス計測のダイナミックレンジを最大化するように適合される。
【００４６】
電界センサ１２のキャパシタンスは、他のキャパシタンス測定方法を用いても計測ができる。例えば、電気工学標準ハンドブック「the Standard Handbook for Electrical Engineers 12th edition, D.G. Fink and H. W. Beaty editors, McGraw Hill, 1987, pp. 3-57 through 3-65」、またはエンジニア用基準データ「Radio, Electronics, Computer, and Communications 7th edition, E.C. Jordon editor in chief, Howard W. Sams, 1985, pp. 12-3 through 12-12）に記載されている例があり、その両方を参照として本願に組み入れる。
【００４７】
図９ａ、９ｂは、電界センサ回路１３０の様々な態様に対する、他のいくつかの実施例を示しており、図９ａは電界センサ回路１３０の振幅検出部分を、図９ｂは電界センサ回路１３０の位相検出部分を示しており、この回路では振幅と位相情報を組み合わせて、シートの湿気を説明するのに使用することができる。
【００４８】
例えば、第１ノード１０１０で検知すべき要素は、アナログデマルチプレクサ１４０２、例えばテキサスインスツルメント製のＣＤ４０５１などを介して結合することが可能であり、マイクロプロセッサＵ２の制御の下で、検知すべき要素は、一時に１要素ずつ、アナログデマルチプレクサ１４０２によって第１のノード１０１０に結合される。例えば、第１基準コンデンサＣＲ１ａおよび第２基準コンデンサＣＲ２ａ、ならびに静電容量センサを、それぞれアナログデマルチプレクサ１４０２の異なるアナログ入力に動作可能に接続すると共に、アナログデマルチプレクサ１４０２によって互いに排他的に第１ノードに動作可能に接続する。したがって、この配設によって、このキャリブレーションプロセスは、２つの基準コンデンサを同時に動作可能に第１ノードに接続することができる図８ｂに示したものとは異なっている。より多くのアナログチャネルが必要な場合には、複数のアナログデマルチプレクサ１４０２を使用することができ、この場合には別個の組の基準コンデンサ、例えばＣＲ１ｂおよびＣＲ２ｂをそれぞれのアナログデマルチプレクサ１４０２と共に用いて、様々なアナログデマルチプレクサ間の変動を補償することができる。
【００４９】
代替実施態様の別の例として、電磁気干渉の効果を低減する目的で、インダクタＬ１を、センシングノード１０１０と検知すべき要素との間に配置してもよい。
代替実施態様のさらに別の例として、マイクロプロセッサＵ２で制御されるＤ／Ａコンバータ１４０４を使用して、関連する振幅信号のオフセットを相殺してもよく、ここでＤ／Ａコンバータ１４０４からの出力は、反転増幅器１４０６に動作可能に接続されており、フィルタリングされた検知振幅信号１４０８から減算される。同様に、マイクロプロセッサＵ２に制御されるＤ／Ａコンバータ１４１０を用いて、関連する位相信号のオフセットを相殺してもよく、ここではＤ／Ａコンバータ１４１０からの出力は、反転増幅器１４１２に動作可能に接続されると共に、フィルタリング処理された検出位相信号１４１４から減算される。振幅信号および位相信号におけるそれぞれのオフセットを相殺することによって、関連する回路ゲインを増大させて、それぞれの信号のダイナミックレンジを増大させることができる。
【００５０】
代替実施態様のさらに別の例として、排他的ＯＲゲートの代わりに論理ＯＲゲート１４１６を用いて、検出された位相信号を表わす第３の方形波信号１４１８を形成してもよい。論理ＯＲゲート１４１６は、出力信号に内部ＤＣバイアスを与え、これによって５０％デューティサイクルの方形波入力信号に対して、位相が０から１８０度まで変化すると、論理ＯＲゲート１４１６の出力は、５０％からフルスケールまで変化する。
代替実施態様のさらに別の例として、スーパーダイオード検出回路１４２０を、信号振幅を検出するために使用してもよい。
【００５１】
シート湿気を説明するために同様に使用することのできるキャパシタンス計測を行う別の方法として、図１０の回路で示すように、分離方形パルスの特性を同定するためにピーク検出器および積分器を使用する方法がある。センサのインダクタンスから生じるであろうリンギングを低減するために、パルス発生器が、パルスの立ち上がりを遅くするローパスフィルタを介して、方形波パルスを送信する。パルスが、キャパシタＣ１０および少なくとも１つのセンサ電極４０を含むブリッジ回路に送り込まれると、センシングノードにおけるパルスの振幅および形状は、センサの接地に対するインピーダンスに依存する。抵抗器Ｒ１７は、比較的小さなインピーダンスであり（キャパシタＣ１０またはセンサと比較して）、立ち上がり端の後のリンギングを低減する。パルス長が短く、かつセンサが接地するのに理想的なコンデンサである場合には、出力は入力パルスと本質的に同一の形状であるが、振幅が小さくなる。センサが複素インピーダンスを有すると、出力パルスの形状はインピーダンスの構成要素によって変化することになる。センサから接地までのコンダクタンスは、センサ電極４０の抵抗器Ｒｓの結果として、振幅を低下させると共に、接地電圧を減衰させる。この減衰は、水分のシートへの影響を特定するために使用することができる。
【００５２】
ピーク値および積分値などの出力パルスの特徴を使用して、図１１の回路で示すように、センサから接地までのコンダクタンスを同定することができる。入力パルスは、正の前縁の立上り時間を増大させるためにフィルタリングされる、ＴＴＬレベル方形パルスである。立上り時間の設定は、シート湿潤状態への耐性とセンサのインダクタンスの結果としての信号のリンギングとの妥協である。このリンギングを低減するために、抵抗器を計測回路に配置してもよい。
【００５３】
図１２を参照すると、乗員センサ１０を使用して、後向き幼児シート、チャイルドシート、またはブースタシートに着座する幼児または子供と、成人とを、これらのシート上の子供２００は、シート底１８およびその中に収容されたセンサ電極４０の近傍で大きな体表面をもたないことに基づいて、区別することができる。例えば、センサ電極４０のキャパシタンスに応答する信号を供給する電界センサ１２に対して、正常に着座した乗員は、後向き幼児シート２０２よりも、空のシートに比較してのキャパシタンスを、実質的に大きく増加させる。乗員センサ１０は、後向き幼児シート（ＲＦＩＳ）２０２、または一般的にはチャイルドシートと、成人用シートとを判別することができるが、この理由は後向き幼児シート２０２の子供２００は、シート底１８およびその中に収納されたセンサ電極４０の近傍で大きな体表面をもたないからである。
【００５４】
後向き幼児シート２０２の内部のシート輪郭２０４は、子供２００の臀部が、シート１４のシート底１８に最も近くなるようになっている。通常、子供２００とシート１４のシート底１８との間には、数インチにおよぶ大きな空隙２０６が存在する。チャイルドシートは通常プラスチック製であるため、シート自体は電界センサ１２によって直接は検出されない。子供２００と、シート１４のシート底１８との間の空隙２０６が比較的小さな、後向き幼児シート２０２に対しても、内部着座輪郭２０４には、それでも少なくとも１つの第１電極２６と、子供２００の臀部を除く全部分との間に、大きな空隙が生成される。子供２００の表面のわずかな部分だけが、センサ電極４０の近傍にあるために、電極センサ１２で計測したキャパシタンスは比較的低く、より具体的には正常に着座した成人乗員の検出のためのキャパシタンス閾値Ｃｎｏｒｍよりも小さい。
【００５５】
図３を参照すると、図１および２に示す乗員センサ１０の実施態様に従って加熱エレメント３４から電気的に絶縁されたセンサ電極４０の例を示してあり、センサ電極４０は、幼児または子供が、幼児用、子供用またはブースタシートに座り、かつこの幼児用、子供用またはブースタシートがシート１４上に配置されているときに、シート１４に最も近い幼児または子供の部分に近接して位置する、感度低下領域２０８を画定するように、配設されている。そのように適合されたセンサ電極４０は、幼児または子供が、幼児用、子供用またはブースタシートに座り、かつその幼児用、子供用またはブースタシートがシート１４上に配置されているときには、シート１４に最も近い幼児または子供に対して低い感度を示す。したがって、図３に示すセンサ電極４０を組み込んだシート１４に着座した、正常に着座した乗員に応答するキャパシタンス増加は、シート１４上に配置された幼児用、子供用またはブースタシートに座る幼児または子供に対応するキャパシタンス増加よりも実質的に大きくなる。例えば、無電極の低感度領域２０８は、シートバック２４から約２００〜３２５ｍｍ離れたシート底１８上に位置することがある。
【００５６】
図１３を参照すると、図４〜７に示す乗員センサ１０の実施態様によるセンサ電極４０として使用されるシートヒータ２６の加熱エレメント３４の例が示してあり、加熱エレメント３４が、図３に示すセンサ電極４０と同様、かつ同様の効果を有して、幼児または子供が、幼児用、子供用またはブースタシートに座り、かつその幼児用、子供用またはブースタシートがシート１４上に配置されているときに、幼児または子供のシート１４に最も近い部分に近接して位置するシート底の中央部分に近接する無電極の低感度領域２０８を画定するように、配設されている。
【００５７】
図１３に示す配設の１つの制約となり得るのは、加熱エレメント３４の空所として示されている、低感度領域２０８が、加熱エレメント３４を組み入れたシート１４の部分よりも少量の熱を受けることになることである。
シートヒータ２６の加熱エレメント３４をセンサ電極４０として使用する乗員センサ１０は、加熱エレメントとシートの着座領域との間に位置するか、または低感度領域２０８を横断して延び、かつ駆動シールド信号３６と動作可能に結合された加熱エレメント３４に隣接する電極を使用して、低感度領域２０８内にある加熱エレメント３４部分をシールドすることによって、熱の分布に影響を与えることなく、低感度領域２０８を組み込むように適合させることができる。
