JP4721060B2 - 車両用座席装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗員が着座する車両用座席装置に関し、特に静電容量変化検出方式の乗員着座検出機能をもつ車両用座席装置に関する。

本出願人の出願になる下記の特許文献１は、シート近傍特にその直上における交流電界の変化を検出することにより車両着座の有無を判定する装置（以下、静電容量型着座検出装置とも言う）を装備する車両用座席装置を提案している。この静電容量型着座検出装置は、シートに埋設されて周囲に交流電界を形成する第１の乗員検出用電極と、シートバックに埋設されて前記第１の乗員検出用電極の電位変化による電界変化を検出する第２の乗員検出用電極とを有し、誘電体かつ導電体である乗員の着座による上記両電極間のインピーダンス低下を検出して着座判定を行っている。この特許文献１は更に、車両用座席装置のシートにシートヒータを埋設し、更に第１の乗員検出用電極をこのシートヒータよりシートの表面側に位置して埋設することも提案している。

したがって、シート暖房機能をもつシートヒータと乗員検出用電極との両方を座席のシート（着座部分）に装備する場合には、交流的にほぼ定電位状態と見なすことができるシートヒータが乗員検出用電極の検出電極の下側に近接して広く対面することになるため、乗員検出用電極とシートヒータとの間の静電容量（以下、シートヒータ静電容量と呼称するものとする）が乗員検出用電極の電位に影響を与えることになる。シートヒータとしては、線状又は面状の電気抵抗体が用いられる。
特開２００３−８０９８９号公報

しかしながら、シートヒータは交流的に定電位電極と見なすことができるため、シート内部で近接して対面するシートヒータと乗員検出用電極との間には大きな静電容量（以下、シートヒータ静電容量とも言う）が発生する。通常において、乗員着座の検出は、乗員検出用電極に接続されるインピーダンス（主として静電容量）の変化に起因する乗員検出用電極の電位変化を検出して行われるため、乗員検出用電極に大きなシートヒータ静電容量が接続されることは、乗員検出用電極の上記電位変化が小さくなることを意味するため、検出感度が大幅に低下するという問題があった。

更に、乗員検出用電極の検出感度を少しでも改善するためには、乗員検出用電極をシートの座面側に配置し、シートヒータを乗員検出用電極の下方に配置する必要があった。しかし、このことは、シートヒータと乗員との間の伝熱抵抗の増大を招き、シートヒータの加熱性能の低下を招くという問題を派生させた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、シートヒータと対面配置された乗員検出用電極の乗員検出感度の向上が可能な車両用座席装置を提供することをその目的としている。

上記課題を解決するこの発明は、乗員が着座する座席の着座部であるシート内に前記シートの座面と略平行に埋設されるとともに制御回路を通じて車載電源から給電されるシートヒータと、前記シート内に埋設された乗員検出用電極と、前記乗員検出用電極に所定周波数の交流電圧を印加する交流電源と、前記乗員検出用電極に等価的に接続されるインピーダンスの変化に連動して変化する電気量に基づいて前記乗員の着座の有無を検出する着座検出回路とを備える車両用座席装置に適用される。この種の車両用座席装置は、たとえば上記特許文献１などに提案されている。

交流電源としては、接地電位に対して正負の電位レベル間で電位変動する純粋な交流電圧を出力できる他、所定の大きさの直流電圧が重畳した交流電圧を出力してもよい。前者は典型的にはトランスを通じて出力される。交流電圧波形は必要な周波数成分が含まれていれば任意であり、たとえば後者では電源電圧をスイッチングして形成したパルス電圧波形が好適である。この周波数成分としては、数十ｋHｚから数MHｚの範囲が好適であり、中波ラジオ帯域より低い数百ｋHｚ程度が好適である。

着座検出回路としては、典型的には、所定の周波数成分だけを抽出して直流電圧に変換し、その大きさをこの周波数における乗員検出用電極の平均電位として、それを判別しきい値と比較することが好適であるが、それに限定されるものではない。乗員着座は、人体インピーダンスの介在により、乗員検出用電極の対地インピーダンスの低減を発生させる。したがって、この乗員検出用電極のインピーダンス検出に公知の種々の技法を採用することは、本発明の想定範囲内に過ぎない。

