JP5028460B2 - 物体検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極と被検出物との間に形成される静電容量に基づいて被検出物を検出する物体検知方法に関するものである。

静電センサにより物体の接近を検出する物体検出方法としては、例えば、自動車のシート周辺に配置した電極とアースとの間の静電容量などの空間のインピーダンス（空間のインピーダンス）の変化を電流変化として測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
すなわち、微弱電界（EF：Electric Field）技術による静電センサを用い、電極とアースとの間の静電容量の測定を行う。すなわち、図６に示すように、電極３をシートに配置し、電極３と接地点との間の静電容量である容量４の容量値ＣLを、交流発生源１から抵抗２を介して電極３に交流電圧を与え、容量４に流れる変位電流Iｄの電流値を測定することで検出する。

ここで、自動車のシートに着座している乗員の体表面が導電体であると仮定すると、電極３と乗員との間に容量４の容量値ＣLが発生する。この容量４の容量値ＣLは、乗員の体格に対応して変化し、例えば表面積が大きいほど大きくなる。
これにより、測定された容量４の容量値ＣLにより、シートに着座している乗員の体格を推定することができる。

特開２００７−６９６４７号公報

上述した特許文献１に示す乗員検知装置は、電極３近傍の誘電率の変化（すなわち、容量値の変化）のみにて、被検出物の検出を行っている。
このため、上記乗員検知装置は、検出した被検出物の種類がいずれであるかの特定を行うことができない。
したがって、この乗員検知装置は、被検出物の容量値が被検出物間において近い場合など、実際に検出したい被検出物と、他の検出物との判別を行うことができない。

特に、人体、チャイルドシート、荷物などは、人の体格あるいは荷物などの材質等により容量値が同様となる場合があり、例えば、人体の体格などによって容量値がチャイルドシートなどに近くなり、容量値による正確な判別が難しい。
このため、上記乗員検知装置は、検出した容量値を判定するための範囲を細かく区切ったり、または複数のセンサを配置して（複数の静電センサチャンネルを用いて）、被検出物の種別の判定を行なっている。

しかしながら、範囲を細かく区切った場合、各被検出物の容量値が明確に、被検出物に対して設定された範囲に入る訳ではなく、容量値が同様であり判別を行いたい被検出物の種類を確実に識別することは難しい。また、複数の静電センサを用いて識別を行う場合も、被検出物の形状が同様であるとチャイルドシートであるか人体であるかの識別を行うのは、静電センサの配置を工夫しても困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、容量値が近い被検出物であってもその識別が可能な物体検知方法を提供することを目的とする。

この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の物体検知方法は、車両の座席上に配置された被検出物の検出処理を行う物体検知方法であり、前記座席の座面上部のシートの内面に設けられた電極と、前記シートに搭載される検出したい前記被検出物に設けられ、前記電極と対向する位置に配置されたインダクタとを有し、前記電極と接地点との間に直列に配置される、前記インダクタと、当該インダクタ及び接地点間の容量との直列共振回路の共振周波数により、前記被検出物が前記シートに装着されているか否かの識別を行うことを特徴とする。

本発明の物体検知方法は、交流電圧を出力する交流電源を設け、前記電極に前記交流電圧を印加し、交流電圧の周波数が前記共振周波数と一致したことを検出することにより、前記シート上における前記被検出物の有無の識別を行うことを特徴とする。
本発明の物体検知方法は、前記被検出物がチャイルドシートであり、当該チャイルドシートに対して異なる体格を有する子供を乗せ、当該異なる体格の子供による前記容量の容量値により得られる測定共振周波数の範囲の中央値となるように、前記インダクタのインダクタンスを調整して前記共振周波数を設定することを特徴とする。

本発明の物体検知方法は、被検出物毎に異なるインダクタンスの前記インダクタを設け、それぞれの共振周波数により、各被検出物を識別することを特徴とする。

本発明の物体検知方法は、前記交流電圧の周波数を、検出する必要のある特定被検出物の前記共振周波数に予め固定しておき、前記直列共振回路に流れる電流の電流値が設定した閾値を超えた場合、前記被検出物が前記特定被検出物であることを検出することを特徴とする。

本発明の物体検知方法は、前記交流電圧の周波数を変化させ、前記直列共振回路に流れる電流値のピークにより、前記共振周波数に対応付けられた前記被検出物の検出を行うことを特徴とする。

この発明によれば、被検出物毎にインダクタンスの異なるインダクタが設けられているため、被検出物それぞれが固有な共振周波数に対応付けられ、容量値が近い被検出物であっても、各被検出物に付与された共振周波数によりその識別が可能となる。

