JP2006010490A - 静電容量式センサおよび乗員検知システム - Google Patents

静電容量式センサおよび乗員検知システム Download PDF

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昭徳 実井
Koji Wado
弘二 和藤
Tsutomu Kamizono
勉 神園
Masahiro Taguchi
田口  正広
Hiroyuki Ito
伊藤  弘之
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Abstract

【課題】 構造が簡単で製造コストが低く、汎用性に富んだ静電容量式センサおよび乗員検知システムを提供することを課題とする。
【解決手段】 静電容量式センサ1は、車両のシート9の乗員状態を、シート9に配置した電極20に発生する電界を基に検出する静電容量式センサ1であって、シート9における大人着座時の面圧分布を基に検出領域Dを設定し、検出領域Dに、少なくとも一つの電極20を配置したことを特徴とする。
【選択図】 図5

Description

本発明は車両のシートに埋設される静電容量式センサ、および静電容量式センサの出力からシートの乗員状態を判別する乗員検知システムに関する。
乗員検知システムは、静電容量式センサと乗員検知ECU(電子制御ユニット)とを備えている。静電容量式センサの電極は、シートに配置されている。電極には高周波電界が形成される。誘電体である人体が電極に接近すると、高周波電界に乱れが生じる。乗員検知ECUは、この電界の乱れを、静電容量の変化として検出する。つまり、乗員検知ECUは、静電容量の変化から、シート上の乗員の判別を行っている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献2には、シートの電極と、チャイルドシートに内蔵されるRF(Radio Frequency)タグとを用いた乗員検知システムが紹介されている。同文献記載の乗員検知システムによると、大人とチャイルドシートとの判別が可能である。
特公平7−78539号公報 特開平8−225058号公報
しかしながら、特許文献1、2に記載された静電容量式センサの電極は、シートの略全面に亘り配置されていた。このため、静電容量式センサの構造が複雑であった。また、静電容量式センサ延いては乗員検知システムの製造コストが高かった。
また、特許文献2の乗員検知システムの場合、大人とチャイルドシートとの判別が可能なのは、RFタグの内蔵されたチャイルドシートを用いる場合に限られていた。このため、同文献の乗員検知システムは、汎用性に乏しかった。
本発明の静電容量式センサおよび乗員検知システムは、上記課題に鑑みて完成されたものである。したがって、本発明は、構造が簡単で製造コストが低く、汎用性に富んだ静電容量式センサおよび乗員検知システムを提供することを目的とする。
(1)上記課題を解決するため、本発明の静電容量式センサは、車両のシートの乗員状態を、該シートに配置した電極に発生する電界を基に検出する静電容量式センサであって、前記シートにおける大人着座時の面圧分布を基に検出領域を設定し、該検出領域に、少なくとも一つの前記電極を配置したことを特徴とする。
本発明の静電容量式センサは、大人着座時の面圧分布を基に電極を配置している。このため、シートの必要最小限の領域にのみ電極を配置することができる。言い換えると、シートの略全面に亘り電極を配置する必要がない。このため、電極の配置面積を小さくすることができる。したがって、電極の製造コスト延いては静電容量式センサの製造コストを削減することができる。また、静電容量式センサの構造が簡単で済む。
また、電極は、シートの乗員を判別するのに最も効果的な領域に配置されることになる。このため、電極の配置面積が小さいにもかかわらず、確実に乗員判別を行うことができる。
また、本発明の静電容量式センサによると、例えば、上記RFタグのような機器を持たないチャイルドシートと大人との判別も、明確に行うことができる。このため、本発明の静電容量式センサは、汎用性に富んでいる。
(2)好ましくは、前記検出領域は、前記シートのヒップポイント設計点の前方に設定されている構成とする方がよい。ここで、「ヒップポイント」とは、JIS(日本工業規格)D4607−1977自動車室内寸法測定用三次元人体模型(3DM−JM50)の胴部と大腿部との回転中心に相当する点をいう。また、「ヒップポイント設計点」とは、このヒップポイントを垂下させ、シート上面に投影させた点をいう。
ヒップポイント設計点よりも前方(車両進行方向)には、大人着座時に大きな荷重が加わる領域が発現しやすい。この点に鑑み、本構成は、ヒップポイント設計点の前方に検出領域を配置している。本構成によると、ヒップポイント設計点を基準とすることで、比較的簡単に検出領域を設定することができる。
(3)好ましくは、上記(2)の構成において、前記検出領域は、前記ヒップポイント設計点の前方0mm〜200mmに設定されている構成とする方がよい。本構成によると、ヒップポイント設計点およびヒップポイント設計点200mm前方位置を基準とすることで、比較的簡単に検出領域を設定することができる。
検出領域をヒップポイント設計点前方0mmから(0mmを含む)としたのは、0mmよりも後方(0mmを含まない)の場合、大人着座時に大きな荷重が加わる領域が発現しにくいからである。また、検出領域をヒップポイント設計点前方200mmまで(200mmを含む)としたのは、200mmよりも前方(200mmを含まない)の場合も、大人着座時に大きな荷重が加わる領域が発現しにくいからである。
(4)好ましくは、前記検出領域は、前記シートのヒップポイント設計点を通る左右方向中心線を挟んで左右略対称に設定されている構成とする方がよい。大人着座時において、シートには、左右略対称に荷重が加わる場合が多い。この点に鑑み、本構成は、左右方向中心線を挟んで左右略対称に検出領域を配置している。本構成によると、ヒップポイント設計点を基準とすることで、比較的簡単に検出領域を設定することができる。また、左右方向中心線を挟んで左右いずれか片方のみに検出領域を設定する場合と比較して、乗員判別精度が高くなる。
(5)好ましくは、上記(4)の構成において、前記検出領域の左右方向限界位置は、前記ヒップポイント設計点の左右方向75mm〜125mmの間に設定されている構成とする方がよい。
つまり、本構成は、検出領域の左右方向長さを、150mm以上250mm以下に設定するものである。左右方向限界位置をヒップポイント設計点の左右方向75mmから(75mmを含む)としたのは、75mm未満だと、検出領域の左右方向長さが150mm未満となり、検出領域が過度に狭くなるからである。つまり、乗員判別精度が低下するからである。
