JP5386337B2 - 乗員検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗員検出装置に関する。

エアバッグ装置は、自動車の衝突時等の乗員が受ける衝撃を緩和するため、自動車の安全性上、必要なものである。エアバッグ装置は、着席している状態や着席している乗員が大人か子どもか等でエアバッグを展開するかしないかの動作が異なるため、乗員の着席状態を検出する必要がある。

乗員の着席状態を検出する乗員検出装置として、座席の表面に複数の電極を取り付け、電極間の変位電流を検出する手法がある。乗員がいない場合の電流と乗員がいる場合の変位電流を検出して比較することで、乗員の着席状態を検出する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この手法の基本原理は、特許文献１の図１のように、シ−トに配置された２つの電極間に発生させた微弱電界の乱れを利用するものである。特許文献１の図１（ａ）のように、電極Ｅ１に高周波低電圧を発生する発振回路１０を接続し、他の電極Ｅ２をグランドに接続すると、電極Ｅ１とＥ２との間には電極間の電位差に応じた電界が発生し、電極Ｅ２の側には変位電流Ｉｄが流れる。この状態において、特許文献１の図１（ｂ）に示すように、電界中に物体ＯＢを存在させると、電界に乱れが生じて電極Ｅ２の側には特許文献１の図１（ａ）の物体ＯＢが無い場合の変位電流Ｉｄとは異なった変位電流Ｉｄ１が流れる。この変位電流Ｉｄと変位電流Ｉｄ１の差や変化を検出することで、乗員の着席状態を検出する。

ここで、特許文献１の手法では、座席の上にクッション等を置いて座っている場合や、乗員がダウンコートなどの生地の厚い服を着ている場合等、電極と乗員との距離が長くなると検出する変位電流が小さくなり、乗員の着席状態を適正に検出することが困難になるという問題点があった。この問題に対応するには、検出する変位電流を大きくする必要があるが、電極の面積を大きくする手法や変位電流の検出回路のゲインを上げる手法がある。

特開平１０−２３６２６９号公報

しかしながら、電極の大きさを大きくする手法は、コストアップになるという問題点があった。また、変位電流の検出回路のゲインを上げる手法は、ゲインを上げることでノイズも大きくなるため、ノイズに対する耐性を弱めてしまうという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、電極と乗員との距離が長くなった場合でも、電極の面積を大きくしたり、さらに検出回路のゲインを大きくしたりすることなく、電流を大きくし、適正に乗員の着席状態を検出することが可能な乗員検出装置を提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、本発明は、乗員検出装置において、周期信号を発生させる発振部と、前記発振部が発生させた周期信号が印可される第１の電極と、前記発振部が発生させた周期信号を遅延させる遅延部と、前記遅延部が遅延させた周期信号が印可される第２の電極と、前記第１の電極と、前記第２の電極との間に発生した電界に応じて流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部が検出した電流に基づいて乗員の検知を行う検知部とを備えることを特徴としている。

また、本発明は、乗員検出装置において、前記発振部は、正弦波または余弦波の周期信号を発生させ、前記遅延部は、前記発振部が発生させた周期信号に対してπ／３＜α＜５π／３の関係を満たす位相αの遅延を行うことを特徴としている。

また、本発明は、乗員検出装置において、前記遅延部は、前記発振部が発生させた前記周期信号を反転することを特徴としている。

本発明によれば、複数の電極内、１つ以上の電極に発振器が発生した周期信号を加え、また、周期信号を加えた電極以外の電極に発振器が発生した周期信号の位相を遅延して加え、これらの電極間に発生する電界に基づいて流れる変位電流を検出するようにしたので、電極と乗員との距離が長くなった場合でも、電極の面積を大きくせずに且つ検出回路のゲインを上げずに、適正に変位電流を検出し、乗員の着席状態を検出を行うことが可能になる。

