WO2019225124A1 - 生体着座検出装置 - Google Patents

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WO2019225124A1
WO2019225124A1 PCT/JP2019/010119 JP2019010119W WO2019225124A1 WO 2019225124 A1 WO2019225124 A1 WO 2019225124A1 JP 2019010119 W JP2019010119 W JP 2019010119W WO 2019225124 A1 WO2019225124 A1 WO 2019225124A1
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WO
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load
living body
frequency
single crystal
frequency component
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PCT/JP2019/010119
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕一 室▲崎▼
臣耶 佐久間
新井　史人
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国立大学法人名古屋大学
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Publication date
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C7/00—Parts, details, or accessories of chairs or stools
    • A47C7/62—Accessories for chairs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/117—Identification of persons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/90—Details or parts not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to a living body seating detection device that detects that an object on a seat installed in a vehicle such as a vehicle is a living body.
  • the accelerator lever is unlocked so that the accelerator lever installed in the vehicle can be operated only when the living body is seated, or the airbag seated in the vehicle is seated.
  • a living body seating detecting device that can detect whether an object on a seat is a luggage or a living body is desired.
  • the living body seating detection apparatus of Patent Document 1 is the same.
  • the living body seating detection device described in Patent Document 1 detects a body movement of a passenger on the seat based on a cable-shaped piezoelectric sensor disposed in a seat of a vehicle body and an output signal from the piezoelectric sensor. And presence determination means for determining a seat. After the output signal of the piezoelectric sensor is filtered by the filter unit in the presence determination means, it is determined whether or not a preset set value range (voltage determination value range) is exceeded. It is determined that the passenger is seated based on the movement.
  • a preset set value range voltage determination value range
  • the conventional living body seating detection apparatus passes and amplifies the output signal from the piezoelectric sensor through a filter having a predetermined filtering characteristic that passes a signal of 10 Hz or less, for example, and then passes through a bandpass filter of 4 Hz to 6 Hz. After that, when the set value is exceeded, it is determined that the occupant's body movement, for example, a minute body movement due to heartbeat activity, is detected, and the occupant's seating is detected.
  • a frequency component corresponding to the body movement of the living body included in the output signal from the piezoelectric sensor is extracted using a filter, and the body movement of the living body is determined based on the magnitude of the extracted signal. doing.
  • a piezoelectric sensor used in the living body seating detection apparatus of Patent Document 1 is provided on a resin-based columnar polymer piezoelectric body such as polyvinylidene fluoride and an outer peripheral surface of the columnar polymer piezoelectric body. It is comprised in the shape of a cable from the formed cylindrical outer electrode.
  • a piezoelectric sensor does not necessarily have a frequency characteristic that sufficiently reflects the movement of the living body on the seat, and it has not been possible to obtain accurate seating determination accuracy with respect to individual differences between living bodies.
  • the present invention has been made against the background of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a living body seating detection apparatus capable of obtaining accurate seating determination accuracy regardless of individual differences between living bodies. is there.
  • the present inventor when using a seating sensor having an extremely high frequency characteristic by using a single crystal piezoelectric vibrator, outputs the output signal from the seating sensor.
  • a waveform derived from a living body that has not been noticed in the past, and it has been found that when the sitting of a living body is determined based on the waveform derived from the living body, accurate sitting detection accuracy can be obtained for a large number of living bodies.
  • the present invention has been made based on such knowledge.
  • the gist of the first invention is (a) a living body seating detection device for determining that an object on a seat is a living body, and (b) a part of a load received on the seat is applied.
  • a load detection unit comprising a load sensor having a single crystal load detection element; and (c) the seat based on the presence of a waveform derived from the activity of the living body in a load signal representing the load detected by the load sensor.
  • seating determination means for determining that the upper object is a living body.
  • the gist of the second invention is that, in the first invention, frequency analysis means for performing frequency analysis to obtain a frequency spectrum using a Fourier transform for the load signal from the load sensor, and the frequency obtained by the frequency analysis means.
  • Frequency component determining means for determining that a frequency component of a waveform derived from the activity of the living body is present in the spectrum, and the seating determining means is a waveform derived from the activity of the living body by the frequency component determining means. When it is determined that there is a frequency component, it is determined that the object on the seat is a living body.
  • the gist of the third invention is that, in the first invention or the second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the heartbeat of the living body.
  • the gist of the fourth invention is that, in the first invention or the second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the respiration of the living body.
  • the gist of the fifth invention is that, in the first invention or the second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the conversation of the living body.
  • the gist of the sixth invention is that, in the first invention or the second invention, the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is at least one of 0.2 Hz to 10 Hz included in the waveform indicating the frequency spectrum.
  • the spectral average value in the frequency band including the part is.
  • a gist of a seventh aspect of the invention is that in any one of the first to sixth aspects of the invention, the load sensor includes a load applied to the single crystal load detection element and an oscillation including the single crystal load detection element.
  • a load is obtained based on a frequency of an oscillation circuit including the actual single crystal load detection element from a relationship obtained in advance with the oscillation frequency of the circuit, and a measurement load range of 10 ⁇ 3 N to 10 3 N Is provided.
  • the load sensor includes a thin crystal single crystal plate as the single crystal load detecting element, and the single crystal crystal.
  • a pair of electrodes formed at the center of the front and back surfaces of the crystal plate and the same length and width as the length and width of the crystal single crystal plate, but more than the thickness of the crystal single crystal plate
  • a pair of holding plates made of a material having a large thickness dimension and the same thermal expansion coefficient as that of the crystal single crystal plate, and sandwiching a peripheral portion of the crystal single crystal plate.
  • the gist of the ninth invention is to calculate a moving average value of a load signal representing a load detected by the load sensor, and to compare the moving average value of the load signal with a preset load determination value. Based on load determination means for determining whether the load applied to the seat is applied from a living adult or from a living infant, and is determined by the load determining means. Based on this, it is to detect whether the living body seated on the seat is an adult or an infant.
  • a living body seating detection apparatus that determines that an object on a seat is a living body, and (b) a part of a load received on the seat is applied.
  • a load detection unit comprising a load sensor having a single crystal load detection element; and (c) the seat based on the presence of a waveform derived from the activity of the living body in a load signal representing the load detected by the load sensor. Since the sitting determination means for determining that the upper object is a living body is included, a signal derived from the activity of the living body exists in the load signal from the load sensor having high frequency characteristics by the sitting determination means. Therefore, it is determined that the object on the seat is a living body, so that accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences between living bodies.
  • the frequency analysis means for performing frequency analysis to obtain a frequency spectrum using Fourier transform for the load signal from the load sensor, and the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means
  • Frequency component determining means for determining the presence of a frequency component of a waveform derived from the activity of the living body
  • the seating determining means includes the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body by the frequency component determining means.
  • the living body seating determination can be accurately obtained.
  • the living body seating determination can be accurately obtained.
  • the living body seating detection apparatus of the fifth invention since the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is a frequency component corresponding to the conversation of the living body, the sitting determination of the living body can be accurately obtained.
  • the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is within a frequency band including at least a part of 0.2 Hz to 10 Hz included in the waveform indicating the frequency spectrum. Since it is a spectrum average value, the sitting determination of a living body can be obtained accurately.