左右方向限界位置をヒップポイント設計点の左右方向125mmまで(125mmを含む)としたのは、125mmを超えると、検出領域の左右方向長さが250mmを超え、検出領域が過度に広くなるからである。
(6)好ましくは、前記検出領域は、大人着座時における該大人の人体と、前記電極と、の距離を基に設定されている構成とする方がよい。人体と電極との間の距離は、大人着座時にシートに加わる面圧に依存している。つまり、人体と電極との間の距離が小さくなる程、シートに加わる面圧は高くなる。また、人体と電極との間の距離が小さくなる程、電極の出力(例えば、静電容量、電流、電圧など)が向上する。
この点に鑑み、本構成は、人体と電極との間の距離を基準に、検出領域を設定している。本構成によると、面圧分布において面圧が高い部分を、比較的簡単に特定することができる。また、出力が大きい部分に電極を配置することができる。
(7)好ましくは、上記(6)の構成において、前記シートは、着座時に乗員により押圧される表皮材を備えており、前記電極は、該表皮材よりも下方に配置されており、前記検出領域は、大人着座時の面圧分布において該表皮材の座屈が完了する所定面圧値以上の面圧が加わる領域に、設定されている構成とする方がよい。
一例として、図1(a)に、大人着座時のシートの模式側面図を示す。図1(b)に、図1(a)の円A内の拡大図を示す。シート100は、表皮材101とクッション材102とを備えている。表皮材101は、表皮本体101aとフォーム材101bとを備えている。電極103は、フォーム材101b下面と、クッション材102上面との間に介装されている。
大人がシート100に腰掛けると、人体Bに押圧され、表皮材101に面圧が加わる。この面圧により、フォーム材101bが圧縮変形する。具体的には、フォーム材101bの肉厚がT1からT2に変化する。
図2に、変形量ΔTとシート100に加わる面圧Pとの関係を示す。図に示すように、変形量ΔT<約0.2mmの範囲では、変形量ΔTに対する面圧Pの傾きが大きい。これに対し、約0.2mm≦変形量ΔT<約4.8mmの範囲では、変形量ΔTに対する面圧Pの傾きが小さい。したがって、当該範囲では、面圧を約2.3kPaから約4kPaまで微増させるだけで、表皮材101は、約4.6mm(=約4.8mm−約0.2mm)圧縮変形することになる。このように、表皮材に圧縮荷重が加わる際、変形量に対する面圧(あるいは荷重)の傾きが極端に小さくなる現象を、本明細書では「座屈」という。
変形量ΔT≧約4.8mmの範囲では、変形量ΔTに対する面圧Pの傾きは再び大きくなる。言い換えると、本例では、面圧値4kPaにおいて、表皮材の座屈は完了する。つまり、本例における「所定面圧値」は、4kPaである。
ところで、電極103の出力は、人体Bと電極103との間の距離により変化する。具体的には、人体Bと電極103との間の距離が小さい程、つまり表皮材101の変形量ΔTが大きい程、出力は大きくなる。すなわち、変形量ΔTに比例して、出力は大きくなる。
この点に鑑み、本構成では、座屈完了の目安となる所定面圧値(本例ではP=4kPa)を基準に、検出領域を設定している。本構成によると、大人着座時の面圧分布において該表皮材の座屈が完了する所定面圧値以上の面圧が加わる領域に検出領域を設定しているため、大人着座時に人体Bと電極103との間の距離が小さくなり、出力が大きくなる。このため、乗員判別精度が向上する。
(8)好ましくは、上記(7)の構成において、前記検出領域は、前記シートに大人が正規着座した場合の面圧分布における前記所定面圧値以上の領域と、該シートに大人が浅く着座した場合の面圧分布における該所定面圧値以上の領域と、の共通領域を基に設定されている構成とする方がよい。
シートに乗員が着座する場合、乗員は、常時同じ位置に着座するとは限らない。したがって、検出領域を設定する際、シートに乗員が正規着座(米国法規FMVSS208に規定される衝突試験時の着座姿勢であり、シートに深く着座した着座姿勢のこと)する場合の他、シートに乗員が浅く着座する場合(前座りする場合)も想定しておく方が好ましい。
また、大人−チャイルドシート、大人−空席、大人−子供などを判別することを考えると、検出領域の設定に用いる大人の体格は、小さい方が好ましい。すなわち、体格の小さい大人と、例えばチャイルドシートと、を判別できれば、普通の体格の大人とチャイルドシートとの判別も容易に行うことができる。
上記二点に鑑み、本発明者は小柄(米国法規FMVSS208に規定される5パーセンタイル成人女性に相当する体格で、体重46.7〜51.25kgで且つ身長139.7〜150cmの女性のこと)な大人が着座した場合のシートに加わる面圧を調査した。図3に、その結果を示す。図3(a)は、小柄な大人が正規着座した場合の面圧分布を示す。図3(b)は、正規着座に対して臀部を前方50mm位置に配置した場合の面圧分布を示す。図3(c)は、正規着座に対して臀部を前方150mm位置に配置した場合の面圧分布を示す。なお、図3(a)〜(c)において、ハッチング付きグリッドは、面圧4kPa以上の部分(以下、適宜「高圧部分」と称す)を示す。なお、面圧4kPaは、あくまで所定面圧値の一例として挙げた値である。本構成の所定面圧値は、勿論4kPaに限定されるものではない。
図に示すように、高圧部分は、シート100に乗員が浅く腰掛けると(図3(b)、(c))、ヒップポイント設計点HPの前方にシフトする。つまり、高圧部分は、乗員の臀部に対応している。しかしながら、面圧分布には、乗員が如何なる座り方をしても、必ず高圧になる部分が存在する。図3(a)〜(c)の高圧部分のうち、重複する部分を抽出したのが、図4に示す共通領域である。なお、図3と対応する部位については同じ符号で示す。小柄な大人が如何なる座り方をしても、図4に示す高圧領域は、確実に発現することになる。
本構成の検出領域は、この共通領域を基準に設定してある。本構成によると、大人の体格に依らず、また大人の着座位置に依らず、安定した精度で乗員判別を行うことができる。また、共通領域を基に検出領域を設定するため、検出領域の面積、延いては電極の配置面積を、さらに小さくすることができる。
(9)好ましくは、上記(7)の構成において、前記所定面圧値は、4kPaである構成とする方がよい。本構成の所定面圧値(=4kPa)は、前出図2の測定結果から得られるものである。
