JP5561675B2 - 乗員姿勢検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の座席に着座した乗員（人体）の姿勢を検知する乗員姿勢検知装置に関する。

近年の自動車等の車両の高性能化に伴い、例えば車両の衝突時に座席に着座した乗員を保護するためのエアバッグの展開を、乗員の姿勢（着座姿勢）に基づき制御することが行われつつある。このような乗員の姿勢を検知するものとして、例えば下記特許文献１に開示された頭部位置検出システムが知られている。

この頭部位置検出システムは、車両のシート（座席）に座った乗員と高周波的に電気接続される発振電極をシート座部（着座部）に配し、発振電極と金属枠との間に発振出力を印加する発振部と、発振電極と対向するように車両の車室天井部に受信電極を絶縁配置した距離測定用センサとを備える。

また、頭部位置検出システムは、乗員に電気接続される導体面から既知の距離だけ離れ、導体面と対向して校正用受信電極を絶縁配置して計測するキャリブレーションセンサと、このキャリブレーションセンサによる計測結果に基づき受信電極における各距離と出力電圧に係る特性曲線とを決定し、各出力電圧の値を、該当する特性曲線に当てはめて各距離を求める処理回路とを備える。このような構成により、乗員の頭部と受信電極との間の距離を計測して頭部の位置を検出する。

特開２００２−３６５０１１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来の頭部位置検出システムでは、座席の上方の車室天井部に配置された受信電極と座席に着座した乗員の頭部との間の距離を計測し、その計測結果に基づき乗員の頭部の位置を検出する構成であるため、例えば大人や子供等の様々な乗員に対応してより細かな着座姿勢を検出するためには検出精度が劣ってしまうという問題がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、様々な乗員に対応して高精度に乗員の着座姿勢を検知して判定することができる乗員姿勢検知装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る乗員姿勢検知装置は、車両の座席の上方の車室天井部に少なくとも１つ設けられた主検知電極と、前記座席に着座した乗員の周方向に少なくとも１つ設けられた補助検知電極と、前記主検知電極及び前記補助検知電極からの静電容量を示す検知信号に基づいて、前記乗員の着座姿勢を判定する姿勢判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る乗員姿勢検知装置は、車室天井部に設けられた主検知電極の他に、乗員の周方向に備えられた補助検知電極を備えているので、種々の方向から様々な乗員に対応して高精度に乗員の着座姿勢を検知して判定することができる。

本発明に係る乗員姿勢検知装置において、前記姿勢判定手段は、前記検知信号と所定のしきい値とを比較することにより、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の適切検知範囲内に存することを示している場合は前記主検知電極からの検知信号に基づき前記乗員の着座姿勢を判定し、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の適切検知範囲外に存することを示している場合は少なくとも前記補助検知電極からの検知信号に基づき前記乗員の着座姿勢を判定する構成とすることができる。

これにより、主検知電極の適切検知範囲外に乗員がいて、主検知電極からの検知信号によっては乗員の着座姿勢を判定できない場合であっても、少なくとも補助検知電極からの検知信号に基づき着座姿勢を判定することができるので、様々な乗員に対応して高精度に着座姿勢を検知して判定することができる。

前記補助検知電極は、前記座席の正面に位置する座席正面部、前記座席の横のサイドドア、前記座席のヘッドレスト、及び前記座席の背もたれ部の少なくとも１つに配置されていると良い。

前記姿勢判定手段は、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の前記適切検知範囲外に存することを示し、且つ前記座席正面部に配置された前記補助検知電極からの検知信号が所定のしきい値以上である場合は、前記乗員が前記座席正面部側に屈んでいると判定する構成とすることができる。

前記姿勢判定手段は、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の前記適切検知範囲外に存することを示し、且つ前記サイドドアに配置された前記補助検知電極からの検知信号が所定のしきい値以上である場合は、前記乗員がそのサイドドア側に寄り掛かっていると判定する構成とすることができる。

前記姿勢判定手段は、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の前記適切検知範囲外に存することを示した場合、前記ヘッドレスト及び前記背もたれ部に配置された前記補助検知電極からの検知信号を用いて、前記乗員の背丈を判定する構成とすることができる。

本発明によれば、様々な乗員に対応して高精度に乗員の着座姿勢を検知して判定することができる乗員姿勢検知装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る乗員姿勢検知装置の全体構成を示す図である。 同乗員姿勢検知装置の各検知電極の構成を示す図である。 静電容量と距離との関係を説明するための図である。 検知電極の検知範囲と適切検知範囲とを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る乗員姿勢検知装置による乗員姿勢検知処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る乗員姿勢検知装置の全体構成を示す図である。 同乗員姿勢検知装置の頭部位置判定の動作原理を説明するための図である。 同乗員姿勢検知装置の頭部の左右方向の位置判定動作を説明するための図である。 同乗員姿勢検知装置の頭部の前後方向の位置判定動作を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態に係る乗員姿勢検知装置の構成を示す図である。

