JP4529086B2 - 乗員検知システム - Google Patents

Description

本発明は、車両のシートに着席した乗員を検知するための乗員検知システムであり、特に車両の助手席に着席した乗員が大人であるかを検知する乗員検知システムに関する。

車両には、衝突時に乗員が過剰なダメージを受けることを抑えるためにエアバッグ装置が取り付けられている。エアバッグ装置は、運転席側だけでなく、助手席側にも取り付けられるようになっている。エアバッグ装置は、加速度センサ等の車両に取り付けられたセンサからの出力信号から演算手段が衝突の判定を行い、車両が衝突したと判定したときにエアバッグを展開させる。

ところで、エアバッグ装置は、シ−トへの乗員の着席の有無に関係なく、自動車の衝突によってエアバッグが展開するように設定されている。しかし近年は、着席者の体格によってはエアバッグの展開を制限することが求められている。例えば助手席に大人の乗員が着席している場合には衝突時にエアバッグが展開することで乗員の保護効果が期待できる。しかし、乗員が後ろ向きチャイルドシート上の幼児の場合には、頭部位置がエアバッグの展開口に近いことから、十分な保護効果が期待できないだけでなく、場合によってはエアバッグの展開圧力により子供が頭部にダメージを受けるという問題があった。

このような問題に対して、着席者が大人であるか、チャイルドシート上の幼児か、を判定するために、車両の助手席のシートには乗員を検知するセンサを備えた乗員検知システムが搭載されてきている。例えば、特許文献１には、複数のアンテナ電極をシートに取り付け、このアンテナ電極のうち特定の一組のアンテナ電極で乗員の検知を行う乗員検知システムが開示されている。

しかしながら、車両のシートが濡れたりしたときには十分な検知精度が得られないという問題があった。車両のシートが濡れると、濡れた部分全体がアンテナ電極の機能を果たすようになり、アンテナ電極の出力が大きくなる。出力が大きくなると、チャイルドシート上の幼児を大人と検知するようになる。つまり、エアバッグが誤って展開しやすくなる。

シートが濡れても高い検知精度を維持するために、特許文献２には、シートに水分センサや湿度センサを取り付けた乗員検知システムが開示されている。シートに専用センサを取り付けることでシートの濡れによる誤検知を抑えることはできるが、新たなセンサを取り付けることでコストの上昇を招いていた。
特許第３３４６４６４号 特開２００２−３４７４９８号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、シートの濡れなどの外乱要因による誤検知が抑えられた乗員検知システムを低コストで提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らは検討を重ねた結果、車両のシートに近接容量を測定する静電センサと遠隔容量を測定する静電センサとをもうけ、両センサからの出力信号に基づいて乗員の検知を行うシステムとすることで上記課題を解決できることを見出した。

すなわち、本発明の乗員検知システムは、車両のシートの着席部と、車両ボディとの間の静電容量を測定する遠隔用静電センサと、シートの着席部での静電容量を測定する近接用静電センサと、を有し、近接用静電センサおよび遠隔用静電センサの測定結果に基づいてシート上の乗員の検知を行う。そして、シート上の乗員の検知は、近接用静電センサの測定結果に基づいてしきい値を決定し、遠隔用静電センサの測定結果と該しきい値との比較から行われ、近接用静電センサおよび遠隔用静電センサによってそれぞれ測定された静電容量の大小関係から、チャイルドシートに幼児が着席した状態若しくは空席状態である、又は大人がシートに着席した状態である、又は乗員の検知が不能であることを判別することを特徴とする。

本発明の乗員検知システムは、近接用静電センサから車両のシートの状態（濡れ具合や湿度）を検知し、遠隔用静電センサで乗員の有無や体格の検知を行うことが出来る。つまり、車両のシートの状態が変化しても、その状態の変化に基づいて遠隔用静電センサの測定結果から乗員の検知を行うことで高い検知精度を発揮する。また、車両シートの状態を検知するためのセンサを新たに追加することなく高い検知精度を得られる。つまり、本発明の乗員検知システムは、低コストで高い精度で着席者を検知できる乗員検知システムとなっている。

本発明の乗員検知システムは、遠隔用静電センサと、近接用静電センサと、を有する。

遠隔用静電センサは、車両のシートの着席部と、車両ボディとの間の静電容量（遠隔容量）を測定する静電容量式のセンサである。遠隔容量は、着席部に着席した乗員により生じる静電容量である。なお、本発明において遠隔用静電センサが静電容量を測定する車両のボディとは、主に車両のボディフレームやシートの骨格フレームなどであり、車両電源となるバッテリのマイナス極と同電位の部位を示す。