この発明の車両用座席装置は特に、前記シートヒータの両端を前記車載電源の両端から所定のインタバルで開放することにより前記シートヒータを浮遊電位状態とするシートヒータ開放スイッチを有し、前記着座検出回路は、前記シートヒータ開放スイッチがオフされて前記シートヒータが浮遊電位状態となった後に前記乗員着座有無を判定することを特徴とする。好適には、交流電源は、上記シートヒータが浮遊電位状態となった段階にて交流電源が乗員検出用電極に交流電圧を印加する。これにより交流電源の電力消費を低減することができる。

このようにすれば、着座検出回路が乗員検出用電極を通じて乗員着座の有無を判定する際に、シートヒータが浮遊電位状態となっているため、乗員検出用電極とシートヒータとの間の静電容量（シートヒータ静電容量）を大幅に低減することができる。その結果、乗員着座の有無による乗員検出用電極の電位変動幅を増大することができ、乗員着座の検出感度を大幅に向上することができる。

更に、シートヒータへの通電を必要としない季節には、一対のシートヒータ開放スイッチを常時開放しておくことにより、シートヒータを常時、浮遊電位状態としておくことが好適である。この場合には、着座検出は任意のタイミングにて実行することができる。

好適な態様において、前記シートヒータ開放スイッチは、前記シートヒータへの通電制御用のスイッチを兼ねる。このようにすれば、シートヒータ開放スイッチとして実質的に従来の通電制御用のスイッチに更に１つのスイッチを追加するのみとなるため、コストアップを抑止することができる。

好適な態様において、前記シートヒータは、前記乗員検出用電極よりも前記シートの座面側に配置される。これにより、シートヒータから乗員への熱伝達性能を向上することができる。

好適な態様において、前記シートヒータは前記乗員検出用電極を兼ねる。すなわち、交流電源は乗員検出用電極としてのシートヒータに交流電圧を印加し、着座検出回路は、乗員検出用電極としてのシートヒータの電位変動を検出する。このようにすれば、従来、シートヒータとは別に設けられていた乗員検出用電極を省略することができるため、大幅な装置構成の簡素化を実現することができる。

好適な態様において、前記交流電源の出力端及び着座検出回路の入力端は、結合コンデンサを介して前記シートヒータに接続される。このようにすれば、シートヒータへの通電電圧が交流電源や着座検出回路側に影響するのを抑止することができる。

好適な態様において、前記交流電源の出力端及び着座検出回路の入力端は、ダイオードを介して前記シートヒータに接続される。このようにすれば、このようにすれば、シートヒータへの通電電圧が交流電源や着座検出回路側に影響するのを抑止することができる。

好適な態様において、前記交流電源の出力端及び着座検出回路の入力端は、前記シートヒータ開放スイッチと逆動作するスイッチを介して前記シートヒータに接続される。このようにすれば、シートヒータへの通電電圧が交流電源や着座検出回路側に影響するのを抑止することができる。

好適な態様において、前記交流電源の出力端は、負荷素子を通じて前記シートヒータの低電位側の端部に接続され、前記着座検出回路の入力端は、前記シートヒータの低電位側の端部に接続される。このようにすれば、交流電源及び着座検出回路とシートヒータ給電回路との間の直流的な干渉を防止するための上記結合コンデンサを省略することができる。更に説明すると、シートヒータ開放スイッチが導通している場合には、交流電源の出力端は負荷素子を通じて接地され、着座検出回路の入力端も接地されることになるため、回路動作に支障が生じることがない。なお、シートヒータ開放スイッチが導通している場合に、交流電源の出力回路をオフするスイッチを交流電源の出力回路に内蔵させてもよい。

好適な態様において、前記着座検出回路は、前記電気量のデータサンプリングを前記シートヒータ開放スイッチがオフされた後の所定時点で実行する。このようにすれば、シートヒータ開放スイッチのオフによる電位変動の影響を減らすことができる。

本発明の車両用座席装置の好適実施態様を図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施態様に限定解釈されるべきではなく、本発明の技術思想を他の公知技術を組み合わせて実現できることはもちろんである。たとえば下記の実施形態では、乗員検出用電極として、一個の電極により乗員検出用電極を構成したが、電気絶縁フィルムを挟んで対面配置された一対の電極からなる電極ペア（電極アセンブリとも言う）を用いてもよい。

