JP2007118944A - シートベルトその他の監視のための乗員センサ及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員を検出しこの検出を利用するための乗員センサ及び関連する方法を提供する。
【解決手段】アンテナの複雑な構成又は単純な単一アンテナを備えた乗員センサは、アンテナの充電又は放電特性を測定する。アンテナの電圧又は電流変化を時間の関数として測定することによって、いずれかの乗員を検出又は特性化することができる。本センサは、エアバッグの起動を制限し、或いは別の目的に使用される。同じ又は異なる乗員センサは、シートベルト警報に使用される。シートベルトラッチセンサは、シートベルトが使用されているか否かを判定する。乗員センサは、シートベルトが使用されるべきか否かを判定する。運転者は、シートベルトが乗員によって使用されるべきであるが使用されていない場合には警報を受ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗員検出に関する。詳細には、乗員を検出しこの検出を利用するための乗員センサ及び関連する方法が提供される。

衝突感知と連動した乗員検出は、エアバッグを起動させるか否かを決定する。超音波、赤外線、レーダー、電界、キャパシタンス、重量又はそれらの組み合わせに基づく検出を含む種々の乗員検出システムが提案されてきた。乗員検出システムは、フロントガラス内部、ルーフライナー内部、フロアマット内、又はシート内部のなどの車両内の様々な場所に位置付けられたアンテナを使用する。アンテナは、圧電材料、導電性材料、又は他の構造体である。例えば、シート内部の導電性織物、又は可撓性製金属電極は、キャパシタンス又は電界ベースの乗員検出を可能にする。別の実施例としては、座席のベース部分内のフレキシブル回路材料上の歪みゲージ又は他の関連する圧力感知センサが乗員を検出する。

米国特許公開番号２００３−０２０４２９５公報 米国特許第６，８１６，０７７号公報 米国特許第５，４０６，６２７号公報 第５，９４８，０３１号公報 第６，１６１，０７０号公報 第６，３２９，９１３号公報 第６，３２９，９１４号公報 第６，８１６，０７７号公報 第６，６９６，９４８号公報

乗員と食料品の袋などの様々な種類の物質を識別するために、種々の感知技術が開発されてきた。複数の異なるアンテナからの異なるキャパシタンスによる周波数の変化は１つの手法である。別の手法には、複雑な画像処理がある。実験的処理又はニューラルネットワーク処理に基づいた異なる種類のデータからの分類は、別の手法である。他の手法には、座席区域から離れて異なる距離にある異なる電極からの電界強度の決定が含まれる。しかしながら、エアバッグシステムと共に信頼性のある状態で用いて乗員の複数のカテゴリーを識別するには、これらのシステムは複雑となる可能性がある。

前置きとして、以下に説明する好ましい実施形態は、乗員又は特性の検出及びシートベルト監視のための方法、センサ及びシステムを含む。アンテナの複雑な構成又は単純な単一アンテナを備えた乗員センサは、アンテナの充電又は放電特性を測定する。アンテナの電圧又は電流の変化を時間の関数として測定することによって、いずれかの乗員を検出又は特性化することができる。本センサは、エアバッグの起動を制限し、或いは別の目的に使用される。

同じ又は異なる乗員センサが、シートベルト警報に使用される。シートベルトラッチセンサは、シートベルトが使用されているか否かを判定する。乗員センサは、シートベルトが使用される必要があるか否かを判定する。乗員がシートベルトを使用すべきであるが使用されていない場合には、運転者は警報を受ける。

第１の態様では、シートベルト監視のためのセンサシステムが提供される。プロセッサは、１つには、アンテナを備える乗員センサによる乗員検出に応答してシートベルト警報を発生する。例えば、乗員センサに基づく電界又はキャパシタンスが使用される。プロセッサはまた、シートベルトラッチセンサによりシートベルトの非ラッチ状態の検出に応答して警報を発生する。