(10)好ましくは、前記電極は、複数配置されており、複数の該電極は同電位に接続されている構成とする方がよい。本構成によると、さらに検出ポイントを絞って、電極を配置することができる。また、シート100のクッション材102と表皮材101との間に電極103を配置する場合(図1参照)、クッション材102表面に形成される吊り溝を避けて電極を配置することができる。
(11)好ましくは、上記(10)の構成において、複数の前記電極は、前記検出領域において、左右に並置されている構成とする方がよい。本構成によると、シート前後方向に延びる吊り溝を避けて、電極を配置することができる。
(12)好ましくは、上記(10)の構成において、複数の前記電極は、前記検出領域において、前後に並置されている構成とする方がよい。本構成によると、シート左右方向に延びる吊り溝を避けて、電極を配置することができる。なお、本構成と上記(11)の構成とを組み合わせて用いてもよい。つまり、複数の電極は、検出領域において、前後左右に配置されている構成としてもよい。
(13)好ましくは、前記電極は、複数配置されており、各々の該電極毎に出力を出すことができる構成とする方がよい。本構成によると、例えば、車両加速時、減速時、旋回時などにおけるシート上の荷重移動を検出することができる。
(14)好ましくは、上記(13)の構成において、複数の前記電極は、前記検出領域において、左右に並置されている構成とする方がよい。本構成によると、特に左右方向の荷重移動を検出することができる。
(15)好ましくは、上記(13)の構成において、複数の前記電極は、前記検出領域において、前後に並置されている構成とする方がよい。本構成によると、特に前後方向の荷重移動を検出することができる。なお、本構成と上記(14)の構成とを組み合わせて用いてもよい。つまり、複数の電極は、検出領域において、前後左右に配置されている構成としてもよい。
(16)好ましくは、さらに、前記電極を上方から覆う上層フィルムと、該電極を下方から覆い自身と該上層フィルムとの間に該電極を封止する下層フィルムと、を備え、該上層フィルムの誘電率は、該下層フィルムの誘電率よりも、高い構成とする方がよい。
電極の配置面積が小さくなると、電極の出力の検出感度が低下する。この点、本構成は、上層フィルムの誘電率を高く設定している。本構成によると、出力の検出感度低下を抑制することができる。
(17)好ましくは、さらに、前記電極を上方から覆う上層フィルムと、該電極を下方から覆い自身と該上層フィルムとの間に該電極を封止する下層フィルムと、該上層フィルムと該下層フィルムとの間において該電極の上方に配置される導電性部材と、を備え、該導電性部材の誘電率は、該上層フィルムの誘電率および該下層フィルムの誘電率よりも、高い構成とする方がよい。本構成によると、上記(16)にて説明したように、電極の出力の検出感度低下を抑制することができる。
(18)好ましくは、上記(17)の構成において、前記導電性部材の面積は、該電極の面積よりも、大きい構成とする方がよい。本構成によると、さらに出力の検出感度低下を抑制することができる。
(19)また、上記課題を解決するため、本発明の乗員検知システムは、シートにおける大人着座時の面圧分布を基に検出領域を設定し該検出領域に複数の電極を配置した静電容量式センサと、複数の該電極の出力から乗員判別を行う乗員検知ECUと、を備えてなる乗員検知システムであって、前記乗員検知ECUは、前回の判定結果が大人である場合、前記検出領域の全部に配置された前記電極の出力の合計である全部出力総和値が全部出力しきい値未満であり、かつ、該検出領域の一部に配置された該電極の出力の合計である一部出力総和値が一部出力しきい値未満、または該検出領域の他部に配置された該電極の出力の合計である他部出力総和値が他部出力しきい値未満の場合、該判定結果を維持することを特徴とする。
本発明の乗員検知システムに用いられる静電容量式センサは、複数の電極を備えている。また、複数の電極は、各々個別に出力を出すことができる。本発明の乗員検知システムによると、全部出力総和値が全部出力しきい値(例えば大人−チャイルドシート判別しきい値)未満であっても、一部出力総和値が一部出力しきい値未満、または他部出力総和値が他部出力しきい値未満であれば、判定結果は「大人」のまま維持される。言い換えると、一部出力総和値が一部出力しきい値未満、かつ他部出力総和値が他部出力しきい値未満の場合、または、一部出力総和値が一部出力しきい値以上、かつ他部出力総和値が他部出力しきい値以上の場合に限り、判定結果が変更される。本構成によると、運転中における乗員の姿勢、体重移動をも考慮して、乗員判別を行うことができる。このため、乗員の姿勢、体重移動に伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
(20)好ましくは、上記(19)の構成において、前記一部は前記検出領域の右半分であり、前記他部は該検出領域の左半分である構成とする方がよい。本構成によると、特に左右方向の体重移動による乗員判別精度の低下を抑制することができる。つまり、車両の旋回などに伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
(21)好ましくは、上記(19)の構成において、前記一部は前記検出領域の前半分であり、前記他部は該検出領域の後半分である構成とする方がよい。本構成によると、特に前後方向の体重移動による乗員判別精度の低下を抑制することができる。つまり、車両の加速、減速などに伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
(22)上記課題を解決するため、本発明の乗員検知システムは、シートにおける大人着座時の面圧分布を基に検出領域を設定し該検出領域に複数の電極を配置した静電容量式センサと、複数の該電極の出力から乗員判別を行う乗員検知ECUと、を備えてなる乗員検知システムであって、前記乗員検知ECUは、前回の判定結果が大人である場合、前記検出領域の全部に配置された前記電極の出力の合計である全部出力総和値が全部出力しきい値未満であり、かつ、該検出領域の一部に配置された該電極の出力の合計である一部出力総和値と、該検出領域の他部に配置された該電極の出力の合計である他部出力総和値と、の較差の絶対値が、較差しきい値を超える場合、該判定結果を維持することを特徴とする。