近接用静電センサは、シートの着席部近傍の静電容量（近接容量）を測定する静電容量式のセンサである。近接容量を測定することで、シートの濡れ具合やシート近傍の湿度変化によるシート部材の誘電率変化など、着席部近傍の外乱変化による容量を検知できる。

そして、本発明の乗員検知システムは、近接用静電センサおよび遠隔用静電センサの測定結果に基づいてシート上の乗員の検知を行う。近接用静電センサの測定結果（近接容量）から車両のシートの状態（濡れ具合、湿度）を検知し、このシートの状態に基づいて遠隔用静電センサの測定結果（遠隔容量）から乗員の検知を行う。つまり、本発明の乗員検知システムは、専用のセンサを追加することなくシート上の乗員の有無や体格を正確に検知できる。本発明の乗員検知システムにおいて、シート上の乗員の検知は、遠隔用静電センサおよび近接用静電センサに接続された演算手段により行うことが出来る。

シート上の乗員の検知は、近接用静電センサの測定結果に基づいてしきい値を決定し、遠隔用静電センサの測定結果としきい値との比較から行われることが好ましい。近接容量に基づいて遠隔容量のしきい値を決定することは、遠隔用静電センサの測定結果を補正せずにシート上の乗員の検知を行うことを示す。つまり、データの取り扱いが容易となることで、簡単に車両シート上の乗員を検知できる。

車両のシートの着席部に複数の電極部をもうけ、遠隔用静電センサは、同電位に設定された複数の電極部と車両ボディとの間の静電容量（遠隔容量）を測定し、近接用静電センサは、車両用ボディから絶縁された複数の電極部間の静電容量（近接容量）を測定することが好ましい。つまり、着席部にもうけた電極部を近接用静電センサと遠隔用静電センサとで共用できる。電極部を共用することで、部品点数の増加を抑えることが出来る。また、複数の電極部は、
車両のシートの着席部に面積の異なる複数の電極部をもうけ、複数の電極部のうち大きさが大きい電極部と車両ボディとを同電位とした状態で、面積が大きい電極部とそれ以外の電極部との間の静電容量（近接容量）を測定することが好ましい。つまり、着席部にもうけた電極を近接用静電センサと遠隔用静電センサとで共用できる。電極を共用することで、部品点数の増加を抑えることが出来る。

本発明の乗員検知システムにおいて、近接用静電センサおよび遠隔用静電センサは、静電容量を測定できる構成を有していればよく、たとえば、二つの電極体を絶縁した状態で絶縁フィルムの表面上に配置してなることが好ましい。

たとえば、車両のシートは濡れるほど測定される近接容量が大きくなる。また、近接容量の上昇にともなって遠隔容量も大きくなる。本発明の乗員検知システムにおいて、近接容量を横軸に、遠隔容量を縦軸としたときに、しきい値は、近接用静電センサによる静電容量が小さい領域での傾きが大きく、静電容量が大きい領域での傾きが小さい略直線状をなすことが好ましい。つまり、近接容量がある値（第三のしきい値）以上ではシートが十分に濡れた（湿った）状態となり、近接容量の増加に比べて遠隔容量の増加割合が減少する。

本発明の乗員検知システムにおいて、上記しきい値より大きな第二のしきい値を有することが好ましい。第二のしきい値は、シートが十分に濡れた（湿った）状態では、近接容量の増加に比べて遠隔容量の増加がほとんどなくなることに鑑み、チャイルドシートの幼児が着席してシートが十分に濡れた場合の遠隔容量よりも大きな値で設定する。この第二のしきい値より遠隔容量が大きい場合は、近接容量によらず、着席者が確実に、チャイルドシート上の幼児でなく大人であることを検知出来る。このように、しきい値より大きな第二のしきい値を用いることで、より乗員の検知精度が向上する。

また、しきい値と第二のしきい値との間の時には、搭乗者に対して確認を求めたり、判断不能と検知してエアバッグの展開を許可しないなど、強制的制御を行うことができる。この手段は、近接容量が第二のしきい値より大きな時に行われることが好ましい。特に、シートが過剰に濡れたときには、静電容量の測定結果にシートの水分による誤差が発生しやすい。つまり、シートが過剰に濡れていないときには、近接容量および遠隔容量の測定誤差が見られず、しきい値に基づいた検知を行うことが出来る。対して、過剰にシートが濡れた場合には近接容量および遠隔容量の測定に誤差が発生しやすい。