【００５８】
乗員センサ１０は、シート底１８に位置する単一のシートヒータ２６を備えるように示されているが、乗員センサ１０はシート１４内の複数のシートヒータ２６、例えばシート底１８内およびシートバック２４内に分離したシートヒータ２６と協働するように適合させることができる。それぞれの加熱エレメント３４は、個別または共通の関連回路要素と共に、別個の関連する電界センサ１２に組み込むか、または単一の結合電界センサ１２内で互いに動作可能に接続してもよい。
【００５９】
上記の詳細な説明において、特定の実施態様について詳細に記載すると共に、添付の図面に示したが、当業者であれば、本開示の全般的な教示によって、これらの詳細に対する様々な修正形態および変更形態を開発できることを理解するであろう。したがって、開示した特定の配設は、説明のためのものであって、本発明の範囲について限定するものではなく、本発明には添付の請求項およびその任意かつ全ての等価物の全範囲が付与されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、一実施態様を示す図である。
【図２】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、別の実施態様を示す図である。
【図３】シート底内の、センサ電極およびシートヒータの加熱エレメントを示す平面図である。
【図４】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図５】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図６】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図７】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図８ａ】電界センサからの振幅および位相情報の両方を供給する回路の、一実施態様を示す概略図である。
【図８ｂ】図８ａのセンシング回路の様々な要素の動作を示す図である。
【図９ａ】電界センサからの振幅および位相情報の両方を供給する回路の、別の実施態様を示す概略図である。
【図９ｂ】電界センサからの振幅および位相情報の両方を供給する回路の、別の実施態様を示す概略図である。
【図１０】パルス加振を用いて、電界センサからの積分値およびピーク値情報の両方を供給する回路の、一実施態様を示す概略図である。
【図１１】パルス加振を用いて、電界センサからの積分値およびピーク値情報の両方を供給する回路の、別の実施態様を示す概略図である。
【図１２】車両シート上に配置された一般的な後向き幼児シート上の子供を示す図である。
【図１３】シート底に配置されたシートヒータの加熱エレメントを示す平面図であって、電界センサの電極として使用され、かつシート底の中央領域近くの低感度領域に合わせて成形されている、加熱エレメントを示す平面図である。
車両には、乗員の傷害を軽減する目的で車両衝突に応答して起動する安全拘束アクチュエータを搭載してもよい。このような自動安全拘束アクチュエータの例としては、エアバッグ、シートベルトプリテンショナ、サイドカーテンなどがある。自動拘束システムの一目的は、乗員の傷害を軽減すると共に、自動拘束システムが起動しなかった場合に衝突によって受ける障害よりも大きな傷害が、その自動拘束システムによって生じないようにすることである。一般に、自動安全拘束システムは傷害を軽減する必要のある場合にのみ起動するのが望ましく、その理由は、安全拘束システムの関連構成部品の交換に費用がかかること、またそのようなアクチュエータが乗員を傷つける可能性があるからである。
【０００２】
エアバッグインフレータによって乗員への傷害を軽減する一手法は、乗員の存在および／または位置に応じてインフレータの起動を制御して、乗員がインフレータに伴う危険ゾーン外に位置している場合にのみ、インフレータを起動することである。ＮＨＴＳＡのデータによると、乗員がインフレータドアから約４〜１９インチよりも接近している場合にエアバッグを無効化すれば、インフレータに接近することによる重大な障害が低減されるか、または防止できることが示されている。このようなエアバッグインフレータを無効化するシステムには、乗員拘束が必要とされるときにエアバッグインフレータを無効化することなく、このような決定をするために十分な感度とロバスト性を有する乗員センサが必要となる。
【０００３】
乗員の存在および／または位置を検出する一手法は、乗員の存在および/または位置を検知しようとするシート（座席）の近傍に生成される電場に対する乗員の影響を検知することである。乗員は、電場に影響を与える付随の誘電特性または導電特性を有しており、したがって乗員は、静電容量センサとも呼ばれる電界センサを用いて検出することのできる、電場影響媒体である。
【０００４】
本明細書においては、「電界センサ」とは検知された物体が、電場に与える影響に応答する信号を発生するセンサを意味する。一般に、電界センサは、少なくとも１つの入力信号が入力される少なくとも１つの電極と、受信信号（または応答）を計測する少なくとも１つの電極とを含み、この電極は、入力信号が入力される電極と同一の電極（または複数）でもよい。入力信号は、少なくとも１つの電極から、その少なくとも１つの電極の使用環境への接地に達するか、もしくは別の少なくとも１つの電極に達する電場を生成する。入力信号および受信信号は、同種の１つまたは複数の電極に割り当てることも、また別の電極に割り当てることもできる。ある１つの電極または１組の電極に付随する特定の電場は、その電極または１組の電極の特性と形状に依存すると共に、その周辺環境の特性、例えば周辺環境の誘電特性に依存する。電極形状が一定のときには、電界センサの1個もしくは複数の受信信号は、１個もしくは複数の入力信号に応答すると共に、生成される電場に影響を与える環境の性質、例えばその環境と異なる誘電率もしくは導電率を有する物体の存在および位置などに応答する。
【０００５】
電界センサの一形態に静電容量センサがあり、このセンサでは所与の電極構成に対して、受信信号と入力信号との関係から、１つまたは複数の電極の静電容量が計測される。本願に組み入れる、スミスによる技術文献、「J. R. Smith, "Field mice: Extracting hand geometry from electric field measurements," IBM Systems Journal, Vol. 35, Nos. 3 &4, 1996, pp. 587-608.」には、非接触の３次元位置計測、より具体的にはコンピュータに３次元位置を入力することを目的とする人の手の位置のセンシングに使用する電界センシングの概念が記載されている。一般に静電容量センシングと呼ばれるものには、著者が「装荷モード（loading mode）」、「分流モード（shunt mode）」、「送信モード（transmit mode）」と呼ぶ、様々な電流経路に対応する、異なる機構が実際には含まれる。分流モードにおいては、低周波数で発振する電圧が、送信電極に印加されて、受信電極で誘導された変位電流が電流増幅器で計測され、このモードでは、変位電流が検知された物体によって変化する。「装荷モード」においては、検知しようとする物体が、送信電極の接地に対する静電容量を変化させる。送信モードにおいては、送信電極が、ユーザの体と接触しており、次いでこのユーザの体が、直接的な電気接続によるか、または静電結合によって受信器に対する送信器となる。
【０００６】
シート方式の静電容量センサは、シートのシートヒータと同じ場所に配置される場合には、シートヒータの影響を受ける可能性がある。通常、シートヒータは、シートカバーの低層内にある低抵抗導体（すなわち約１Ω）である。作動中には、熱を生成するために数アンペアの直流電流が、ヒータエレメントに通電される。発振電圧もしくはパルス電圧を用いて接地に対するインピーダンスを計測する静電容量センサに対しては、ヒータエレメントは接地の役をする。
【０００７】
米国特許第５５２５８４３号明細書には、シートヒータエレメントを静電容量センサの電極として使用するシート乗員検出システムが開示されている。このシステムでは、一対のリレー起動のスイッチを用いて、加熱エレメントが、関連する電流供給源および接地から遮断されるか、またはそれらに接続され、また加熱エレメントは、乗員を検出するときには遮断され、シートを加熱しているときには接続される。このような配設における１つの制約は、リレー制御スイッチ要素が、安全拘束システムの起動などの安全用途には信頼性が十分ではない可能性があることである。
上記の問題は、以下に記載し、かつ請求項で定義する方法で克服することができる。
【０００８】
図１を参照すると、乗員センサ１０は、車両１６のシート１４上の乗員を検出するための電界センサ１２を含む。電界センサ１２は、例えば、シート底１８にシートカバー２０の下で、かつ発泡樹脂クッション２２の上部近くに配置されているが、その他の乗員センシングの応用においては別の場所、例えばシートバック２４内に配置されることもある。
【０００９】
シート１４にはさらに、乗員に快適な着座環境を提供するためのシート１４を加熱するシートヒータ２６が組み込まれている。シートヒータ２６はＯＮ−ＯＦＦスイッチ２８によって起動され、その温度は例えばサーモスタット３２で制御されるリレー３０によって調節される。シートヒータ２６は加熱エレメント３４、例えば抵抗加熱エレメントを含み、このエレメントは十分な導電性を有し、電界センサ１２の電極として作用するか、またはそれに近接する電界センサ１２に影響を与える可能性のある電極として作用する。
【００１０】