本発明の乗員検知システムに用いられる静電容量式センサは、複数の電極を備えている。また、複数の電極は、各々個別に出力を出すことができる。本発明の乗員検知システムによると、全部出力総和値が全部出力しきい値(例えば大人−チャイルドシート判別しきい値)未満であっても、一部出力総和値と他部出力総和値との較差の絶対値が、較差しきい値を超えれば、判定結果は「大人」のまま維持される。言い換えると、較差の絶対値が較差しきい値以下の場合に限り、判定結果が変更される。本構成によると、運転中における乗員の姿勢、体重移動をも考慮して、乗員判別を行うことができる。このため、乗員の姿勢、体重移動に伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
(23)好ましくは、上記(22)の構成において、前記一部は前記検出領域の右半分であり、前記他部は該検出領域の左半分である構成とする方がよい。本構成によると、特に左右方向の体重移動による乗員判別精度の低下を抑制することができる。つまり、車両の旋回などに伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
(24)好ましくは、上記(22)の構成において、前記一部は前記検出領域の前半分であり、前記他部は該検出領域の後半分である構成とする方がよい。本構成によると、特に前後方向の体重移動による乗員判別精度の低下を抑制することができる。つまり、車両の加速、減速などに伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
本発明によると、構造が簡単で製造コストが低く、汎用性に富む静電容量式センサおよび乗員検知システムを提供することができる。
以下、本発明の静電容量式センサおよび乗員検知システムの実施の形態について説明する。
<第一実施形態>
まず、本実施形態の静電容量式センサの構成について説明する。図5(a)に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。図5(b)に、図5(a)のI−I断面図を示す。なお、図5(b)においては、説明の便宜上、静電容量式センサの上下方向幅を誇張して示す。
これらの図に示すように、静電容量式センサ1は、シート(助手席)9のクッション材90上面と、表皮材91下面と、の間に介装されている。静電容量式センサ1は、電極20と上層フィルム21と下層フィルム22と粘着剤23とを備えている。
下層フィルム22は、PET(ポリエチレンテレフタレート)製であって、矩形膜状を呈している。下層フィルム22は、クッション材90上面に配置されている。電極20は、矩形膜状を呈しており、図示しないカーボン電極部と銀電極部とからなる。電極20は、上層フィルム21の下面に配置されている。
また、電極20は、図5(a)に一点鎖線で示す矩形状の検出領域D内に配置されている。検出領域Dの前後方向長さは、200mmである。また、検出領域Dの左右方向長さは、250mmである。検出領域Dの後辺中央には、ヒップポイント設計点HPが配置されている。また、検出領域Dは、ヒップポイント設計点HPを通る左右方向中心線L(図5(a)に点線で示す)を挟んで、左右対称に設定されている。
上層フィルム21は、PET製であって、矩形膜状を呈している。上層フィルム21は、電極20上方に配置されている。上層フィルム21と下層フィルム22とは、粘着剤23により接合されている。上層フィルム21の上方には、表皮材91が配置されている。表皮材91は、表皮本体91aとフォーム材91bとから形成されている。
次に、本実施形態の乗員検知システムの構成について説明する。図6に、本実施形態の乗員検知システムのブロック図を示す。図に示すように、本実施形態の乗員検知システム10は、静電容量式センサ1と乗員検知ECU3とを備えている。
乗員検知ECU3は、電流検出回路31と発振回路32とCPU(中央処理装置)33と通信I/F(インターフェイス)34とを備えている。電流検出回路31および発振回路32は、電極20に接続されている。発振回路32は、高周波低電圧を発生する。電流検出回路31は、電極20に供給される電流を検出する。
CPU33は、電流検出回路31に接続されている。電流検出回路31の出力電流は、CPU33のA/D(アナログ/デジタル)コンバータにより、デジタル値に変換される。CPU33は、変換された出力電流のデジタル値を基に、乗員判別を行う。判別の結果は、通信I/F34を介して、エアバッグ装置5のエアバッグECU50に伝送される。エアバッグECU50は、袋体51の展開許可/禁止を決定する。
次に、本実施形態の乗員検知システムの動きについて説明する。発振回路32から印加される電圧により、電極20とシートフレーム92(シート9の骨格をなす鋼製のフレーム)との間には、電界が形成される。シート9にチャイルドシート(図略)が搭載されている場合、電極20とシートフレーム92とにより形成されるコンデンサの間には、チャイルドシートが介在していることになる。電流検出回路31は、電極20に供給される電流を検出する。電流検出回路31の出力電流は、CPU33のA/Dコンバータにおいて、デジタル値に変換される。変換後の出力電流のデジタル値は、CPU33において、予め格納されている乗員判別しきい値(大人−チャイルドシート判別しきい値)と比較される。シート9にチャイルドシートが搭載されている場合は、出力電流のデジタル値<乗員判別しきい値となる。この情報は、通信I/F34を介して、エアバッグECU50に伝送される。エアバッグECU50は、袋体51を展開禁止状態にする。
これに対して、シート9に大人が着座している場合、電極20とシートフレーム92とにより形成されるコンデンサの間には、人体が介在していることになる。ここで、人体の比誘電率(約50)は、チャイルドシートの比誘電率(材質にもよるが約3〜5)よりも、大きい。このため、チャイルドシート搭載時よりも大人着座時の方が、電流検出回路31の出力電流は大きくなる。変換された出力電流のデジタル値は、CPU33において、乗員判別しきい値と比較される。大人が着座している場合は、出力電流のデジタル値≧乗員判別しきい値となる。この情報は、通信I/F34を介して、エアバッグECU50に伝送される。エアバッグECU50は、袋体51を展開許可状態にする。
次に、本実施形態の静電容量式センサおよび乗員検知システムの作用効果について説明する。本実施形態の静電容量式センサ1の検出領域Dは、大人着座時の面圧分布を基に設定されている。具体的には、前出図3、図4の解析を基に、検出領域Dは設定されている。このため、シート9の必要最小限の領域にのみ電極20を配置することができる。言い換えると、シート9の略全面に亘り電極20を配置する必要がない。このため、電極20の配置面積を小さくすることができる。したがって、電極20の製造コスト延いては静電容量式センサ1の製造コストを削減することができる。また、静電容量式センサ1の構造が簡単で済む。
