JP5085229B2 - 乗員重量検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用シートに着座している乗員の重量を検出する乗員重量検出装置に関する。

乗員の安全性、快適性等の向上を図るために、乗員の重量に応じて車両用シートおよびその周辺機器の各種設定を変更することが提案されている。（例えば特許文献１，２）。これらの文献に記載されている乗員重量検出装置は、車両用シートのシートレールに荷重センサを設置し、この荷重センサにより、乗員の重量を含むシートの重量を直接測定するものである。
特開平１１−１１５３５号公報 特開平１１−３０４５７９号公報

しかし、上記従来の乗員重量検出装置のように、乗員の重量を荷重センサで直接測定する構成であると、センサの非線形等の特性により、広範囲な乗員重量の変動範囲にわたって、乗員のわずかな重量差を感度良く、かつ精度良く測定することが難しいという問題がある。

この発明の目的は、広範囲の乗員重量の変動範囲にわたり、車両用シートに着座している乗員の重量を感度良く、かつ精度良く検出できる乗員重量検出装置を提供することである。

この発明にかかる乗員重量検出装置は、車両用シートに着座している乗員の重量を検出する装置であって、車両のシート固定部に対して前記シートを水平方向の軸回りに回動自在に支持する回動支持機構と、前記シートに加わる荷重の大きさに応じた角度だけ前記シート固定部に対して前記シートが回動するようにシートに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構と、前記シート固定部に対する前記シートの回動角度を検出する回動角度検出機構と、前記シート固定部に対する前記シートの回動範囲を限定する回動範囲限定機構とを有することを特徴とする。
この構成によれば、乗員がシートに着座した場合、弾性反発力付与機構の作用により、乗員の重量に応じた角度だけシート固定部に対してシートが回動する。このシートの回動角度を回動角度検出機構により検出する。シートの回動角度とシートに加わる荷重との関係を予め求めておけば、シートの回動角度からシートに加わる荷重すなわち乗員の重量を求めることができる。このように、回動支持機構と弾性反発力付与機構とを設けて、シートに加わる荷重の大きさに応じた角度だけシートが回動するように支持したため、広範囲な乗員重量の変化範囲にわたり、線形あるいはなだらかな曲線をした荷重・回動角度の関係になる。このように変化する回動角度を測定して乗員重量を検出するため、広範囲の乗員重量の変動範囲にわたり、乗員重量を感度良くかつ精度良く検出することができる。

前記回動支持機構は、前記車両用シートに取付けられるシート側の部材と、前記シート固定部に固定されるシート固定部材とを、転がり軸受を介して連結したものであって、前記シート固定部材が、水平方向の軸とこの軸の端部が立上り板部に嵌合したＬ形の板状材とでなり、前記シート側の部材が、前記転がり軸受の外輪が嵌合した円筒部とこの円筒部の側部に基部で結合し先端が上方に延びる柱状部とでなりこの柱状部の上端で前記車両用シートに取付けられる。
前記回動範囲限定機構は、前記シート側の部材の前記柱状部の前記基部と、前記Ｌ形の板状材の水平板部に一体の板とからなる。前記柱状部の前記基部の下面は前記柱状部が垂直方向を向く状態において、前記円筒部の中心から離れるほど上位となる傾斜面とされて、前記シート側の部材は、前記柱状部が下降するように回動するときに前記Ｌ形の板状材の前記水平板部に一体の板に当接して回動範囲が規制される。
前記弾性反発力付与機構は、前記軸の外周に設けられて前記シート側の部材と前記シート固定部材における前記板状材に両端がそれぞれ係合したねじりコイルばねで構成される。
シート固定部側の部材とシート側の部材とを軸受を介して連結することにより、比較的簡易な構成で、シート固定部に対してシートを水平方向の軸回りに回動自在に支持することができる。