一般に、別個の加熱エレメント３４をはじめとして、任意の導電体が電界センサ１２に与える影響は、その導電体を駆動シールド信号３６と呼ばれる信号で駆動することによって除去するか、または少なくとも大幅に低減することが可能である。この駆動シールド信号は、電界センサ１２のセンサ電極４０に入力される入力信号３８と実質的に同一の電圧変動（すなわち振幅および位相）を有する。別個の加熱エレメント３４を駆動シールド信号３６で駆動することによって、加熱エレメント３４と、それに近接する電界センサ１２のセンサ電極４０との間には実質的に電流は流れず、したがってシートヒータ２６のエレメントは、静電容量センサ１２’に対して実質的に検知不能になる。さらに電界センサ１２および加熱エレメント３４は、関連するセンシング回路４２が、電界センサ１２からの検知信号４４のＡＣ成分またはパルス成分にのみ応答性を有する場合には、必ずしも同一のＤＣオフセットである必要はない。
【００１１】
シートヒータ２６を駆動シールド信号３６で駆動することに関する１つの問題は、通常シートヒータ２６は、電力源４６、すなわち電流源または車両バッテリに対して、または電力シンク４８、つまりシートヒータ２６に動作可能に接続された接地に対して比較的低いインピーダンスを有することである。このために、修正をしない場合には、駆動シールド信号３６でシートヒータ２６を駆動する回路には、比較的大きな電流能力が要求される。
【００１２】
図１を参照すると、この問題に対する１つの解決策は、比較的大容量の第１インダクタ５０および第２インダクタ５２を加熱エレメント３４と直列に、それぞれ加熱エレメント３４と電力源４６の間、および加熱エレメント３４と電力シンク４８の間に配置することである。ここで第１インダクタ５０および第２インダクタ５２を、それぞれのインピーダンスが入力信号３８の周波数（または複数の周波数）において比較的高くなるように選択することによって、第１インダクタ５０および第２インダクタ５２が、その入力信号に対するチョークとして作用するようにする。すなわち第１インダクタ５０および第２インダクタ５２のインピーダンスが比較的高いことが理由で、駆動シールド信号３６を、電力源４６または電力シンク４８によって実質的に装加することなく、加熱エレメント３４にＡＣ結合させることができる。
【００１３】
電界センサ１２は通常、静電容量センサ１２’と呼ばれるものであり、より一般的には前述のいずれかのモードで作動する電界センサである。電界センサ１２は、ブリッジコンデンサ５４によって信号発生器５５が生成する入力信号３８に動作可能に結合された、少なくとも１つのセンサ電極４０を含み、これによって入力信号３８に応答して、少なくとも１つのセンサ電極４０に近接する電場を生成する。例えば、入力信号３８は発振信号またはパルス信号のいずれかを含む。図１に示すように、センサ電極４０は、回路接地５６に対するキャパシタンスＣｓと抵抗器Ｒｓの並列結合としてモデル化される。ブリッジコンデンサ５４とセンサ電極４０の直列結合は、ＡＣ分圧器５８として働き、ここで、ノード６０での検知信号４４のＡＣ信号レベルは、センサ電極４０のインピーダンスに応答し、またこのインピーダンスは、例えば電界センサ１２に近接する物体の少なくとも１つの電場影響特性、例えば誘電定数、導電率、寸法、質量または距離などに応答性を有する。
【００１４】
ノード６０およびその位置での検知信号４４は、電圧フォロアバッファ増幅器６４の入力６２に動作可能に接続されて、その入力６２は付随する抵抗分割ネットワーク６６によって、電力Ｖ＋と回路接地５６との間でＤＣバイアスがかけられている。バッファ増幅器６４は、そこからの出力６８、駆動シールド信号３６とそれへの入力６２が実質的に同じ信号レベルをもつように、電流を供給かつ吸収する容量を有する。駆動シールド信号３６は、結合コンデンサ７０を介してシートヒータ２６の加熱エレメント３４にＡＣ結合され、センサ電極４０を加熱エレメント３４側で、その周囲環境から電気的にシールドする。
【００１５】
バッファ増幅器６４の出力６８も、センシング回路４２に動作可能に接続されており、このセンシング回路は、ゲイン、バンドパスフィルタリング、信号検出、ローパスフィルタリング、ＤＣオフセット調節、ＤＣゲインを提供し、電界センサ１２に応答するＤＣ信号を回復させる。センシング回路４２は、センサ電極４０のインピーダンスに応答性のある尺度を提供し、そこからの出力は、動作可能にコントローラ７４に結合され、このコントローラは、着座状態、例えば乗員の存在、種類、寸法または位置をその尺度から判定し、ＡＮＤゲート７６の１つの入力に、有効化信号または無効化信号のいずれかを出力する。ＡＮＤゲート７６の他方の入力は、衝突検出装置７８に動作可能に接続されており、この装置によって、安全拘束アクチュエータ８０の展開を保証するのに十分な強烈度を有する衝突に車両１６が関与しているか否かが検出される。
【００１６】
安全拘束アクチュエータ８０を展開しなかった場合に乗員が受けるであろう以上の傷害が発生するのを避けるために、センサ電極４０は、安全拘束アクチュエータ８０、例えばエアバッグインフレータモジュールを展開すべき着座状態と、安全拘束アクチュエータ８０を展開すべきではない着座状態とを区別できるように、成形かつ配置することができる。例えば、センサ電極４０は、回路接地５６に対する少なくとも１つのセンサ電極４０のキャパシタンスが、安全拘束アクチュエータ８０を展開すべき着座状態、例えば乗員がシート１４の実質的に正常な着座位置に着座するか、またはシート底１８の直上に大きな物体がある場合に対しては、安全拘束アクチュエータを展開すべきではない着座状態、例えばシート１４が空の状態、幼児用、子供用もしくはブースタシートが、幼児または子供がその上にいるか、もしくはいない状態でシート上に置かれている状態、または乗員がシート１４の実質的に正常な着座位置と異なる位置にいる状態に対するよりも、実質的に大きくなるように成形かつ配置される。センサ電極４０は、例えばシート１４の検知すべき領域と実質的に同じ寸法であり、センサ電極４０の部分を除去することによって、幼児用、子供用、ブースタシート上の幼児もしくは子供がシート１４に最も接近する領域の近傍で、その感度を選択的に低減させてもよい。
【００１７】
センサ電極４０は、様々な方法で構築が可能であり、その構築方法は制限されるものではない。例えば電極の構築には、導電性材料を誘電体基板にエッチングまたは蒸着などで塗布するなどの公知のプリント回路基板技術を用いる、剛体回路基板もしくはフレキシブル回路を使用して構築することができる。別法としては、電極に、シート１４またはその構成要素とは異なる部分または一体部分である、導電フィルム、シートもしくはメッシュなどのディスクリート導体（discrete conductor）を含めてもよい。１つまたは複数の電極を関連する基板と共に組立てたものは、センシングパッドまたは静電容量センシングパッドと呼ばれることがある。
【００１８】
作動に際しては、信号発生器５５は、ブリッジコンデンサ５４およびセンサ電極４０を含むＡＣ分圧器５８の両端に入力される発振またはパルス入力信号３８を生成する。ＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４は、検知信号４４と実質的に同一の絶対値と位相を有する駆動シールド信号３６を出力する、バッファ増幅器６４によってバッファリングされている。駆動シールド信号３６は、結合コンデンサ７０を介して、シート１４のセンサ電極４０の近傍かつ下方にあるシートヒータ２６の加熱エレメント３４に入力される。第１インダクタ５０および第２インダクタ５２は、駆動シールド信号３６を絞ることによって、電力源４６からシートヒータ２６へ、またはシートヒータ２６から電力シンク４８へ、バッファ増幅器６４に過剰な負荷がかかるのを防止する。加熱エレメント３４に入力される駆動シールド信号３６は、実質的にセンサ電極４０と加熱エレメント３４との間の電場を消去し、これによって、センサ電極４０に対してシートヒータ２６と同じ側にあるシート１４の部分による影響から、センサ電極４０を実質的に絶縁する。
【００１９】
シート１４に着座する乗員は、センサ電極４０のキャパシタンスを増加させ、これがセンサ電極の容量性リアクタンスを減少させ、それによってＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４の絶対値が減少する。検知信号４４は、バッファ増幅器６４を介して、動作可能にセンシング回路４２に結合されている。センシング回路４２は、センサ電極４０のインピーダンスに応答性のある計測値を調整かつ検出し、この計測値からコントローラ７４が関連するシート乗員の状態を検知する。シート乗員の状態が、衝突に応答して安全拘束アクチュエータ８０を起動させることを保証する場合、すなわち関連するキャパシタンスが閾値よりも大きくなる、例えば正常に着座する成人乗員に対しては、コントローラ７４はＡＮＤゲート７６に有効化信号（ＴＲＵＥ）を出力する。反対に、関連するキャパシタンスが閾値よりも小さくなる、例えば正規位置外乗員、物理的に小さな乗員、または後向き幼児シートに対しては、コントローラ７４はそれに無効化信号（ＦＡＬＳＥ）を出力する。
【００２０】
エアバッグインフレータモジュールを含む安全拘束アクチュエータ８０の例についてみると、衝突検知装置７８によって検出された衝突に応答して、乗員がシート１４上に着座している場合には、コントローラ４２からの起動信号が、エアバッグインフレータモジュール８０内に装着された１つまたは複数のガス発生装置の１つまたは複数のイニシエータに動作可能に結合され、これによってエアバッグインフレータモジュール８０の起動が制御されて、衝突によって生じるであろう傷害から乗員を保護するのに必要な、関連するエアバッグが膨張させられる。これらの動作を実行するために必要な電力は、電力源４６例えば車両バテリーによって供給される。
【００２１】
上記の回路は、１つのモジュールに集積するか、もしくは複数のモジュールとして具現化することができる。例えば、センシング回路４２およびコントローラ７４は、信号発生器５５およびその他の回路要素と結合して、上記の機能のすべてを提供する単一のモジュールとしてもよい。この単一モジュールには、さらに衝突検知装置７８を組み込んでもよい。別法として、コントローラ７４および／または衝突検出装置７８は、別個のモジュール内にある残りの回路要素と通信する、別個の１つの要素または別個の複数の要素として具現化することもできる。