以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る乗員姿勢検知装置の第１の実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、第１の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、例えば車両１の座席４０の上方にある車室天井部２に少なくとも１つ設けられた主検知電極１９を有する静電容量センサ部１０と、座席４０に着座した乗員（人体）４８の周方向にそれぞれ設けられた補助検知電極４１，４２，４３，４４と、これら主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４からの静電容量を示す検知信号に基づいて、座席４０に着座した乗員４８の着座姿勢を判定する回路部２０とを備えて構成されている。

静電容量センサ部１０の主検知電極１９は、車室天井部２の内部或いは車室内側表面に水平方向とほぼ平行な検知面を有する状態で配置され、主に乗員４８の頭部４９と車室天井部２（具体的には主検知電極１９）との間の静電容量を検知する。より具体的には、静電容量センサ部１０の主検知電極１９は、乗員４８の頭部４９の頭頂部との間の静電容量を検知する。

補助検知電極４１は、車両１の座席４０の正面に位置する座席正面部３の内部或いは表面側に垂直方向とほぼ平行な検知面を有する状態で配置され、補助検知電極４２は、車両１の座席４０の横のサイドドア４の内部或いは車室内側に垂直方向とほぼ平行な検知面を有する状態で配置されている。

また、補助検知電極４３は、座席４０のヘッドレスト５の内部或いは前面側にその表面とほぼ平行な検知面を有する状態で配置され、補助検知電極４４は、座席４０の背もたれ部６の内部或いは前面側にその表面とほぼ平行な検知面を有する状態で配置されている。

従って、補助検知電極４１は、座席正面部３から座席４０の背もたれ部６にほぼ水平に向かう方向（車両１の後方に向かう方向）の静電容量を検知し、補助検知電極４２は、サイドドア４から着座部７の上方にほぼ水平に向かう方向（車両１の左から右或いは右から左へ向かう方向）の静電容量を検知する。

また、補助検知電極４３は、座席４０のヘッドレスト５からヘッドレスト５の前面側の表面とほぼ交差する方向（座席４０が通常状態の時は着座部７の上方にほぼ水平に向かう方向（すなわち、車両１の前方に向かう方向））の静電容量を検知し、補助検知電極４４は、座席４０の背もたれ部６から背もたれ部６の前面側の表面とほぼ交差する方向（座席４０が通常状態の時は着座部７の上方にほぼ水平に向かう方向（同じく、車両１の前方に向かう方向））の静電容量を検知する。

なお、座席正面部３は、例えば座席４０が車両１の運転席である場合は、ステアリングホイール（ハンドル）やインストルメントパネルなどを含み、座席４０が助手席である場合は、ダッシュボードやダッシュパネル、グローブボックスなどを含む。また、座席４０が後部座席である場合は、前席の背もたれ部６の背面側を含む。このように配置された補助検知電極４１〜４４によって、座席４０に着座した乗員４８の周方向の静電容量を検知することができる。

ここで、静電容量センサ部１０は、例えば部品等のモジュール化を促進するために、図示しない基板の一方の面側に、上述したような主検知電極１９が形成されて車室天井部２に配置されても良い。また、回路部２０は、この基板の同一面側或いは他方の面側に実装された上で配置されていても良い。なお、配置の態様によっては、各部が別体に配置されても、主検知電極１９のみが直接車室天井部２に形成されても良い。更に、補助検知電極４１〜４４も、上記のような基板に形成されていても良い。

静電容量センサ部１０等が基板に形成された場合は、この基板としては、例えばフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、リジッド基板或いはリジッドフレキシブル基板などが用いられる。また、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４は、例えば基板がＦＰＣからなる場合は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）或いはガラスエポキシ樹脂などの絶縁体からなるベース材上にパターン形成された銅、銅合金又はアルミニウムなどの導電材からなる。

その他、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４は、メンブレン回路に形成されたり、導電性粘着材や導電性フィルム、或いは一般的な電線等のその他の部材からなるものでも良く、設置される箇所によっては、透明電極により構成することもできる。この場合は、上記基板を透明性を有するパネルやフィルム材にて形成し、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４を透明電極で構成すれば良い。

ここで、透明電極は、例えばＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）やＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルフォニック酸）、或いはＰＥＤＯＴ／ＴｓＯ（ポリエチレンジオキシチオフェン／トルエンスルフォネート）などを用いることができる。

このように構成された主検知電極１９は、例えば切替スイッチＳＷ１を介して回路部２０の静電容量検知回路２１に接続されると共に、この切替スイッチＳＷ１を介してシールド駆動回路２３に接続可能に構成されている。同様に、補助検知電極４１〜４４は、切替スイッチＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ７を介して静電容量検知回路２１にそれぞれ接続されると共に、これら切替スイッチＳＷ４〜ＳＷ７を介してシールド駆動回路２３に接続可能に構成されている。なお、図示は省略するが、上記シールド駆動回路２３は、回路部２０内に備えられていても良い。