本発明の第一実施形態に係る乗員検出装置の回路図の１例を示す図である。 同実施形態に係る電極取り付け位置の一例を示す図である。 同実施形態に係る遅延器１３による遅延量と検出変位電流の関係を説明するグラフである。 第二実施形態に係る乗員検出装置の回路図の１例を示す図である。 電極の選択方法の一例を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。なお、本発明は係る実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一の実施形態における乗員検出装置１の回路図の１例を示す図である。また、図２は、電極取り付け位置の一例を示す図である。図１のように、乗員検出装置１は、発振器１１と、変位電流検出用抵抗器１２と、遅延器１３と、変位電流検出用差動器１４と、全波整流部１５と、測定電極１６と、測定電極１７と、検知部１８とで構成されている。また、物体２１は、座席シート１００に乗っている乗員を含むものである。

測定電極１６と測定電極１７は、座席シート１００の座面１００ａと背もたれ部１００ｂに取り付けられている複数の電極の中から、例えば、電極Ｅ１を測定電極１６に、電極Ｅ３を測定電極１７に用いる。図２のように、複数の電極Ｅ１〜電極Ｅ４が、座席シート１００に取り付けられている。また、キャパシタンスＣ１とＣ２とＣｇとは、座席シート１００と座席シート１００上に乗っている物体２１とグランドとの間のキャパシタンスである。Ｃ１は物体２１と電極１６との間のキャパシタンスを表し、Ｃ２は物体２１と電極１７との間のキャパシタンスを表し、Ｃｇは物体２１とグランド（自動車のシャーシなど）との間のキャパシタンスを表している。

発振器１１は、例えば周波数が１００［ｋＨｚ］程度で、電圧が１０［Ｖ］〜１２［Ｖ］程度の交流電圧を生成する。また、発振器１１の出力端子は、変位電流検出用抵抗器１２の一方の端子１２ａと、遅延器１３の入力と、変位電流検出用差動器１４のプラス側の入力端子１４ａとに接続されている。

変位電流検出用抵抗器１２は、抵抗器であり、一方の端子１２ａは、発振器１１の出力端子と、遅延器１３の入力端子と、変位電流検出用差動器１４のプラス側の入力端子１４ａとに接続されている。また、変位電流検出用抵抗器１２の他方の端子１２ｂは、変位電流検出用差動器１４のマイナス側の入力端子１４ｂと、測定電極１６とに接続されている。すなわち、発振器１１の交流電圧は、変位電流検出用抵抗器１２を介して測定電極１６に印可される。

遅延器１３は、発振器１１が出力する交流電圧を所定の位相分、遅延させる。また、遅延器１３は、遅延させた交流電圧を測定電極１７に印可する。

変位電流検出用差動器１４のプラス側の入力端子１４ａは、発振器１１の出力端子と、変位電流検出用抵抗器１２の端子１２ａと、遅延器１３の入力端子とが接続され、マイナス側の入力端子１４ｂは、変位電流検出用抵抗器１２の端子１２ｂと、測定電極１６とが接続されている。また、変位電流検出用差動器１４の出力端子は、全波整流部１５の入力端子に接続されている。また、変位電流検出用差動器１４は、例えば、差動増幅回路であり、プラス側の入力端子１４ａとマイナス側の入力端子１４ｂとの間に接続されている変位電流検出用抵抗器１２に流れる変位電流を検出し、検出した変位電流を全波整流部１５に出力する。すなわち、座席シート１００上に物体２１が乗っていない場合、キャパシタンスＣ１とＣ２が形成されないため、変位電流はほとんど流れない。また、座席シート１００の上に物体２１が乗っている場合、キャパシタンスＣ１とＣ２が形成され、等価回路として見ると、変位電流検出用抵抗器１２とキャパシタンスＣ１とＣ２が直列に接続され、測定電極１６と測定電極１７との間に流れる電流を変位電流検出用抵抗器１２で検出している。なお、請求項における電流検出部とは、変位電流検出用抵抗器１２と変位電流検出用差動器１４とで構成される。

