JP5561561B2

JP5561561B2 - 静電式乗員検知装置

Info

Publication number: JP5561561B2
Application number: JP2012052743A
Authority: JP
Inventors: 孝治大高
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2032-03-09
Also published as: US20130234736A1; JP2013186036A

Description

本発明は、車両の乗員やシートの状態を静電センサによって検知する装置に関する。

静電センサを用いて静電容量で車両シート上の乗員を検知する際、乗員の判別が困難になる要因として、静電センサへの被液（被水）や車両シート部材の吸湿がある。特許文献１には、そのような状況であっても、静電センサに専用の電極を増設し、それら相互の静電容量を計算で求めることによって、乗員状態を判別する技術が開示されている。

特開平７−２７０５４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された誘電体検出装置は、専用の電極を必要として複雑な構成となりコストの上昇を招くのみならず、静電センサの環境湿度変化に対する検知精度が十分ではないうえ、被液状態を検知することはできないという問題を含む。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、車両シートに被液（被水）や吸湿状態の変化があっても低コストで正確な乗員判別を実現する車両の乗員検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、シート（４２）に内設され車両ボディ（２４）との間に静電容量を発現させる検知電極（２７）を有する静電センサ（２）と、前記静電センサ（２）の出力に基づいて前記シート（４２）の乗員を判別する乗員判別手段（Ｓ１３）とを備えた静電式乗員検知装置において、前記シート（４２）内に被液しないように設けられ、環境の湿度に関して前記静電センサ（２）と同等の特性を有する参照センサデバイス（１１）と、前記参照センサデバイス（１１）の出力に基づいて前記乗員判別手段（Ｓ１３）における乗員判別基準を変更する判別基準変更手段（Ｓ１１、Ｓ１２）とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、参照センサデバイス（１１）は、環境の湿度を静電センサ（２）と同等の特性で検知し、シート（４２）内に被液しないように設けられるので、静電センサ（２）の被液状態を除いた環境の湿度を正確に検知し、参照センサデバイス（１１）の出力に基づいて乗員判別手段（Ｓ１３）における乗員判別基準を変更する。そのため、乗員判別が正確に実行可能になるとともに、静電センサ（２）の被液状態を乗員に知らしめることができるという優れた効果を奏する。また、参照センサデバイス（１１）は、メイン電極（２７）とは異なって、実数成分のみを計測するものであるから、構成が簡素となり設計制約を小さくすることが可能となる。そのため、車両の乗員検知装置を低コストで構成することができる。

本発明の乗員検知装置の構成を示すブロック図である。静電センサとそれに接続するセンサ回路の構成を示す図である。検出物の等価回路図である。静電センサの各電極に流れる電流の位相を示す図である。静電センサの信号源の正弦波と各電極に流れる電流波形との関係を示す図である。種々な乗員を静電センサで計測したときシートの乾燥状態、高湿状態、被液状態に応じて変化するコンダクタンスとサセプタンスとの関係を示す相関図である。図６の相関関係に基づき制御のための閾値を含めて示す相関図である。静電センサのインピーダンスを計測するときのセンサ回路の状態を示す回路図である。参照センサデバイスのコンダクタンスを計測するときのセンサ回路の状態を示す回路図である。参照センサデバイスの平面図である。参照センサデバイスを配線基板に実装したときの側面図である。図１０に示す参照センサデバイス本体のＸII−ＸII断面図である。本発明の参照センサデバイスによる検知及び制御の方法を示す流れ図である。

以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図１に示す乗員検知装置１は、静電センサ２と、乗員検知ＥＣＵ３と、エアバッグＥＣＵ４と、補助席エアバッグ５とを備えて構成されている。

静電センサ２は、図２に示すように、シート４２と、センサマット２５と、座部フレーム２１と、背部フレーム２３とから構成されている。シート４２は、乗員が着席する座部２０及び乗員が背中をもたれる背部２２からなる。センサマット２５は、ガード電極２６及びメイン電極２７を内挿し座部２０のシート表皮とシートクッションとの間に配置される。座部フレーム２１は座部２０の底面に配設される。背部フレーム２３は背部２２の中心部に配設される。座部フレーム２１及び座部フレーム２１に接続されている背部フレーム２３は、車両ボディ２４に導通し、ＧＮＤに車両接地されている。ガード電極２６及びメイン電極２７は、乗員検知ＥＣＵ３の一部を構成するセンサ回路２８にワイヤハーネス等のコネクタ配線で接続されている。