  • the load sensor has a predetermined relationship between a load applied to the single crystal load detection element and an oscillation frequency of the oscillation circuit including the single crystal load detection element.
  • the load is obtained based on the frequency of the oscillation circuit including the actual single crystal load detection element from the load, and has a measurement load range of 10 ⁇ 3 N to 10 3 N. Therefore, the load clearly includes a signal derived from a living body. A signal is obtained.
  • the load sensor is formed in a thin crystal single crystal plate as the single crystal load detection element, and in the center of the front and back surfaces of the crystal single crystal plate.
  • the frequency response of the measurement is sufficiently obtained, the waveform of the measured biological information is not distorted, there is no hysteresis due to sliding friction, and the measurement load includes hysteresis. Since there is little influence by temperature, sufficient accuracy can be obtained for the load waveform and the absolute value of the load.
  • the moving average value of the load signal representing the load detected by the load sensor is calculated, and the moving average value of the load signal is compared with a preset load determination value.
  • a load determining means for determining whether the load applied to the seat is applied from a living adult or from a living infant the load determining means Based on the determination, since it is to detect whether the living body seated on the seat is an adult or an infant, not only the living body but also whether the living body is an adult or an infant is detected. Can do.
  • FIG. 5 is an assembly diagram showing components separated to explain a configuration of a main part of the load sensor in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 4 for explaining the configuration of the main part of the load sensor in FIG. 4. It is a figure explaining the electrical structure of the living body seating detection apparatus of FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram explaining the structure of a load measurement circuit and an electronic control unit. It is a figure which shows the load signal obtained when an object is mounted on the seat of FIG. It is a figure which shows the load signal obtained when the passenger of the vehicle as a biological body is mounted on the seat of FIG. It is a figure which shows the frequency spectrum obtained by frequency-analyzing the load signal of FIG. 8 by a fast Fourier transform. It is a figure which shows the frequency spectrum obtained by frequency-analyzing the load signal of FIG. 9 by a fast Fourier transform.
  • FIG. 11 is an enlarged view showing a frequency band from 0 Hz to 10 Hz in the frequency spectrum of FIG. FIG.
  • FIG. 12 is an enlarged view showing a frequency band of 0 Hz to 10 Hz in the frequency spectrum of FIG. It is a figure which shows the magnitude
  • FIG. 1 is a perspective view showing a vehicle seat 12 to which a living body seating detection apparatus 10 according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a plan view of the seat 12 provided in the vehicle interior
  • FIG. 3 is a side view illustrating the configuration of the load detection unit 20 mounted on the seat 12.
  • the seat 12 includes a sitting portion 14 on which a living body, for example, a passenger sits, and a backrest portion 16 that rises from the rear end of the sitting portion 14.
  • the seating part 14 and the backrest part 16 are each comprised from cushion materials 18, such as a urethane foam supported by the steel pipe frames which are not shown in figure, for example.
  • the load detecting unit 20 for detecting the load of the passenger is provided in the seating part 14 that supports the weight of the passenger sitting. As shown in detail in FIG. 3, the load detection unit 20 is fixed to a pair of load receiving plates 22 and a substrate 24 that are embedded in the cushion material 18 and face each other with a predetermined gap therebetween, and a central portion of the substrate 24. And a load sensor 30 that detects a load received by the load receiving plate 22 and transmitted through the deflection of the load receiving plate 22.
  • FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a main part of the load sensor 30.
  • FIG. 5 is an assembly diagram showing the components separated to explain the structure of the main part of the load sensor 30 of FIG. 6 is a longitudinal sectional view taken along the line VI-VI in FIG. 4 for explaining the configuration of the main part of the load sensor in FIG. 4 to 6, the load sensor 30 is composed of a single-crystal quartz crystal plate having a thin plate shape and functions as a single crystal vibrator, and the length and width dimensions of the single crystal load detection element 32 are the same.
  • a material having a length and a width dimension but having a thickness dimension larger than that of the single crystal load detecting element 32 and having the same thermal expansion coefficient as the single crystal load detecting element 32 for example, a single crystal quartz plate; And a pair of holding plates 34 and 36 that sandwich the peripheral edge of the single crystal load detecting element 32.
  • recesses 34a and 36a which are shallow and recessed in a rectangular shape are formed so that the single crystal load detection element 32 is sandwiched only by the peripheral edge portion.
  • a pair of circular center electrodes 38 and 40 formed at the center so as to face each other in the thickness direction, and a single crystal load detection from the pair of center electrodes 38 and 40.
  • a pair of conductor patterns 38a and 40a formed so as to be opposite to each other in the diagonal direction of the element 32 are formed.
  • Concave grooves 34b and 36b are formed on a pair of side surfaces of holding plates 34 and 36, respectively, and conductor patterns 38a formed on the front and back surfaces of single crystal load detecting element 32 are formed in concave grooves 34b and 36b, respectively. The tip of 40a is exposed.
  • a single wire (not shown) is electrically connected to the tip portions of the conductor patterns 38a and 40a, so that the single crystal load detecting element 32 is connected to an oscillation circuit 56 described later.
  • a rectangular fixing surface 36c formed on the peripheral edge of the holding plate 36 so as to face the fixing surface 32b is bonded to each other with an adhesive or the like, so that the single crystal load detecting element 32 and the pair of holding plates 34 and 36 are bonded. Are fixed to each other.
  • the single crystal load detection element 32 is held in a reinforced state in which the peripheral portion is sandwiched between the pair of holding plates 34 and 36 by the single crystal load detection element 32.
  • the single crystal load detecting element 32 for example, an AT cut crystal having excellent temperature stability is used.
  • the AT-cut single crystal load detection element generates thickness shear vibration in the electrode portion by an externally applied voltage, and can obtain an output as an electrical periodic signal at a resonance frequency that is accurately proportional to the external force.
  • the single-crystal load detecting element 32 has a length in the longitudinal direction L in order to increase the load stress on the crystal with respect to the applied load by reducing the longitudinal direction L, that is, the cross section in the applied load direction, for example.
  • the length in the width direction W perpendicular to the longitudinal direction L is longer.
  • the single-crystal load detecting element 32 configured as described above has a thin-film conductor formed by sputtering or vapor deposition on both surfaces of a thin plate-shaped AT-cut quartz wafer, for example, using the Lift-off process, and the central electrodes 38 and 40 and the conductor pattern. It is formed by forming a large number of 38a and 40a and dividing them individually by dicing. Specifically, a sacrificial layer is first patterned on an AT-cut quartz wafer, and then an electrode is formed by sputtering Cr and Au, and then the sacrificial layer is removed. This series of processes is performed on both sides to pattern the electrodes, and after completion of the electrodes, a plurality of single crystal load detecting elements 32 are formed by cutting with a dicing saw.
  • the load sensor 30 configured in this manner, a small strain of the crystal single crystal plate is generated due to the elastic deformation of the pair of holding plates 34 and 36 upon receiving a load in the longitudinal direction. There is no sliding friction when it is distorted in response to. For this reason, the frequency response of the measurement is sufficiently obtained, the waveform of the measured biological information is not distorted, there is no hysteresis due to sliding friction, and the measurement load includes hysteresis. Therefore, sufficient accuracy can be obtained for the load waveform and the absolute value of the load. Further, the rise of the load sensor 30 can be improved.
