JPH10147206A - 車室内状況検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外乱光による不具合を解消して正確なる車室内
の状況の検出を行うことができる車室内状況検出装置を
提供する。 【解決手段】車室内における助手席の天井には９個のＬ
ＥＤと３個のＰＳＤが下方を向けて配置され、ＬＥＤの
発する赤外光が被検出対象に反射してＰＳＤにて受光さ
れる。ＰＳＤから被検出対象までの距離に応じたレベル
の信号が出力される。コントローラはＬＥＤの発光時に
おけるＰＳＤの出力信号から、ＬＥＤの非発光時におけ
るＰＳＤの出力信号を減じて、直流ノイズ成分を除去す
るとともに、ＰＳＤの出力信号を移動平均法にて平滑化
して交流ノイズ成分を除去する。コントローラは直流お
よび交流ノイズ成分を除去後のデータに基づいて車室内
の状況を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車室内の搭乗状
態等の車室内の状況を検出する車室内状況検出装置に関
し、例えば、車両用のエアバッグ乗員拘束システムに用
いると好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】昨今、車両用エアバッグ乗員拘束システ
ムの標準装備化が進み、さらに助手席用エアバッグの装
着率も高まってきている。エアバッグは、例えば自動車
の衝突時に、操舵輪（ハンドル）、インストルメントパ
ネル（計器盤）等のような車室内の内部構造に対して相
対的に乗員を緩やかに減速させるように作動して前記内
部構造に対して直接的な接触を阻止することによって乗
員の自動車の衝突による傷害を防止するものである。

【０００３】又、エアバッグシステムは自動車の衝突を
感知する衝突センサの衝突検知信号でエアバッグを一様
に膨張させるシステムとなっている。しかしながら、エ
アバッグシステムを装着してある車両とはいえ、自動車
の衝突時に必ずしも一様にエアバッグを膨張させること
が（乗員保護の面から）好ましいとは言えない。つま
り、助手席エアバッグの場合において助手席に乗員がい
ない時においても自動車が衝突したときには一様にエア
バッグが膨張してしまい、エアバッグ本来の目的からす
れば無意味な作動になってしまう。これにより、エアバ
ッグ交換修理費の増加などの問題も発生している。

【０００４】そこで、車室内に乗員センサを設置して同
センサにより乗員の有無を検出してその検出結果を加味
した制御を行うことが考えられる。つまり、図１７に示
すように、発光素子５０から乗員５１に向けて光を発射
し、乗員５１にて反射された光を受光素子５２にて受光
することにより乗員の有無を検出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
乗員センサにおいては、外乱光がない場合には正確なる
乗員検出を行うことができるが、外乱光がある場合には
正確な乗員検出を行うことができない。

【０００６】そこで、この発明の目的は、外乱光による
不具合を解消して正確なる車室内の状況の検出を行うこ
とができる車室内状況検出装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、直流ノイズ成分除去手段は発光素子の発光時に
おける受光素子の出力信号レベルから、発光素子の非発
光時における受光素子の出力信号レベルを減じて、直流
ノイズ成分を除去する。つまり、受光素子の出力信号に
含まれている直流ノイズ成分が取り除かれる。判定手段
は直流ノイズ成分除去手段での直流ノイズ成分除去後の
信号に基づいて車室内の状況を検出する。よって、外乱
光の直流ノイズによる悪影響を受けにくく正確なる検出
動作を行うことができる。

【０００８】請求項２に記載の発明によれば、交流ノイ
ズ成分除去手段は受光素子の出力信号を平滑化して交流
ノイズ成分を除去する。つまり、受光素子の出力信号に
含まれている交流ノイズ成分が取り除かれる。判定手段
は、交流ノイズ成分除去手段での交流ノイズ成分除去後
の信号に基づいて車室内の状況を検出する。よって、外
乱光の交流ノイズによる悪影響を受けにくく正確なる検
出動作を行うことができる。

【０００９】ここで、請求項３に記載のように、交流ノ
イズ成分除去手段は、所定時間毎にデータサンプリング
を行いつつ移動平均により信号の平滑化を行うものとす
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図１には、本実施の形態における
車室内状況検出装置を搭載した自動車を示す。