また、電極20は、シート9の乗員を判別するのに最も効果的な領域に配置されることになる。このため、電極20の配置面積が小さいにもかかわらず、確実に乗員判別を行うことができる。
また、前記RFタグのような機器を持たないチャイルドシートをシート9に搭載した場合であっても、確実に大人との判別を行うことができる。このため、本実施形態の静電容量式センサ1および乗員検知システム10は、汎用性に富んでいる。
また、検出領域Dは、ヒップポイント設計点HPの前方0mm〜200mmの範囲に配置されている。このため、ヒップポイント設計点HPを基準として、比較的簡単に検出領域Dを設定することができる。また、大人着座時に大きな荷重が加わる前後方向範囲を網羅することができる。
また、検出領域Dの左右方向限界位置は、ヒップポイント設計点HPの左右方向125mmに設定されている。つまり、検出領域Dの左右方向長さは250mmに設定されている。このため、ヒップポイント設計点HPを基準として、比較的簡単に検出領域Dを設定することができる。また、大人着座時に大きな荷重が加わる左右方向範囲を網羅することができる。
また、本実施形態の検出領域Dは、前出図3、図4に示すように、大人着座の際、フォーム材91bの座屈が完了する所定面圧値(4kPa)以上の面圧が加わる領域に、設定されている。このため、大人着座時に人体Bと電極103との間の距離が小さくなり、出力が大きくなる(前出図1参照)。したがって、乗員判別精度が向上する。
また、本実施形態の検出領域Dは、シート9に小柄な大人が正規着座した場合の面圧分布における所定面圧値以上の領域(前出図3(a))と、シート9に小柄な大人が浅く着座した場合の面圧分布における所定面圧値以上の領域(前出図3(b)、(c))と、の共通領域(前出図4)を基に設定されている。このため、着座する大人の体格に依らず、また大人の着座位置に依らず、安定した精度で乗員判別を行うことができる。また、共通領域を基に検出領域Dを設定するため、検出領域Dの面積、延いては電極20の配置面積を、小さくすることができる。
また、本実施形態の静電容量式センサ1の電極20は、予め上層フィルム21と下層フィルム22とにより封止されている。このため、シート9に対する電極20の組み付けが容易である。
<第二実施形態>
本実施形態と第一実施形態との相違点は、電極が前後方向に二つ並置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図7に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。なお、図5(a)と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、検出領域Dには、共に矩形膜状の前方電極200と後方電極201とが並置されている。前方電極200と後方電極201とは並列接続されている。すなわち、前方電極200と後方電極201とは同電位に接続されている。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第一実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、シート9のクッション材表面に形成される左右方向吊り溝を避けて、前方電極200、後方電極201を配置することができる。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、検出領域Dにおける検出ポイントを絞って、前方電極200、後方電極201を配置することができる。
<第三実施形態>
本実施形態と第一実施形態との相違点は、電極が左右方向に二つ並置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図8に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。なお、図5(a)と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、検出領域Dには、共に矩形膜状の右方電極202と左方電極203とが並置されている。右方電極202と左方電極203とは並列接続されている。すなわち、右方電極202と左方電極203とは同電位に接続されている。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第一実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、シート9のクッション材表面に形成される前後方向吊り溝を避けて、右方電極202、左方電極203を配置することができる。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、検出領域Dにおける検出ポイントを絞って、右方電極202、左方電極203を配置することができる。
<第四実施形態>
本実施形態と第三実施形態との相違点は、右方電極および左方電極が共に前後方向に二分割されている点である。すなわち、電極が前後左右方向に四つ配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図9に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。なお、図8と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、検出領域Dには、共に矩形膜状の右前方電極202aと右後方電極202bと左前方電極203aと左後方電極203bとが配置されている。これら右前方電極202a、右後方電極202b、左前方電極203a、左後方電極203bは、並列接続されている。すなわち、これら四つの電極は、互いに同電位に接続されている。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第三実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、シート9のクッション材表面に形成される前後方向、左右方向の吊り溝を避けて、右前方電極202a、右後方電極202b、左前方電極203a、左後方電極203bを配置することができる。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、検出領域Dにおける検出ポイントを絞って、右前方電極202a、右後方電極202b、左前方電極203a、左後方電極203bを配置することができる。
<第五実施形態>