メイン電極２７と座部フレーム２１との間、及び、メイン電極２７と背部フレーム２２との間にはそれぞれ静電容量が出現し、センサ回路２８の信号源Ｖｓgから供給される正弦波３７に基づいて電気力線が生成される。但し、メイン電極２７の下側にガード電極２６が設けられ、ガード電極２６にはメイン電極２７に印加する正弦波と同位相の正弦波３７が直接印加される。そのため、メイン電極２７の下側には電気力線が生成されず、メイン電極２７の上側すなわち乗員側にのみ電気力線が生成される。このようにして、静電センサ２の検知電極としてのメイン電極２７と車両ボディ２４との間には、静電容量が発現するのである。

このような静電センサ２により検知される人体、飲み物等の検出物の等価回路は、図３に示すように、抵抗（実数項（実数成分）：コンダクタンス）ＲＭＸと静電容量（虚数項（虚数成分）：サセプタンス）ＣＭＸとの並列回路で示される。従って、検出物の静電容量を検出するというよりも、実際には図４に示すように、実数項と虚数項を持ったインピーダンスを検出することになる。センサ回路２８の信号源Ｖｓgから静電センサ２に正弦波３７を印加すると、検出物のインピーダンスに応じて、センサ回路２８内の電流検出抵抗Ｒｓに電位差が発生する。ここで、検出物のインピーダンスに実数項のみが存在する場合、電流検出抵抗Ｒｓに発生した電位差には、信号源Ｖｓgの正弦波３７に対して位相進み成分は含まれない。正弦波３７と同位相の実数項サンプリングタイミング３８により、電流検出抵抗Ｒｓに発生した電位差を抽出すると、実数項のみの大きさに応じた出力４０が得られる。

また、検出物のインピーダンスに虚数項のみが存在する場合は、電流検出抵抗Ｒｓに発生した電位差に、信号源Ｖｓgの正弦波３７に対して位相進み成分が含まれる。信号源Ｖｓgに対して、９０°進んだ虚数項サンプリングタイミング３９により、電流検出抵抗Ｒｓに発生した電位差を抽出すると、虚数項のみの大きさに応じた出力４１が得られる。実際の検出物は、実数項と虚数項とからなるため、図４に示すような位相を持ったインピーダンスとして計測される。

このように乗員検知ＥＣＵ３のセンサ特性計測部１２の一部であるセンサ回路２８は、静電センサ２のシート４２上にある検出物に発生する静電容量の電気力線を、信号源Ｖｓgが供給する正弦波３７の電流検出抵抗Ｒｓに流れる電流に基づく電位差によって検出して静電センサ２のインピーダンスを計測する。センサ特性計測部１２は、計測したインピーダンスを実数成分と虚数成分に分離したアナログ信号として出力し、ＣＰＵ１３はそのアナログ信号をデジタル信号に変換して処理する。但し、センサ特性計測部１２はアナログ信号ではなくデジタル信号を出力するように構成することもできる。

なお、乗員検知装置１は、乗員検知ＥＣＵ３の電源１５に電力を供給する車両電源６及びスイッチ７を備える。また、乗員検知ＥＣＵ３のＣＰＵ１３には、補助席バックルスイッチ９が給電検出制御部１８を介して接続されている。補助席バックルスイッチ９は、その装着・非装着の情報によって乗員判定の閾値を変化させるなどの制御に用いられる。乗員検知ＥＣＵ３のＣＰＵ１３には、補助席シートポジションセンサ１０が給電検出制御部１９を介して接続されている。補助席シートポジションセンサ１０は、シートの車両前後方向の位置情報をエアバッグＥＣＵ４に通信出力するものであり、その位置情報に応じて補助席エアバッグ５の展開速度や圧力を変化させるなどの制御に用いられる。

乗員の判別は、図６に基づいて行われる。図６は、図８に示す回路によって測定したものであって、判別すべき乗員の一般的な負荷特性を示すものである。虚数成分及び実数成分の値は、車両乗員席シート４２の乾燥状態（i）、湿度の上昇状態（ii）及び被液（被水）状態（iii）のそれぞれの状態に応じて変化する。センサ特性計測部１２で計測した実施例を図７に示す。図７において、データ３０は補助席の乗員が小柄な女性の大人である場合を示し、データ３１は補助席の乗員がチャイルドシートに乗った１歳児である場合を示し、データ３２は補助席が空席である場合を示す。

ＣＰＵ１３は、センサ特性計測部１２で生成されたデータ３０、３１、３２と不揮発性メモリ１４に格納された閾値２９とを比較演算して乗員判定を行う。乗員判定の結果は、通信Ｉ／Ｆ１６、１７を介してエアバッグＥＣＵ４又は故障診断８へ出力される。