また、補助検知電極４１〜４４は、上述したように乗員４８の周方向に少なくとも１つ設けられていれば良く、その配置態様は、上記の通り例えば座席４０に着座した乗員４８の前後左右の姿勢変化や背丈などの差異を判定するための静電容量を適切に検知できる範囲を構成するように設置されていれば良い。

すなわち、主検知電極１９は座席４０（の着座部７）に向かう方向（垂直方向）の静電容量を検知し、補助検知電極４１〜４４は座席４０に着座した乗員４８を取り巻く周方向（水平方向）の静電容量を検知する。これにより、乗員４８の着座姿勢を、図１に示すＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向において詳細且つ高精度に検知することが可能となる。

一方、回路部２０は、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４により検知された静電容量を示す検知信号に基づいて、それぞれの静電容量値を検出する静電容量検知回路２１と、この静電容量検知回路２１からのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２と、このＡ／Ｄ変換器２２によりディジタル信号化された情報に基づき、乗員姿勢検知装置１００の各種動作制御や演算処理などを司ると共に、乗員４８の着座姿勢を判定し、この判定した着座姿勢に関する情報（姿勢情報）を、例えば車両１に搭載されたＥＣＵ（電子制御ユニット）に対して出力するＣＰＵ２９とを備えて構成されている。

ＥＣＵは、例えば車両１に搭載された運転席エアバッグ、助手席エアバッグ、サイドエアバッグ等の各種のエアバッグの展開を制御（すなわち、エアバッグの開く方向や膨張率などを制御）する機能を備え、第１の実施形態の乗員姿勢検知装置１００からの姿勢情報をも参照して、エアバッグの展開を制御することが可能に構成されている。

各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７は、例えばマルチプレクサ、アナログスイッチ、ＦＥＴ或いはリレーなどのユニットからなる。また、回路部２０は、図示しない情報格納領域としてのＲＯＭやＣＰＵ２９の一時演算領域としてのＲＡＭなどを備え、ＣＰＵ２９は、各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７の切り替え動作を切替制御信号を出力して制御する。具体的には、この乗員姿勢検知装置１００では、次のような切替制御が行われる。

すなわち、ＣＰＵ２９からの切替制御信号により、例えば切替スイッチＳＷ１が主検知電極１９と静電容量検知回路２１とが接続されるように切り替えられた場合は、切替スイッチＳＷ４〜ＳＷ７は補助検知電極４１〜４４がそれぞれシールド駆動回路２３と接続されるように切り替えられる。

また、例えば切替スイッチＳＷ４が補助検知電極４１と静電容量検知回路２１とが接続されるように切り替えられた場合は、切替スイッチＳＷ１，ＳＷ５〜ＳＷ７は主検知電極１９及び補助検知電極４２〜４４がシールド駆動回路２３と接続されるように切り替えられる。

このように、ある検知電極が静電容量検知回路２１と接続されるように切替スイッチにより切り替えられた場合は、他の検知電極はシールド駆動回路２３と接続されるように切替スイッチにより切り替えられる。そして、ＣＰＵ２９は、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４と静電容量検知回路２１とが上記のように択一的に接続された時（例えば、順番に切り替えられて接続された時）にそれぞれ検出された静電容量値に基づいて、乗員４８着座姿勢を判定する。

なお、シールド駆動回路２３は、接続された検知電極に対して、静電容量検知回路２１により与えられている電位と同等の電位を与えるように構成されている。これにより、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４同士の静電容量結合を防止して、それぞれの検知電極ごとに高精度な静電容量の検知を行うことが可能となる。

また、シールド駆動回路２３は、例えば主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４に与えられる電位よりも高いインピーダンスで１倍のアンプ（バッファ）を通して生成された電位を与えても良い。その他、静電容量検知回路２１が差動動作型である場合は、オペアンプの非反転入力部分を接続して同等の電位を与えても良い。差動動作型とすることで、コモンモードノイズを除去しつつ回路内の温度特性などをキャンセルすることができる。差動動作型の回路構成や動作原理については、公知の技術であるためここでは説明を省略する。

主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４は、図２に示すように、例えばそれぞれ矩形状に形成されており、その裏面側（検知面のある検知範囲側とは反対側）にそれぞれの検知電極と電気的に絶縁されてその裏面側の静電容量の検知を抑制するためのシールド部１７や、それぞれの検知電極の周囲に同様の効果をもたらすシールド部１８が形成された構成であっても良い。