前記回動角度検出機構は磁気式センサを用いたものであるのが好ましい。磁気センサとしては、例えばホールセンサ、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子センサ）等を用いることができる。
磁気センサを用いると、一般的な他のセンサに比べて、低コストで乗員重量検出装置を構成することができる。例えば、特許文献２には、荷重センサとしてストレインゲージ、圧電式、静電容量式、磁歪式、感圧抵抗式等のセンサを用いることが記載されているが、これらのセンサを用いる場合、デバイスや検出回路が必要となり、さらにそれらの組付けに手間がかかるため、コストが高くつく。
磁気センサを用いる場合、次の構成としても良い。すなわち、前記回動角度検出機構が磁石および磁気センサを有し、前記シート側の部材の前記円筒部に前記磁石を設け、前記シート固定部材における前記Ｌ形の板状材の水平板部に一体の板がセンサ保持板であり、このセンサ保持板に前記磁石と対向して前記磁気センサを取付ける。

前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づきエアバッグの展開量を制御する制御手段に入力される構成とすることができる。
また、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づきステアリングハンドルの上下方向および前後方向のいずれか一方または両方の位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
さらに、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づき前記シートの前後方向位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
さらに、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づき前記シートの背当て部の前後方向位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
さらに、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づき前記シートのヘッドレストの前後方向位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
いずれの場合も、回動角度検出機構の出力により、シートおよびその周辺機器の各種設定を変更して、乗員の安全性、快適性等の向上を図ることができる。

この発明の車両用シート装置は、着座部の平面形状が略四角形の車両用シートを、前記着座部の４隅で、前記乗員重量検出装置を介して車両のシート固定部に支持することを特徴とする。
この車両用シート装置の構成によれば、車両用シートに着座している乗員の重量が、シート着座部の４隅を支持する各乗員重量検出装置にて検出される。各乗員重量検出装置の検出値の総和から、乗員の重量が求められる。求められた乗員の重量から、シートおよびその周辺機器の各種設定を変更して、乗員の安全性、快適性等の向上を図ることができる。
また、各乗員重量検出装置の検出値を比較することで、着座部における重量分布が分かる。この重量分布から、乗員の体格や座り方の特徴を推定することができ、その推定結果にもとに前記各種設定の変更を補正すれば、より実情に即した合理的な設定変更をすることができる。

この発明の乗員重量検出装置は、車両用シートに着座している乗員の重量を検出する装置であって、車両のシート固定部に対して前記シートを水平方向の軸回りに回動自在に支持する回動支持機構と、前記シートに加わる荷重の大きさに応じた角度だけ前記シート固定部に対して前記シートが回動するようにシートに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構と、前記シート固定部に対する前記シートの回動角度を検出する回動角度検出機構と、前記シート固定部に対する前記シートの回動範囲を限定する回動範囲限定機構とを有し、前記回動支持機構が、前記車両用シートに取付けられるシート側の部材と、前記シート固定部に固定されるシート固定部材とを、転がり軸受を介して連結したものであって、前記シート固定部材が、水平方向の軸とこの軸の端部が立上り板部に嵌合したＬ形の板状材とでなり、前記シート側の部材が、前記転がり軸受の外輪が嵌合した円筒部とこの円筒部の側部に基部で結合し先端が上方に延びる柱状部とでなりこの柱状部の上端で前記車両用シートに取付けられ、前記回動範囲限定機構が、前記シート側の部材の前記柱状部の前記基部と、前記Ｌ形の板状材の水平板部に一体の板とからなり、前記柱状部の前記基部の下面は前記柱状部が垂直方向を向く状態において、前記円筒部の中心から離れるほど上位となる傾斜面とされて、前記シート側の部材は、前記柱状部が下降するように回動するときに前記Ｌ形の板状材の前記水平板部に一体の板に当接して回動範囲が規制され、前記弾性反発力付与機構が、前記軸の外周に設けられて前記シート側の部材と前記シート固定部材における前記板状材に両端がそれぞれ係合したねじりコイルばねで構成されるため、広範囲の乗員重量の変動範囲にわたり、車両用シートに着座している乗員の重量を感度良く、かつ精度良く検出できる。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１はこの実施形態の乗員重量検出装置が設けられた車両用シート装置の側面図、図２はその平面図である。この車両用シート装置は、シート本体１とシートレール２とでなる車両用シートＡを備える。シート本体１は、平面形状が略長方形の着座部１ａと、この着座部１ａの後部から上方に立ち上がる背当て部１ｂと、この背当て部１ｂの上端に設けられたヘッドレスト１ｃとでなり、着座部１ａの下面が、前後方向に長い左右一対のシートレール２上に前後移動自在に支持されている。左右のシートレール２は、それぞれの前後両端部で、乗員重量検出装置３を介して車両の車体床部の一部であるシート固定部４に設置されている。したがって、シートＡは、着座部１ａの４隅で、４個の乗員重量検出装置３を介してシート固定部４に支持されている。