図７に示すデータ３０のように、計測データが閾値２９を超えているとき、ＣＰＵ１３はエアバッグＥＣＵ４から補助席エアバッグ５を展開させる信号を出力させる。データ３１、３２のように、計測データが閾値２９を超えていないとき、ＣＰＵ１３はエアバッグＥＣＵ４から補助席エアバッグ５を展開させる信号を出力させない。

このように、虚数成分のみの１軸では判別困難であった乗員判定は、虚数成分及び実数成分の２軸判定によって容易になるが、２軸判定であっても、特定の環境下では乗員の判別が困難となる場合がある。そのため、乗員検知ＥＣＵ３は参照センサデバイス１１を用いることによってその判別精度を向上させるのである。

参照センサデバイス１１は、図１０及び図１１に示すように、乗員検知ＥＣＵ３の配線基板４９に実装するものであって、メイン電極２７と同様の構成及びメイン電極２７と同等の実数成分特性すなわち湿度検知特性を有する。参照センサデバイス１１は、メイン電極２７と同等な湿度環境に置かれる必要があるため、シート４２内に搭載される。そのため、参照センサデバイス１１を収納する乗員検知ＥＣＵ３は、密閉構造ではなく、周囲の湿度環境に追従し得る構造となっている。但し、メイン電極２７とは異なり、乗員検知ＥＣＵ３は、参照センサデバイス１１が被液（被水）しないように配慮された設置位置と構造を有する。このように、参照センサデバイス１１は、乗員検知ＥＣＵ３内に配設されることにより、省スペースで簡易に搭載される。しかしながら、参照センサデバイス１１は、乗員検知ＥＣＵ３内ではなく、シート４２内の被液又は被水しない位置に単独で設けられ、乗員検知ＥＣＵ３にケーブル接続されるようにしてもよい。

参照センサデバイス１１は、図１０及び図１１に示すように、配線基板４９に挿入されるリード４６と、リード４６を嵌挿して配線基板４９に固着させるターミナル４５と、Ｌ字状に屈曲したリード４６の先端に接続された電極４７と、両電極４７の間に設けられた本体４８とからなる。ターミナル４５は、（Ｃ２６００+Ｓｎ+Ａｕ）などからなる。図１２に示すように、本体４８は、銀膜５２及びカーボン膜５３が、間隙Ｇを形成するように粘着剤５１によりメインフィルム５０上に設けられ、カーボン膜５３をカバーフィルム５４で覆うようにして形成されている。間隙Ｇは静電センサ２のインピーダンス検出特性から導出するものであり、０．５〜２ｍｍであることが好ましい。この間隙Ｇに水分が附着することにより変化する抵抗値に基づいて環境の湿度を検知する。このようなカーボン膜５３と間隙Ｇとによる電極構成は、メイン電極２７の電極構成と同様なものである。

電極幅Ｗは、静電センサ２のインピーダンス検出特性から導出するものであり、２ｍｍ程度であることが好ましい。実装高Ｈは、配線基板４９との間の寄生容量の影響を低減するため、５〜１０ｍｍ以上であることが好ましい。寄生容量は本体４８の上側や両側のものとの間にも発生するので、それらが金属であるときには、それらを５〜１０ｍｍ以上離隔させる必要がある。実装ピッチＰは、配線基板４９における素子実装密度と、実装部品の実装時の撓みによる実装性の低下とを考慮して、２０ｍｍ程度であることが好ましい。カバーフィルム５３は、４０ミクロンメータ厚さのＰＥＴフィルムである。

次に、参照センサデバイス１１を用いた車両の乗員検知装置の動作について、図２、図８、図９及び図１１を参照して説明する。

スイッチＳmを閉にしてメイン電極２７に電流検出抵抗Ｒｓを介して正弦波３７を印加し、静電センサ２のインピーダンス計測を可能にする（Ｓ１）。スイッチＳgnを閉にしてガード電極２６に正弦波３７を直接印加し、静電センサ２のインピーダンス計測を可能にする（Ｓ２）。センサ回路２８が図８に示す状態となって、静電センサ２のインピーダンスが計測される（Ｓ３）。このとき、ガード電極２６には信号源Ｖsgの正弦波３７が直接印加される。これにより、メイン電極２７とガード電極２６とが同電位となりメイン電極２７のガード電極２６側であるシートクッション側のインピーダンスが相殺されるので、シート４２上の乗員側のみのインピーダンスが測定可能となる。スイッチＳmを開にして静電センサ２のインピーダンス計測を解除する（Ｓ４）。スイッチＳgnを開にして静電センサ２のインピーダンス計測を解除する（Ｓ５）。スイッチＳsを閉にして参照センサデバイス１１に電流検出抵抗Ｒｓを介して正弦波３７を印加し、参照センサデバイス１１のコンダクタンス計測を可能にする（Ｓ６）。スイッチＥsgを閉にして参照センサデバイス１１のコンダクタンス計測を可能にする（Ｓ７）。センサ回路２８が図９に示す状態となって、参照センサデバイス１１のコンダクタンスが計測される（Ｓ８）。スイッチＳsを開にして参照センサデバイス１１のコンダクタンス計測を解除する（Ｓ９）。スイッチＥsgを開にして参照センサデバイス１１のコンダクタンス計測を解除する（Ｓ１０）。