【００１１】この自動車は右ハンドル仕様であり、助手
席における車室内での天井には距離センサ１が装着され
ている。この距離センサ１の詳細を、図２，３，４に示
す。図２はセンサを車両の正面から見た図であり、図３
はセンサの縦断面図であり、図４は車室内からセンサを
見上げた図である。

【００１２】図２，３，４において、センサハウジング
２に９個の赤外線ＬＥＤ（発光素子）３，４，５，６，
７，８，９，１０，１１が下方の車室内に向けて固定さ
れている。又、センサハウジング２には受光素子として
の１次元ＰＳＤ（光学式位置検出素子）１２，１３，１
４が下方の車室内に向けて固定されている。より詳しく
は、図３に示すように、３つの赤外線ＬＥＤ６，７，８
が前後方向にライン状に配置され、その後ろにはＰＳＤ
１３が配置され、１次元ラインセンサが構成されてい
る。赤外線ＬＥＤ６，７，８の右側には３つの赤外線Ｌ
ＥＤ３，４，５が前後方向にライン状に配置され、その
後ろにはＰＳＤ１２が配置され、１次元ラインセンサが
構成されている。又、赤外線ＬＥＤ６，７，８の左側に
は３つの赤外線ＬＥＤ９，１０，１１が前後方向にライ
ン状に配置され、その後ろにはＰＳＤ１４が配置され、
１次元ラインセンサが構成されている。

【００１３】各前後方向に配置された各列のＬＥＤ
（６，７，８），（３，４，５），（９，１０，１１）
において、図３に示すように最も前のＬＥＤ３，６，９
は前方方向に対し４５°傾けて配置され、前から二列目
のＬＥＤ４，７，１０は前方方向に対し５５°傾けて配
置され、一番後ろのＬＥＤ５，８，１１は前方方向に対
し９０°傾けて、即ち、真下に向けて配置されている。
このように最も前のＬＥＤ３，６，９と、前から二列目
のＬＥＤ４，７，１０と、一番後ろのＬＥＤ５，８，１
１とは、照射角度を変えて設置され、センサ下部の検出
範囲を拡大して赤外光線が所定位置に到達するようにな
っている。

【００１４】又、図２に示すように、１次元ラインセン
サを構成するＬＥＤ６，７，８およびＰＳＤ１３は真下
を向き、１次元ラインセンサを構成するＬＥＤ３，４，
５およびＰＳＤ１２は水平方向に対し右側に７６．０°
の角度で配置され、１次元ラインセンサを構成するＬＥ
Ｄ９，１０，１１およびＰＳＤ１４は水平方向に対し左
側に７６．０°の角度で配置されている。このように３
つの１次元ラインセンサは左右方向の照射角度を変えて
設置され、センサの下方向にある検出範囲は２次元的な
平面になり、その平面には、センサから赤外線がスポッ
ト的に照射される。その赤外線照射点（領域）を図１に
おいてＰ１〜Ｐ９にて示す。本例においては、９個の赤
外線照射点Ｐ１〜Ｐ９は、センサ１から８００ｍｍ下方
での左右方向に２００ｍｍ、前後方向に２５０ｍｍ、５
５０ｍｍの間隔をおいて形成され、規則的な２次元配列
となっている。

【００１５】さらに、図３，４に示すように、１次元Ｐ
ＳＤ（光学式位置検出素子）１２〜１４の受光面側（前
段部）には非球面レンズ１５，１６，１７が配置され、
非球面レンズ１５〜１７によりＰＳＤ１２，１３，１４
に到達する赤外線反射光を集光してその収差が限りなく
小さくなる。又、各ＰＳＤ１２，１３，１４の受光面と
各非球面レンズ１５，１６，１７の取付間隔は非球面レ
ンズ１５，１６，１７の焦点ｆが、ＰＳＤ１２，１３，
１４の受光面上になるように距離を置いて設置されてい
る。又、ＰＳＤ１２，１３，１４と非球面レンズ１５，
１６，１７はそれぞれ平行になるように取り付けられて
いる。