なお、これらシールド部１７，１８には、例えば主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４と同電位が与えられている。このようなシールド部１７，１８を備えれば、更に精度良く車室天井部２と頭部４９との間の静電容量や、座席正面部３、サイドドア４、ヘッドレスト５及び背もたれ部６と乗員４８との間の静電容量を検知することが可能となる。

第１の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、乗員４８が主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４と比較して、非常に大きい体積及び誘電率を有しているために、ほぼグランド（ＧＮＤ）とみなすことができる原理を利用している。このため、回路部２０がそれぞれの検知電極とグランド（例えば、乗員４８）との間の静電容量を用いて乗員４８の着座姿勢を判定することができる構成を採用している。

従って、このような構成の乗員姿勢検知装置１００によれば、従来技術の欄で説明した頭部位置検出システムなどのように、システム内において多くの信号の送受信が必要な従来のものと比較して、非常にシンプルな構成で精度の高い着座姿勢の検知を行うことができるシステムを構築することができる。この乗員姿勢検知装置１００の具体的な動作は、例えば次のようなものとなる。

まず、動作が開始されたら、回路部２０のＣＰＵ２９は、切替スイッチＳＷ１により主検知電極１９が静電容量検知回路２１と接続され、切替スイッチＳＷ４〜ＳＷ７により補助検知電極４１〜４４がシールド駆動回路２３と接続されるように、各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７を切り替える。

ここで、ＣＰＵ２９は、例えば静電容量センサ部１０の主検知電極１９により検知された静電容量が、予め設定された所定のしきい値（以下、単に「しきい値」と呼ぶ。）以上であるか否かを判断する。すなわち、具体的には図３に示すように、ＣＰＵ２９は、例えば静電容量センサ部１０の主検知電極１９からの静電容量値（Ｖ）が、しきい値（Ｔｈ１）以上である場合は、主検知電極１９と乗員４８の頭部４９との間の距離ｄが距離ｄ１以内（すなわち、主検知電極１９の検知可能な範囲のうちの適切検知範囲内）であると判断する。

主検知電極１９の適切検知範囲Ｂは、図４に示すように、主検知電極１９の検知可能な範囲Ａのうち、乗員４８の頭部４９を適切に検知することができる範囲のことである。従って、適切検知範囲Ｂは範囲Ａよりも狭く範囲Ａに含まれる領域の範囲であると言える。なお、補助検知電極４１〜４４についても、図示や説明は省略するが、このような検知可能な範囲及び適切検知範囲が存在する。また、乗員４８の被検知部位とは、主検知電極１９（或いは補助検知電極４１〜４４）から最も近い乗員４８の部位を言う。

この場合、ＣＰＵ２９は、例えば補助検知電極４１〜４４からの検知信号を用いずに主検知電極１９からの検知信号のみに基づき乗員４８の着座姿勢を判定する。これにより、乗員４８の被検知部位（ここでは、頭部４９）が主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ内に存する時の着座姿勢は、補助検知電極４１〜４４からの余計な（不要な）検知信号を用いずに信号処理を極力簡略化した状態で判定することができる。

一方、静電容量センサ部１０の主検知電極１９からの静電容量値（Ｖ）が、しきい値（Ｔｈ）未満である場合は、主検知電極１９と乗員４８の頭部４９との間の距離ｄが距離ｄ１よりも長い（すなわち、主検知電極１９の検知可能な範囲Ａのうちの適切検知範囲Ｂ外である）と判断する。このような場合、ＣＰＵ２９は、切替スイッチＳＷ４〜ＳＷ７により補助検知電極４１〜４４がそれぞれ順に静電容量検知回路２１と接続され、切替スイッチＳＷ１により主検知電極１９がシールド駆動回路２３と接続されるように各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７を切り替える。

そして、同様に各補助検知電極４１〜４４により検知された静電容量がしきい値以上であるか否かを判断し、その判断結果に基づき乗員４８の着座姿勢を判定する。また、主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であると判断した場合であっても、補助検知電極４１〜４４からの静電容量値のみならず、主検知電極１９からの静電容量値を更に加味して乗員４８の着座姿勢を判定するようにしても良い。

なお、第１の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４を切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７を介して１つの静電容量検知回路２１に接続し、ＣＰＵ２９による切替制御により切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７を切り替えて、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４にて検知された静電容量値を用いて乗員４８の着座姿勢を判定するように構成したが、例えば主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４に対してそれぞれ静電容量検知回路２１を具備するように構成しても良い。ただし、この場合は、１つの検知電極による静電容量の検知中（測定中）に、他の検知電極の電位が変化するとその影響を受けてしまうため、各静電容量検知回路は同期させる必要がある。

ここで、静電容量検知回路２１は、主検知電極１９及び補助検知電極４１〜４４と乗員４８の頭部４９や乗員４８の体幹部との間の静電容量に応じてデューティー比が変化するパルス信号を生成すると共に平滑化して検知信号を出力する。すなわち、静電容量検知回路２１は、静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換するＣ−Ｖ変換機能を有し、例えば公知のＣＲ充放電時間を計測する回路、充電した電荷を既知のコンデンサに転送する回路、インピーダンスを測定する回路、発振回路を構成して発振周波数を計測する回路等を用いて構成することができる。