全波整流部１５は、変位電流検出用差動器１４が出力する変位電流を受け取り、受け取った変位電流を全波整流し検出信号を生成する。そして、全波整流部１５は検出信号を検知部１８に出力する。この検出信号を用いて、乗員が座席シート１００の上に乗っているか否か等を検出することができる。

検知部１８は、全波整流部１５が出力する検出信号を受け取り、受け取った検出信号を所定のしきい値と比較することにより、乗員がいるか否か、または乗員の着席状態などの判定を行う。また、検知部１８の判定結果は、例えば、図示しないエアバッグ装置に出力する。エアバッグ装置は、この検出信号を用いてエアバッグの展開動作を制御する。

次に、乗員検出装置１の動作について、図１と図２を用いて説明する。本実施形態では、座席シート１００に取り付けられている電極の内、電極Ｅ１を測定電極１６、電極Ｅ３を測定電極１７として用いる場合について説明する。

測定電極１６には、変位電流検出用抵抗器１２を介して発振器１１から交流電圧ｓｉｎωｔ（ω＝２πｆ；ｆは周波数）が印可されている。また、測定電極１７には、遅延器１３によって位相αだけ遅延させられた交流電圧ｓｉｎ（ωｔ＋α）が印可されている。したがって、測定電極１６と測定電極１７間の電位差は、ｓｉｎωｔ−ｓｉｎ（ωｔ＋α）となっている。ここで、乗員が座席シート１００に乗っていない場合、キャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２とが形成されていないため、測定電極１６と測定電極１７間に電流が流れない。一方、乗員が座席シート１００に乗っている場合、キャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２とが形成されるため、発振器１１から変位電流検出用抵抗器１２を介して測定電極１６と測定電極１７間に交流電流が流れる。その電流の大きさは、測定電極１６と測定電極１７間の電位差に比例した大きさである。例えば、位相差αが１８０度の場合、測定電極１６と測定電極１７間の電位差は２ｓｉｎωｔであり、測定電極１７を設置していた従来の場合の電位差ｓｉｎωｔに比べて大きな値になっている。したがって、座席シート１００に乗員が乗った場合、変位電流検出用抵抗器１２を流れる電流は、従来に比べて大きなものになる。これにより、乗員が座席シート１００上に乗っているか否かを、高精度に検出することができる。

次に、遅延器１３の遅延量について図３を用いて説明する。図３は、遅延器１３による遅延量と変位電流の関係を説明するグラフであり、図３（ａ）は、交流電圧が正弦波を説明する図であり、図３（ｂ）は交流電圧が余弦波を説明する図である。図３（ａ）において、従来の手法で検出される電流をｓｉｎωｔとすると、変位電流２０１のように表される。次に、遅延器１３が位相を１８０度遅延した場合、変位電流２０２のように電流２０１の２倍の信号が得られる。一般化して遅延量を位相αとした場合、変位電流はｓｉｎωｔ−ｓｉｎ（ωｔ＋α）である。図３のように、遅延する位相αを１８０度から小さくしていった場合、変位電流のレベルはｓｉｎθに近づき、位相α＝π／３の場合、従来の手法と同一のレベルωｔの変位電流２０３である。一方、遅延する位相αを１８０度より大きくしていった場合、位相α＝５π／３の場合、従来の手法と同一レベルのωｔの変位電流２０４である。従来の手法で得られる検出電流はｓｉｎωｔのため、検出電流の最大値＝１である。一方、本実施形態の方法で得られる変位電流はｓｉｎωｔ−ｓｉｎ（ωｔ＋α）（式（１））であるため、式（１）の絶対値における最大値が１以上であれば、従来の手法による検出電流より大きな値が得られる。この関係を満足する位相差αの範囲を求めれば良い。演算の結果、遅延量は、π／３＜α＜５π／３の範囲で、従来の手法より大きなレベルの変位電流が得られる。また、全波整流部１５が、この変位電流を全波整流した場合においても、遅延量がπ／３＜α＜５π／３の範囲で、従来の手法より大きなレベルの検出信号が得られる。同様に、交流電圧が余弦波の場合、従来の手法で検出される電流をｃｏｓωｔｍ本実施形態の方法で得られる変位電流はｃｏｓωｔ−ｃｏｓ（ωｔ＋α）（式（２））より、遅延量がπ／３＜α＜５π／３の範囲で、従来の手法より大きなレベルの検出信号が得られる。また、個々の回路部品等も遅延要素を有しているため、実装にあたっては、他の回路部品等の影響を考慮し、遅延器１３の遅延量はおおよそπ／３＜α＜おおよそ５π／３でも良い。