なお、車両のシートの状態の変化は、上記したシートの濡れだけでなく、シートの温度変化によっても生じる。本発明の乗員検知システムは、近接用静電センサでシートの状態を検知することで、温度変化が生じても高い精度で乗員を検知できる。

以下、実施例を用いて本発明を説明する。

本発明の実施例として、車両の助手席に乗員検知システムを設置した。

（実施例）
まず、車両シート１の着座部１０に設置される電極２を作製した。

電極２の作製は、まず、絶縁性をもつ樹脂シート２０を作製し、その表面上に銀インクを塗布、乾燥して第一の導電部２１を形成した。第一の導電部２１は、略長方形状の環状をなすように形成された。本実施例においては、二つの第一の導電部２１，２１が間隔を隔てて並んだ状態で配置された。二つの第一の導電部２１，２１は、銀インクにより電気的に接続された。そして、カーボンインクを二つの第一の導電部２１，２１に塗布、乾燥して、第一の導電部２１を被覆した電極部２２を形成した。第一の電極部２２は、第一の導電部２１の形状に類似した形状をもち、第一の導電部２１の軸心部にすき間が形成された環状であり外形が略長方形状に形成された。二つの第一の導電部２１，２１は、長方形状の短辺方向に間隔を隔てた状態で形成された。

また、二つの第一の導電部２１，２１の外周部にそって銀インクを塗布、乾燥して第二の導電部２４を形成した。そして、カーボンインクを第二の導電部２４に塗布、乾燥して、第二の導電部２４を被覆した電極部２５を形成した。二つの電極部２２，２５は、接触しない状態で近接した位置に形成された。その後、表面上に絶縁性の粘着剤２３を塗布し、その上に絶縁性をもつ樹脂シート２６を積層させた。これにより、電極２が製造できた。

製造された電極２を車両シート１の着席部１０に設置した。着席部１０には車両の前後方向に二つの第一の電極部２２，２２が並んだ状態で設置された。設置された電極２は、第一の導電部２１と第二の導電部２４が制御手段（図示せず）と電気的に接続された。電極２が取り付けられた車両シート１を図１に、着席部１０（クッションカバーを取り外した状態）を図２に示した。また、図２のＩ−Ｉ線の断面を図３に示した。ここで、車両シート１の着席部１０への電極２の取り付けは、表皮１１０とラミ層１１１とが一体に形成された表皮材１１とクッションパッド１２との間に配置された。

また、制御手段は、電極２の二種類の電極部２２，２５に所望の特性を持つ電流を印加するとともにそれぞれの電極２で発生した電界の変化を測定する。また、制御手段は、電極２への発信と電極２からの受信とから電極２，２間の静電容量を算出するとともに乗員の検知を行う。この制御手段は、それぞれの電極２と電流や信号の送受信を行うことが出来るとともに乗員の検知を行うことが出来る装置であればよく、本実施例においては車両用ＥＣＵを用いた。

本実施例の乗員検知装置は、着席部１０と車両ボディとの間の静電容量（遠隔容量）と着席部１０の電極２の二種類の電極部２２，２５の間の静電容量（近接容量）を測定する。静電容量の測定は、車両ボディと電極２との間あるいは電極部２２，２５の間に電位差を付与して静電容量を測定する。

遠隔容量の測定は、着席部１０の電極２と車両ボディに高周波・低電圧の信号を印加した。車両ボディと電極２との間の電位差の結果として、電界が発生する。この電界は、着席部１０と車両ボディとの間に電流を発生する。そして、車両シート１上の乗員の身体が電界内に存在したら、電界の乱れが電流を変化させる。同様に、着席部１０の電極２に供給される電流（ローディング電流）も、身体の存在に応答して変化する。身体は、キャパシタとして働く。身体のインピーダンス（抵抗及び容量）が、電界を分路する。身体があれば、身体の電気的特性に応答して送信及び何れかの受信電極を流れる電流が変化する。この現象を使用し、着席部１０と車両ボディの間の静電容量を測定した。遠隔容量の測定方法を図４に示した。なお、図４は、着席部１０の電極と背もたれ部１５の電極が電気的に隔離されている状態を模式的に示した図であり、車両ボディが着席部１０と電気的に接続したことを示すものではない。遠隔容量の測定は、着席部１０の電極２と車両ボディの電極２，２を用いて行われる。つまり、着席部１０の電極と車両ボディとが遠隔用静電センサとしてはたらく。