＜第１実施形態＞
第１実施形態の車両用座席装置を図１を参照して説明する。図１は、乗員が着座した車両用座席装置の模式縦断面図である。

（車両用座席装置１の構成）
図１において、１は車両用座席装置であって、車体の床部２上に設置されている。車両用座席装置１は、床部２上に取り付けられる金属製のフレーム３、フレーム３上に固定されて車両用座席装置１の着座部を構成するたシート４と、シート４の後端から上方斜め後ろに立設されていわゆる背もたれをなすシートバック５とを有している。

シート４は、弾性をもつ電気絶縁材料たとえば硬質発泡ウレタンを主素材として構成されてフレーム３上に固定されたクッションパッド６と、たとえば美麗な電気絶縁材料たとえば織布を主素材として構成されてクッションパッド６の上面すなわち座面を覆うクッションカバー７と、クッションパッド６内に座面と略平行に埋設されたシートヒータ８と、シートヒータ８の下方に位置してクッションパッド６内に座面と略平行に埋設された乗員検出用電極９と、乗員検出用電極９の上面を覆う防水フィルム１０とを有している。

シートヒータ８は、座面と略平行に延在する面状あるいは線状の電気抵抗体を有している。この実施形態では、電気抵抗体は、電気抵抗体の表面は電気絶縁層を有しておらず裸となっているが、絶縁被覆を行っても良い。シートヒータ８の高電位端（図示せず）はシートヒータ開放スイッチ１１を介して不図示のバッテリの正極端に接続されている。シートヒータ開放スイッチ１１とバッテリの正極端との間に他のスイッチを設けても良い。シートヒータ８の低電位端（図示せず）はシートヒータ開放スイッチ１２を介して不図示のバッテリの負極端（接地端）に接続されている。シートヒータ開放スイッチ１２とバッテリの負極端との間に他のスイッチを設けても良い。その他、シートヒータ８は、一対のシートヒータ開放スイッチ１１、１２を通じて車両用交流発電機から交流電力を給電されてもよい。

乗員検出用電極９は、面状又は線状又はネット状の導電性部材により形成されており、交流電源１３から交流電圧を印加されている。この実施形態では、交流電源１３は定電流電源として構成されており、一定の交流電流を出力するものとする。これにより、乗員着座有無による乗員検出用電極９のインピーダンス変化は、乗員検出用電極９の電位変化を生じさせる。更に説明すると、乗員検出用電極９のインピーダンスに上記交流電流を掛けた値が、乗員検出用電極９の電位となる。したがって、乗員着座により乗員検出用電極９の電位が低下すると、この電位低下は、着座検出回路１４により検出される。

着座検出回路１４は、帯域フィルタ１５、検波・平滑回路１６、増幅回路１７、Ａ／Ｄコンバータ１８、マイクロコンピュータ１９を有している。帯域フィルタ１５は、交流電源１３が出力する所定周波数値を通過させる共振フィルタで構成することができる。帯域フィルタ１５から抽出された交流電圧成分は、検波・平滑回路１６で検波、平滑され、増幅回路１７にて所定の振幅に増大された後、Ａ／Ｄコンバータ１８でデジタル信号に変換されてマイクロコンピュータ１９に読み込まれる。マイクロコンピュータ１９は、読み込んだ上記デジタル信号の大きさが所定しきい値より小さくなった場合に乗員着座と判定する。

（シートヒータ開放動作）
この実施形態の特徴は、シートヒータ開放スイッチ１１、１２を所定間隔ΔTで所定時間ΔTOFFだけオフしてシートヒータ８を浮遊電位状態とし、このシートヒータ８が浮遊電位状態である時にマイクロコンピュータ１９が乗員着座判定を行う点にある。たとえば、所定間隔ΔTは５００ミリ秒とされ、所定時間ΔTOFFは２０ミリ秒とされる。ただし、マイクロコンピュータ１９のデータサンプリングは、シートヒータ開放スイッチ１１、１２をオフした後、できるだけ遅い時点にてなされることが好適である。これは、シートヒータ開放スイッチ１１、１２のオフによる電位変動の影響を減らすためである。このようにすれば、従来、交流的に定電位電極をなしていたシートヒータ８をデータサンプリング時に限って浮遊電位電極となすことができるため、データサンプリング時における乗員検出用電極９とシートヒータ８との間の静電容量を大幅に低減でき、その分だけ着座検出感度を大幅に向上することができる。なお、シートヒータ開放スイッチ１１、１２はシートヒータ８への通電制御に利用され、かつ、シートヒータ８への通電を行わない場合には、シートヒータ開放スイッチ１１、１２を両方ともオフしてシートヒータ８を常時浮遊電位状態とすることが好適である。