ステップＳ３で計測された静電センサ２のインピーダンスの実数成分（コンダクタンス）値とステップＳ８で計測された参照センサデバイス１１のコンダクタンス値とがＣＰＵ１３で比較演算される（Ｓ１１）。その結果、両値の差が比較的小さいとき又はステップＳ８で計測された参照センサデバイス１１のコンダクタンス値が乗員判別基準としての第１所定値を超えないときには、静電センサ２は乾燥状態であると判定される。そして、図７に示す閾値２９に基づいて乗員判別が行われ（Ｓ１３）、乗員判別結果はエアバッグＥＣＵ４へ出力される（Ｓ１４）。

ステップＳ８で計測された参照センサデバイス１１のコンダクタンス値が第１所定値より高値のコンダクタンス値であり乗員判別基準としての第２所定値を超えて大きくなったときには、静電センサ２や環境の湿度が高くなったと判定され、検知された静電センサ２の虚数成分が補正されるか又は閾値２９が補正される（Ｓ１２）。そして、図７に示す閾値２９を補正したものとしての閾値に基づいて乗員判別が行われ（Ｓ１３）、乗員判別結果はエアバッグＥＣＵ４へ出力される（Ｓ１４）。この判別は、例えば、図７におけるデータ３０、３１のうちコンダクタンスが高いものは閾値２９から離隔しているので、閾値２９を増減してそれらに近づけることにより行われる。これにより、高湿度状態での乗員判別の精度が向上する。

また、静電センサ２が被液又は被水したときには、静電センサ２で計測された実数成分（コンダクタンス）値は極めて高い値となり、ステップＳ３で計測された静電センサ２の実数成分（コンダクタンス）値とステップＳ８で計測された参照センサデバイス１１のコンダクタンス値との差は極めて大きくなる。この差の値が乗員判別基準としての第３所定値を超えたときには、静電センサ２が被液又は被水したと判定され、検知された静電センサ２の虚数成分が補正されるか又は閾値２９が補正される（Ｓ１２）。このとき、必要に応じて、乗員に被液又は被水の旨が警告又は警報される。そして、図７に示す閾値２９を補正したものとしての閾値に基づいて乗員判別が行われ（Ｓ１３）、乗員判別結果はエアバッグＥＣＵ４へ出力される（Ｓ１４）。これにより、図６、７から理解できるように、被液状態が明確に判定でき、乗員判別の精度が向上するのみならず、異状を知らしめることができる。なお、第１所定値、第２所定値及び第３所定値は、センサマット２５及び参照センサデバイス１１それぞれの特性に応じて適宜設定され不揮発性メモリ１４に格納されるものである。

センサ回路２８は、スイッチＳｓ、スイッチＳｇ、スイッチＳｍ、スイッチＳｓｎ、スイッチＳｇｎ、スイッチＳｍｎ、スイッチＥｓｇを備える。これらのスイッチは、上述のように、測定する電極を回路毎に切り替えるために用いられるが、乗員検知装置の故障診断を行うときに利用することもできる。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態の乗員検知装置１によれば、参照センサデバイス１１は、環境の湿度を静電センサ２と同等の特性で検知し、シート４２内に被液しないように設けられるので、静電センサ２の被液状態を除いた環境の湿度を正確に検知し、参照センサデバイス１１の出力に基づいて乗員判別手段Ｓ１３における乗員判別基準を変更する。そのため、乗員判別が正確に実行可能になるとともに、静電センサ２の被液状態を乗員に知らしめることができるという優れた効果を奏する。