本実施形態と第二実施形態との相違点は、各電極毎に出力を検出することができる点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図10に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。なお、図7と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、前方電極200と乗員検知ECU(図略)とを電気的に接続する導体L1と、後方電極201と乗員検知ECUとを電気的に接続する導体L2とは、各々独立している。このため、前方電極200、後方電極201個別に、各々の出力を乗員検知ECUに伝送することができる。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第二実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、乗員の前後方向の体重移動を検出することができる。
<第六実施形態>
本実施形態と第三実施形態との相違点は、各電極毎に出力を検出することができる点である。また、乗員判別に個々の電極の出力を個別に用いている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図11に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。なお、図8と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、右方電極202と乗員検知ECU(図略)とを電気的に接続する導体L3と、左方電極203と乗員検知ECUとを電気的に接続する導体L4とは、各々独立している。このため、右方電極202、左方電極203個別に、各々の出力を乗員検知ECUに伝送することができる。
図12に、本実施形態の乗員検知システムの乗員検知ECUが行う乗員判別のフローチャートを示す。現在の判定結果が「大人」である場合(S1)、変換後の出力電流のデジタル値Sは、乗員判別しきい値(大人−チャイルドシート判別しきい値)Sthと比較される(S2)。
ここで、出力電流のデジタル値Sは、右方電極202の出力電流のデジタル値SRと、左方電極203の出力電流のデジタル値SLとの、総和値である。つまり、出力電流のデジタル値Sは、本発明の全部出力総和値に相当する。また、乗員判別しきい値Sthは、本発明の全部出力しきい値に相当する。また、出力電流のデジタル値SRは、本発明の一部出力総和値に相当する。また、出力電流のデジタル値SLは、本発明の他部出力総和値に相当する。
比較の結果、出力電流のデジタル値S≧乗員判別しきい値Sthの場合、チャイルドシート用のカウンタTc=0となり(S4)、処理が繰り返される。一方、比較の結果、出力電流のデジタル値S<乗員判別しきい値Sthの場合、出力電流のデジタル値SRと右方出力しきい値SRthとが比較される。並びに、出力電流のデジタル値SLと左方出力しきい値SLthとが比較される。ここで、右方出力しきい値SRthは、本発明の一部出力しきい値に相当する。また、左方出力しきい値SLthは、本発明の他部出力しきい値に相当する。
比較の結果、出力電流のデジタル値SR<右方出力しきい値SRth、出力電流のデジタル値SL<左方出力しきい値SLthのうち、いずれか一つが成立する場合、チャイルドシート用のカウンタTc=0となり(S4)、処理が繰り返される。一方、比較の結果、出力電流のデジタル値SR<右方出力しきい値SRth、出力電流のデジタル値SL<左方出力しきい値SLthのうち、双方が共に成立する場合、或いは、出力電流のデジタル値SR≧右方出力しきい値SRth、出力電流のデジタル値SL≧左方出力しきい値SLthのうち、双方が共に成立する場合、チャイルドシート用のカウンタTcと、チャイルドシート用の制限時間Tcthとが、比較される(S5)。
比較の結果、カウンタTc<制限時間Tcthの場合、カウンタTcに1が加えられ(S8)、処理が繰り返される。一方、比較の結果、カウンタTc≧制限時間Tcthの場合、乗員は子供であると判定される(S6)。つまり、判定結果が大人から子供に変更される。その後、大人用のカウンタTa=0となり(S7)、処理が繰り返される。
現在の判定結果が「子供」である場合(S1)、変換後の出力電流のデジタル値Sは、乗員判別しきい値Sthと比較される(S9)。比較の結果、出力電流のデジタル値S<乗員判別しきい値Sthの場合、大人用のカウンタTa=0となり(S14)、処理が繰り返される。一方、比較の結果、出力電流のデジタル値S≧乗員判別しきい値Sthの場合、大人用のカウンタTaと、大人用の制限時間Tathとが、比較される(S10)。
比較の結果、カウンタTa<制限時間Tathの場合、カウンタTaに1が加えられ(S13)、処理が繰り返される。一方、比較の結果、カウンタTa≧制限時間Tathの場合、乗員は大人であると判定される(S11)。つまり、判定結果が子供から大人に変更される。その後、子供用のカウンタTc=0となり(S12)、処理が繰り返される。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第三実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、乗員の左右方向の体重移動を検出することができる。
また、本実施形態の乗員検知システムによると、出力電流のデジタル値Sが乗員判別しきい値Sth未満であっても(S2)、出力電流のデジタル値SR<右方出力しきい値SRth、出力電流のデジタル値SL<左方出力しきい値SLthのうち、いずれか一つが成立すれば、判定結果は「大人」のまま維持される。このため、運転中における乗員の姿勢、体重移動をも考慮して、乗員判別を行うことができる。このため、乗員の姿勢、体重移動に伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。特に、車両の旋回などに伴う乗員判別精度の低下を抑制することができる。
<第七実施形態>
本実施形態と第六実施形態との相違点は、出力電流のデジタル値が乗員判別しきい値未満の場合の処理のみである。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図13に、本実施形態の乗員検知システムの乗員検知ECUが行う乗員判別のフローチャートを示す。なお、図12と対応する部位については、同じ符号で示す。現在の判定が大人であり(S1)、出力電流のデジタル値S<乗員判別しきい値Sthの場合(S2)、出力電流のデジタル値SRと出力電流のデジタル値SLとの差が演算される。そして、この差の絶対値と、較差しきい値SAthとが比較される(S3’)。