  • the load sensor 30 thus configured has a wide measurement load range such as 10 ⁇ 3 N to 10 3 N.
  • FIG. 7 shows the load detection circuit 52 and the electronic control unit 54 provided in the living body seating detection apparatus 10.
  • the load detection circuit 52 has an oscillation circuit 56 for continuously oscillating the load sensor 30 and the single crystal load detection element 32 which is the main part of the load sensor 30, and the frequency of the periodic signal output from the oscillation circuit 56.
  • a frequency counter 58 for reading and a power supply circuit 60 for supplying power to the oscillation circuit 56 and the like are provided.
  • the frequency counter 58 sequentially outputs an oscillation frequency signal representing the oscillation frequency of the oscillation circuit 56, for example, every sampling period of about 1 to 10 ms.
  • the electronic control unit 54 is a so-called microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, and an input / output interface (not shown).
  • the electronic control unit 54 processes an input signal according to a program stored in advance in the ROM, for example. 14 is output to another control device or the like.
  • the electronic control unit 54 includes a load calculating unit 62, a frequency analyzing unit 64, a frequency component determining unit 66, a load determining unit 68, and a seating determining unit 70 as main parts of the control function.
  • the load calculating means 62 represents, for example, an oscillation frequency signal from the load detection circuit 52 based on a previously stored relationship between the load applied to the single crystal load detection element 32 and the vibration frequency of the single crystal load detection element 32. Based on the frequency, the load signal SW representing the load (N) received by the load sensor 30 is sequentially output.
  • FIG. 8 shows a waveform of the load signal SW obtained by the load calculating means 62 when nine PET bottles totaling 18 kg as an example of an object are placed on the seating portion 14 of the seat 12 of FIG. 1 in the idling state of the vehicle. Is shown.
  • FIG. 9 shows a load signal obtained by the load calculating means 62 when an occupant having a weight of 57 kg and a height of 177 cm as an example of a living body is seated on the seat 14 of the seat 12 in FIG. SW is shown.
  • the waveform of the load signal SW in FIG. 8 shows a waveform that includes a fine pulsation waveform that seems to be the vibration of the engine but shows a constant load without undulation.
  • a large-period pulsation waveform continuous with a large period T1 of about 3.5 to 4 or 2 seconds for example, a medium-period pulsation waveform continuous with a medium period T2 of about 0.8 seconds
  • a waveform derived from a living body including a short-period pulsation waveform that is continuous at a short period T3 of about 0.27 seconds is shown.
  • the waveform of the large period T1 corresponds to, for example, the respiratory cycle of the living body
  • the waveform of the intermediate period T2 corresponds to, for example, the heartbeat (pulse) period of the living body.
  • the waveform of the short period T3 is estimated to correspond to the harmonic of the waveform of the large period T1 or the waveform of the medium period T2.
  • the frequency analysis unit 64 performs frequency analysis on the load signal SW output from the load calculation unit 62 using fast Fourier analysis, and outputs a frequency spectrum.
  • FIG. 10 shows a frequency analysis of the load signal SW obtained when nine 2L bottles, that is, a total of 18 kg of objects are placed on the seating portion 14 of the seat 12 shown in FIG. 8, using fast Fourier analysis.
  • FIG. 11 shows a frequency spectrum of the load signal SW obtained when a passenger with a weight of 57 kg and a height of 177 cm is seated on the seating portion 14 of the seat 12 shown in FIG. The frequency spectrum when frequency analysis is performed is shown.
  • the slight vehicle noise including the vibration noise EN of the engine near 34 Hz is 10 Hz or more. Although it occurs in the band, noise is not recognized in the wavelength band of 0 to 10 Hz as shown in FIG.
  • the vibration noise EN of the engine near 34 Hz is shown. Vehicle noise larger than that in the case of FIG.
  • the spectrum in the 0-10 Hz wavelength band is estimated to be a signal corresponding to the fundamental wave derived from the respiratory activity of the living body and the heartbeat activity of the heart, but at least 2 Large signals derived from living bodies are also generated in a frequency band of ⁇ 7 Hz.
  • the frequency component determination unit 66 determines whether or not the frequency spectrum obtained by the frequency analysis unit 64 includes a frequency component derived from a living body.
  • the frequency component of the waveform derived from the living body is the basic frequency component of the pulsation related to the respiratory cycle of the living body, the frequency of the pulsation related to the heartbeat cycle, the frequency component of the pulsation related to the conversation (voice) or mastication of the living body Frequency and harmonic frequency.
  • the frequency component determining unit 66 corresponds to the signal intensity of the frequency component of the pulsating waveform having a large period that is continuous with a large period T1 of about 3.5 to 4 seconds, for example, in the frequency spectrum obtained by the frequency analyzing unit 64.
  • the average value of the signal intensity of the frequency spectrum in the frequency band of 0.23 to 0.28 Hz exceeds a preset first threshold value, for example, a pulsating waveform of a medium period that is continuous at a medium period T2 of about 0.8 seconds.
  • the average value of the signal intensity of the frequency spectrum in the frequency band of 1.1 to 1.4 Hz corresponding to the frequency component of the frequency exceeds a preset second threshold, and 2 to 7 Hz estimated as the harmonics thereof.
  • the frequency analysis means 64 determines whether at least one of the average values PWA of the signal intensities in the frequency spectrum of the frequency band exceeds a preset third threshold is determined by the frequency analysis means 64.
  • Frequency spectrum obtained Te to determine whether includes frequency components derived from a living body.
  • an average value PWA of the signal intensity of the frequency spectrum is shown.
  • the third threshold value is lower than the average value PW of the signal intensity of the frequency spectrum.
  • the value is preset.
  • FIG. 14 is a box-and-whisker diagram BP1 showing distributions of signal intensities in the wavelength band of 2 to 7 Hz of the frequency spectrum of the load signal SW respectively obtained from three types of objects having a total load of 6 kg, 12 kg, and 18 kg. Distribution of signal intensity in the 2-7 Hz wavelength band of the frequency spectrum of the load signal SW obtained from BP2 and BP3 and four passengers (living bodies) having body weights of 55 kg, 57 kg, 62 kg, and 65 kg, respectively. Box-and-whisker diagrams BP4, BP5, BP6, and BP7, respectively, are shown.
  • the load determination unit 68 calculates the moving average value of the load signal SW output from the load calculation unit 62, and compares the moving average value of the load signal SW with a preset load determination value. It is determined whether the load applied to the seating portion 14 is applied from a living adult or applied from a living infant. For example, when the moving average value of the load signal SW exceeds a preset load determination value for determining an adult, it is determined that the adult is seated, and the moving average value of the load signal SW is lower than the load determination value. In this case, it is determined that the child is seated.
  • the seating determination means 70 includes a frequency component of a waveform derived from a living body in the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64 by the frequency component determination means 66 when a predetermined load or more is applied to the seating portion 14 of the seat 12. If it is determined that the object has not been placed, it is determined that the object is placed on the seating portion 14, but the frequency component obtained by the frequency analysis means 64 by the frequency component determination means 66 includes a frequency component derived from a living body of the waveform. If it is determined that the subject is sitting, the sitting of the living body is determined. In this case, based on the determination result of the load determination means 68, it is also determined whether the seat is an adult seat or an infant seat.