図３ないし図５に示すように、乗員重量検出装置３は、シート固定部４に対してシートＡを水平方向の軸１１回りに回動自在に支持する回動支持機構Ｂを有する。回動支持機構Ｂは、シートレール２に取付けられるシートレール取付部材５と、シート固定部４に固定されるシート固定部材６とを、軸受７を介して連結したものである。シートレール取付部材５は、請求項で言う「シート側の部材」である。

シートレール取付部材５は、内周に軸受７の外輪１５が嵌合した有底の円筒部８と、この円筒部８の外周前面に基部９ａで結合し先端側が上方に延びる柱状部９とでなり、柱状部９の上端から上向きに突出する取付ねじ１０によりシートＡのシートレール２に取付けられている。取付ねじ１０は、柱状部９と別体としてもよい。柱状部９が垂直方向を向く通常状態において、柱状部基部９ａの下面９ｂは、前側ほど上位となる傾斜面とされている（図４）。

シート固定部材６は、一方端が軸受７の内輪１６に嵌合した水平方向（この実施形態では左右方向）の軸１１と、この軸１１の他方端に立上り板部１２ｂが嵌合した正面形状Ｌ形の板状材１２とでなり、板状材１２の水平板部１２ａの下面から下向きに突出する取付ねじ１３によりシート固定部４に取付けられている。軸１１と内輪１６の間、および軸１１と板状材１２との間には、互いに噛み合うスプラインまたはキー等の回り止め手段２８が設けられている。取付ねじ１３は、板状材１２と別体としてもよい。板状材水平板部１２ａの上には、上面１４ａが水平なセンサ保持板１４が一体に設けられている。
シートＡに乗員が座ったときに回動する方向（図５のＸ方向）にシートレール取付部材５が一定角度以上回動すると、柱状部基部９ａの下面９ｂがセンサ保持板１４の上面１４ａに当接して、それ以上のシートレール取付部材５の回動が規制される。柱状部基部９ａとセンサ保持板１４とで、シート固定部４に対するシートＡの回動範囲を限定する回動範囲限定機構Ｃを構成している。

軸受７は深溝玉軸受であって、外輪１５と内輪１６間にボールからなる複数の転動体１７を有する。各転動体１７は、環状の保持器１８により、円周方向に所定間隔を隔てて保持されている。外輪１５と内輪１６間の両端には、それぞれシール部材１９が設けられている。外輪１５は、シートレール取付部材５の円筒部８の内周面に形成された環状の凹部８ａに嵌合することで、軸方向の位置決めがされている。また、内輪１６は、軸１１と一体の鍔状部材２０と、内輪１６と板状材１２間に介装した間座２１とにより、軸方向の位置決めがされている。

シートレール取付部材５と軸１１との間に圧縮ばね２２が設けられており、この圧縮ばね２２により、軸受７に適切な予圧が与えられている。圧縮ばね２２は、鍔状部材２０の貫通孔２０ａを貫通して設けられ、両端をシートレール取付部材円筒部８の垂直板部８ｂに形成された凹部８ｃと、軸１１の端面に形成された凹部１１ａとにそれぞれ挿入させてある。

また、間座２１の外周に巻回され、一端がシートレール取付部材５の円筒部８に係合し、他端がシート固定部材６の板状材１２に係合するねじりコイルばね２３が設けられている。このねじりコイルばね２３は弾性反発力付与機構Ｄの主要構成要素であって、シートＡに乗員が座ったときにシートレール取付部材５が回動する方向（Ｘ方法）と反対方向の弾性反発力をシートレール取付部材５に付与している。これにより、シートＡに荷重が加わっていないときにはシートＡを所定の無荷重位置（図示せず）に保持し、シートＡに荷重が加わるとその荷重の大きさに応じた角度だけシート固定部４に対してシートＡが回動することを許容し、シートＡに加わっていた荷重が無くなるとシートＡを元の無荷重位置に戻すように作用する。