この発明の一実施形態による物体検知システムの構成例を示すブロック図である。 被検出物６がチャイルドシート９の場合に、チャイルドシート９が自動車の座席８に取り付けられた状態を示す概念図である。 チャイルドシート９に対し、インダクタ７ｉが形成された基板７の取り付け状態を示す概念図である。 交流発生源１の出力する交流電圧の周波数と、直列共振回路に流れる電流Ｉｄの電流値との関係を示す図である。 交流発生源１の出力する交流電圧の周波数と、直列共振回路に流れる電流Ｉｄの電流値との関係を示す図である。 本発明に関連する静電センサについて説明する概念図である。

＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施形態による所定空間の被検出物を検出する物体検知システムの構成例を示す概略ブロック図である。本実施形態は、自動車の座席上に配置された被検出物の検出処理を行う物体検知システムである。
交流発生源１は、交流電圧を発生し、この交流電圧を抵抗２を介して電極３に対して供給する。
この電極３は、図２に示すように、自動車の座席８の座面上部のシートの内面に設けられている。
図１に戻り、被検出物６は、本システムにおいて検出したい特定の被検出物であり、例えば図２に示すように、自動車の座席８に配置するチャイルドシート９である。このチャイルドシート９は、シートクッション部９ｚ、設置部９ａ、シートバック部９ｂから構成されている。

基板７の裏面は、図２に示すように、座席８にチャイルドシート９を搭載した場合、上記電極３と対向する位置に固定される。
図３は、チャイルドシート９を座席８に固定する設置部９ａの裏面における基板７の配置を示す概念図である。
このように、チャイルドシート９が設置部９ａにより座席８の座面８ｚの上面に設置された場合、電極３とインダクタ７ｉが設けられた基板７とが対向するように、チャイルドシート９のシートクッション部９ｚの裏側に配置された設置部９ａの裏面に基板７が固定されている（貼着、ねじ止めなど）。これにより、インダクタ７ｉは、上記電極３と対向する位置に固定される。
ここで、インダクタ７ｉ及び容量４は、電極３と接地点（例えば、大地や自動車のシャーシに接続した接地）との間に直列に配置されることになり、直列共振回路を構成する。

容量４は、電極３とインダクタ７ｉとの間の浮遊容量Ｃ１と、インダクタ７ｉと接地点との間の浮遊容量Ｃ２との合成容量である。
この容量４の容量値は、チャイルドシート９の種類、またチャイルドシート９に子供を乗せない、あるいは乗せた状態にて測定する。これにより、チャイルドシート９を検出する際における、チャイルドシート９に子供を乗せた場合と、チャイルドシート９に子供を乗せない場合とにおける容量４の容量値の幅の範囲を設定する。ここで、異なる体格を有する複数の子供をチャイルドシート９に乗せて容量４の容量値の範囲を設定する。
そして、この容量４とともに直列共振回路を形成するインダクタ７ｉのインダクタンスを設定し、直列共振回路の共振周波数を計算する。これにより、容量４の容量値の範囲に対応した共振周波数の範囲（以下、共振周波数範囲）を予め求める。

図４は、共振周波数の求め方を説明するための図であり、横軸が交流発生源１の出力する周波数を示し、縦軸が直列共振回路に流れる電流Ｉｄの電流値を示している。
容量値の範囲の中心値と、インダクタ７ｉのインダクタンスとにより共振周波数範囲の中央値ｆcを設定する。そして、この共振周波数範囲の中央値ｆcにおいて、このインダクタンスと、容量値の範囲における最大値ｃmax、最小値ｃminとによる、最大周波数ｆmax及び最小周波数ｆminとにおいて、電流Ｉｄの電流値を測定する。
これにより、容量４の容量値ｃminに対応する電流Ｉｄの電流値ｉｃminと、容量値ｃmaxに対する電流Ｉdの電流値ｉｃmaxとが測定される。
次に、電流値ｉｃminと電流値ｉｃmaxとにおいて、いずれか小さい方の電流値を検出するための閾値の電流値として、例えば電流値ｉｃminと電流値ｉｃmaxとにおけるいずれか小さい電流値の９０％の電流値を、共振周波数を検出する際の電流Ｉｄの電流値に対する閾値として設定する。設定された閾値となる電流値は、それぞれ検出した際の共振周波数範囲に対応付けて、記憶部１２に予め記憶させておく。