【００１６】そして、赤外線照射点（領域）Ｐ１〜Ｐ９
により形成される平面検出範囲に乗員が乗車すると、図
５に示すように、乗員Ｍの上部に設置してあるセンサ１
でのＬＥＤ３〜１１から赤外光線が乗員Ｍの各部（例え
ば、頭、腕、膝など）で反射し、図６に示すように、そ
の反射光線は非球面レンズ１５〜１７で集合されＰＳＤ
１２〜１４にそれぞれ入射される。

【００１７】図７に示すように、１次元ＰＳＤ１２，１
３，１４の出力電流Ｉa ，Ｉb は、入射スポットと電極
までの距離に逆比例して分割され取り出される。センサ
１において１次元ＰＳＤ１２には電流／電圧変換器１
８，１９が接続されている（他の１次元ＰＳＤ１３，１
４も同様）。そして、電流／電圧変換器１８〜２３は１
次元ＰＳＤ１２〜１４の出力電流Ｉa ，Ｉb を電流／電
圧変換して電圧Ｖa ，Ｖb として出力する。

【００１８】つまり、図６に示すように、赤外線ＬＥＤ
（発光素子）３〜１１から発せられた光が反射し、この
反射光が１次元ＰＳＤ（光学式位置検出素子）１２〜１
４にて受光される。このとき、図７に示すように、１次
元ＰＳＤ（光学式位置検出素子）１２〜１４における集
光位置により被検出対象（反射物）までの距離に対応し
た出力差（Ｉa −Ｉb ）を得る。この出力は変換器１８
〜２３により電圧に変換される。

【００１９】図８には、車室内状況検出装置の電気的構
成を示す。直流ノイズ成分除去手段、交流ノイズ成分除
去手段、判定手段としてのコントローラ２４はマイクロ
コンピュータを中心に構成され、メモリ２５を有してい
る。

【００２０】コントローラ２４には各１次元ＰＳＤ（光
学式位置検出素子）１２，１３，１４毎の電流／電圧変
換器１８〜２３の出力端子が接続されている。又、コン
トローラ２４には赤外線ＬＥＤ（発光素子）３〜１１が
接続され、コントローラ２４は順にＬＥＤ３〜１１を駆
動して発光動作を行わせることができるようになってい
る。さらに、ＰＳＰ１２，１３，１４には電源が接続さ
れ、ＰＳＰ１２，１３，１４は常時作動している（ここ
で常時とはセンサの主電源ＯＮのときを指す）。

【００２１】コントローラ２４には車室内状況検出装置
に対する外部装置としてのエアバッグ制御装置２６が接
続されている。図９にはエアバッグ制御装置２６を示
す。エアバッグ制御装置２６は運転席用エアバッグ（袋
体）２７と助手席用エアバッグ（袋体）２８と運転席用
インフレータ２９と助手席用インフレータ３０を備えて
いる。そして、運転席用インフレータ２９に設けた点火
装置３１の駆動によりインフレータ２９内でガスが発生
しそのガスがエアバッグ（袋体）２７に充填され、エア
バッグ（袋体）２７が膨らむようになっている。同様
に、助手席用インフレータ３０に設けた点火装置３３の
駆動によりインフレータ３０内でガスが発生しそのガス
がエアバッグ（袋体）２８に充填され、エアバッグ（袋
体）２８が膨らむようになっている。

【００２２】又、助手席用のエアバッグ（袋体）２８は
向き可変機構３５が備えられ、向き可変機構３５により
エアバッグ（袋体）２８の向きが変えられるようになっ
ている。つまり、助手席用インフレータ３０とエアバッ
グ（袋体）２８の間にはフレキシブルパイプ３６が用い
られ、この部分から先端側の向きθを変えることができ
るようになっている。

【００２３】エアバッグ制御装置２６に備えられたコン
トローラ３７は衝突センサ３８と接続され、同センサ３
８から衝突検知信号を入力する。この衝突検知信号が、
インフレータの点火装置３１，３３を駆動して前述のエ
アバッグ膨張を実行させるトリガ信号となる。又、コン
トローラ３７は車室内状況検出装置からの信号を入力、
車室内の状況を示す信号および衝突検知信号に基づいて
点火装置３１，３３および向き可変機構３５を制御す
る。