このように構成された乗員姿勢検知装置１００は、乗員４８の着座姿勢を、例えば次のように詳細に判定する。すなわち、上述したように主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ内であると判断した時は、乗員４８の頭部４９の位置が通常姿勢（すなわち、座席４０の形状に合った通常基本となる姿勢で座席４０に普通に座っている姿勢）であるとして、大人（背丈がある程度以上の人）が普通に着座していると判定する。

一方、主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であると判断した時は、座席正面部３の補助検知電極４１からの検知信号がしきい値以上である時に、乗員４８の頭部４９の位置が座席正面部３の近傍にある姿勢（前方側に屈んでいる姿勢）であるとして、大人或いは子供が屈んでいる（子供の場合は前方に乗り出している場合も含む）と判定する。

また、主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であると判定した時は、サイドドア４の補助検知電極４２からの検知信号がしきい値以上である時に、乗員４８の体幹部がサイドドア４の近傍にある姿勢（側方側に片寄っている姿勢）であるとして、大人或いは子供がそのサイドドア４に寄り掛かっていると判定する。

更に、主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であると判断した場合に、例えばヘッドレスト５及び背もたれ部６の補助検知電極４３，４４からの検知信号を用いて、乗員４８の背丈を判定するようにしても良い。乗員４８の背丈の判定は、例えば、補助検知電極４３からの検知信号が示す静電容量値を補助検知電極４４からの検知信号が示す静電容量値で除算した値がしきい値未満である場合は、背丈がある程度未満の人であるとして、子供が通常姿勢で着座していると判定する。

また、例えば、補助検知電極４３からの検知信号が示す静電容量値を補助検知電極４４からの検知信号が示す静電容量値で除算した値がしきい値以上である場合は、背丈がある程度以上の人であるとして、大人が通常姿勢で着座していると判定する。そして、このような判定は、それぞれ単独で行っても良いし、これら補助検知電極４１〜４４からの検知信号を組み合わせて用いて行うこともできるので、第１の実施形態の乗員姿勢検知装置１００は、乗員４８の着座姿勢を更に詳細且つ高精度に検知することができる。

すなわち、例えば主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であって、補助検知電極４１からの検知信号がしきい値以上であり、且つ補助検知電極４２からの検知信号がしきい値Ｔｈ１以上である時は、これらの組み合わせから大人が屈んでいる（若しくはこれに代えて或いは加えてそのサイドドア４に寄り掛かっている）と判定する。

また、主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であって、補助検知電極４１からの検知信号がしきい値以上であり、且つ補助検知電極４２からの検知信号がしきい値Ｔｈ１より小さいしきい値Ｔｈ２以下である時は、これらの組み合わせから子供が前方に乗り出していると判定する。なお、このような条件の時に補助検知電極４２からの検知信号がしきい値Ｔｈ１より小さくしきい値Ｔｈ２より大きい時は、大人が屈んでいると判定する。

更に、主検知電極１９の適切検知範囲Ｂ外であって、補助検知電極４２からの検知信号がしきい値Ｔｈ２以下であり、且つ補助検知電極４３からの検知信号が示す静電容量値を補助検知電極４４からの検知信号が示す静電容量値で除算した値がしきい値未満である時は、これらの組み合わせから子供が背もたれ部６を倒して寝ていると判定し、上記除算した値がしきい値以上である時は、大人が背もたれ部６を倒して寝ていると判定する。

なお、補助検知電極４３，４４からの検知信号が示す静電容量値を利用した乗員４８の背丈の判定は、上述した除算の他にも種々の演算により行うことができる。また、上記に挙げた判定条件はあくまで一例であるので、第１の実施形態の乗員姿勢検知装置１００はこれに限定されるものではない。乗員姿勢検知装置１００によるこのような乗員姿勢検知処理を簡潔に説明すると、次のようなものとなる。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を省略する。

図５に示すように、まず、回路部２０のＣＰＵ２９が各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７を切り替えることにより、静電容量検知回路２１によって主検知電極１９により静電容量が検知される（ステップＳ１０１）。

次に、ＣＰＵ２９は、静電容量検知回路２１からの検知信号が示す静電容量値がしきい値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。静電容量値がしきい値以上であると判断した場合（ステップＳ１０２のＹ）は、上述したような姿勢判定を行い（ステップＳ１０３）、判定結果に基づく姿勢情報を出力して（ステップＳ１０４）、本フローチャートによる一連の乗員姿勢検知処理を終了する。