また、参照センサデバイス１１は、メイン電極２７とは異なって、実数成分のみを計測するものであるから、構成が簡素となり設計制約を小さくすることが可能となる。そのため、車両の乗員検知装置を低コストで構成することができる。
また、参照センサデバイス１１は、乗員判別手段（Ｓ１３）を有する乗員検知ＥＣＵ３に搭載されるので、省スペースとすることができる。
また、前記参照センサデバイス１１は、間隙Ｇをもって対向する２つの電極を有し、当該電極間の静電容量を出力するので、メイン電極２７と同等の特性で湿度を検知することができる。
また、前記参照センサデバイス１１は、前記電極が形成されたフィルムを配線基板４９にその表面から所定高さ離間させて実装するリード４６に保持されるので、配線基板４９との間の寄生容量の影響を排除することができる。
また、判別基準変更手段Ｓ１１、Ｓ１２は、参照センサデバイス１１のコンダクタンス値が所定のコンダクタンス値を超えて大きくなったときに、乗員判別基準の変更を実行するので、環境の湿度が高くなったときに確実に乗員判別基準を変更して正確に乗員を判別することができる。
また、判別基準変更手段Ｓ１１、Ｓ１２は、静電センサ２のコンダクタンス値と参照センサデバイス１１のコンダクタンス値との差が所定値を超えたときに、乗員判別基準の変更を実行するので、環境の湿度が高くなったときに確実に乗員判別基準を変更して正確に乗員を判別することができる。
また、判別基準変更手段Ｓ１１、Ｓ１２は、静電センサ２の出力の虚数成分を補正するので、環境の湿度が高くなったときでも乗員判別用の閾値２９をそのまま用いて正確に乗員を判別することができる。
また、乗員判別手段３、Ｓ１３は、静電センサ２の出力と乗員判別用の閾値２９との比較に基づいてシート４２の乗員を判別するように構成され、判別基準変更手段Ｓ１１、Ｓ１２は、乗員判別用の閾値２９を補正するので、環境の湿度が高くなったときでも静電センサ２の出力の虚数成分をそのまま用いて正確に乗員を判別することができる。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

１乗員検知装置
２静電センサ
３乗員検知ＥＣＵ
１１参照センサデバイス
１２センサ特性計測部
１３ＣＰＵ
２４車両ボディ
２７メイン電極
２９閾値
４２シート
４６リード
４９配線基板
５０メインフィルム
５３カーボン膜
Ｇ間隙

Claims

シート（４２）に内設され車両ボディ（２４）との間に静電容量を発現させる検知電極（２７）を有する静電センサ（２）と、
前記静電センサ（２）の出力に基づいて前記シート（４２）の乗員を判別する乗員判別手段（Ｓ１３）とを備えた静電式乗員検知装置において、
前記シート（４２）内に被液しないように設けられ、環境の湿度に関して前記静電センサ（２）と同等の特性を有する参照センサデバイス（１１）と、
前記参照センサデバイス（１１）の出力に基づいて前記乗員判別手段（Ｓ１３）における乗員判別基準を変更する判別基準変更手段（Ｓ１１、Ｓ１２）と
を備えたことを特徴とする静電式乗員検知装置。
前記参照センサデバイス（１１）は、前記乗員判別手段（Ｓ１３）を有する乗員検知ＥＣＵ（３）に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の静電式乗員検知装置。
前記参照センサデバイス（１１）は、間隙（Ｇ）をもって対向する２つの電極を有し、当該電極間の静電容量を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の静電式乗員検知装置。
前記参照センサデバイス（１１）は、前記電極をフィルム上に形成することを特徴とする請求項３に記載の静電式乗員検知装置。
前記フィルムは、配線基板（４９）にその表面から所定高さ離間させて実装するリード（４６）に保持されていることを特徴とする請求項４に記載の静電式乗員検知装置。
前記判別基準変更手段（Ｓ１１、Ｓ１２）は、前記参照センサデバイス（１１）のコンダクタンス値が所定のコンダクタンス値を超えて大きくなったときに、前記乗員判別基準の変更を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電式乗員検知装置。
前記判別基準変更手段（Ｓ１１、Ｓ１２）は、前記静電センサ（２）のコンダクタンス値と前記参照センサデバイス（１１）のコンダクタンス値との差が所定値を超えたときに、前記乗員判別基準の変更を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の静電式乗員検知装置。
前記判別基準変更手段（Ｓ１１、Ｓ１２）は、前記静電センサ（２）の出力の虚数成分を補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の静電式乗員検知装置。
前記乗員判別手段（３、Ｓ１３）は、前記静電センサ（２）の出力と乗員判別用の閾値（２９）との比較に基づいて前記シート（４２）の乗員を判別するように構成され、
前記判別基準変更手段（Ｓ１１、Ｓ１２）は、前記乗員判別用の閾値（２９）を補正することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の静電式乗員検知装置。