【００２４】次に、このように構成した車室内状況検出
装置の作用を、図１０のフローチャートを用いて説明す
る。コントローラ２４は赤外線ＬＥＤ３〜１１を時分割
駆動させて各赤外線ＬＥＤ３〜１１を順に点灯させる。
より詳しくは、図１のＰ１→Ｐ４→Ｐ７→Ｐ２→Ｐ５→
Ｐ８→Ｐ３→Ｐ６→Ｐ９の順に移行させる。ここで、本
実施形態では、図１１に示すように、各ＬＥＤ３〜１１
の駆動時間は１５０μｍｓｅｃであり、時分割間隔を１
０ｍｓｅｃとしている。

【００２５】そして、コントローラ２４は、図１０のス
テップ１０１で、ＬＥＤ３〜１１のパルス駆動周期に同
期して非発光時におけるＰＳＤ１２，１３，１４の出力
信号からデータを取り込む。つまり、コントローラ２４
は図１２のｔ_1-1 ，… ，ｔ _i-1 にて示すタイミングに
て電流／電圧変換器１８〜２３から電圧値（アナログ
値）Ｖref を入力する。ここで、Ｖref は外乱光の直流
ノイズ成分に相当する。

【００２６】そして、コントローラ２４はステップ１０
２でデジタル変換する。さらに、コントローラ２４はス
テップ１０３でデジタル変換したデータを第１サンプリ
ング値Ｄ_i-1 としてメモリ２５の所定記憶領域に格納す
る。

【００２７】又、コントローラ２４は、ステップ１０４
で、ＬＥＤ３〜１１のパルス駆動周期に同期して発光時
におけるＰＳＤ１２，１３，１４の出力信号からデータ
を取り込む。つまり、コントローラ２４は図１２のｔ
_1-2 ，ｔ_1-3 ，… ，ｔ_i-2，ｔ_i-3 にて示すタイミ
ングにて電流／電圧変換器１８〜２３から電圧値（アナ
ログ値）Ｖa , Ｖb を入力する。そして、コントローラ
２４はステップ１０５でデジタル変換する。さらに、コ
ントローラ２４はステップ１０６でデジタル変換したデ
ータを第２サンプリング値Ｄ_i-2 ，Ｄ_i-3 としてメモリ
２５の所定記憶領域に格納する。

【００２８】引き続き、コントローラ２４はステップ１
０７で発光時におけるデータＤ_i-2，Ｄ_i-3 から非発光
時におけるデータＤ_i-1 をそれぞれ減算して今回値Ｄ
_ai ，Ｄ_biを得る。この減算処理により、図１３の
（ｂ）に示すように外乱光による直流ノイズ成分Ｖref
、即ち、オフセット成分が除去される。

【００２９】そして、コントローラ２４は図１０のステ
ップ１０８，１０９で、今回値Ｄ_ai ，Ｄ_biと過去（ｎ＋
１）回の値Ｄ_ai〜Ｄ_ai-nとＤ_bi〜Ｄ_bi-nをそれぞれ加算
するとともに、その加算値を（ｎ＋１）で割って移動平
均値Ｄ_a ，Ｄ_b を得る（ただし、ｎは任意の整数）。つ
まり、図１４に示すように、ｎ＋１＝５の場合には、５
回分の減算結果が加算された時点で、５回分のデータを
平均化し、この５回分のサンプリングおよび減算処理を
順次移動して行う。この処理により、図１３の（ｃ）に
示す交流ノイズ成分が重畳した信号に対し図１３の
（ａ）に示すように信号が平滑化されて外乱光による交
流ノイズ成分が除去される。

【００３０】コントローラ２４は図１０のステップ１１
０で、直流・交流ノイズを除去しデジタル化された信号
（データＤ_a ，Ｄ_b ）から、次式により距離（絶対位
置）Ｌに変換する。この処理は各ＬＥＤ３〜１１（各照
射スポットＰ１〜Ｐ９）に対して行う。 Ｌ＝ｋ・（Ｄ_a ／Ｄ_b ） ただし、ｋは比例定数。