以上のように、座席シート１００に取り付けられている２つの電極の一方の測定電極１６に、発振器１１の高周波信号を加え、他の測定電極１７に発振器１１が発振した交流電圧を所定の位相分、遅延して加えるようにした。また、この測定電極１６と測定電極１７との間に流れる変位電流を変位電流検出用差動器１４が検出し、検出した変位電流を全波整流部１５が全波整流して検出信号を生成するようにしたので、検出信号を従来の手法より大きくすることができ、ノイズに対する耐性を向上することができる。

［第二実施形態］
次に、第二の実施形態について図４を用いて説明する。図４は、第二の実施形態における乗員検出装置の回路図の１例を示す図である。第一の実施形態と同じ機能部は同じ番号を用い、説明を省略する。第一の実施形態と異なるのは、位相遅延器３０１と、変位電流検出用抵抗器３０２と、変位電流検出用差動器３０３の接続方法と、変位電流の検出方法である。

発振器１１の出力端子は、位相遅延器３０１の入力端子と、測定電極１６とに接続されている。すなわち、測定電極１６には、発振器１１の出力である交流電圧が加えられる。

位相遅延器３０１は、発振器１１が出力する交流電圧を所定の位相分、遅延させる。また、遅延器１３は、遅延させた交流電圧を、変位電流検出用抵抗器３０２を介して測定電極１７に印可する。さらに、位相遅延器３０１の出力端子は、変位電流検出用抵抗器３０２の一方の端子３０２ａと、変位検出器３０３のプラス側の入力端子３０３ａとに接続されている。

変位電流検出用抵抗器３０２は、抵抗器であり、一方の端子３０２ａは、遅延器３０１の出力端子と、変位電流検出用差動器３０３のプラス側の入力端子３０３ａとに接続されている。また、変位電流検出用抵抗器１２の他方の端子３０２ｂは、変位電流検出用差動器３０３のマイナス側の入力端子３０３ｂと、測定電極１７とに接続されている。

変位電流検出用差動器３０３は、例えば、差動増幅回路であり、プラス側の入力端子３０３ａとマイナス側の入力端子３０３ｂとの間に接続されている変位電流検出用抵抗器３０２に流れる変位電流を検出し、検出した変位電流を全波整流部１５に出力する。また、変位検出器３０３のプラス側の入力端子３０３ａは、位相遅延器３０１の出力端子と変位電流検出用抵抗器３０２の端子３０２ａとが接続され、マイナス側の入力端子３０３ｂは、測定電極１７と電流検出用抵抗器３０２の端子３０２ｂとが接続されている。また、変位検出器３０３の出力端子は全波整流部１５の入力端子に接続されている。すなわち、第二の実施形態は、変位電流検出用抵抗器３０２を測定電極１７側に配置し、変位電流検出用抵抗器３０２の端子３０２ａ側（測定電極１７と接続していない側）に遅延器３０１を接続している点が異なる。

次に、第二の実施形態における乗員検出装置１の動作について、図４を用いて説明する。第一の実施形態と同様に、座席シート１００に取り付けられている電極の中から電極Ｅ１を測定電極１６に用いて、電極Ｅ３を測定電極１７に用いる場合を説明する。