このとき、共振回路のＱ値をある程度低下させて、ピーク曲線を鈍らせることにより、共振周波数範囲の検出範囲に幅を持たせ（検出可能な容量値に幅を持たせ）、異なる種類のチャイルドシート、子供がチャイルドシート９に乗っているかいないかなどに対しても、チャイルドシートを特定の被検出物として設定することができ、他の検出物との判別を効果的に行うことが可能となる。
また、他の特定の被検出物に対する共振周波数範囲を設定する場合には、同様に、予め測定した容量４の容量値に対応させ、かつ上述したチャイルドシート９に対する共振周波数範囲が重ならない共振周波数範囲となるように、以下の図５に示すように、インダクタ７ｉのインダクタンスを設定する。

図５は、複数の共振周波数範囲を示す図であり、横軸が交流発生源１の出力する周波数を示し、縦軸が直列共振回路に流れる電流Ｉｄの電流値を示している。この図５に示すように、制御部１０が交流発生源１の出力する交流電圧の周波数を変化させることにより、直列共振回路の共振周波数ｆ１、ｆｎと一致する周波数において電流Ｉｄの電流値がピークとなる。すなわち、被測定物の種類により、共振周波数のピークの周波数位置は異なる。それぞれを中心周波数とした周波数範囲が重ならないようにインダクタンス及び閾値となる電流値を設定する。
ここで、曲線Ａは共振周波数ｆ１として設定された直列共振回路における周波数と電流値との対応を示し、曲線Ｂは共振周波数ｆｎとして設定された直列共振回路における周波数と電流値との対応を示している。

図１に戻り、制御部１０は、交流発生源１の出力する交流電圧の周波数を制御する。
測定部１１は、交流発生源１の出力する交流電圧により、電極３と接地点との間の上記直列共振回路に流れる電流の電流Ｉｄの電流値を、抵抗２の抵抗値と、抵抗２の端子間の電圧値とにより、すなわち電圧値を抵抗値により除算することにより検出する。この抵抗値により除算する電圧値は、抵抗２の両端における交流電圧を整流して直流を用いるか、または、抵抗２の両端における交流電圧のピーク値を検出して用いる。
記憶部１２には、検出する被検出物それぞれを識別する検出物固有の識別情報と、被検出物の名称と、フラグと、この識別情報に対応付けられた共振周波数範囲と、その共振周波数範囲に対する電流Ｉｄに対する閾値が記憶されている。
また、記憶部１２には、上記フラグに対応する動作シーケンスが記載され、制御部１０はフラグに対応した動作を行うことになる。

すなわち、制御部１０は、現在交流発生源１に対して発生させている交流電圧の周波数において、電流Ｉｄの電流値が閾値を超えているか否かの検出を行う。このとき、制御部１０は、被検出物に対応する共振周波数範囲を含む周波数の範囲にて周波数を変化させる。
そして、制御部１０は、この周波数範囲において、電流Iｄの電流値が閾値を超えている場合、現在の周波数に対応する共振周波数を含む共振周波数範囲を記憶部１２から検索する。すなわち、制御部１０は、現在の周波数が含まれる共振周波数範囲を記憶部１２において検索、すなわち現在の周波数が共振周波数に一致するか否かの比較を行う。
次に、制御部１０は、現在の周波数が共振周波数範囲に含まれる場合、この共振周波数範囲に含まれる共振周波数に対応する被検出物を抽出し、この被検出物のフラグを含む検出信号を後段の回路に出力する。
例えば、制御部１０は、抽出された被検出物がチャイルドシートの場合、その座席に着座するのは子供のため、その座席に対応するエアバッグの展開または非展開を指示する制御信号を出力する。本実施形態において、制御部１０は、エアバッグの展開を行わない場合、制御信号として、エアバッグの駆動回路（不図示）に対して上記検出信号を出力する。

次に、制御部１０による被検出物の検出について詳細に説明する。第１の実施形態においては、座席８にチャイルドシート９が配置されているか否かを判定する構成となっている。
制御部１０は、図示しない入力部からユーザが入力した被測定物の名称、例えばチャイルドシートに対応した共振周波数範囲の中央値ｆｃ及び識別情報を読み出し、内部にこの共振周波数範囲の中央値ｆｃ及び識別情報を記憶するとともに、この中央値ｆｃの共振周波数範囲にて周波数を変化させるよう、交流発生源１の出力する交流電圧の周波数を制御し、交流周波数の掃引を行う。制御部１０は、ユーザが入力した被測定物に対応する共振周波数範囲を内部に設定し、この設定された固定の掃引範囲内において交流周波数の掃引を行う。
ここで、制御部１０は、一定周期（例えば、１秒）毎に、共振周波数範囲にて予め設定した周波数幅にて周波数を変化させ、交流電圧の周波数を変える毎に、測定部１１に対して測定制御信号を送信する。
そして、測定部１１は、上記測定制御信号が入力されると、抵抗２の端子間の電圧値を測定し、この電圧を制御部１０に対して出力する。