  • FIG. 15 is a flowchart for explaining a main part of the control operation of the electronic control unit 54.
  • step S ⁇ b> 1 it is determined whether or not a predetermined load or more is detected in the seating portion 14 of the seat 12. While the determination of S1 is denied, the system waits, but when the determination of S1 is affirmed, the load detection circuit 52 determines from S2 corresponding to the load calculation means 62 from the pre-stored relationship shown in FIG.
  • the load signal SW representing the load (N) received by the load sensor 30 is sequentially calculated based on the frequency represented by the oscillation frequency signal.
  • S3 corresponding to the frequency analysis means 64, frequency analysis is performed from the load signal SW using fast Fourier analysis, and a frequency spectrum is output.
  • a frequency component derived from a living body set in advance in the frequency spectrum for example, a frequency component of a pulsating waveform having a large period that continues for a large period T1 of about 4 seconds, for example, 0 It is determined whether or not a frequency component or the like of a pulsating waveform having a medium cycle that is continuous at a medium cycle T2 of about 8 seconds is included. If the determination in S4 is negative, it is determined in S8 that the object is placed on the seating portion 14 of the seat 12.
  • the load detection unit 20 including the load sensor 30 including the single crystal vibrator to which a part of the load received by the seating portion 14 of the seat 12 is applied.
  • the frequency analysis unit 64 that performs frequency analysis using the fast Fourier transform on the load signal SW from the load sensor 30 to obtain a frequency spectrum, and the frequency analysis unit 64 obtain the frequency spectrum.
  • Frequency component determining means 66 for determining that a frequency component of a waveform derived from the activity of the living body is present in the frequency spectrum, and the seating determining means 70 is a waveform derived from the activity of the living body by the frequency component determining means 66. Therefore, since it is determined that the object on the seating portion 14 of the seat 12 is a living body, accurate seating determination accuracy can be obtained regardless of individual differences of the living body.
  • the living body seating detection apparatus 10 of the present embodiment since the frequency component corresponding to the heartbeat of the living body is used as the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body, the sitting determination of the living body can be accurately obtained.
  • the living body seating determination can be accurately obtained.
  • the living body seating determination can be accurately obtained.
  • the frequency component of the waveform derived from the activity of the living body is at least one of 0.2 Hz to 10 Hz included in the waveform indicating the frequency spectrum obtained by the frequency analysis means 64. Since it is the spectrum average value in the frequency band including the part, the living body seating determination can be accurately obtained.
  • the load sensor 30 includes a load applied to the single crystal load detection element (single crystal vibrator) 32 and the single crystal load detection element (single crystal vibrator) 32.
  • the load is obtained based on the frequency of the oscillation circuit 56 including the actual single crystal load detecting element 32 from the relationship obtained in advance with the oscillation frequency of the oscillation circuit 56, and is 10 ⁇ 3 N to 10 3 N. Since the measurement load range is provided, a load signal SW that clearly includes a biological signal is obtained.
  • the load sensor 30 is formed in a thin crystal single crystal plate as the single crystal load detection element 32 and in the center of the front and back surfaces of the single crystal crystal plate.
  • a pair of holding plates 34 and 36 made of a material having the same thermal expansion coefficient as that of the quartz single crystal plate and sandwiching the peripheral portion of the quartz single crystal plate. Since the crystal single crystal plate is allowed to generate micro strain by the elastic deformation of 34 and 36, there is no sliding friction when the micro strain is generated in response to a change in load.
  • the frequency response of the measurement is sufficiently obtained, the waveform of the measured biological information is not distorted, there is no hysteresis due to sliding friction, and the measurement load includes hysteresis. Since there is little influence by temperature, sufficient accuracy can be obtained for the load waveform and the absolute value of the load.
  • the seating determination unit 70 is obtained by the frequency analysis unit 64 by the frequency component determination unit 66 when a predetermined load or more is applied to the seating portion 14 of the seat 12.
  • the frequency obtained by the frequency analysis unit 64 by the frequency component determination unit 66 is determined.
  • the sitting of the living body is determined.
  • the seating determination unit 70 stores, for example, a waveform derived from a living body in advance, and uses a pattern matching method to determine whether or not the stored biological waveform is included in the load signal SW output from the load detection circuit 52. It may be determined whether or not a waveform derived from a living body is included in the load signal SW. If it is determined that the load signal SW includes the waveform, the sitting of the living body may be determined.
  • the load signal SW based on the actual frequency from the predetermined relationship between the frequency of the oscillation circuit 56 including the single crystal load detection element 32 of the load sensor 30 and the load applied to the load sensor 30.
  • the load signal SW is based on the actual output voltage from the relationship between the output voltage corresponding to the charge generated by the crystal single crystal constituting the single crystal load detection element 32 of the load sensor 30 and the load applied to the load sensor 30. It may be calculated.
  • the load sensor 30 of the above-described embodiment is not provided with a circuit device relating to temperature compensation.
  • a circuit device that performs temperature compensation may be provided in such a case in order to maintain load detection accuracy.
  • a temperature reference load sensor configured in the same manner as the load sensor 30 is added in a state where no load is applied, and the load signal SW obtained from the load sensor 30 and the above temperature are added.
  • a difference value from the load signal SWr obtained from the reference load sensor may be used as the load signal.
  • a temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple is provided in the load sensor 30 to detect the temperature of the load sensor 30, and a temperature correction value obtained experimentally in advance and the load sensor 30
  • a temperature correction value may be obtained based on the actual temperature of the load sensor 30 from the relationship with the temperature, and the load signal SW may be corrected using the temperature correction value.