【００２２】
図２を参照すると、加熱エレメント３４の静電容量センサ１２’に与える影響を軽減する別の方法は、加熱エレメント３４の導電体を、加熱エレメント３４とセンサ電極４０との間に位置する、導電シールド８２でシールドすることであり、この導電シールド８２は駆動シールド信号３６によって駆動される。導電シールド８２、８２’は、同軸ケーブルのシールドが中心の導電体を包囲するように、加熱エレメント３４を包囲するように適合させてもよい。加熱エレメント３４は、例えば加熱ケーブルの形態で、駆動シールド信号３６に動作可能に結合された、導電性シースで包囲してもよい。
図１および２に示すいずれかの構成に対して、センサ電極４０は、乗員着座領域と加熱エレメント３４との間に配置するか、または図３に示すように、共通基板上で、加熱エレメントと交差構造とし（inter-digitized）、それによって、加熱エレメント３４によってセンサ電極４０が乗員からシールドされることがないようにしてもよい。
【００２３】
図４を参照すると、前述した図１のシステムを修正して、シートヒータ２６の加熱エレメント３４を、電界センサ１２のセンサ電極４０として利用してもよく、加熱エレメント３４は結合コンデンサ８４によってＡＣ分圧器のノード６０にＡＣ結合されており、それによってヒータエレメントからのＤＣオフセットは、センサ計測結果に影響を与えることがない。この場合には、図１の実施態様のように、駆動シールド信号３６は別個に加熱エレメント３４に結合されてはいない。結合コンデンサ８４は、センサ電極４０の接地に対するキャパシタンスの少なくとも１０倍の大きさのキャパシタンスを有することが好ましく、これによってＡＣ分圧器５８の出力への結合コンデンサの影響が比較的小さくなる。この回路は、計測をするのに使用する周波数が、例えば１ＭＨｚよりも上（好ましくは１０ＭＨｚよりも上）ときには実用的になり、インダクタのコストおよび寸法に依存するが、インダクタのインダクタンスは１００マイクロヘンリー未満でもよくなる。
【００２４】
駆動シールド８５は、加熱エレメント３４の着座領域から離れた側に設けてもよく、このシールドは駆動シールド信号３６と動作可能に結合すると、入力信号３８と着座領域から離れたシートの部分との結合を実質的に低減する。
作動に際しては、信号発生器５５は、ブリッジコンデンサ５４とセンサ電極として作用するＡＣ結合した加熱エレメント３４とを含むＡＣ分圧器５８の両端に入力される、発振またはパルス入力信号を生成する。ＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４は、バッファ増幅器６４によってバッファリングされている。第１インダクタ５０および第２インダクタ５２は、駆動シールド信号３６を絞って、シートヒータ２６への電力源４６が、またはシートヒータ２６からの電力シンク４８が、センサ電極４０のキャパシタンスに実質的に影響を与えることを防ぐ。加熱エレメント３４に結合された入力信号３８は、加熱エレメントにその周辺と結合した電場を生成させる。
【００２５】
シート１４上に乗員が存在すると、加熱エレメント３４のキャパシタンスを増加させ、これがその容量リアクタンスを減少させて、ＡＣ分圧器５８のノード６０における検知信号４４の絶対値を減少させる。検知信号４４は、バッファ増幅器６４を介して、動作可能にセンシング回路４２に結合されており、続いて処理されて、上述のように図１の実施態様のために使用される。
図１および４では、センシング回路４２の入力は、バッファ増幅器６４の出力６８に動作可能に結合されているのを示してあるが、センシング回路４２の入力は、別法としてその入力６２に動作可能に結合することもできる。
【００２６】
図５を参照すると、別の実施態様によれば、加熱エレメント３４が、センサ電極４０として使用され、センサ電極４０を、シートヒータ２６の給電に使用される電力源４６および電力シンク４８の両方から、静電気的に絶縁するために、駆動シールド信号３６が使用される。図１および４に示す実施態様のように、第１のインピーダンス８６は、加熱エレメント３４の第１ノード８８と電力源４６（例えば車両バッテリ）の間に動作可能に接続され、第２のインピーダンス９０は加熱エレメント３４の第２ノード９２と電力シンク４８（例えば車両の接地）との間に動作可能に接続されている。さらに、図１および４に示す実施態様について、第３のインピーダンス９４は、第１のインピーダンス８６と電力源４６との間に動作可能に接続され、第１のインピーダンス８６と第３インピーダンス９４とは、第３ノード９６において互いに直列に接続されている。さらに、第４のインピーダンス９８は、第２のインピーダンス９０と電力シンク４８との間で動作可能に接続され、第２のインピーダンス９０と第４のインピーダンス９８とが第４ノード１００で互いに直列に接続されている。
【００２７】
図４に示す実施態様のように、発振またはパルス入力信号３８が信号発生器５５によって生成されて、ＡＣ分圧器のブリッジコンデンサ５４を通過し、さらに結合コンデンサ８４を通過してセンサ電極４０に入力される。ＡＣ分圧器５８のノード６０において生じる検知信号４４は、センシング回路４２と、その出力において駆動シールド信号３６を供給するバッファ増幅器６４とに、動作可能に接続されている。駆動シールド信号３６は、それぞれの結合コンデンサ７０．１、７０．２を介して、第３ノード９６および第４ノード１００にＡＣ結合されており、このシールド信号によって、加熱エレメント３４が、電力源４６および電力シンク４８のそれぞれから静電気的にシールドされている。第１のインピーダンス８６および第２のインピーダンス９０の両側は、それぞれ実質的に同じ信号レベルで駆動され、したがって入力信号３８および駆動シールド信号３６に応答しては、そこに電流は実質的に流れない。
【００２８】
第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８はそれぞれ、駆動シールド信号３６に応答して、電力源４６または電力シンク４８に流れる、またはそこから流れてくる電流を絞るか、または止めるように適合されている。したがって、センサ電極４０は、電力源４６または電力シンク４８から静電気的に実質的に絶縁されており、乗員などの電極に近い電場影響媒体に主として応答性がある。第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８は、電力源４６に対して比較的低いインピーダンスを有する回路要素、例えばＤＣ電源を含むが、それらも信号発生器５５によって連続的あるいは断続的に生成される信号に対しては、比較的高いインピーダンスを有する。この性質を示す回路要素の例としては、図６および７の実施態様にそれぞれ示すように、インダクタや、電界効果トランジスタなどの電子スイッチがある。
【００２９】
図６および７を参照すると、図５に示す一般化回路に対する詳細な実施態様の例を示してあり、信号発生器５５は、結合コンデンサ１０４を介してバッファ増幅器１０６にＡＣ結合されており、その入力はＤＣ分電器１０８によってＤＣバイアスがかけられている。ＡＣ分圧器５８のノード６０に動作可能に接続された１対のダイオード１１０が、電源電圧Ｖ＋と接地との間の範囲を超えないように、ノイズ信号レベルを刈り込む。図６を参照すると、第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８は、それぞれインダクタ１１２、１１４、１１６、１１８で構成され、それぞれが、１）シートヒータ２６に給電するのに必要な電流に対応するのに十分な電流容量、２）比較的低いＤＣインピーダンス、３）発振器１０２の周波数における比較的高いインピーダンスを有する。
【００３０】
図７を参照すると、第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４、および第４インピーダンス９８が、電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６によってそれぞれ構成され、それぞれがシートヒータ２６に給電するのに必要な電流に対応するのに十分な通電容量を有している。電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６のそれぞれのゲートは、それぞれの抵抗１２８を介して、センシング回路４２からの制御信号１２９によって駆動される。ここで検知信号４４を検知する場合には、制御信号１２９は低レベルで、電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６をＯＦＦとし、それに対して高レベルでは、ＯＮ−ＯＦＦスイッチ２８とサーモスタットで制御されるリレー３０の両方が起動されている場合には、電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６をＯＮにして、シートヒータ２６が熱を発生できるようにする。電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６には一般に、付随するゲートソースおよびゲートドレインのキャパシタンスが、補償をしない限り、付随するゲート制御回路を介して入力信号３８の一部分をバイパスさせる可能性があるという特徴がある。
【００３１】
この問題は、駆動シールド信号３６を、第１インピーダンス８６および第２インピーダンス９０に関連する電界効果トランジスタ１２０、１２２のそれぞれのゲートにＡＣ結合させることによって実質的に解消することができ、それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２のソース、ドレイン、およびゲートは、実質的に同一のＡＣ信号レベルで駆動され、したがって、この信号に応答してこれらの電界効果トランジスタ１２０、１２２が、オンにされたり、オフにされたりはしない筈である。それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６のソースとドレインとの間で、かつＯＮ−ＯＦＦスイッチ２８の両端に示す抵抗器、およびサーモスタット３２によって制御されるスイッチによって、制御信号１２９に対するＤＣ基準値が、それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２、１２４、１２６のゲートに供給される。