一方、静電容量値がしきい値未満であると判断した場合（ステップＳ１０２のＮ）は、各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ４〜ＳＷ７を切り替えて、静電容量検知回路２１によって補助検知電極４１〜４４により静電容量が検知され（ステップＳ１０５）、上記ステップＳ１０３に移行して、上述したような姿勢判定を行い（ステップＳ１０３）、以降の処理を実行する。

なお、回路部２０は、予め座席４０に乗員４８が着座していない時の静電容量に基づく静電容量値を上述したＲＯＭ，ＲＡＭ等に記憶し、乗員４８が着座した場合にこれらに記憶された静電容量値からの増加量を検出して姿勢判定に用いるように構成されていても良い。

このように、第１の実施形態の乗員姿勢検知装置１００によれば、座席４０に着座した乗員４８の着座姿勢を詳細且つ高精度に検知し判定することができる。これにより、車両１に搭載された各種エアバッグの展開制御などを、乗員４８の着座姿勢に対応して細かく行うことが可能となる。次に、本発明に係る乗員姿勢検知装置の第２の実施形態について詳細に説明する。

図６に示すように、第２の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００Ａは、先の第１の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００と、静電容量センサ部１０の構成及び切替スイッチの構成が相違している。すなわち、乗員姿勢検知装置１００Ａの静電容量センサ部１０は、例えば車両１の座席４０の上方にある車室天井部２に、座席４０に着座した乗員４８の頭部の平面上の位置（平面的な位置）を検知可能となるように配置された３つの検知電極（第１主検知電極１１、第２主検知電極１２及び第３主検知電極１３）を有する。

第１〜第３主検知電極１１〜１３は、例えば第１主検知電極１１が車両１の前方側の頂点となり、第２及び第３主検知電極１２，１３が座席４０上の車両１の左右方向に離れて配置され、各主検知電極１１〜１３を直線的に結ぶと三角形平面状（例えば、第１主検知電極１１を前方側の頂点とする二等辺三角形）となるように車室天井部２の内部或いは車室内側表面に配置されている。

第１主検知電極１１は、切替スイッチＳＷ１を介して静電容量検知回路２１とシールド駆動回路２３とに接続可能に配置されている。また、第２主検知電極１２は、切替スイッチＳＷ２を介して、第３主検知電極１３は、切替スイッチＳＷ３を介して、それぞれ静電容量検知回路２１とシールド駆動回路２３とに接続可能に配置されている。

そして、このように構成された静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９と車室天井部２（具体的には各主検知電極１１〜１３）との間の静電容量を検知する。こうして検知された静電容量を示す検知信号に基づいて、回路部２０のＣＰＵ２９は、上述したように、乗員４８の頭部４９が主検知電極１１〜１３の適切検知範囲Ｂ内である（に存する）か否かを判断する。

なお、この場合の適切検知範囲Ｂ内であるか否かの判断は、例えば主検知電極１１〜１３からの合計静電容量値や平均静電容量値としきい値とを比較することにより行われる。ここで、適切検知範囲Ｂ外であると判断された場合の動作等は、先の第１の実施形態にて説明した動作と同様であるため、ここでは主に適切検知範囲Ｂ内であると判断された場合の動作等について説明する。

第２の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００Ａは、乗員４８の頭部４９が主検知電極１１〜１３の適切検知範囲Ｂ内である場合に、頭部４９の位置を高精度に判定することが可能に構成されている。なお、図７は、この乗員姿勢検知装置１００Ａの頭部位置判定の動作原理を説明するための図であり、図７におけるグラフの（１）、（２）、（３）は、それぞれ第１〜第３主検知電極１１〜１３と対応している。

図７（ａ）に示すように、例えば乗員４８が座席４０に対して車両１の前方右側寄りに着座している場合は、第１主検知電極１１の（１）の検出された静電容量値（以下、「検出値」と呼ぶ。）ΔＣが、第２主検知電極１２の（２）の検出値ΔＣや第３主検知電極１３の（３）の検出値ΔＣよりも大きくなる。このため、乗員４８の頭部４９（例えば頭頂部、以下同じ。）の位置が第１主検知電極１１の下方近傍（すなわち、座席４０の前方側）にあることが分かる。ここで、検出値ΔＣは、例えば総検出値に対する検出値の割合を示している。

また、第２主検知電極１２の（２）の検出値ΔＣと第３主検知電極１３の（３）の検出値ΔＣとを比較すると、第２主検知電極１２の（２）の検出値ΔＣの方が大きい。このため、乗員４８の頭部４９の位置は、第２主検知電極１２の下方近傍（すなわち、右側）に近い位置であることが分かる。つまり、このように第１〜第３主検知電極１１〜１３の検出値ΔＣを比較することで、この場合は乗員４８の着座姿勢が頭部４９が座席４０の右側前方に位置するような姿勢であることが分かる。