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Abstract

生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度を得ることができる生体着座検出装置を提供することにある。本実施例の生体着座検出装置（１０）によれば、座席（１２）の着座部（１４）に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子（３２）を有する荷重センサ（３０）を備える荷重検出ユニット（２０）と、荷重センサ（３０）により検出された荷重を表す荷重信号（ＳＷ）に生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて、座席（１２）の着座部（１４）上の物体が生体であることを判定する着座判定手段（７０）とを、含むことから、着座判定手段（７０）により、高い周波数特性を有する荷重センサ（３０）からの荷重信号（ＳＷ）に生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて座席（１２）の着座部（１４）上の物体が生体であることが判定されるので、正確な着座判定精度が得られる。

Description

生体着座検出装置
　本発明は、たとえば車両等の乗り物に設置されている座席上の物体が生体であることを検出する生体着座検出装置に関するものである。
　たとえば自動車に装備されているアクセルレバーを生体が着座しているときのみ操作可能とするためにアクセルレバーのロックを解除する、或いは、車両に装備されているエアーバックを生体が着座している座席のみに差動させる等のために、座席上の物体が荷物であるか生体であることを検出することができる生体着座検出装置が望まれている。
　たとえば特許文献１の生体着座検出装置がそれである。特許文献１に記載された生体着座検出装置は、車体の座席に配置されたケーブル状の圧電センサと、圧電センサからの出力信号に基づき前記座席上の乗員の体動を検出して乗員の在席を判定する在席判定手段とを備えている。圧電センサの出力信号は在席判定手段においてフィルタ部によって濾波された後、予め設定された設定値範囲（電圧判定値範囲）を超えたか否かが判定され、超えた場合には、乗員の体動があったことに基づいて、乗員が着座していると判定されるようになっている。
特開２００５－２０４８７１号公報
　ところで、上記従来の生体着座検出装置は、圧電センサからの出力信号をたとえば１０Ｈｚ以下の信号を通過させる所定の濾波特性を有するフィルタを通し且つ増幅した後、さらに４Ｈｚ～６Ｈｚのバンドパスフィルタを通した後に、予め設定された設定値と比較し、設定値を超える場合に乗員の体動たとえば心拍活動による身体の微小な体動と判断して乗員の着座を検出するようになっている。上記従来の生体着座検出装置では、圧電センサからの出力信号に含まれる生体の体動に対応する周波数成分をフィルタを用いて抽出し、抽出した信号の大きさに基づいて生体の体動を判定している。
　ところで、特許文献１の生体着座検出装置に用いられている圧電センサは、ポリフッ化ビニリデンのような樹脂系の円柱状の高分子圧電体と、その円柱状の高分子圧電体の外周面に設けられた円筒状の外側電極とからケーブル状に構成されている。このような圧電センサは、座席上の生体の動きを必ずしも十分に反映する周波数特性を有するものではなく、生体個体差に対して正確な着座判定精度を得ることができなかった。
　本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度を得ることができる生体着座検出装置を提供することにある。
　本発明者は以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、たとえば単結晶の圧電振動子を利用することで桁違いに高い周波数特性を有する着座センサを用いると、その着座センサから出力信号には従来では気づかなかった生体由来の波形が存在しており、その生体由来の波形に基づいて生体の着座を判定すると、多数の生体に対して正確な着座検出精度が得られることを見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為なされたものである。
　すなわち、第１発明の要旨とするところは、（ａ）座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、（ｂ）前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、（ｃ）前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含むことにある。
　第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段とを、含み、前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段により前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定することにある。
　第３発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分であることにある。
　第４発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分であることにある。
　第５発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、生体の会話に対応する周波数成分であることにある。
　第６発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明において、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、０．２Ｈｚ～１０Ｈｚの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることにある。
　第７発明の要旨とするところは、第１発明から第６発明のいずれか１の発明において、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０－３Ｎ～１０３Ｎの測定荷重レンジを備える。
　第８発明の要旨とするところは、第１発明から第６発明のいずれか１の発明において、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えていることにある。
　第９発明の要旨とするところは、前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号の移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する荷重判定手段を含み、前記荷重判定手段により判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出することにある。
　第１発明の生体着座検出装置によれば、（ａ）座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、（ｂ）前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、（ｃ）前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含むことから、着座判定手段により、高い周波数特性を有する荷重センサからの荷重信号に前記生体の活動に由来する信号が存在することに基づいて前記座席上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。
　第２発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段とを、含み、前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段により前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定することから、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。
　第３発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　第４発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　第５発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、生体の会話に対応する周波数成分であることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　第６発明の生体着座検出装置によれば、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、０．２Ｈｚ～１０Ｈｚの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　第７発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０－３Ｎ～１０３Ｎの測定荷重レンジを備えるので、生体由来の信号を明確に含む荷重信号が得られる。
　第８発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備えていることから、荷重を受けて前記一対の保持板の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が許容されるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがなく、温度による影響が少ないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。