【００３１】つまり、スポット位置信号に対し、Ｄ_a ／
Ｄ_b を計算して絶対的な位置信号を算出するとともに、
さらに反射光線の光軸によって異なる比例定数ｋを乗算
して、それぞれの１次元反射距離を計算する。

【００３２】信号の平滑化処理（移動平均処理）による
効果確認のための資料を示すと、図１５のように、平滑
化処理を行う前でのセンサ・検知対象物間距離Ｌ１に対
し、平滑化処理を行うとＬ２のように高周波成分が除去
される。

【００３３】そして、コントローラ２４は図１０のステ
ップ１１１で９スポットでの距離Ｌの測定結果から乗員
の有無および乗車位置を判定し、その結果をステップ１
１２でエアバッグ制御装置２６に車室内の状況を示す信
号として出力する。

【００３４】一方、図９のエアバッグ制御装置２６にお
いては、車室内状況検出装置からの信号を入力すると、
車室内の状況を示す信号の内容に応じた制御を実行す
る。つまり、コントローラ３７は助手席に乗員がいない
時においては、自動車が衝突したときに（衝突検知信号
の入力時に）エアバッグの膨張を禁止してエアバッグの
無意味な作動を禁止してエアバッグ交換修理費の増加を
防止する。又、コントローラ３７は助手席に乗員がいる
時においては、向き可変機構３５を制御してエアバッグ
（袋体）２８を乗員に向けるとともに、衝突検知信号の
入力により点火装置３３による膨張動作を行わせる。

【００３５】このように、図１０の信号処理を実行する
ことにより、ＰＳＤ１２〜１４からの信号に対し同信号
に含まれている直流ノイズ成分および交流ノイズ成分を
取り除いた後、ＰＳＤ１２〜１４からの信号に基づいて
乗員までの距離測定を高精度に行い、それをエアバッグ
制御に反映させることができる。

【００３６】つまり、ＰＳＤを用いたセンサにおいては
距離測定精度は１ｍ以内で１０ｍｍと高い検出分解能を
有しているが、室内（もしくは屋外でも直射日光等の外
乱光レベルが低い環境）でしか、この検出精度は保持さ
れない。具体的には屋外の様々な環境下で検出精度を測
定したところ検出分解能は室内に比べ最大で１／２程度
に低下している。これに対しノイズ除去を施すことによ
り、本来のセンサ信号により高精度に乗員までの距離測
定を行うことができる。

【００３７】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 （イ）コントローラ２４は図１０のステップ１０７の処
理にてＬＥＤ３〜１１の発光時におけるＰＳＤ１２〜１
４の出力信号レベル（データＤ_i-2 ，Ｄ_i-3 ）からＬＥ
Ｄ３〜１１の非発光時におけるＰＳＤ１２〜１４の出力
信号レベル（データＤ_i-1 ）をそれぞれ減じて直流ノイ
ズ成分を除去するので、ＰＳＤ１２〜１４の出力信号に
含まれている直流ノイズ成分が取り除かれ、直流ノイズ
成分除去後の信号に基づいて車室内の状況が検出され
る。よって、外乱光の直流ノイズによる悪影響を受けに
くく正確なる検出動作を行うことができる。 （ロ）コントローラ２４は図１０のステップ１０８，１
０９の処理にてＰＳＤ１２〜１４の出力信号を移動平均
法によりそれぞれ平滑化して交流ノイズ成分を除去する
ので、ＰＳＤ１２〜１４の出力信号に含まれている交流
ノイズ成分が取り除かれ、交流ノイズ成分除去後の信号
に基づいて車室内の状況が検出される。よって、外乱光
の交流ノイズによる悪影響を受けにくく正確なる検出動
作を行うことができる。

【００３８】これまで説明した実施の形態の他にも、次
のように実施してもよい。前述の図１０に示すフローチ
ャートの代わりに図１６に示すフローチャートによる処
理を行ってもよい。つまり、コントローラ２４は図１０
のステップ１０１〜１０７の処理を行った後、図１６の
ステップ２００においてセンサ・検知対象物間の距離Ｌ
を次式により算出する。