【００３２】
別の実施態様によれば、第１インピーダンス８６および第２インピーダンス９０は、図７を参照して前述したように、それぞれの電界効果トランジスタ１２０、１２２によって具現化することも可能であり、また第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９８を、図６を参照して前述したように、それぞれのインダクタ１１６、１１８によって具現化することも可能である。別法として、第１インピーダンス８６および第２インピーダンス９０は、図６を参照して前述したように、それぞれのインダクタ１１２および１１４によって具現化することができ、また第３インピーダンス９４および第４インピーダンス９０は、図７を参照して前述したように、それぞれの電界効果トランジスタ１２４、１２６によって具現化することもできる。
【００３３】
説明の目的で、また例としてのみ示すものとして、５４ピコファラッドの容量を有するブリッジコンデンサ５４と、０．０１マイクロファラッドの容量を有する結合コンデンサ８４とを組み込んで、電界センサ回路１３０を構築した。入力信号３８の周波数は、センサ電極４０の関連する容量リアクタンスＺ（Ｃｓ）が、その抵抗器Ｒｓよりも実質的に低く、例えば４００ｋＨｚ以上になるように、十分高く適合されている。４００ｋＨｚのサイン波入力信号３８を用いると、それぞれ１００マイクロヘンリー以下のインダクタンスを有するインダクタ１１２、１１４、１１６、１１８によって、図１、５および６に示す実施態様に対して、十分な絶縁を与えることができる。図４に示す実施態様には、場合によってはより高い動作周波数か、またはより大きなインダクタンス値、あるいはその両方を採用してもよい。駆動シールド信号３６を供給するバッファ増幅器６４の出力インピーダンスは、例えば関連する第１インピーダンス８６、第２インピーダンス９０、第３インピーダンス９４、または第４インピーダンス９８と比較して比較的低く、その後者は入力信号３８の周波数に依存する。
【００３４】
静電容量センサをヒータエレメントと並置するための上記のシステムおよび方法は、静電容量センサを、その他のセンサ、例えば重量センサ（ロードセルおよび力感知抵抗器）や圧力パターンセンサ（力感知抵抗器および曲げセンサ）と共に、乗員の下方に並置する場合にも適用可能である。例えば、シート底に置く静電容量センサは、共通のセンシングマット、パッドまたは基板を用いて、力感知抵抗器センサまたは曲げセンサと一体化することも可能である。
【００３５】
図１、４、５、６および７に示すセンシング回路４２は、本明細書において電界センサ回路１３０と呼ぶものより大きな回路の一部であり、後者には例えば信号発生器５５、ＡＣ分圧器５８、バッファ増幅器６４、センシング回路４２およびその他の関連する構成要素が含まれる。図８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ、１０および１１は、電界センサ回路１３０の様々な実施態様を示しており、これらの回路についてさらに詳細を説明する。ここで「センサ」および「駆動シールド」のラベルを用いて、図８ａ、８ｂ、９ａ、１０および１１の電界センサ回路１３０またはその一部が、図１、４、５、６および７に示すシステムとインターフェイスを持つ共通の信号位置を示している。
【００３６】
自動車の環境で可能性のある温度範囲は、電界センサ回路１３０に悪影響を与え、「感知された」センサ計測値にドリフトを発生させる可能性がある。このドリフトを対策する簡便な方法として、センシング電極の代わりに、スイッチで切り替えて計測回路内に入れることのできる基準コンデンサを使用する方法がある。基準コンデンサは、その値が温度の変化に対して比較的安定であるものを選択できるために、ドリフトを特定し、この情報を用いて決定の閾値を変更することができる。代替手法としては、基準コンデンサとセンサのキャパシタンスとの間の差を常に計測する方法がある。次いで、スイッチによって第２の「キャリブレーション」コンデンサをセンサの代わりに切り替えて、計測システムのゲインを特定することができる。基準コンデンサおよびキャリブレーションコンデンサを用いることによって、システムは計測回路内の変動を連続的に補償することができるようになる。温度を測定し、次いで補正をすることを行うよりも、基準およびキャリブレーションコンデンサを用いて、計測回路の電流のオフセットおよびゲインを計測し、これによって計測が常に整合性をもつようにする。基準コンデンサ、キャリブレーションコンデンサ、またはセンサの切り替えは、ＦＥＴの組合せ、またはテキサスインスツルメンツ（Texas Instruments）製のＣＤ４０５１などのアナログ式デマルチプレクサを用いることによって実施できる。
【００３７】
回路接地５６に対するセンサ電極４０のキャパシタンスは比較的小さく、例えば約３００ピコファラッド未満である。自動車の環境で可能性のある温度範囲は、電界センサ回路１３０の構成要素に重大な影響を与え、ドリフトを発生させて、それが計測値として誤って解釈され、安全拘束アクチュエータ８０がコントローラ７４によって誤って起動される可能性がある。このドリフトの影響は、電界センサ回路１３０に、温度安定性のある基準コンデンサを組み込み、センサ電極４０の代わりに基準コンデンサに切り替えて、比較容量計測を行う手段とすることによって、軽減することができる。基準コンデンサは、その値が温度に対して非常に安定であるものを選択することができるので、ドリフトを特定、かつ定量化し、この情報を用いることによって、例えば電界センサ回路１３０の回路構成要素内の温度または時間に対するドリフトに応答して、決定の閾値を変更することができる。
【００３８】
図８ａを参照すると、例示的な電界センサ回路１３０を示してあり、発振器１００２が発振信号、例えばサイン波信号を生成し、この信号が、第１のバンドパスフィルタ１００４によってフィルタリングされて、第１の発振信号１００６が生成される。第１の発振信号１００６は、容量性分電器１００８に入力され、この分電器には、コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１、Ｒ２に加えて、少なくとも１つのセンサ電極４０を含むセンサ電極４０、第１の基準コンデンサＣＲ１、および第２の基準コンデンサＣＲ２からなる群から選択される、計測しようとする１つまたは複数の容量性要素が含まれ、この計測しようとする容量性要素は、それぞれのＦＥＴスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ３ａおよびＱ３ｂの状態に応答して、回路に組み込まれたり、回路から切り離されたりする。
【００３９】
コンデンサＣ１、抵抗器Ｒ１およびＲ２、および作動時には計測しようとするそれぞれの容量性要素に切り替えるＦＥＴスイッチＱ１ａ、Ｑ２ａ、Ｑ３ａはすべて、第１ノード１０１０において互いに接続されており、このノードは電圧フォロアＵ１の入力１０１２に接続されている。電圧フォロアＵ１の出力１０１４は、ＦＥＴスイッチＱ１ｂ、Ｑ２ｂおよびＱ３ｂに動作可能に結合され、これらのスイッチは、作動時には、それぞれの容量性要素が計測されないように切り離される。ＦＥＴスイッチペアＱ１ａおよびＱ１ｂ、Ｑ２ａおよびＱ２ｂ、Ｑ３ａおよびＱ３ｂの、ＦＥＴスイッチ要素の起動は、それぞれ互いに排他的である。例えば、ＦＥＴスイッチＱ１ａが起動されるか、または閉止されると、ＦＥＴスイッチＱ１ｂは停止されるか、または開放される。計測されている容量性要素は、第１ノードにおけるキャパシタンスに加わり、これによって電圧フォロアＵ１への入力１０１２での信号強度に影響を与える。
【００４０】
計測されていない容量性要素は、それぞれの第１ＦＥＴスイッチ要素によって、第１ノードから切り離され、それぞれの第２ＦＥＴスイッチ要素によって電圧フォロアＵ１の出力１０１４に接続される。ここで電圧フォロアＵ１の関連するオペレーショナルアンプの特性に従って、電圧フォロアＵ１の出力１０１４は、それぞれの容量性要素を接続することなく、第１ノードの信号に追従し、電圧フォロアＵ１は、それぞれの第２ＦＥＴスイッチ要素を介して、関連する容量性要素を通過する電流を供給する。さらに、それぞれの第２ＦＥＴスイッチ要素が起動されるときに、それぞれの第１ＦＥＴスイッチ要素のソースおよびドレインは、別個にそれぞれオペレーショナルアンプ入力に結合され、それによってそれぞれに同一の電圧が印加されて、それぞれの第１ＦＥＴスイッチのキャパシタンスが、キャパシタンス計測に与える影響が排除される。
【００４１】
電圧フォロアＵ１の出力１０１４は、次いで、第１のバンドパスフィルタ１００４と同じパスバンドの第２バンドパスフィルタ１０１６に結合され、その出力はダイオードＤ１、抵抗器Ｒ３およびコンデンサＣ２を含む検出器１０１８によって検出されて、第１のローパスフィルタ１０２０によってフィルタリングされる。第１のローパスフィルタ１０２０の出力１０２２は、第１ノード１０１０のキャパシタンスに対応するＤＣ成分を有する。このＤＣ成分は、任意選択で任意選択のブロックコンデンサＣ３によってフィルタリングされ、その結果生じる信号は、第２のローパスフィルタ１０２４によってフィルタリングされて、第１ノード１０１０における発振信号の振幅を表わす振幅信号１０２６を供給し、この信号はその位置における全キャパシタンスに関係づけられる。ブロックコンデンサＣ３は、振幅信号１０２６の過渡的計測を提供するように適合されている。
【００４２】