（変形態様）
変形態様を図２を参照して説明する。この態様は、図１の定電流出力型の交流電源１３を、定電圧出力型の交流電源１３０に変更するとともに、出力抵抗素子２０を通じて乗員検出用電極９に交流電圧を出力する。したがって、乗員検出用電極９の電位は、交流電源１３０が出力する交流電圧を乗員検出用電極９の対地インピーダンスと出力抵抗素子２０の抵抗値とで分圧した値となる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の車両用座席装置を図３を参照して説明する。図３は乗員が着座した車両用座席装置の模式縦断面図である。

この実施形態は、図２に示す乗員検出用電極９を省略し、シートヒータ８が着座検出用電極を兼ねる点をその要旨としている。したがって、この実施形態では、交流電源１３０はシートヒータ８に交流電圧を印加し、着座検出回路１４はシートヒータ８の電位変化により乗員着座有無を判定する。この実施形態の他の特徴点は、交流電源１３０の出力端及び着座検出回路１４の入力端を結合コンデンサ２２を通じてシートヒータ８に接続した点、及び、交流電源１３０の出力端及び着座検出回路１４の入力端をシートヒータ８の定電位側に接続した点にある。ただし、図２では、交流電源１３０と負荷抵抗素子２０とのペアを用いたが、図１と同様に定電流型の交流電源１３を採用して負荷抵抗素子２０を省略しても良い。結合コンデンサ２２は、交流電源１３０及び着座検出回路１４とシートヒータ８とを交流的に接続する。

実施形態１と同様に、シートヒータ開放スイッチ１１、１２をオフしてシートヒータ８を浮遊電位状態とした状態において、マイクロコンピュータ１９がデータサンプリングすれば、高感度にて乗員着座有無の判定が可能となる。なお、交流電源１３０及び着座検出回路１４への給電は、上記データサンプリング期間を含む期間だけに限定されても良い。結合コンデンサ２２は、シートヒータ８から交流電源１３０及び着座検出回路１４側へのバッテリ電圧の影響を防止する。なお、２１はシートヒータ開放スイッチ１１、１２を制御するコントローラであり、マイクロコンピュータ１９のデータサンプリングと同期して上記したシートヒータ開放スイッチ１１、１２のオフとそれによるシートヒータ８の浮遊電位状態への移行をなす。

（変形態様）
図３に示す第２実施形態の車両用座席装置の変形態様を図４を参照して説明する。この態様は、図３の結合コンデンサ２２をダイオード２３に置換したものである。この実施形態では、交流電源１３０はパルス電圧すなわち直流電圧重畳交流電圧を出力する。ダイオード２３は、シートヒータ８から交流電源１３０及び着座検出回路１４側へのバッテリ電圧の影響を防止する。

（変形態様）
図３に示す第２実施形態の車両用座席装置の変形態様を図５を参照して説明する。この態様は、図３の結合コンデンサ２２をアナログスイッチ２４に置換したものである。この実施形態では、交流電源１３０はパルス電圧すなわち直流電圧重畳交流電圧を出力する。アナログスイッチ２４は、シートヒータ開放スイッチ１１、１２と逆動作し、これによりシートヒータ８から交流電源１３０及び着座検出回路１４側へのバッテリ電圧の影響を防止する。

（変形態様）
図３に示す第２実施形態の車両用座席装置の変形態様を図６を参照して説明する。この態様は、図３の結合コンデンサ２２を省略したものである。この実施形態では、交流電源１３０はシートヒータ８の低電位端Zに負荷抵抗素子２０を通じて交流電圧を印加し、かつ、着座検出回路１４はシートヒータ８の低電位端Zの電圧を検出する。