一方、図７（ｂ）に示すように、例えば乗員４８が座席４０に普通の状態で寄り掛かって中央に着座している（上記通常姿勢で着座している）場合は、第２主検知電極１２の（２）及び第３主検知電極１３の（３）の検出値ΔＣが第１主検知電極１１の（１）の検出値ΔＣよりも大きくなる。このため、乗員４８の頭部４９の位置が第２主検知電極１２及び第３主検知電極１３の下方側（すなわち、座席４０の後方側）に近い位置であることが分かる。

また、第２主検知電極１２の（２）の検出値ΔＣと第３主検知電極１３の（３）の検出値ΔＣとを比較すると、これらの検出値ΔＣがほぼ等しい値である。このため、乗員４８の頭部４９の位置は、第２及び第３主検知電極１２，１３の中間点下方にある（すなわち、座席４０に寄り掛かって中央位置に着座している）ことが分かる。

このように、各主検知電極１１〜１３から乗員４８の頭部４９までの距離ｄは、各検出値ΔＣを用いて求めることができるので、周知の三角測量法などを用いて頭部４９の位置を算出することができる。しかし、検出値ΔＣと頭部４９の距離ｄとの関係は、乗員４８の頭部４９の大きさや車室天井部２との間の距離等にも依存するため、第２の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００Ａでは、更に上述した三角測量法の他に次のような処理を行って頭部４９の位置を正確に算出するようにしている。

すなわち、乗員姿勢検知装置１００Ａは、例えば頭部４９の大きさに変化があったとしても正確に頭部４９の位置を検出することができるように、回路部２０にて次のような演算処理を行っている。まず、上述した動作によって得られた、頭部４９の前後位置を回路部２０に備えられた図示しないＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶手段にパラメータとして記憶しておく。なお、検出値ΔＣは、処理の簡素化及び正確な位置検出のために、補正値＝第２主検知電極１２の検出値／（第２主検知電極１２の検出値＋第３主検知電極１３の検出値）とした式を用いた補正演算処理に利用する。

例えば、図８（ａ）に示すように、座席４０に着座した乗員４８の頭部４９が左右方向（例えば、Ｘ方向）に振れた場合、乗員４８の頭部４９の左右方向（Ｘ方向）の位置と、第２及び第３主検知電極１２，１３の検出値ΔＣに基づき算出される補正値（規格化検出値（左右））との関係は、図８（ｂ）に示すグラフのように、前後方向の位置の違いによる検出値のずれがあっても近似的に表される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、各主検知電極１１〜１３を直線的に結ぶと第１主検知電極１１を前方側の頂点とする二等辺三角形となるように各主検知電極１１〜１３が配置されている乗員姿勢検知装置１００Ａでは、図８（ｂ）に示すように、上述した規格化検出値（左右）は、頭部４９の前後方向の位置の違いによる影響が少ない。

次に、このようにして判定した左右方向の位置の情報を上述したようにパラメータとして記憶しておき、更に検出値ΔＣを用いて補正値＝（主検知電極１１の検出値／｛主検知電極１１の検出値＋（主検知電極１２の検出値＋主検知電極１３の検出値）／２｝）とした式を用いた補正演算処理を行っている。

例えば、図９（ａ）に示すように、座席４０に着座した乗員４８の頭部４９が前後方向（例えば、Ｙ方向）に振れた場合、乗員４８の頭部４９の前後方向（Ｙ方向）の位置と、各主検知電極１１〜１３の検出値ΔＣに基づき算出される補正値（規格化検出値（前後））との関係は、図９（ｂ）に示すグラフのように表される。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、各主検知電極１１〜１３を直線的に結ぶと第１主検知電極１１を前方側の頂点とする二等辺三角形となるように各主検知電極１１〜１３が配置されている乗員姿勢検知装置１００Ａでは、図９（ｂ）に示すように、上述した規格化検出値（前後）は、頭部４９の左右方向の位置の違い（例えば、右方、中央、左方等）により異なってしまう。

しかしながら、図７を用いて説明した結果に基づき左右方向の位置を決定した後、規格化検出値（前後）を反映させれば、乗員４８の頭部４９の前後方向の位置を正確に判定することができる。なお、図７を用いて説明した三角測量法によらずに、上述した理論式による補正演算処理を頭部４９（頭頂部）の検出の主処理として採用し、直接頭部４９の頭頂部の位置を検出するように構成しても良い。このようにすれば、頭部４９よりもより「点」に近い頭頂部を直接検出して、処理を少なくしつつ更に正確に位置を得ることができる。

また、車両１の車室天井部２の内部や座席４０には、フレーム等に金属の部材が用いられていることが多く、座席４０を動かして乗員４８が姿勢を変えたりすると各主検知電極１１〜１３，１９や補助検知電極４１，４２等と乗員４８との位置関係が変化し、このような外部環境変化による静電容量値を検出してしまい誤動作に繋がってしまう場合がある。