そして、制御部１０は、測定部１１から電圧値のデータが入力されると、この電圧値を内部に記憶している抵抗２の抵抗値により除算し、電流Ｉｄの電流値を算出する。
電流Ｉｄの電流値を算出すると、制御部１０は、記憶部１２から被検出物６の識別情報に基づいて、共振周波数範囲に対して設定された電流Ｉｄに対応する閾値を読み出し、この閾値と上記電流Ｉｄの電流値とを比較し、電流Ｉｄの電流値が閾値を超えている場合、被検出物６が電極３の近傍に位置していると判定する。
一方、制御部１０は、電流Ｉｄの電流値が閾値以下の場合、被検出物６が電極３の近傍に位置していないと判定する。

次に、制御部１０は、内部に記憶している識別情報に基づき、記憶部１２からこの共振周波数を含む共振周波数範囲に対応づけて記憶されているフラグを読み出す。
そして、制御部１０は、このフラグに対応付けられて、記憶部１２に記憶されているシーケンス動作を読み出して実行する。
例えば、制御部１０は、座席８上面にチャイルドシート９が配置されたことを検出すると、フラグに対応するシーケンス動作として、チャイルドシート９が配置された座席８のエアバッグを展開させない制御信号として、エアバッグの駆動回路に対して検出信号を出力する。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態の構成は、図１の第１の実施形態と同様である。以下、第２の実施形態が第２の実施形態と異なる点のみを説明する。第２の実施形態は、被検出物６の種類を指定せず、その種類を判定する構成である。
第２の実施形態において、この容量４とともに直列共振回路を形成するインダクタ７ｉのインダクタンスを設定し、第１の実施形態と同様に直列共振回路の共振周波数の範囲を計算する。これにより、容量４の容量値の範囲に対応した共振周波数範囲が求められる。

そして、上記容量値の範囲の中心値の容量値と、インダクタ７ｉのインダクタンスとにより共振周波数範囲の中央値ｆcを設定する。そして、この共振周波数範囲の中央値ｆcに対し、このインダクタンスと容量値の範囲における最大値ｃmax、最小値ｃminとにより、共振周波数範囲における最大値ｆmaxと最小値ｆminとを設定する。
次に、共振周波数範囲の最大値ｆmaxと最小値ｆminとにおいて、いずれか小さい電流値の電流Iｄが検出できる電流値、例えば最大値ｆmaxと最小値ｆminにおけるいずれか小さい電流値の９０％の電流値を、共振周波数を検出する際の電流Ｉｄの電流値に対する閾値として設定する。
記憶部１２に対して、第１の実施形態と同様に、上記共振周波数範囲を当該共振周波数範囲の中央値ｆcに対応付けて記憶させておく。

制御部１０は、一定周期（１０秒）毎に、内部に設定されている複数の設定周波数に対応し、交流発生源１の出力する交流電圧の周波数を、記憶部１２に記憶されている共振周波数範囲の全てを含む周波数の範囲にて、時系列に交流発生源１の出力する交流電圧の周波数を変化させ、交流周波数の掃引を行う。
例えば、記憶部１２には、予め設定周波数範囲として、中央値ｆｃの共振周波数を有する共振周波数範囲ｆ１、ｆ２、…、ｆｎのｎ個が記憶されている。これらには、第１の実施形態の記憶部１２と同様の構成を有し、共振周波数範囲毎に被検出物の識別番号に対応付けられて記憶されている。
制御部１０は、記憶部１２に記憶されている共振周波数範囲の周波数を上記共振周波数範囲から検出し、共振周波数範囲ｆ１、ｆ２、…、ｆｎを含む周波数の範囲において交流発生源１の出力する交流電圧の周波数を一定周期毎に繰り返し、予め設定した周波数幅にて変化させ、電流Ｉｄの測定を行う。