第１発振信号１００６も、第１方形波信号１０２８を例えば約５０％デューティサイクルで生成する、第１コンパレータＵ３に動作可能に結合されている。電圧フォロアＵ１の出力１０１４も、第２方形波信号１０３０を例えば約５０％のデューティサイクルで生成する第２コンパレータＵ４に動作可能に結合されている。第１方形波信号１０２８および第２方形波信号１０３０は、論理排他的ＯＲゲートに動作可能に結合され、このゲートは、それぞれ５０％デューティサイクルの第１方形波信号１０２８および第２方形波信号１０３０に対して、第１発振信号１００６と電圧フォロアＵ１の出力１０１４との間の位相差と共に変化するデューティサイクルを有する第３の方形波信号１０３２を供給し、このデューティサイクルは、位相差が０から１８０度まで変化すると、０から１００％まで変化する。第３の方形波信号１０３２は、第３のローパスフィルタ１０３４によってフィルタリングされて、その出力は電圧フォロアＵ６によってバッファリングされる。ブロックコンデンサＣ７は、電圧フォロアＵ６からの出力のＡＣ成分を通過させ、これが第４のローパスフィルタ１０３６によってフィルタリングされて、第１ノード１０１０に動作可能に結合された要素に起因する、第１の発振信号１００６に対する位相シフトを表わす位相信号１０３８を供給する。
【００４３】
作動の際には、マイクロプロセッサＵ２が、ＦＥＴスイッチＱ１ａ、Ｑ１ｂ、Ｑ２ａ、Ｑ２ｂ、Ｑ３ａ、およびＱ３ｂの起動を、例えば図８に示す制御ロジックに従って制御する。マイクロプロセッサＵ２によって第１基準コンデンサＣＲ１に切り替えられた状態、すなわちＱ２ａが起動され、かつＱ２ｂが停止された状態で、コントローラが第１の振幅と第１の移相とを計測する。次いで、マイクロプロセッサＵ２によって第２基準コンデンサＣＲ２に切り替えられた状態で、コントローラは、コンデンサＣＲ２のキャパシタンスによる第１ノードにおけるキャパシタンスの段階的増加に対応する、第２の振幅および第２の位相を計測する。この情報を用いることによって、コントローラは、既知のコンデンサＣＲ１およびＣＲ２のキャパシタンス値感度係数が与えられると、振幅計測結果から感度係数をボルト／ピコファラッドの単位で計算することができると共に、位相計測から関連する位相用の感度係数を計算することができる。次いで、マイクロプロセッサＵ２が、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２を切り離し、センサ電極４０に切り替えて、第３の振幅と第３の位相を計測して、計算された感度係数を用いて、センサ電極４０のキャパシタンスと関連する位相とを計算する。
【００４４】
コントローラ７４はこのキャパシタンスおよび、場合によっては関連する位相を、閾値と比較し、これによって正常に着座した乗員とその他の着座状態とを区別する。一実施態様においては、位相および振幅を用いてシートの湿気を補償し、この補償された値と、乗員判別を目的とする閾値とを比較する。正常に着座した乗員が存在する場合には、安全拘束アクチュエータ８０が、衝突検出装置７８による衝突の検知に応答して起動される。図８ａでは、マイクロプロセッサＵ２およびコントローラ７４を互いに通信する別個の要素として示しているが、別の配設も可能である。例えば、両者を１つのコントローラに結合してもよく、またはマイクロプロセッサが、振幅および位相計測値を検知し、静電容量センシングパッドのキャパシタンスを計算し、関連する位相計測値を調整するように適合させて、次いでキャパシタンス値および関連する位相計測値をコントローラ７４に出力するようにしてもよい。
【００４５】
シート１４内に装着されたセンサ電極４０は、第２コンデンサＣＳ２および抵抗器ＲＳの直列結合と並列の第１のキャパシタンスＣＳ１としてモデル化し、ここで抵抗器ＲＳはシートの湿気と逆関係にある。電界センサ１２のキャパシタンスは、乾燥シートに対してはＣＳ１によって支配されるが、シートの湿気が増大すると共にＣＳ２およびＲＳの影響を受けるようになる。コンデンサＣ１、ＣＲ１およびＣＲ２のキャパシタンス値は、電界センサ１２の予期されるキャパシタンス範囲にわたる、キャパシタンス計測のダイナミックレンジを最大化するように適合される。
【００４６】
電界センサ１２のキャパシタンスは、他のキャパシタンス測定方法を用いても計測ができる。例えば、電気工学標準ハンドブック「the Standard Handbook for Electrical Engineers 12th edition, D.G. Fink and H. W. Beaty editors, McGraw Hill, 1987, pp. 3-57 through 3-65」、またはエンジニア用基準データ「Radio, Electronics, Computer, and Communications 7th edition, E.C. Jordon editor in chief, Howard W. Sams, 1985, pp. 12-3 through 12-12）に記載されている例があり、その両方を参照として本願に組み入れる。
【００４７】
図９ａ、９ｂは、電界センサ回路１３０の様々な態様に対する、他のいくつかの実施例を示しており、図９ａは電界センサ回路１３０の振幅検出部分を、図９ｂは電界センサ回路１３０の位相検出部分を示しており、この回路では振幅と位相情報を組み合わせて、シートの湿気を説明するのに使用することができる。
【００４８】
例えば、第１ノード１０１０で検知すべき要素は、アナログデマルチプレクサ１４０２、例えばテキサスインスツルメント製のＣＤ４０５１などを介して結合することが可能であり、マイクロプロセッサＵ２の制御の下で、検知すべき要素は、一時に１要素ずつ、アナログデマルチプレクサ１４０２によって第１のノード１０１０に結合される。例えば、第１基準コンデンサＣＲ１ａおよび第２基準コンデンサＣＲ２ａ、ならびに静電容量センサを、それぞれアナログデマルチプレクサ１４０２の異なるアナログ入力に動作可能に接続すると共に、アナログデマルチプレクサ１４０２によって互いに排他的に第１ノードに動作可能に接続する。したがって、この配設によって、このキャリブレーションプロセスは、２つの基準コンデンサを同時に動作可能に第１ノードに接続することができる図８ｂに示したものとは異なっている。より多くのアナログチャネルが必要な場合には、複数のアナログデマルチプレクサ１４０２を使用することができ、この場合には別個の組の基準コンデンサ、例えばＣＲ１ｂおよびＣＲ２ｂをそれぞれのアナログデマルチプレクサ１４０２と共に用いて、様々なアナログデマルチプレクサ間の変動を補償することができる。
【００４９】
代替実施態様の別の例として、電磁気干渉の効果を低減する目的で、インダクタＬ１を、センシングノード１０１０と検知すべき要素との間に配置してもよい。
代替実施態様のさらに別の例として、マイクロプロセッサＵ２で制御されるＤ／Ａコンバータ１４０４を使用して、関連する振幅信号のオフセットを相殺してもよく、ここでＤ／Ａコンバータ１４０４からの出力は、反転増幅器１４０６に動作可能に接続されており、フィルタリングされた検知振幅信号１４０８から減算される。同様に、マイクロプロセッサＵ２に制御されるＤ／Ａコンバータ１４１０を用いて、関連する位相信号のオフセットを相殺してもよく、ここではＤ／Ａコンバータ１４１０からの出力は、反転増幅器１４１２に動作可能に接続されると共に、フィルタリング処理された検出位相信号１４１４から減算される。振幅信号および位相信号におけるそれぞれのオフセットを相殺することによって、関連する回路ゲインを増大させて、それぞれの信号のダイナミックレンジを増大させることができる。
【００５０】
代替実施態様のさらに別の例として、排他的ＯＲゲートの代わりに論理ＯＲゲート１４１６を用いて、検出された位相信号を表わす第３の方形波信号１４１８を形成してもよい。論理ＯＲゲート１４１６は、出力信号に内部ＤＣバイアスを与え、これによって５０％デューティサイクルの方形波入力信号に対して、位相が０から１８０度まで変化すると、論理ＯＲゲート１４１６の出力は、５０％からフルスケールまで変化する。
代替実施態様のさらに別の例として、スーパーダイオード検出回路１４２０を、信号振幅を検出するために使用してもよい。
【００５１】
シート湿気を説明するために同様に使用することのできるキャパシタンス計測を行う別の方法として、図１０の回路で示すように、分離方形パルスの特性を同定するためにピーク検出器および積分器を使用する方法がある。センサのインダクタンスから生じるであろうリンギングを低減するために、パルス発生器が、パルスの立ち上がりを遅くするローパスフィルタを介して、方形波パルスを送信する。パルスが、キャパシタＣ１０および少なくとも１つのセンサ電極４０を含むブリッジ回路に送り込まれると、センシングノードにおけるパルスの振幅および形状は、センサの接地に対するインピーダンスに依存する。抵抗器Ｒ１７は、比較的小さなインピーダンスであり（キャパシタＣ１０またはセンサと比較して）、立ち上がり端の後のリンギングを低減する。パルス長が短く、かつセンサが接地するのに理想的なコンデンサである場合には、出力は入力パルスと本質的に同一の形状であるが、振幅が小さくなる。センサが複素インピーダンスを有すると、出力パルスの形状はインピーダンスの構成要素によって変化することになる。センサから接地までのコンダクタンスは、センサ電極４０の抵抗器Ｒｓの結果として、振幅を低下させると共に、接地電圧を減衰させる。この減衰は、水分のシートへの影響を特定するために使用することができる。
【００５２】
ピーク値および積分値などの出力パルスの特徴を使用して、図１１の回路で示すように、センサから接地までのコンダクタンスを同定することができる。入力パルスは、正の前縁の立上り時間を増大させるためにフィルタリングされる、ＴＴＬレベル方形パルスである。立上り時間の設定は、シート湿潤状態への耐性とセンサのインダクタンスの結果としての信号のリンギングとの妥協である。このリンギングを低減するために、抵抗器を計測回路に配置してもよい。
【００５３】
図１２を参照すると、乗員センサ１０を使用して、後向き幼児シート、チャイルドシート、またはブースタシートに着座する幼児または子供と、成人とを、これらのシート上の子供２００は、シート底１８およびその中に収容されたセンサ電極４０の近傍で大きな体表面をもたないことに基づいて、区別することができる。例えば、センサ電極４０のキャパシタンスに応答する信号を供給する電界センサ１２に対して、正常に着座した乗員は、後向き幼児シート２０２よりも、空のシートに比較してのキャパシタンスを、実質的に大きく増加させる。乗員センサ１０は、後向き幼児シート（ＲＦＩＳ）２０２、または一般的にはチャイルドシートと、成人用シートとを判別することができるが、この理由は後向き幼児シート２０２の子供２００は、シート底１８およびその中に収納されたセンサ電極４０の近傍で大きな体表面をもたないからである。