さらに、乗員重量検出装置３は、シート固定部４に対するシートＡの回動角度を検出する回動角度検出機構Ｅとして、磁石２５および磁気センサ２６を有する。磁石２５は、シートレール取付部材円筒部８の外周に設けられている。磁気センサ２６は、シート固定部材６の前記センサ保持板１４に、上記磁石２５と対向させて設けられている。磁気センサ２６は、例えばホールセンサ、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子センサ）等であり、アナログ出力するものが用いられる。

図６に示すように、シート着座部１ａの４隅下側に設けられた４個の乗員重量検出装置３の磁気センサ２６（１）〜２６（４）は、それぞれ車両の制御装置３０の入力側に接続されている。制御装置３０は、例えばコンピュータ式のＥＣＵ（電気制御ユニット）である。また、制御装置３０の出力側には、エアバッグ展開量制御手段３１、ステアリングハンドル位置制御手段３２、シート位置制御手段３３、およびヘッドレスト位置制御手段３４がそれぞれ接続されている。各制御手段３１〜３４は、制御装置３０の一部として設けられたものであってもよい。これら制御装置３０および各制御手段３１〜３４の作用については、後で説明する。

シートＡの着座部１ａに乗員が着座すると、シートレール取付部材５に荷重がかかり、シートレール取付部材５が水平方向の軸１１回りに回動する（図５）。シートレール取付部材５の円筒部８と軸１１とが軸受７を介して連結されているため、シートレール取付部材５は円滑に回動する。弾性反発力付与機構Ｄの作用により、乗員の重量に応じた角度だけシート取付部材５が回動する。このシートレール取付部材５の回動角度を磁気センサ２６にて検出する。正確には、シートレール取付部材５の回動を直接検出するのではなく、磁石２５に対する磁気センサ２６の水平方向の移動を回動角度としてアナログ出力する。磁石２５および磁気センサ２６はシートレール取付部材５の回動中心Ｏから比較的離れた位置に設けてあるため、前記水平方向の移動が大きく現れる。そのため、回動角度の検出感度が良好である。シートレール取付部材５に加わる荷重とシートレール取付部材５の回動角度との関係は、前記ねじりコイルばね２３のばね定数を変えることで調整できる。

各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力信号は制御装置３０に送信される。制御装置３０は、シートＡに加わる荷重すなわち乗員の重量と、各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力値の総和との関係を演算式またはテーブル等により設定した第１の関係設定手段（図示せず）を有し、入力値の総和から前記関係設定手段を用いて乗員の重量を演算する。第１の関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めてある。シートＡに加わる荷重の大きさに応じた角度だけシートＡが回動するように支持してあるため、広範囲な乗員重量の変化範囲にわたり、線形あるいはなだらかな曲線をした荷重・回動角度の関係になる。このように変化する回動角度を測定して乗員重量を検出するため、広範囲の乗員重量の変動範囲にわたり、乗員重量を感度良くかつ精度良く検出することができる。
また、制御装置３０は、各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力値と、乗員の体格や座り方の特徴との関係を設定した第２の関係設定手段（図示せず）を有し、各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力値から乗員の体格や座り方の特徴を推定する。第２の関係設定手段の設定内容も、予め試験やシミュレーションで求めてある。

このように求められた乗員の重量、体格、座り方の特徴等の情報に基づき、各制御手段３１〜３４に出力信号が出される。エアバッグ展開量制御手段３１は、上記乗員情報に基づき、エアバッグ（図示せず）の展開量を制御する。ステアリングハンドル位置制御手段３２は、上記乗員情報に基づき、ステアリングハンドル（図示せず）の上下方向および前後方向のいずれか一方または両方の位置を制御する。シート位置制御手段３３は、上記乗員情報に基づき、シートＡの前後方向位置を制御する。ヘッドレスト位置制御手段３４は、上記乗員情報に基づき、ヘッドレスト１ｃの前後方向位置を制御する。これらの制御を行うことで、乗員の安全性、快適性等の向上を図ることができる。

この乗員重量検出装置３は、シート固定部４に対してシートＡを水平方向の軸１１回りに回動自在に支持する回動支持機構を軸受７とすることで、簡易な構成とし、低コストで製作することができる。また、シートＡの回動をシート固定部材６に対するシートレール取付部材５の水平方向の移動として検出するようにし、その検出用に磁気式センサ２６を用いたことにより、デバイスや検出回路が不要となり、さらにそれらの組付けに手間がかからないため、重量検出装置３を低コストで構成することができる。