また、近接容量の測定は、着席部１０の電極２の二種類の電極部２２，２５の間の静電容量を測定することでなされる。このとき、着席部１０の電極２は、車両ボディの電極２と絶縁されている。二種類の電極部２２，２５間の静電容量の測定は、上記遠隔容量の測定と同様に両電極間に信号を印加してなされた。なお、二種類の電極部２２，２５のうち、大きな電極部２２に低電位が付与される。近接容量の測定方法を図５に示した。近接容量の測定は、着席部１０の二種類の電極部２２，２５を用いて行われる。つまり、着席部１０の二種類の電極部２２，２５が近接用静電センサとしてはたらく。

この乗員検知システムが設置された車両シート１に乗員が実際に着席したときの近接容量と遠隔容量を測定した。なお、着席する乗員は、大柄男性（アメリカ人の大人男性の体格分布で９５パーセンタイル相当、図中の大柄男性）、小柄女性（アメリカ人の大人女性の体格分布で５パーセンタイル相当、図中の小柄女性）および一歳児（図中の１才ＣＲＳ）である。なお、一歳児は車両シートに固定されたチャイルドシートに着席している。測定結果を図６に示した。また、図６で示された、大柄男性および小柄女性のボディタッチとは、着席した乗員が車両のシート以外のボディに接触している（接地電位のボディに接触することで乗員自体の電位が接地電位となった）状態である。また、小柄女性厚着とは、小柄女性が６ｍｍ程度の厚さの衣服（スキーウェアやデニムに相当）を着用した状態である。

さらに、車両シート全体に水を均一に散水して湿らせて（濡らして）いったときの小柄女性厚着と一歳児の近接容量と遠隔容量を測定し、散水量（ｍｌ）とともに測定結果を図６にあわせて示した。

図６においては、車両シートが乾燥した状態ではいずれも近接容量がほぼ０であった。そして、乗員の体格が大きくなると遠隔容量も大きくなった。また、チャイルドシートと小柄女性厚着との遠隔容量の差が明らかであり、両者の間にしきい値をもうけることで両者の判別を行うことが出来ることがわかる。

また、車両シートを湿らせるにつれて（車両シートへの散水量が増加するにつれて）近接容量が大きくなった。そして、近接容量の増加につれて遠隔容量が大きくなっていることがわかる。より具体的には、この近接容量の増加に対する遠隔容量は、近接容量がおよそ１５０ｐＦまでは大きな増加量で、１５０ｐＦを超えると小さな増加量で増加している。そして、チャイルドシートと小柄女性厚着のいずれの場合にもほぼ同じ増加量である。つまり、近接容量と遠隔容量とは、着席者の体格によらない関係を有していることがわかる。

この結果、本実施例の乗員検知システムは、図５に破線で示したしきい値を設定することができる。

さらに、このしきい値（ＴＨ）より大きな第二のしきい値（ＴＨ２）を設定することができる。また、近接容量が１５０ｐＦの位置に第三のしきい値（ＴＨ３）を設定できる。第二および第三のしきい値を設定した状態を図７に示した。図７においては、第二のしきい値は、しきい値より２５ｐＦ大きな値として設定されている。

しきい値、第二のしきい値および第三のしきい値が設定された図７において、近接容量および遠隔容量がしきい値よりも小さい領域（第一の領域）はチャイルドシートに幼児が着席した状態または空席状態であると検知する。近接容量および遠隔容量が第二のしきい値よりも大きい領域およびしきい値と第二のしきい値の間でありかつ近接容量が第三のしきい値よりも小さい領域（第二の領域）は大人がシートに着席した状態であると検知する。そして、そして、本実施例の乗員検知システムにおいては、しきい値と第二のしきい値でありかつ近接容量が第三のしきい値よりも大きな領域（第三の領域）は乗員の検知が不能であるとした。

第二および第三のしきい値を設定した検知方法によるシートへの着席者の検知は以下に示した手順で行うことができる。この検知方法のフローチャートを図８に示した。

まず、上記の方法を用いて近接容量と遠隔容量とを測定する。測定された近接容量からしきい値を決定し、このしきい値と遠隔容量を比較する。遠隔容量がしきい値よりも小さい場合には空席あるいはチャイルドシートと検知する。