【００５４】
後向き幼児シート２０２の内部のシート輪郭２０４は、子供２００の臀部が、シート１４のシート底１８に最も近くなるようになっている。通常、子供２００とシート１４のシート底１８との間には、数インチにおよぶ大きな空隙２０６が存在する。チャイルドシートは通常プラスチック製であるため、シート自体は電界センサ１２によって直接は検出されない。子供２００と、シート１４のシート底１８との間の空隙２０６が比較的小さな、後向き幼児シート２０２に対しても、内部着座輪郭２０４には、それでも少なくとも１つの第１電極２６と、子供２００の臀部を除く全部分との間に、大きな空隙が生成される。子供２００の表面のわずかな部分だけが、センサ電極４０の近傍にあるために、電極センサ１２で計測したキャパシタンスは比較的低く、より具体的には正常に着座した成人乗員の検出のためのキャパシタンス閾値Ｃｎｏｒｍよりも小さい。
【００５５】
図３を参照すると、図１および２に示す乗員センサ１０の実施態様に従って加熱エレメント３４から電気的に絶縁されたセンサ電極４０の例を示してあり、センサ電極４０は、幼児または子供が、幼児用、子供用またはブースタシートに座り、かつこの幼児用、子供用またはブースタシートがシート１４上に配置されているときに、シート１４に最も近い幼児または子供の部分に近接して位置する、感度低下領域２０８を画定するように、配設されている。そのように適合されたセンサ電極４０は、幼児または子供が、幼児用、子供用またはブースタシートに座り、かつその幼児用、子供用またはブースタシートがシート１４上に配置されているときには、シート１４に最も近い幼児または子供に対して低い感度を示す。したがって、図３に示すセンサ電極４０を組み込んだシート１４に着座した、正常に着座した乗員に応答するキャパシタンス増加は、シート１４上に配置された幼児用、子供用またはブースタシートに座る幼児または子供に対応するキャパシタンス増加よりも実質的に大きくなる。例えば、無電極の低感度領域２０８は、シートバック２４から約２００〜３２５ｍｍ離れたシート底１８上に位置することがある。
【００５６】
図１３を参照すると、図４〜７に示す乗員センサ１０の実施態様によるセンサ電極４０として使用されるシートヒータ２６の加熱エレメント３４の例が示してあり、加熱エレメント３４が、図３に示すセンサ電極４０と同様、かつ同様の効果を有して、幼児または子供が、幼児用、子供用またはブースタシートに座り、かつその幼児用、子供用またはブースタシートがシート１４上に配置されているときに、幼児または子供のシート１４に最も近い部分に近接して位置するシート底の中央部分に近接する無電極の低感度領域２０８を画定するように、配設されている。
【００５７】
図１３に示す配設の１つの制約となり得るのは、加熱エレメント３４の空所として示されている、低感度領域２０８が、加熱エレメント３４を組み入れたシート１４の部分よりも少量の熱を受けることになることである。
シートヒータ２６の加熱エレメント３４をセンサ電極４０として使用する乗員センサ１０は、加熱エレメントとシートの着座領域との間に位置するか、または低感度領域２０８を横断して延び、かつ駆動シールド信号３６と動作可能に結合された加熱エレメント３４に隣接する電極を使用して、低感度領域２０８内にある加熱エレメント３４部分をシールドすることによって、熱の分布に影響を与えることなく、低感度領域２０８を組み込むように適合させることができる。
【００５８】
乗員センサ１０は、シート底１８に位置する単一のシートヒータ２６を備えるように示されているが、乗員センサ１０はシート１４内の複数のシートヒータ２６、例えばシート底１８内およびシートバック２４内に分離したシートヒータ２６と協働するように適合させることができる。それぞれの加熱エレメント３４は、個別または共通の関連回路要素と共に、別個の関連する電界センサ１２に組み込むか、または単一の結合電界センサ１２内で互いに動作可能に接続してもよい。
【００５９】
上記の詳細な説明において、特定の実施態様について詳細に記載すると共に、添付の図面に示したが、当業者であれば、本開示の全般的な教示によって、これらの詳細に対する様々な修正形態および変更形態を開発できることを理解するであろう。したがって、開示した特定の配設は、説明のためのものであって、本発明の範囲について限定するものではなく、本発明には添付の請求項およびその任意かつ全ての等価物の全範囲が付与されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、一実施態様を示す図である。
【図２】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、別の実施態様を示す図である。
【図３】シート底内の、センサ電極およびシートヒータの加熱エレメントを示す平面図である。
【図４】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図５】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図６】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図７】シートヒータを備えるシート上の乗員センサの、さらに別の一実施態様を示す図である。
【図８ａ】電界センサからの振幅および位相情報の両方を供給する回路の、一実施態様を示す概略図である。
【図８ｂ】図８ａのセンシング回路の様々な要素の動作を示す図である。
【図９ａ】電界センサからの振幅および位相情報の両方を供給する回路の、別の実施態様を示す概略図である。
【図９ｂ】電界センサからの振幅および位相情報の両方を供給する回路の、別の実施態様を示す概略図である。
【図１０】パルス加振を用いて、電界センサからの積分値およびピーク値情報の両方を供給する回路の、一実施態様を示す概略図である。
【図１１】パルス加振を用いて、電界センサからの積分値およびピーク値情報の両方を供給する回路の、別の実施態様を示す概略図である。
【図１２】車両シート上に配置された一般的な後向き幼児シート上の子供を示す図である。
【図１３】シート底に配置されたシートヒータの加熱エレメントを示す平面図であって、電界センサの電極として使用され、かつシート底の中央領域近くの低感度領域に合わせて成形されている、加熱エレメントを示す平面図である。
Claims (24)
- 導電性加熱エレメントを組み込んだシート上の乗員の検知を提供する方法であって、
ａ）第１のインピーダンスを、前記加熱エレメントの第１のノードと電力源との間に、動作可能に接続することを提供するステップと、
ｂ）第２のインピーダンスを、前記加熱エレメントの第２のノードと電力シンクとの間に、動作可能に接続することを提供するステップであって、前記第１および第２のノード間に、前記電力源によって電流が流されるときに、前記加熱エレメントが熱を発生する前記ステップと、
ｃ）電極を、前記加熱エレメントと前記シートの着座領域との間の位置、または前記加熱エレメントに隣接する位置のいずれかに配置するステップと、
ｄ）第１の信号を、前記電極に動作可能に供給することを提供するステップと、
ｅ）第２の信号を、前記第１および第２のノードの位置、またはそれらの間の位置で、前記加熱エレメントに動作可能に供給することを提供するステップとを含み、前記第１の信号は、発振信号またはパルス信号であり、前記第２の信号は前記第１の信号と実質的に同等であり、前記第１および第２のインピーダンスは、第２の信号が実質的に電力源及び電力シンクに影響することなく加熱エレメントに交流的に結合するように、第１の信号の周波数において比較的高いインピーダンスにされており、
ｆ）乗員の検知を、上記電極を含む回路における乗員の存在によって発生する容量の変化への応答を用いた電場検出によって行う、前記方法。 - 導電性加熱エレメントを組み込んだシート上の乗員の検知を提供する方法であって、
ａ）第１のインピーダンスを、前記加熱エレメントの第１のノードと電力源との間に、動作可能に接続することを提供するステップと、
ｂ）第２のインピーダンスを、前記加熱エレメントの第２のノードと電力シンクとの間に、動作可能に接続することを提供するステップと、
ｃ）第３のインピーダンスを、前記第１のインピーダンスと前記電力源との間に、動作可能に接続することを提供するステップと
ｄ）第４のインピーダンスを、前記第２のインピーダンスと前記電力シンクとの間に、動作可能に接続することを提供するステップであって、前記電力源によって前記第１と第２のノードの間に電流が流されたときに、前記加熱エレメントが熱を生成する前記ステップと、
ｅ）第１の信号を、前記第１および第２のノードの位置、またはそれらの間の位置で、前記加熱エレメントに動作可能に供給することを提供するステップと、
ｆ）第２の信号を、前記第１と第３のインピーダンスの間にある第３のノードと、前記第２と第４のインピーダンスの間にある第４のノードとから選択される、少なくとも１つの位置に、動作可能に供給することを提供するステップとを含み、前記第１の信号が発振信号またはパルス信号であり、前記第２の信号が、前記第１の信号と実質的に同等であり、前記第１〜第４のインピーダンスは、第１、第２の信号が実質的に電力源及び電力シンクに影響することなく加熱エレメントおよびノードにそれぞれ交流的に結合するように、第１の信号の周波数において比較的高いインピーダンスにされており、
ｇ）乗員の検知を、上記電極を含む回路における乗員の存在によって発生する容量の変化への応答を用いた電場検出によって行う、前記方法。 - ａ）更に一つの電極を、加熱エレメントの、シートの着座領域から離れた側に配置するステップと、