　第９発明の生体着座検出装置によれば、前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号の移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する荷重判定手段を含み、前記荷重判定手段により判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出することにあることから、生体の着座だけでなく、生体が成人であるか幼児であるかも検出することができる。
本発明の一実施例の生体着座検出装置が装着された座席を例示する斜視図である。 図１の座席を示す平面図である。 図１の座席に装着された荷重検出ユニットの構成を説明する側面図である。 図３の荷重検出ユニットに用いられる荷重センサの要部を拡大して示す斜視図である。 図４の荷重センサの要部の構成を説明するために構成部品を分離して示す組み立て図である。 図４の荷重センサの要部の構成を説明する図４のＶＩ－ＶＩ視縦断面図である。 図１の生体着座検出装置の電気的構成を説明する図であって、荷重測定回路および電子制御装置の構成を説明するブロック線図である。 図１の座席に物体を載せた場合に得られる荷重信号を示す図である。 図１の座席に生体としての車両の搭乗者を載せた場合に得られる荷重信号を示す図である。 図８の荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルを示す図である。 図９の荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルを示す図である。 図１０の周波数スペクトルの０Ｈｚ～１０Ｈｚの周波数帯を拡大して示す図である。 図１１の周波数スペクトルの０Ｈｚ～１０Ｈｚの周波数帯を拡大して示す図である。 荷重信号を高速フーリエ変換により周波数解析して得られた周波数スペクトルの０Ｈｚ～１０Ｈｚの周波数帯における信号強度の大きさおよびばらつきを、３種類の物体および４種類の生体についてそれぞれ示す図である。 図７の電子制御装置の制御作動の要部を説明するフローチャートである。
　以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比、形状等は必ずしも正確に描かれていない。
　図１は、本発明の一実施例の生体着座検出装置１０が適用される車両用の座席１２を示す斜視図である。また、図２は、車室内に設けられた座席１２の平面図であり、図３は、座席１２に装着された荷重検出ユニット２０の構成を説明する側面図である。座席１２は、生体たとえば搭乗者が腰掛ける着座部１４と、着座部１４の後端から立ち上がる背もたれ部１６とを備えている。着座部１４および背もたれ部１６は、たとえば図示しない鋼製のパイプフレームにより支持されたウレタンフォーム等のクッション材１８からそれぞれ構成されている。
　腰掛けた搭乗者の体重を支持する着座部１４には、搭乗者の荷重を検出するための荷重検出ユニット２０が設けられている。荷重検出ユニット２０は、図３に詳しく示すように、クッション材１８内に埋設され且つ互いに所定の間隔を隔てて対向する一対の荷重受板２２および基板２４と、基板２４の中央部に固定され、荷重受板２２に受けられ荷重受板２２の撓みを通して伝達される荷重を検出する荷重センサ３０とを備えている。
　図４は、荷重センサ３０の要部を拡大して示す斜視図である。図５は、図４の荷重センサ３０の要部の構成を説明するために構成部品を分離して示す組み立て図である。図６は、図４の荷重センサの要部構成を説明する図４のＶＩ－ＶＩ視縦断面図である。図４～図６において、荷重センサ３０は、薄板形状の水晶単結晶板から成り単結晶振動子として機能する単結晶荷重検出素子３２と、単結晶荷重検出素子３２の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、単結晶荷重検出素子３２の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ単結晶荷重検出素子３２と同じ熱膨張係数を有する材質たとえば単結晶の水晶板から成り、単結晶荷重検出素子３２の周縁部を挟持する一対の保持板３４および３６と、を備えている。一対の保持板３４および３６の単結晶荷重検出素子３２に対向する面には、その周縁部だけで単結晶荷重検出素子３２を挟持するように、浅く矩形に凹んだ凹陥部３４ａおよび３６ａが形成されている。
　単結晶荷重検出素子３２の表面および裏面には、厚み方向に対向するように中央部にそれぞれ形成された円形の一対の中央電極３８および４０と、一対の中央電極３８および４０から単結晶荷重検出素子３２の対角方向に相反するようにそれぞれ形成された一対の導体パターン３８ａおよび４０ａとが、それぞれ形成されている。保持板３４および３６の一対の側面には凹溝３４ｂおよび３６ｂがそれぞれ形成されており、それら凹溝３４ｂおよび３６ｂ内に、単結晶荷重検出素子３２の表面および裏面に形成された導体パターン３８ａおよび４０ａの先端部が露出させられるようになっている。それら導体パターン３８ａおよび４０ａの先端部に図示しない導線が電気的に接続されることで、単結晶荷重検出素子３２が後述の発振回路５６に接続されるようになっている。単結晶荷重検出素子３２の表面および裏面の周縁部にそれぞれ形成され矩形の固着面３２ａおよび３２ｂと、固着面３２ａに対向するように保持板３４の周縁部に形成された矩形の固着面３４ｃおよび固着面３２ｂに対向するように保持板３６の周縁部に形成された矩形の固着面３６ｃとが接着剤等によって相互に面接着されて、単結晶荷重検出素子３２および一対の保持板３４および３６が、相互に固定されている。これにより、単結晶荷重検出素子３２は、その周縁部が一対の保持板３４および３６により単結晶荷重検出素子３２により挟持された補強状態で、保持されている。
　単結晶荷重検出素子３２には、例えば、温度安定性に優れたＡＴカット水晶を用いている。ＡＴカット単結晶荷重検出素子は、外部からの印加電圧により電極部に厚み滑り振動を生じ、外力に対して正確に比例した共振周波数での電気周期信号として出力を得ることができる。単結晶荷重検出素子３２は、例えば長手方向Ｌすなわち荷重負荷方向の断面を小さくすることによって負荷荷重に対する水晶への負荷応力を増大させて感度の向上を図る為に、長手方向Ｌの長さが、長手方向Ｌに対して垂直な幅方向Ｗの長さよりも長くされている。
　このように構成される単結晶荷重検出素子３２は、例えば薄板形状のＡＴカット水晶ウェハの両面にスパッタ或いは蒸着により成膜した薄膜導体をＬｉｆｔ－ｏｆｆプロセスを用いて中央電極３８および４０および導体パターン３８ａおよび４０ａを多数個分形成し、ダイシングにより個々に分割を行うことで形成される。具体的には、ＡＴカット水晶ウェハ上に、先ず犠牲層をパターンニングし、次にＣｒ及びＡｕをスパッタして電極を形成した後、犠牲層を除去する。この一連のプロセスを両面に行って電極をパターンニングし、電極完成後、ダイシングソーによってカットして複数個の単結晶荷重検出素子３２が形成される。
　このように構成された荷重センサ３０では、その長手方向に荷重を受けて前記一対の保持板３４および３６の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が発生させられるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。また、荷重センサ３０の立ち上がりを良くすることができる。このように構成された荷重センサ３０は、たとえば１０－３Ｎ～１０３Ｎのような広範な測定荷重レンジを備える。
　図７は、生体着座検出装置１０に備えられた荷重検出回路５２および電子制御装置５４を示している。荷重検出回路５２は、荷重センサ３０、荷重センサ３０の主要部である単結晶荷重検出素子３２の発振を持続して行わせる為の発振回路５６、発振回路５６から出力される周期信号の周波数を読み取る為の周波数カウンタ５８、及び発振回路５６等へ電源を供給する為の電源回路６０などを備えている。周波数カウンタ５８からは、たとえば１～１０ｍｓ程度のサンプリング周期毎に発振回路５６の発振周波数を表す発振周波数信号を逐次出力する。
　電子制御装置５４は、たとえば図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースを含む所謂マイクロコンピュータであって、たとえば予めＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって入力信号を処理し、生体が座席１２の着座部１４に着座したか否か等を表す着座信号ＳＴを他の制御装置等へ出力する。電子制御装置５４は、荷重算出手段６２、周波数解析手段６４、周波数成分判定手段６６、荷重判定手段６８、着座判定手段７０を、制御機能の要部として備えている。
　荷重算出手段６２は、たとえば単結晶荷重検出素子３２に加えられる負荷荷重と単結晶荷重検出素子３２の振動周波数との間の予め記憶された関係から、荷重検出回路５２からの発振周波数信号が表す周波数に基づいて、荷重センサ３０が受けた荷重（Ｎ）を表す荷重信号ＳＷを逐次出力する。図８は、車両のアイドリング状態において、物体の一例として合計１８ｋｇのペットボトル９本を、図１の座席１２の着座部１４に載せた場合に荷重算出手段６２によって得られた荷重信号ＳＷの波形を示している。図９は、車両のアイドリング状態において、生体の一例として体重５７ｋｇ、身長１７７ｃｍの搭乗者を、図１の座席１２の着座部１４に着座させた場合に、荷重算出手段６２によって得られた荷重信号ＳＷを示している。
　図８の荷重信号ＳＷの波形には、エンジンの振動と思われる細かな脈動波形を含むがうねりのない一定の荷重を示す波形が示されている。これに対して、図９では、３．５～４、２秒程度の大周期Ｔ１で連続する大周期の脈動波形、たとえば０．８秒程度の中周期Ｔ２で連続する中周期の脈動波形、およびたとえば０．２７秒程度の小周期Ｔ３で連続する小周期の脈動波形等を含む生体由来の波形が示されている。上記大周期Ｔ１の波形はたとえば生体の呼吸周期に対応し、上記中周期Ｔ２の波形はたとえば生体の心拍（脈拍）周期に対応している。また、上記小周期Ｔ３の波形は上記大周期Ｔ１の波形或いは中周期Ｔ２の波形の高調波に対応していると推定される。