比較の結果、絶対値>較差しきい値SAthの場合、子供用のカウンタ=0となり(S4)、処理が繰り返される。一方、比較の結果、絶対値≦較差しきい値SAthの場合、子供用のカウンタTcと、子供用の制限時間Tcthとが比較される(S5)。その後の処理は、第六実施形態同様である。本実施形態の乗員検知システムは、第六実施形態の乗員検知システム同様の作用効果を有する。
<第八実施形態>
本実施形態と第四実施形態との相違点は、各電極毎に出力を検出することができる点である。また、上層フィルムの誘電率が下層フィルムの誘電率よりも高い点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図14(a)に、本実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図を示す。なお、図9と対応する部位については、同じ符号で示す。図14(b)に、図14(a)のII−II断面図を示す。なお、図14(b)においては、説明の便宜上、静電容量式センサの上下方向幅を誇張して示す。また、図14(b)においては、上層フィルム21上方の表皮材および下層フィルム22下方のクッション材を省略して示す。また、図5(b)と対応する部位については同じ符号で示す。
図14(a)に示すように、右前方電極202aと乗員検知ECU(図略)とを電気的に接続する導体L3aと、右後方電極202bと乗員検知ECUとを電気的に接続する導体L3bと、左前方電極203aと乗員検知ECUとを電気的に接続する導体L4aと、左後方電極203bと乗員検知ECUとを電気的に接続する導体L4bとは、各々独立している。このため、右前方電極202a、右後方電極202b、左前方電極203a、左後方電極203b個別に、各々の出力を乗員検知ECUに伝送することができる。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第四実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、乗員の前後左右方向の体重移動を検出することができる。
また、図14(b)に示す上層フィルム21の誘電率は、下層フィルム22の誘電率よりも高い。このため、電極の配置面積が比較的小さいにもかかわらず、各電極の出力の検出感度低下を抑制することができる。
<第九実施形態>
本実施形態と第八実施形態との相違点は、上層フィルムおよび下層フィルムよりも高い誘電率を持つ導電性部材が配置されている点である。したがって、ここでは相違点についてのみ説明する。
図15に、本実施形態の静電容量式センサの断面図を示す。なお、図14(b)と対応する部位については、同じ符号で示す。図に示すように、右前方電極202aの上方には、PET製の中層フィルム24に仕切られて、導電性部材25が配置されている。導電性部材25は、矩形膜状を呈している。導電性部材25の誘電率は、上層フィルム21、下層フィルム22、中層フィルム24各々の誘電率よりも高い。また、導電性部材25の上下方向に対し垂直方向に広がる面の面積は、右前方電極202aの上下方向に対し垂直方向に広がる面の面積よりも広い。なお、図示しない右後方電極、左前方電極、左後方電極の上方にも、同様に、中層フィルム、導電性部材が配置されている。
本実施形態の静電容量式センサ1は、第八実施形態の静電容量式センサと同様の作用効果を有する。また、本実施形態の静電容量式センサ1によると、導電性部材25の面積が広い分だけ、各電極の出力の検出感度低下をさらに抑制することができる。
<その他>
以上、本発明の静電容量式センサおよび乗員検知システムの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
例えば、上記実施形態においては、電極をフィルム内に封入した。しかしながら、電極の形態は特に限定しない。例えば、導電性の布地、糸状の金属、導電性の塗料などにより、電極を形成してもよい。
また、上記実施形態においては、電極との間にコンデンサを形成するのにシートフレーム92を用いたが、車両のボディを用いてもよい。また、シートフレーム92とは別に、アース電極を配置してもよい。例えば、乗員検知ECU3の5V電源(図略)などを用いて、定電圧の電極を配置してもよい。
また、上記実施形態においては、助手席9の座面部に電極を配置したが、後部座席などに配置してもよい。また、上記実施形態においては、上層フィルム21および下層フィルム22を共にPET製としたが、例えばPEN(ポリエチレンナフタレート)製などであってもよい。
(a)は大人着座時のシートの模式側面図である。(b)は(a)の円A内の拡大図である。 変形量とシートに加わる面圧との関係を示すグラフである。 (a)は小柄な大人が正規着座した場合の面圧分布である。(b)は、正規着座に対して臀部を前方50mm位置に配置した場合の面圧分布である。(c)は、正規着座に対して臀部を前方150mm位置に配置した場合の面圧分布である。 図3(a)〜(c)の共通領域である。 (a)は第一実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。(b)は(a)のI−I断面図である。 第一実施形態の乗員検知システムのブロック図である。 第二実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。 第三実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。 第四実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。 第五実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。 第六実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。 第六実施形態の乗員検知システムの乗員検知ECUが行う乗員判別のフローチャートである。 第七実施形態の乗員検知システムの乗員検知ECUが行う乗員判別のフローチャートである。 (a)は第八実施形態の静電容量式センサが配置されたシートの模式透過上面図である。(b)は(a)のII−II断面図である。 第九実施形態の静電容量式センサの断面図である。
符号の説明