ｂ）第２の信号を、前記更に一つの電極に動作可能に供給することを提供するステップとをさらに含み、前記第２の信号が、第１の信号と実質的に同等である、請求項１、２のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。 - 第１および第２のインピーダンスの少なくとも１つが、それぞれ第１および第２のインダクタの少なくとも１つによって提供される、請求項１〜３のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。
- 第 1 および第２のインピーダンスの少なくとも１つが、それぞれ第１および第２の電子スイッチの少なくとも１つによって提供され、第２の信号を、第１の電子スイッチの制御入力と第２の電子スイッチの制御入力とから選択される少なくとも１つの位置に、動作可能に結合することによって第２の信号に基づいたスイッチングを行うことを提供するステップをさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。
- 第３および第４のインピーダンスが存在する場合、その少なくとも１つが、それぞれ第３および第４のインダクタの少なくとも１つによって提供される、請求項２〜５のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。
- 第３および第４のインピーダンスが存在する場合、その少なくとも１つが、それぞれ第３および第４の電子スイッチの少なくとも１つによって提供される、請求項２〜５のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。
- 第１の信号を動作可能に供給する操作が、ＡＣ結合を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。
- 第２の信号を動作可能に供給する操作が、ＡＣ結合を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の、シート上の乗員の検知を提供する方法。
- 第１の信号に対する応答に応答して、安全拘束システムの起動を制御するステップをさらに含む、請求項１〜９のいずれかに記載の、シート上の乗員を検知する方法。
- 導電性加熱エレメントを組み込んだシート上の乗員を検知するため乗員センサであって、
ａ）前記加熱エレメントの第１のノードを、電力源に動作可能に接続する第１のインピーダンスと、
ｂ）前記加熱エレメントの第２のノードを、電力シンクに動作可能に接続する第２のインピーダンスであって、前記第１および第２のノード間に、前記電力源によって電流が流されるときに、前記加熱エレメントが熱を発生する前記第２のインピーダンスと、
ｃ）加熱エレメントとシートの着座領域との間に位置するか、または前記加熱エレメントに隣接して位置する電極と、
ｄ）前記電極に動作可能に供給された第１の信号と、
ｅ）前記第１および第２のノードの位置、またはそれらの間の位置で、前記加熱エレメントに動作可能に供給された第２の信号とを含み、前記第１の信号が発振信号またはパルス信号であり、前記第２の信号が前記第１の信号と実質的に同等であり、前記第１および第２のインピーダンスは、第２の信号が実質的に電力源及び電力シンクに影響することなく加熱エレメントに交流的に結合するように、第１の信号の周波数において比較的高いインピーダンスにされており、
ｆ）乗員の検知を、乗員の存在によって発生する容量の変化への応答を用いた電場検出によって行う、上記電極を含む回路と、を含む、前記乗員センサ。 - 導電性加熱エレメントを組み込んだシート上の乗員を検知するため乗員センサであって、
ｅ）前記加熱エレメントの第１のノードを、電力源に動作可能に接続する第１のインピーダンスと、
ｆ）前記加熱エレメントの第２のノードを、電力シンクに動作可能に接続する第２のインピーダンスであって、前記第１および第２のノード間に、前記電力源によって電流が流されるときに、前記加熱エレメントが熱を発生する前記第２のインピーダンスと、
ｇ）前記加熱エレメントに、前記第１および第２のノードの位置、またはそれらの間の位置で、動作可能に供給された第１の信号とを含み、該第１の信号が発振信号またはパルス信号であり、前記第１のインピーダンスおよび第２のインピーダンスは、第１の信号が実質的に電力源及び電力シンクに影響することなく加熱エレメントに交流的に結合するように、第１の信号の周波数において比較的高いインピーダンスにされており、前記加熱エレメントは、加熱エレメントが存在しない領域を、少なくとも部分的に取り囲むように配設され、
ｈ）乗員の検知を、乗員の存在によって発生する容量の変化への応答を用いた電場検出によって行う、上記加熱エレメントを含む回路と、を含み、
前記領域の大きさは、大人の乗員の有無によって十分に大きな容量変化が生じ、領域上に設置した幼児シート、子供シートまたはブースターシートに座った子供の有無によって生じる容量変化は十分小さいものであるように決定されており、それにより大人の乗員と子供とを区別できるようにされている、前記乗員センサ。 - 導電性加熱エレメントを組み込んだシート上の乗員を検知するため乗員センサであって、
ａ）前記加熱エレメントの第１のノードと、電力源とを動作可能に接続する第１のインピーダンスと、
ｂ）前記加熱エレメントの第２のノードと、電力シンクとを動作可能に接続する第２のインピーダンスと、
ｃ）前記第１のインピーダンスと、前記電力源とを動作可能に接続する第３のインピーダンスと、
ｄ）前記第２のインピーダンスと、前記電力シンクとを動作可能に接続する第４のインピーダンスであって、前記第１および第２のノード間に、前記電力源によって電流が流された場合に、前記加熱エレメントが発熱する前記第４のインピーダンスと、
ｅ）前記第１および第２のノードの位置、またはそれらの間の位置で、前記加熱エレメントに動作可能に供給された第１の信号と
ｆ）第１および第３のインピーダンスの間にある第３のノードと、第２および第４のインピーダンスの間にある第４のノードから選択される少なくとも１つの位置に動作可能に供給された第２の信号とを含み、
前記第１の信号が発振信号またはパルス信号であり、前記第２の信号が前記第１の信号と実質的に同等であり、前記第１〜第４のインピーダンスは、第１、第２の信号が実質的に電力源及び電力シンクに影響することなく加熱エレメントおよびノードにそれぞれ交流的に結合するように、第１の信号の周波数において比較的高いインピーダンスにされており、
ｈ）乗員の検知を、乗員の存在によって発生する容量の変化への応答を用いた電場検出によって行う、上記加熱エレメントを含む回路と、を含む、前記乗員センサ。 - ａ）加熱エレメントの、シートの着座領域から離れた側に配置された電極と、
ｂ）該電極に動作可能に結合された第２の信号とをさらに含み、該第２の信号が、第１の信号と実質的に同等である、請求項１１〜１３のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。 - センサ電極、またはセンサ電極として作用する加熱エレメントが、幼児または子供が、幼児シート、子供シートまたはブースタシートに着座し、かつその幼児シート、子供シートまたはブースタシートが前記車両シート上に配置されている場合に、幼児または子供から選択される乗員の前記シートに最も近接する部分に近接して位置する車両シートの領域を、少なくとも部分的に取り囲むように配設されており、かつ前記領域には前記センサ電極、またはセンサ電極として作用する加熱エレメントが存在しない、請求項１１、１３、１４のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第１および第２のインピーダンスの少なくとも１つが、それぞれ第１および第２のインダクタの少なくとも１つによって提供される、請求項１１〜１５のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第１および第２のインピーダンスの少なくとも１つが、それぞれ第１および第２の電子スイッチの少なくとも１つによって提供される、請求項１１〜１５のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第1および第２のインピーダンスの少なくとも１つが、それぞれ第１および第２の電子スイッチの少なくとも１つによって提供され、第２の信号を、第１の電子スイッチの制御入力と第２の電子スイッチの制御入力とから選択される少なくとも１つの位置に、動作可能に結合することによって第２の信号に基づいたスイッチングを行う、請求項１１、１３〜１５のいずれかに記載のシート上の乗員を検知する乗員センサ。
- 第３および第４のインピーダンスが存在する場合、その少なくとも１つが、それぞれ第３および第４のインダクタの少なくとも１つによって提供される、請求項１６、１７または１８のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第３および第４のインピーダンスが存在する場合、その少なくとも１つが、それぞれ第３および第４の電子スイッチの少なくとも１つである、請求項１６、１７または１８のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第１の信号を動作可能に結合する、少なくとも１つの第１のコンデンサをさらに含む、請求項１１〜２０のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第２の信号を動作可能に結合する、少なくとも１つの第２のコンデンサをさらに含む、請求項１１、１３〜２１のいずれかに記載の第２の信号を有する乗員センサであって、シート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 第１の信号に応答する安全拘束システムの起動を制御するための手段をさらに含む、請求項１１〜２２のいずれかに記載のシート上の乗員を検知するための乗員センサ。
- 請求項１１〜２３のいずれかに記載の乗員センサを備えたシート。
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