　周波数解析手段６４は、荷重算出手段６２から出力された荷重信号ＳＷを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析を行い、周波数スペクトルを出力する。図１０は、図８に示す、座席１２の着座部１４に２Ｌ入りのボトル９本すなわち合計１８ｋｇの物体を載置した場合に得られた荷重信号ＳＷを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析したときの周波数スペクトルを示し、図１１は、図９に示す、座席１２の着座部１４に体重５７ｋｇ、身長１７７ｃｍの搭乗者を着座させた場合に得られた荷重信号ＳＷを、高速フーリエ解析を用いて周波数解析したときの周波数スペクトルを示している。
　合計１８ｋｇの物体を載置した場合に得られた荷重信号ＳＷを周波数解析することで得られた図１０の周波数スペクトルでは、３４Ｈｚ付近のエンジンの振動ノイズＥＮを含む僅かな車両ノイズが１０Ｈｚ以上の帯域において発生しているが、図１２に示すように、０～１０Ｈｚの波長帯にはノイズが認識されない。これに対して、体重５７ｋｇ、身長１７７ｃｍの搭乗者を着座させた場合に得られた荷重信号ＳＷを周波数解析することで得られた図１１の周波数スペクトルでは、３４Ｈｚ付近のエンジンの振動ノイズＥＮを含む図１０の場合よりも大きい車両ノイズが１０Ｈｚ以上の帯域において発生しているとともに、図１３に示すように、０～１０Ｈｚの波長帯には生体の活動に由来する大きなシグナルが認識される。０～１０Ｈｚの波長帯内のスペクトルのうち、０～２Ｈｚの波長帯におけるスペクトルは生体の呼吸活動や心臓の心拍活動に由来する基本波に対応するシグナルであることが推定されるが、少なくとも２～７Ｈｚの周波数帯にも生体由来の大きなシグナルが発生している。
　周波数成分判定手段６６は、周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに、生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定する。生体由来の波形の周波数成分とは、生体の呼吸周期に関連する脈動の周波数成分、心拍周期に関連する脈動の周波数、生体の会話（音声）や咀嚼動作に関連する脈動の周波数成分等の基本周波数および高調波周波数である。周波数成分判定手段６６は、周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに、たとえば３．５～４、２秒程度の大周期Ｔ１で連続する大周期の脈動波形の周波数成分の信号強度に対応する０．２３～０．２８Ｈｚの周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度の平均値が予め設定された第１閾値を超えること、たとえば０．８秒程度の中周期Ｔ２で連続する中周期の脈動波形の周波数成分に対応する１．１～１．４Ｈｚの周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度の平均値が予め設定された第２閾値を超えること、およびそれらの高調波と推定される２～７Ｈｚの周波数帯の周波数スペクトルの信号強度の平均値ＰＷＡが予め設定された第３閾値を超えることの少なくとも一つが判定されることに基づいて、周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定する。図１３の２～７Ｈｚの周波数帯には、周波数スペクトルの信号強度の平均値ＰＷＡが示されており、好適には、上記第３閾値は、その周波数スペクトルの信号強度の平均値ＰＷよりも低い値に予め設定される。
　図１４は、合計６ｋｇ、１２ｋｇ、および１８ｋｇの荷重を有する３種類の物体からそれぞれ得られた荷重信号ＳＷの周波数スペクトルの２～７Ｈｚの波長帯における信号強度の分布をそれぞれ示す箱ひげ図ＢＰ１、ＢＰ２、およびＢＰ３と、５５ｋｇ、５７ｋｇ、６２ｋｇ、および６５ｋｇの体重を有する４人の搭乗者（生体）からそれぞれ得られた荷重信号ＳＷの周波数スペクトルの２～７Ｈｚの波長帯における信号強度の分布をそれぞれ示す箱ひげ図ＢＰ４、ＢＰ５、ＢＰ６、およびＢＰ７とを、示している。
　図１４に示すように、物体からの荷重信号ＳＷの周波数スペクトルの信号強度のばらつきを示す箱ひげ図ＢＰ１、ＢＰ２、およびＢＰ３の最大値と、搭乗者からの荷重信号ＳＷの周波数スペクトルの信号強度のばらつきを示す箱ひげ図ＢＰ４、ＢＰ５、ＢＰ６、およびＢＰ７の最小値との間に設定された第４閾値Ｈ４を用いて、０．２Ｈｚ～１０Ｈｚ、好適には、２～７Ｈｚの周波数帯の少なくとも一部を含む周波数帯内の周波数スペクトルの信号強度と大小関係比較することで生体由来の周波数成分が含まれているか否かが判定されることができる。周波数成分判定手段６６は、その信号強度が第４閾値Ｈ４を超えることに基づいて、周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれているか否かを判定してもよい。
　荷重判定手段６８は、荷重算出手段６２から出力された荷重信号ＳＷの移動平均値を算出し、荷重信号ＳＷの移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席１２の着座部１４に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する。たとえば荷重信号ＳＷの移動平均値が成人を判定するために予め設定された荷重判定値を超えた場合には成人の着座と判定し、荷重信号ＳＷの移動平均値がその荷重判定値を下回った場合には幼児の着座と判定する。
　着座判定手段７０は、所定以上の荷重が座席１２の着座部１４に加えられたとき、周波数成分判定手段６６によって周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに生体由来の波形の周波数成分が含まれていないと判定された場合は、物体が着座部１４に載置されたと判定するが、周波数成分判定手段６６によって周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに波形の生体由来の周波数成分が含まれていると判定された場合は、生体の着座を判定する。この場合、荷重判定手段６８の判定結果に基づいて、成人の着座であるか幼児の着座であるかも判定する。
　図１５は、電子制御装置５４の制御作動の要部を説明するフローチャートである。図１３において、ステップＳ１（以下、ステップを省略する）では、座席１２の着座部１４に所定以上の荷重が検出されたか否かが判断される。このＳ１の判断が否定されるうちは待機させられるが、Ｓ１の判断が肯定されると、荷重算出手段６２に対応するＳ２において、図８に示す予め記憶された関係から、荷重検出回路５２からの発振周波数信号が表す周波数に基づいて、荷重センサ３０が受けた荷重（Ｎ）を表す荷重信号ＳＷが逐次算出される。次に、周波数解析手段６４に対応するＳ３において、上記の荷重信号ＳＷから高速フーリエ解析を用いて周波数解析が行われ、周波数スペクトルが出力される。
　次いで、周波数成分判定手段６６に対応するＳ４において、上記周波数スペクトルに、予め設定された生体由来の周波数成分、たとえば４秒程度の大周期Ｔ１で連続する大周期の脈動波形の周波数成分、たとえば０．８秒程度の中周期Ｔ２で連続する中周期の脈動波形の周波数成分等が含まれているか否かが判定される。このＳ４の判断が否定される場合は、Ｓ８において、物体が座席１２の着座部１４に載置されていると決定される。しかし、Ｓ４の判断が肯定される場合は、荷重判定手段６８に対応するＳ５において、座席１２の着座部１４に加えられている荷重が予め設定された成人判定値を超えるか否かが判断される。このＳ５の判断が否定される場合は、Ｓ７において幼児或いは小児の着座であると決定されるが、Ｓ５の判断が肯定される場合は、Ｓ６において成人の着座であると決定される。これらＳ６、Ｓ７、およびＳ８は、着座判定手段７０に対応している。
　上述のように、本実施例の生体着座検出装置１０によれば、座席１２の着座部１４に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶振動子を有する荷重センサ３０を備える荷重検出ユニット２０と、荷重センサ３０により検出された荷重を表す荷重信号ＳＷに生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、座席１２の着座部１４上の物体が生体であることを判定する着座判定手段７０とを、含むことから、着座判定手段７０により、高い周波数特性を有する荷重センサ３０からの荷重信号ＳＷに生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて座席１２の着座部１４上の物体が生体であることが判定されるので、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、荷重センサ３０からの荷重信号ＳＷに高速フーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段６４と、周波数解析手段６４により得られた周波数スペクトルに、生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段６６とを、含み、着座判定手段７０は、周波数成分判定手段６６により生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、座席１２の着座部１４上の物体が生体であることを判定することから、生体の個体差に拘わらず正確な着座判定精度が得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の心拍に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の呼吸に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分として、生体の会話に対応する周波数成分が用いられることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、生体の活動に由来する波形の周波数成分は、周波数解析手段６４により得られた周波数スペクトルを示す波形に含まれる、０．２Ｈｚ～１０Ｈｚの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値であることから、生体の着座判定が正確に得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、荷重センサ３０は、単結晶荷重検出素子（単結晶振動子）３２に加えられる荷重とその単結晶荷重検出素子（単結晶振動子）３２を含む発振回路５６の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の単結晶荷重検出素子３２を含む発振回路５６の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０－３Ｎ～１０３Ｎの測定荷重レンジを備えるので、生体由来の信号を明確に含む荷重信号ＳＷが得られる。