また、制御部１０は、交流電圧の周波数を変える毎に、測定部１１に対して測定制御信号を送信する。
この測定制御信号が入力されると、測定部１１は、抵抗２の端子間の電圧値を測定し、この電圧を制御部１０に対して出力する。
そして、制御部１０は、上記測定制御信号に対応して測定部１１から送信される電圧を、抵抗２の抵抗値により除算して、電流値Ｉｄを求め、一定周期内における電流値Ｉdの最大値を検出して記憶するとともに、このときの交流発生源１の出力する交流電圧の周波数も記憶する。
次に、制御部１０は、上述した電流Ｉdの最大値に対応した交流電圧の周波数を含む共振周波数範囲を、記憶部１２において検索する。
そして、制御部１０は、検索された共振周波数範囲に対応付けられた閾値を読み出し、この閾値と上記電流値Ｉｄの最大値とを比較して、電流Ｉｄの最大値が閾値を超えているか否かの判定を行う。
判定結果として、制御部１０は、電流Ｉｄの最大値が閾値を超えている場合、この閾値に対応する共振周波数範囲のフラグを読み出す。
そして、制御部１０は、このフラグに対応付けられて、記憶部１２に記憶されているシーケンス動作を読み出して実行する。

上述した構成により、本実施形態によれば、判別したい被検出物６毎に異なるインダクタンスのインダクタ７ｉを付加することにより、被検出物毎に特定の共振周波数範囲を設定することができる。ここで、共振周波数に対応して流れる電流値は、単に静電センサの容量値と周波数とに対応して流れる電流値より大きく、他の被検出物との判別が容易となる。
したがって、本実施形態によれば、交流発生源１の発生する交流電圧の周波数によって共振回路に流れる電流Ｉdが、共振周波数範囲に対応した閾値を超えるか否かを検出することで、閾値を超えた周波数により被検出物に付与された共振周波数範囲が検出され、この共振周波数範囲から容易に被検出物を判定することができる。

以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
上述した構成において、例えば、抵抗２の両端の電圧から電流Ｉｄの電流値を求めたが、この抵抗２の両端の電圧を用いて、電流Ｉｄの電流がピーク値となる共振周波数を求めるように構成しても良い。
すなわち、最大値ｆmaxと最小値ｆminとにおいて流れる電流値のピーク曲線のピーク値を検出できる電圧値、例えばピーク値の９０％の電圧値を、共振周波数を検出する際の抵抗２の両端の電圧の電圧値に対する閾値として設定する。
制御部１０は、この電圧値に対する閾値と、測定された抵抗２の両端の電圧とを比較して、測定された電圧が閾値を超えているか否かにより、交流発生源１の発生している交流電圧の周波数が、予め記憶部１２に設定されている共振周波数範囲に含まれるか否かの判定を行う。

１…交流発生源
２…抵抗
３…電極
４…容量
６…被検出物
７…基板
７ｉ…インダクタ
８…座席
８ｚ…座面
９…チャイルドシート
９ａ…設置部
９ｂ…シートバック部
９ｚ…シートクッション部
１０…制御部
１１…測定部
１２…記憶部

Claims (6)

1. 車両の座席のシート上に配置された被検出物の検出処理を行う物体検知方法であり、
   前記座席の前記シートの内面に設けられた電極と、
   前記シートに搭載される検出したい前記被検出物に設けられ、前記電極と対向する位置に配置されたインダクタと
   を有し、
   前記電極と接地点との間に直列に配置される、前記インダクタと、当該インダクタ及び前記電極間の容量との直列共振回路の共振周波数により、前記被検出物が前記シートに装着されているか否かの識別を行うことを特徴とする物体検知方法。
2. 交流電圧を出力する交流電源を設け、
   前記電極に前記交流電圧を印加し、交流電圧の周波数が前記共振周波数と一致したことを検出することにより、前記シート上における前記被検出物の有無の識別を行うことを特徴とする請求項１記載の物体検知方法。
3. 前記被検出物がチャイルドシートであり、
   当該チャイルドシートに対して異なる体格を有する子供を乗せ、当該異なる体格の子供による前記容量の容量値により得られる測定共振周波数の範囲の中央値となるように、前記インダクタのインダクタンスを調整して前記共振周波数を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体検知方法。
4. 被検出物毎に異なるインダクタンスの前記インダクタを設け、それぞれの共振周波数により、各被検出物を識別することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体検知方法。
5. 前記交流電圧の周波数を、検出する必要のある特定被検出物の前記共振周波数に予め固定しておき、前記直列共振回路に流れる電流の電流値が設定した閾値を超えた場合、前記被検出物が前記特定被検出物であることを検出することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の物体検知方法。
6. 前記交流電圧の周波数を変化させ、前記直列共振回路に流れる電流値のピークにより、前記共振周波数に対応付けられた前記被検出物の検出を行うことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の物体検知方法。

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