遠隔容量がしきい値よりも大きいときには、つづいて、第二のしきい値と遠隔容量を比較する。遠隔容量が第二のしきい値よりも大きい場合には着席者が大人であると検知する。

遠隔容量が第二のしきい値よりも小さいときには、その後、第三のしきい値と近接容量とを比較する。近接容量が第三のしきい値よりも小さい場合には着席者が大人であると検知する。また、近接容量が第三のしきい値よりも大きい場合には、検知不能とした。

本実施例の乗員検知システムは、エアバッグ装置等の車両の乗員保護装置に助手席上の乗員についての検知結果を送信することができる。検知結果を乗員保護装置に送信することで、車両シートに着席した乗員ごとに乗員保護装置を作動させることが出来る。具体的には、シート状の乗員が大人でないと検知したときには、車両の衝突時にエアバッグを展開させないことができる。

さらに、図７および８に示した各しきい値を用いて検知を行って検知不能となったときには、乗員に対して警告を発するとともにエアバッグの展開を禁止することができる。車両シート上の乗員がエアバッグによる保護効果が期待できる大人の乗員である場合のみにエアバッグを展開できる。保護効果が期待できないあるいはエアバッグの展開によりダメージを受ける乗員（子供）が着席したときには、エアバッグを展開させないことで乗員を保護することが出来る。

（近接容量の測定の他の形態）
近接容量の測定は、図９に示したように、着席部１０の電極２の二種類の電極部２２，２５のうち、面積の大きな第一の電極部２２を接地電位とし、面積の小さな第二の電極部２５に高電位を付与して測定してもよい。このように近接容量を測定しても、実施例１の時と同様な測定結果が得られる。

実施例の乗員検知システムの電極が組み付けられた車両シートを示した図である。 実施例の乗員検知システムの電極が組み付けられた車両シートの着席部を示した図である。 実施例の乗員検知システムの電極が組み付けられた車両シートの断面図である。 実施例の乗員検知システムでの遠隔容量の測定方法を示した図である。 実施例の乗員検知システムでの近接容量の測定方法を示した図である。 実施例の乗員検知システムの近接容量と遠隔容量の測定結果を示したグラフである。 実施例の乗員検知システムの検知のための近接容量と遠隔容量の領域を示したグラフである。 実施例の乗員検知システムの検知のフローチャートである。 実施例の乗員検知システムでの近接容量の他の測定方法を示した図である。

符号の説明

１：車両シート １０：着席部
１１：表皮材１１ １１０：表皮
１１１：ラミ層 １２：クッションパッド
２：電極 ２０，２６：樹脂シート
２１：第一の導電部 ２２：第一の電極部
２３：粘着剤
２４：第二の導電部 ２５：第二の電極部

Claims (3)

1. 車両のシートの着席部と、車両ボディとの間の静電容量を測定する遠隔用静電センサと、
   該シートの該着席部での静電容量を測定する近接用静電センサと、を有し、
   該近接用静電センサおよび該遠隔用静電センサの測定結果に基づいて該シート上の乗員の検知を行う乗員検知システムであって、
   前記シート上の前記乗員の検知は、前記近接用静電センサの測定結果に基づいてしきい値を決定し、前記遠隔用静電センサの測定結果と該しきい値との比較から行われ、
   前記近接用静電センサおよび前記遠隔用静電センサによってそれぞれ測定された静電容量の大小関係から、チャイルドシートに幼児が着席した状態若しくは空席状態である、又は大人が前記シートに着席した状態である、又は乗員の検知が不能であることを判別することを特徴とする乗員検知システム。
2. 前記シートの前記着席部に複数の電極をもうけ、
   前記遠隔用静電センサは、同電位に設定された複数の該電極と前記車両ボディとの間の静電容量を測定し、前記近接用静電センサは、前記車両用ボディから絶縁された複数の該電極間の静電容量を測定する請求項１記載の乗員検知システム。
3. 前記シートの前記着席部に面積の異なる複数の電極をもうけ、
   複数の電極のうち面積の大きさが大きい電極と前記車両ボディとを同電位とした状態で、前記近接用静電センサは、面積が大きい該電極とそれ以外の電極との間の静電容量を測定する請求項１記載の乗員検知システム。

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