　本実施例の生体着座検出装置１０によれば、荷重センサ３０は、単結晶荷重検出素子３２としての薄板形状の水晶単結晶板と、前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の中央電極３８，４０と、前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板３４，３６と、を備えていることから、荷重を受けて一対の保持板３４，３６の弾性変形により前記水晶単結晶板の微小歪みの発生が許容されるので、荷重の変化に応答して微小歪みするときに摺動摩擦がない。このため、測定の周波数応答性が十分に得られて、測定された生体情報などの波形がなまることがなく、しかも、摺動摩擦に起因するヒステリシスがなく、測定荷重にヒステリシスが含まれることがなく、温度による影響が少ないので、荷重波形や荷重の絶対値について、十分な精度が得られる。
　以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
　例えば、前述の実施例の生体着座検出装置１０において、着座判定手段７０は、所定以上の荷重が座席１２の着座部１４に加えられたとき、周波数成分判定手段６６によって周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれていないと判定された場合は、物体が着座部１４に載置されたと判定するが、周波数成分判定手段６６によって周波数解析手段６４によって得られた周波数スペクトルに生体由来の周波数成分が含まれていると判定された場合は、生体の着座を判定するものであった。しかし、着座判定手段７０は、たとえば生体由来の波形を予め記憶し、その記憶された生体由来波形が荷重検出回路５２から出力された荷重信号ＳＷに含まれるか否かを、パターンマッチング手法を用いて判定することにより、荷重信号ＳＷに生体由来の波形が含まれるか否かを判定し、含まれると判定された場合は、生体の着座を判定するものであってもよい。
　また、前述の実施例では、荷重センサ３０の単結晶荷重検出素子３２を含む発振回路５６の周波数と荷重センサ３０に加えられる荷重との予め定められた関係から実際の周波数に基づいて荷重信号ＳＷが算出されていた。しかし、荷重センサ３０の単結晶荷重検出素子３２を構成する水晶単結晶の発生する電荷に対応する出力電圧と荷重センサ３０に加えられる荷重との関係から実際の出力電圧に基づいて荷重信号ＳＷが算出されても良い。
　また、前述の実施例の荷重センサ３０は、温度補償に関する回路装置が備えられていない。しかし、車室内温度は温度変動が大きい場合があるので、そのような場合には、荷重検出精度を維持するために温度補償を行なう回路装置が備えられてもよい。このような温度補償を行なう回路装置としては、荷重センサ３０と同様に構成された温度リファレンス用荷重センサを荷重が加えられない状態で追加し、荷重センサ３０から得られた荷重信号ＳＷと上記温度リファレンス用荷重センサから得られた荷重信号ＳＷｒとの差分値を荷重信号として用いるようにするものでもよい。また、別の温度補償を行なう回路装置としては、サーミスタや熱電対等の温度センサを荷重センサ３０に設けて荷重センサ３０の温度を検出し、予め実験的に求めた温度補正値と荷重センサ３０の温度との関係から実際の荷重センサ３０の温度に基づいて温度補正値を求め、その温度補正値を用いて荷重信号ＳＷを補正するようにするものでもよい。
　尚、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
１０：生体着座検出装置　１２：座席　１４：着座部　１６：背もたれ部　１８：クッション材　２０：荷重検出ユニット　２２：荷重受板　２４：基板　３０：荷重センサ　３２：単結晶荷重検出素子　３２ａ、３２ｂ：矩形の固着面　３４、３６：保持板　３４ａ、３６ａ：凹陥部　３４ｂ、３６ｂ：凹溝　３４ｃ、３６ｃ：矩形の固着面　３８、４０：中央電極（一対の電極）　３８ａ、４０ａ：導体パターン　５２：荷重検出回路　５４：電子制御装置　５６：発振回路　５８：周波数カウンタ　６０：電源回路　６２：荷重算出手段　６４：周波数解析手段　６６：周波数成分判定手段　６８：荷重判定手段　７０：着座判定手段　ＳＴ：着座信号　ＳＷ：荷重信号

Claims (9)

  1. 　座席上の物体が生体であることを判定する生体着座検出装置であって、
    　前記座席に受けられる荷重の一部が加えられる単結晶荷重検出素子を有する荷重センサを備える荷重検出ユニットと、
    　前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号に前記生体の活動に由来する波形が存在することに基づいて、前記座席上の物体が生体であることを判定する着座判定手段とを、含む
    　ことを特徴とする生体着座検出装置。
  2. 　前記荷重センサからの荷重信号にフーリエ変換を用いて周波数スペクトルを得る周波数解析を行う周波数解析手段と、
    　前記周波数解析手段により得られた周波数スペクトルに、前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在することを判定する周波数成分判定手段とを、含み、
    　前記着座判定手段は、前記周波数成分判定手段により前記生体の活動に由来する波形の周波数成分が存在すると判定された場合に、前記座席上の物体が生体であることを判定する
    　ことを特徴とする請求項１の生体着座検出装置。
  3. 　前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の心拍に対応する周波数成分である
    　ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
  4. 　前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の呼吸に対応する周波数成分である
    　ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
  5. 　前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記生体の会話に対応する周波数成分である
    　ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
  6. 　前記生体の活動に由来する波形の周波数成分は、前記周波数スペクトルを示す波形に含まれる、０．２Ｈｚ～１０Ｈｚの少なくとも一部を含む周波数帯内のスペクトル平均値である
    　ことを特徴とする請求項１または２の生体着座検出装置。
  7. 　前記荷重センサは、前記単結晶荷重検出素子に加えられる荷重と前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の発振周波数との間の予め求められた関係から実際の前記単結晶荷重検出素子を含む発振回路の周波数に基づいて荷重を求めるものであり、１０－３Ｎ～１０３Ｎの測定荷重レンジを備える
    　ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１の生体着座検出装置。
  8. 　前記荷重センサは、
    　前記単結晶荷重検出素子としての薄板形状の水晶単結晶板と、
    　前記水晶単結晶板の表面および裏面の中央部に形成された一対の電極と、
    　前記水晶単結晶板の長さおよび幅寸法と同じ長さおよび幅寸法を有するが、前記水晶単結晶板の厚み寸法よりも大きな厚み寸法を有し且つ前記水晶単結晶板と同じ熱膨張係数を有する材質から成り、前記水晶単結晶板の周縁部を挟持する一対の保持板と、を備える
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１の生体着座検出装置。
  9. 　前記荷重センサにより検出された荷重を表す荷重信号の移動平均値を算出し、前記荷重信号の移動平均値が予め設定された荷重判定値と比較することに基づいて、座席に加えられた荷重が、生体の成人から加えられたものであるか或いは生体の幼児から加えられたものであるかを判定する荷重判定手段を含み、
    　前記荷重判定手段により判定に基づいて、前記座席に着座した生体が成人であるか或いは幼児であるかを検出する
    　ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１の生体着座検出装置。
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