【００３９】Ｌ_i ＝ｋ・（Ｄ_ai／Ｄ_bi） ただし、ｋは比例定数。そして、コントローラ２４はス
テップ２０１で今回値Ｌ_i と過去（ｎ＋１）回の値Ｌ
_i-n を加算するとともに、その加算値を（ｎ＋１）で割
って平均値Ｌを得る。つまり、ｉ＝ｎ＋１の関係があ
る。さらに、コントローラ２４はステップ２０２で９ス
ポットでの距離Ｌの測定結果から乗員の有無および乗車
位置を判定し、その結果をステップ２０３でエアバッグ
制御装置２６に車室内の状況を示す信号として出力す
る。

【００４０】この図１６の処理を採用すると、図１０の
処理に比べ、メモリ容量を少なくすることができる。即
ち、図１０のステップ１０７〜１０９においては
Ｄ_ai ，Ｄ _biの２変数についてそれぞれ（ｎ＋１）回分
のデータをメモリしておかなければならないのに対し、
図１６のステップ２００，２０１においてはＬ_i につい
てのみ（ｎ＋１）回分のデータをメモリしておけばよい
ため、メモリ容量を少なくすることができる。

【００４１】又、上記実施形態ではコンピュータによる
デジタル信号処理（ソフト構成）にて信号の平滑化を行
ったが、ハード構成、即ち、コンデンサと抵抗によるＣ
Ｒ回路にて平滑化してもよい（ローパスフィルタを構成
してもよい）。

【００４２】又、センサの取付け位置は天井に限ること
なく、インストルメントパネル等に設けてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態における自動車を示す図。

【図２】 センサを車両の正面から見た図。

【図３】 センサの縦断面図。

【図４】 車室内からセンサを見上げた図。

【図５】 センシングを説明するための図。

【図６】 センシングを説明するための図。

【図７】 センシングを説明するための図。

【図８】 車室内状況検出装置の電気的構成を示す図。

【図９】 エアバッグ制御装置の全体構成図。

【図１０】 作用を説明するためのフローチャート。

【図１１】 ＬＥＤの駆動タイミングおよび信号取り込
みタイミングを説明するためのタイムチャート。

【図１２】 データのサンプリングタイミングを説明す
るためのタイムチャート。

【図１３】 信号処理を説明するためのタイムチャー
ト。

【図１４】 移動平均処理を説明するためのタイムチャ
ート。

【図１５】 移動平均処理を説明するためのタイムチャ
ート。

【図１６】 応用例における作用を説明するためのフロ
ーチャート。

【図１７】 従来装置を説明するための説明図。

【符号の説明】

１…センサ、３〜１１…ＬＥＤ、１２〜１４…１次元Ｐ
ＳＤ、２４…コントローラ、２５…メモリ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車室内において被検出対象に向けて光を
   断続的に発する発光素子と、 車室内において前記被検出対象での発光素子の照射に対
   する反射光を受光して電気信号に変換する受光素子と、 前記発光素子の発光時における前記受光素子の出力信号
   レベルから、前記発光素子の非発光時における前記受光
   素子の出力信号レベルを減じて、直流ノイズ成分を除去
   する直流ノイズ成分除去手段と、 前記直流ノイズ成分除去手段での直流ノイズ成分除去後
   の信号に基づいて車室内の状況を検出する判定手段とを
   備えたことを特徴とする車室内状況検出装置。
2. 【請求項２】 車室内において被検出対象に向けて光を
   発する発光素子と、 車室内において前記被検出対象での発光素子の照射に対
   する反射光を受光して電気信号に変換する受光素子と、 前記受光素子の出力信号を平滑化して交流ノイズ成分を
   除去する交流ノイズ成分除去手段と、 前記交流ノイズ成分除去手段での交流ノイズ成分除去後
   の信号に基づいて車室内の状況を検出する判定手段とを
   備えたことを特徴とする車室内状況検出装置。
3. 【請求項３】 前記交流ノイズ成分除去手段は、所定時
   間毎にデータサンプリングを行いつつ移動平均により信
   号の平滑化を行うものである請求項２に記載の車室内状
   況検出装置。