従って、このような外部環境変化による影響を極力受けないようにするために、図示は省略するが、上述したシールド部１７，１８と共に、上記静電容量変化を抑制するための補助電極（シールド電極）を、各主検知電極１１〜１３，１９や補助検知電極４１，４２等の近傍位置に設けるようにしても良い。

この場合、各シールド電極には、それぞれ各主検知電極１１〜１３，１９や補助検知電極４１，４２等と同等の電位が与えられていれば良い。同等の電位は、上記シールド駆動回路２３の時と同様に、例えば各主検知電極１１〜１３，１９や補助検知電極４１，４２等に加えられる電位から高い入力インピーダンスで１倍のアンプ（バッファ）を通して生成するようにしても良いし、差動動作型の静電容量検知回路２１の場合では、オペアンプの非反転入力の部分をシールド電極に接続して与えるようにしても良い。次に、本発明に係る乗員姿勢検知装置の第３の実施形態について詳細に説明する。

図１０に示すように、ここでは、右側第１主検知電極１１ａと、左側第１主検知電極１１ｂとを備え、各主検知電極１１ａ，１１ｂ，１２，１３を直線的に結ぶと、車両１の前後方向及び左右方向においてそれぞれ辺を形成するような四角形平面状に車室天井部２に配置した点が、先の第１及び第２の実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００，１００Ａとは相違している。

このようにすれば、更に高精度に座席４０に着座した乗員４８の頭部４９の位置を判定することが可能となる。なお、ここでは主検知電極を４つとしたが、例えば５つにしたりそれ以上配置したりしても、コスト的には多少高くなる程度で位置検出精度を向上させることが可能となるため、更に有効である。また、主に図７〜図９を用いて説明した配置態様も、例えば第１主検知電極１１が後方側の１つの頂点となるような二等辺三角形となるように変更することも可能である。

以上述べたように、上述した実施形態に係る乗員姿勢検知装置は、主検知電極１１〜１３，１９などを有する静電容量センサ部１０と、乗員４８の周方向に配置された補助検知電極４１〜４４と、回路部２０という非常にシンプルで安価な構成によって、座席４０に着座した乗員４８の着座姿勢を詳細且つ高精度に検知し判定することができる。

１ 車両
２ 車室天井部
３ 座席正面部
４ サイドドア
５ ヘッドレスト
６ 背もたれ部
７ 着座部
１０ 静電容量センサ部
１１ 第１主検知電極
１２ 第２主検知電極
１３ 第３主検知電極
１９ 主検知電極
２０ 回路部
２１ 静電容量検知回路
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ シールド駆動回路
２９ ＣＰＵ
４０ 座席
４１〜４４ 補助検知電極
４８ 乗員
４９ 頭部
１００ 乗員姿勢検知装置
１００Ａ 乗員姿勢検知装置

Claims (5)

1. 車両の座席の上方の車室天井部に少なくとも１つ設けられた主検知電極と、
   前記座席に着座した乗員の周方向に設けられた複数の補助検知電極と、
   前記主検知電極及び前記補助検知電極からの静電容量を示す検知信号を順次切り替えて入力し、入力された検知信号に基づいて、前記乗員の着座姿勢を判定する姿勢判定手段とを備え、
   前記姿勢判定手段は、前記検知信号と所定のしきい値とを比較することにより、前記主検知電極からの検知信号が、前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の適切検知範囲内に存することを示している場合は、前記補助検知電極による検知動作をせずに、前記主検知電極からの検知信号に基づき前記乗員の背丈及び着座姿勢を判定し、
   前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の適切検知範囲外に存することを示している場合は前記補助検知電極からの検知信号に基づき前記乗員の背丈及び着座姿勢を判定する
   ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
2. 前記補助検知電極は、前記座席の正面に位置する座席正面部、前記座席の横のサイドドア、前記座席のヘッドレスト、及び前記座席の背もたれ部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
3. 前記姿勢判定手段は、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の前記適切検知範囲外に存することを示し、且つ前記座席正面部に配置された前記補助検知電極からの検知信号が所定のしきい値以上である場合は、前記乗員が前記座席正面部側に屈んでいると判定する
   ことを特徴とする請求項２記載の乗員姿勢検知装置。
4. 前記姿勢判定手段は、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の前記適切検知範囲外に存することを示し、且つ前記サイドドアに配置された前記補助検知電極からの検知信号が所定のしきい値以上である場合は、前記乗員がそのサイドドア側に寄り掛かっていると判定する
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の乗員姿勢検知装置。
5. 前記姿勢判定手段は、前記主検知電極からの検知信号が前記乗員の被検知部位が前記主検知電極の前記適切検知範囲外に存することを示した場合、前記ヘッドレスト及び前記背もたれ部に配置された前記補助検知電極からの検知信号を用いて、前記乗員の背丈を判定する
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。

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