1:静電容量式センサ、20:電極、200:前方電極、201:後方電極、202:右方電極、203:左方電極、202a:右前方電極、202b:右後方電極、203a:左前方電極、203b:左後方電極、21:上層フィルム、22:下層フィルム、23:粘着剤、24:中層フィルム、25:導電性部材、3:乗員検知ECU、31:電流検出回路、32:発振回路、33:CPU、34:通信I/F、5:エアバッグ装置、50:エアバッグECU、51:袋体、9:シート、90:クッション材、91:表皮材、91a:表皮本体、91b:フォーム材、92:シートフレーム、10:乗員検知システム、D:検出領域、HP:ヒップポイント設計点、L:左右方向中心線、L1:導体、L2:導体、L3:導体、L3a:導体、L3b:導体、L4:導体、L4a:導体、L4b:導体、S:出力電流のデジタル値(全部出力総和値)、SR:出力電流のデジタル値(一部出力総和値)、SL:出力電流のデジタル値(他部出力総和値)、Sth:乗員判別しきい値(全部出力しきい値)、SRth:右方出力しきい値(一部出力しきい値)、SLth:左方出力しきい値(他部出力しきい値)、SAth:較差しきい値、Ta:カウンタ、Tath:制限時間、Tc:カウンタ、Tcth:制限時間。

Claims (24)

  1. 車両のシートの乗員状態を、該シートに配置した電極に発生する電界を基に検出する静電容量式センサであって、
    前記シートにおける大人着座時の面圧分布を基に検出領域を設定し、
    該検出領域に、少なくとも一つの前記電極を配置したことを特徴とする静電容量式センサ。
  2. 前記検出領域は、前記シートのヒップポイント設計点の前方に設定されている請求項1に記載の静電容量式センサ。
  3. 前記検出領域は、前記ヒップポイント設計点の前方0mm〜200mmに設定されている請求項2に記載の静電容量式センサ。
  4. 前記検出領域は、前記シートのヒップポイント設計点を通る左右方向中心線を挟んで左右略対称に設定されている請求項1に記載の静電容量式センサ。
  5. 前記検出領域の左右方向限界位置は、前記ヒップポイント設計点の左右方向75mm〜125mmの間に設定されている請求項4に記載の静電容量式センサ。
  6. 前記検出領域は、大人着座時における該大人の人体と、前記電極と、の距離を基に設定されている請求項1に記載の静電容量式センサ。
  7. 前記シートは、着座時に乗員により押圧される表皮材を備えており、
    前記電極は、該表皮材よりも下方に配置されており、
    前記検出領域は、大人着座時の面圧分布において該表皮材の座屈が完了する所定面圧値以上の面圧が加わる領域に、設定されている請求項6に記載の静電容量式センサ。
  8. 前記検出領域は、前記シートに大人が正規着座した場合の面圧分布における前記所定面圧値以上の領域と、該シートに大人が浅く着座した場合の面圧分布における該所定面圧値以上の領域と、の共通領域を基に設定されている請求項7に記載の静電容量式センサ。
  9. 前記所定面圧値は、4kPaである請求項7に記載の静電容量式センサ。
  10. 前記電極は、複数配置されており、複数の該電極は同電位に接続されている請求項1に記載の静電容量式センサ。
  11. 複数の前記電極は、前記検出領域において、左右に並置されている請求項10に記載の静電容量式センサ。
  12. 複数の前記電極は、前記検出領域において、前後に並置されている請求項10に記載の静電容量式センサ。
  13. 前記電極は、複数配置されており、各々の該電極毎に出力を出すことができる請求項1に記載の静電容量式センサ。
  14. 複数の前記電極は、前記検出領域において、左右に並置されている請求項13に記載の静電容量式センサ。
  15. 複数の前記電極は、前記検出領域において、前後に並置されている請求項13に記載の静電容量式センサ。
  16. さらに、前記電極を上方から覆う上層フィルムと、該電極を下方から覆い自身と該上層フィルムとの間に該電極を封止する下層フィルムと、を備え、
    該上層フィルムの誘電率は、該下層フィルムの誘電率よりも、高い請求項1に記載の静電容量式センサ。
  17. さらに、前記電極を上方から覆う上層フィルムと、該電極を下方から覆い自身と該上層フィルムとの間に該電極を封止する下層フィルムと、該上層フィルムと該下層フィルムとの間において該電極の上方に配置される導電性部材と、を備え、
    該導電性部材の誘電率は、該上層フィルムの誘電率および該下層フィルムの誘電率よりも、高い請求項1に記載の静電容量式センサ。
  18. 前記導電性部材の面積は、該電極の面積よりも、大きい請求項17に記載の静電容量式センサ。
  19. シートにおける大人着座時の面圧分布を基に検出領域を設定し該検出領域に複数の電極を配置した静電容量式センサと、複数の該電極の出力から乗員判別を行う乗員検知ECUと、を備えてなる乗員検知システムであって、
    前記乗員検知ECUは、前回の判定結果が大人である場合、前記検出領域の全部に配置された前記電極の出力の合計である全部出力総和値が全部出力しきい値未満であり、
    かつ、該検出領域の一部に配置された該電極の出力の合計である一部出力総和値が一部出力しきい値未満、または該検出領域の他部に配置された該電極の出力の合計である他部出力総和値が他部出力しきい値未満の場合、該判定結果を維持することを特徴とする乗員検知システム。
  20. 前記一部は前記検出領域の右半分であり、前記他部は該検出領域の左半分である請求項19に記載の乗員検知システム。
  21. 前記一部は前記検出領域の前半分であり、前記他部は該検出領域の後半分である請求項19に記載の乗員検知システム。
  22. シートにおける大人着座時の面圧分布を基に検出領域を設定し該検出領域に複数の電極を配置した静電容量式センサと、複数の該電極の出力から乗員判別を行う乗員検知ECUと、を備えてなる乗員検知システムであって、
    前記乗員検知ECUは、前回の判定結果が大人である場合、前記検出領域の全部に配置された前記電極の出力の合計である全部出力総和値が全部出力しきい値未満であり、
    かつ、該検出領域の一部に配置された該電極の出力の合計である一部出力総和値と、該検出領域の他部に配置された該電極の出力の合計である他部出力総和値と、の較差の絶対値が、較差しきい値を超える場合、該判定結果を維持することを特徴とする乗員検知システム。
  23. 前記一部は前記検出領域の右半分であり、前記他部は該検出領域の左半分である請求項22に記載の乗員検知システム。
  24. 前記一部は前記検出領域の前半分であり、前記他部は該検出領域の後半分である請求項22に記載の乗員検知システム。
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