このように接続すると、シートヒータ開放スイッチ１１、１２をオンして、シートヒータ８を通電加熱している場合には、シートヒータ８の低電位端Ｚはほぼ接地電位となる。したがって、交流電源１３０が出力する交流電圧は負荷抵抗素子２０に印加されて消費される。また、着座検出回路１４の入力端にはほぼ接地電位が入力される。シートヒータ開放スイッチ１１、１２がオフすると、シートヒータ８が浮遊電位状態となるため、このシートヒータ８を着座検出用電極として用いて、通常の着座検出が可能となる。なお、シートヒータ開放スイッチ１１、１２をオンしている期間に、交流電源１３０の出力段のスイッチングトランジスタをオフしてその電力消費を節約することも可能である。

第１実施形態の車両用座席装置の模式縦断面図である。 図１の変形態様を示す模式縦断面図である。 第２実施形態の車両用座席装置の模式縦断面図である。 図３の変形態様を示す模式縦断面図である。 図３の変形態様を示す模式縦断面図である。 図３の変形態様を示す模式縦断面図である。

符号の説明

１ 車両用座席装置
２ 床部
３ フレーム
４ シート
５ シートバック
６ クッションパッド
７ クッションカバー
８ シートヒータ
９ 乗員検出用電極
１０ 防水フィルム
１１ シートヒータ開放スイッチ
１２ シートヒータ開放スイッチ
１３ 交流電源
１４ 着座検出回路
１５ 帯域フィルタ
１６ 平滑回路
１７ 増幅回路
１８ A／Dコンバータ
１９ マイクロコンピュータ
２０ 出力抵抗素子（負荷抵抗素子）
２２ 結合コンデンサ
２３ ダイオード
２４ アナログスイッチ
１３０ 交流電源

Claims (9)

1. 乗員が着座する座席の着座部であるシート内に前記シートの座面と略平行に埋設されるとともに制御回路を通じて車載電源から給電されるシートヒータと、
   前記シート内に埋設された乗員検出用電極と、
   前記乗員検出用電極に所定周波数の交流電圧を印加する交流電源と、
   前記乗員検出用電極に等価的に接続されるインピーダンスの変化に連動して変化する電気量に基づいて前記乗員の着座の有無を検出する着座検出回路と、
   を備える車両用座席装置において、
   前記シートヒータの両端を前記車載電源の両端から所定のインタバルで開放することにより前記シートヒータを浮遊電位状態とするシートヒータ開放スイッチを有し、
   前記着座検出回路は、
   前記シートヒータ開放スイッチがオフされて前記シートヒータが浮遊電位状態となった後に前記乗員着座有無を判定することを特徴とする車両用座席装置。
2. 請求項１記載の車両用座席装置において、
   前記シートヒータ開放スイッチは、
   前記シートヒータへの通電制御用のスイッチを兼ねる車両用座席装置。
3. 請求項１記載の車両用座席装置において、
   前記シートヒータは、
   前記乗員検出用電極よりも前記シートの座面側に配置される車両用座席装置。
4. 請求項１記載の車両用座席装置において、
   前記シートヒータは前記乗員検出用電極を兼ねる車両用座席装置。
5. 請求項４記載の車両用座席装置において、
   前記交流電源の出力端及び着座検出回路の入力端は、結合コンデンサを介して前記シートヒータに接続される車両用座席装置。
6. 請求項４記載の車両用座席装置において、
   前記交流電源の出力端及び着座検出回路の入力端は、ダイオードを介して前記シートヒータに接続される車両用座席装置。
7. 請求項４記載の車両用座席装置において、
   前記交流電源の出力端及び着座検出回路の入力端は、前記シートヒータ開放スイッチと逆動作するスイッチを介して前記シートヒータに接続される車両用座席装置。
8. 請求項４記載の車両用座席装置において、
   前記交流電源の出力端は、負荷素子を通じて前記シートヒータの低電位側の端部に接続され、
   前記着座検出回路の入力端は、前記シートヒータの低電位側の端部に接続される車両用座席装置。
9. 請求項１記載の車両用座席装置において、
   前記着座検出回路は、前記電気量のデータサンプリングを前記シートヒータ開放スイッチがオフされた後の所定時点で実行する車両用座席装置。

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