この実施形態では、乗員重量検出装置３の検出結果に基づき車両用シートおよびその周辺機器の各種設定を変更する複数の制御手段３１〜３４が設けられているが、これら全ての制御手段３１〜３４を設ける必要はなく、車両の仕様に合った適切な制御手段だけを設ければよい。

この発明の実施形態に係る乗員重量検出装置を備えた車両用シート装置の側面図である。 同車両用シート装置の平面図である。 同乗員重量検出装置の破断正面図である。 同乗員重量検出装置の側面図である。 同乗員重量検出装置の異なる状態を示す側面図である。 同車両用シート装置の制御系のブロック図である。

符号の説明

１…シート本体
１ａ…着座部
１ｂ…背当て部
１ｃ…ヘッドレスト
２…シートレール
３…乗員重量検出装置
４…シート固定部
５…シートレール取付部材（シート側の部材）
６…シート固定部材
７…軸受
８…円筒部
９…柱状部
９ａ…基部
９ｂ…下面
１１…軸
１２…板状材
１２ａ…水平板部
１２ｂ…立上り板部
１５…磁石
２６…磁気センサ
３０…制御装置
Ａ…車両用シート
Ｂ…回動支持機構
Ｃ…回動範囲限定機構
Ｄ…弾性反発力付与機構
Ｅ…回動角度検出機構

Claims (9)

1. 車両用シートに着座している乗員の重量を検出する乗員重量検出装置であって、車両のシート固定部に対して前記シートを水平方向の軸回りに回動自在に支持する回動支持機構と、前記シートに加わる荷重の大きさに応じた角度だけ前記シート固定部に対して前記シートが回動するようにシートに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構と、前記シート固定部に対する前記シートの回動角度を検出する回動角度検出機構と、前記シート固定部に対する前記シートの回動範囲を限定する回動範囲限定機構とを有し、
   前記回動支持機構が、前記車両用シートに取付けられるシート側の部材と、前記シート固定部に固定されるシート固定部材とを、転がり軸受を介して連結したものであって、前記シート固定部材が、水平方向の軸とこの軸の端部が立上り板部に嵌合したＬ形の板状材とでなり、前記シート側の部材が、前記転がり軸受の外輪が嵌合した円筒部とこの円筒部の側部に基部で結合し先端が上方に延びる柱状部とでなりこの柱状部の上端で前記車両用シートに取付けられ、
   前記回動範囲限定機構が、前記シート側の部材の前記柱状部の前記基部と、前記Ｌ形の板状材の水平板部に一体の板とからなり、前記柱状部の前記基部の下面は前記柱状部が垂直方向を向く状態において、前記円筒部の中心から離れるほど上位となる傾斜面とされて、前記シート側の部材は、前記柱状部が下降するように回動するときに前記Ｌ形の板状材の前記水平板部に一体の板に当接して回動範囲が規制され、
   前記弾性反発力付与機構が、前記軸の外周に設けられて前記シート側の部材と前記シート固定部材における前記板状材に両端がそれぞれ係合したねじりコイルばねで構成されることを特徴とする乗員重量検出装置。
2. 請求項１において、前記回動角度検出機構は磁気式センサを用いたものである乗員重量検出装置。
3. 請求項２において、前記回動角度検出機構は磁石および磁気センサを有し、前記シート側の部材の前記円筒部に前記磁石を設け、前記シート固定部材における前記Ｌ形の板状材の水平板部に一体の板がセンサ保持板であり、このセンサ保持板に前記磁石と対向して前記磁気センサを取付けた乗員重量検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づきエアバッグの展開量を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づきステアリングハンドルの上下方向および前後方向のいずれか一方または両方の位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づき前記シートの前後方向位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づき前記シートの背当て部の前後方向位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
8. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回動角度検出機構の出力が、この回動角度検出機構の検出結果に基づき前記シートのヘッドレストの前後方向位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
9. 着座部の平面形状が略四角形の車両用シートを、前記着座部の４隅で、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の乗員重量検出装置を介して車両のシート固定部に支持したことを特徴とする車両用シート装置。

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