測定電極１６には、発振器１１から交流電圧ｓｉｎωｔ（ω＝２πｆ；ｆは周波数）が印可されている。また、測定電極１７には、遅延器１３によって位相αだけ遅延させられた交流電圧ｓｉｎ（ωｔ＋α）が変位電流検出用抵抗器１２を介して印可されている。したがって、測定電極１６と測定電極１７間の電位差は、ｓｉｎωｔ−ｓｉｎ（ωｔ＋α）となっている。第一の実施形態と同様に、乗員が座席シート１００に乗っていない場合、キャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２とが形成されていないため、測定電極１６と測定電極１７間に電流が流れない。一方、乗員が座席シート１００に乗っている場合、キャパシタンスＣ１とキャパシタンスＣ２とが形成されるため、発振器１１から測定電極１６と測定電極１７間に交流電流が流れる。その電流の大きさは、第一の実施形態と同様の値が得られる。これにより、乗員が座席シート１００上に乗っているか否かを、高精度に検出することができる。

以上のように、第二の実施形態の構成においても、第一の実施形態と同様に検出信号を従来の手法より大きくすることができ、ノイズに対する耐性を向上することができる。

また、本実施形態では、電極を座面１００ａと背もたれ部１００ｂに設置する例を説明したが、電極４０１〜電極４０３は図２の配置や形状には限られず、乗員を検知できる配置や形状であればよい。

また、本実施形態では、座席シート１００に取り付けられている複数の電極の内、１つの電極Ｅ１を測定電極１６に用い、電極Ｅ３を測定電極１７に用いる例を説明したが、図５の電極の選択方法の一例を説明する図のように、測定電極Ｅ１以外の電極Ｅ２〜電極Ｅ４全てをその他の電極１７に用いても良い。また、座面１００ａの電極Ｅ１かＥ２を測定電極１６に用いる場合、座席シート１００の上に乗っているのが大人か子供を検出するため、あるいは、座っている姿勢での検出精度を上げるため、背もたれ部１００ｂの電極Ｅ３か電極Ｅ４を測定電極１７に用いることが望ましい。

また、本実施形態では、遅延器１３、または位相遅延器３０１が、位相を２πの範囲で遅延する例を説明したが、２π以上遅延することももちろん可能であり、変位電流がその他の電極１７をグランドに接続した場合より大きくなる遅延量であれば良い。

また、本実施形態では、発振器１１が生成する信号の例として正弦波の例を説明したが、例えば矩形波や三角波などでも良く、この場合においても変位電流がその他の電極１７をグランドに接続した場合より大きくなる遅延量であれば良い。

また、本実施形態では、遅延器１３、または位相遅延器３０１を用いる例を説明したが、遅延器１３、または位相遅延器３０１の代わりに、例えば、反転回路を用いることももちろん可能である。

１・・・乗員検出装置
１１・・・発振器
１２・・・変位電流検出用抵抗器
１３・・・位相遅延器
１４・・・変位電流検出用差動器
１５・・・全波整流器
１６、１７・・・測定電極

Claims (3)

1. 周期信号を発生させる発振部と、
   前記発振部が発生させた周期信号が印可される第１の電極と、
   前記発振部が発生させた周期信号を遅延させる遅延部と、
   前記遅延部が遅延させた周期信号が印可される第２の電極と、
   前記第１の電極と、前記第２の電極との間に発生した電界に応じて流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部が検出した電流に基づいて乗員の検知を行う検知部と、
   を備えることを特徴とする乗員検出装置。
2. 前記発振部は、正弦波または余弦波の周期信号を発生させ、
   前記遅延部は、前記発振部が発生させた周期信号に対してπ／３＜α＜５π／３の関係を満たす位相αの遅延を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の乗員検出装置。
3. 前記遅延部は、前記発振部が発生させた前記周期信号を反転する
   ことを特徴とする請求項１に記載の乗員検出装置。

Images