第２の態様では、シートベルト監視のための方法が提供される。シートベルトがラッチされているか否かが検出される。乗員が存在するか否かは、電界を用いて検出される。シートベルトがラッチされておらず且つ乗員が存在する場合には、シートベルト警報が発生する。

第３の態様では、乗員又は特性を検出するために乗員センサが提供される。アンテナは、乗員空間の傍に配置される。電圧源又は電流源は、アンテナと接続される。計測回路は、電圧源又は電流源によって供給された電圧又は電流の第１の変化に対するアンテナ上の応答を時間の関数として計測するよう動作可能である。

第４の態様では、乗員を感知するための方法が提供される。電圧又は電流の変化は、乗員空間に近いアンテナに印加される。アンテナによる電圧又は電流の変化に対する応答が時間の関数として計測される。いずれかの乗員が、応答の関数として分類される。

本発明は、添付の請求項によって定義され、本節における全てはこれらの請求項に対する限定として解釈すべきではない。本発明の追加の態様及び利点は、好ましい実施形態と併せて以下に説明され、後で独立して又は組み合わせて請求することができる。

構成要素及び各図は、必ずしも縮尺通りではなく、本発明の原理を例示する際に強調されている。更に各図において、異なる図面全体で同じ参照符号は対応する要素を示す。
アンテナ応答は、アンテナに印加される電圧又は電流変化に対する時間の関数として計測される。アンテナの放電又は充電特性の積分などの応答が、乗員分類に対し対応関係を定める。乗員分類は、乗員不在、乗員、物体（例えば車のシート）、及び／又は特定のサイズの乗員（例えば、５％女性又はそれ以上、６歳又はそれ以上、又は他のグループ）を含む。

乗員センサの１つのマウントにおいて、アンダー・サンプリングされる電界感知回路は、ステップ電圧に対するセンサの応答を利用してセンサの集中容量又は集中抵抗を求める。マイクロコントローラによりアンテナが励起される。マイクロコントローラはまた、アンテナの両端で計測された電圧を分析するアナログ・デジタルコントローラを含む。電力消費及びコストを最小にするために、マイクロコントローラは、充放電サイクルと比較して低い周波数で動作し、低ＡＤＣ帯域幅で動作する。放電又は充電波形は、アンダー・サンプリングを用いて高周波信号成分をコンバータの通過帯域幅にエリアジングすることによってデジタル化される。

充電又は放電応答を使用する乗員センサ又は別の乗員センサは、シートベルト監視又はエアバッグの起動制限のために使用される。例えば、電界ベースの乗員センサは、乗員と品目との識別、又は６歳児サイズ以下とより大きなサイズの乗員との識別のように、シート内の乗員の存在を判定する。シートベルトラッチセンサは、シートベルトが使用されているか否かを判定する。シートベルトが使用されていないが乗員が検出された（例えば６歳児以上のサイズ）場合には、シートベルト警報が発生する。

図１は、乗員の検出或いは乗員又は品目の特徴検出のための乗員センサの１つの実施形態を示す。乗員センサは、センサ又はアンテナ１２、電圧ステップ回路１４、電圧感知回路１６、及び直列抵抗Ｒ_oを含む。加えて、異なる構成要素又はより少い構成要素を備えてもよい。例えば、追加の抵抗、キャパシタ、又はインダクタが含まれる。別の実施例として、電流ステップ回路及び電流感知回路は、電圧の代わりに、或いはこれに付加して使用される。別の実施例として、電圧ステップ回路１４は、充電又は放電時により漸次的に動作する。マルチプレクサ又は追加の回路１４、１６を備える１つより多いアンテナ１２を使用してもよい。

アンテナ１２は、電極、ループ導体、パターン導体、リニア導体、或いは現在公知又は将来開発される他のアンテナである。単一層又は多重層アンテナを使用してもよい。１つの実施形態では、アンテナ１２は、単一ループアンテナであるが、入れ子式又は分離された送信及び受信アンテナを使用してもよい。

アンテナ１２は、乗員スペースの傍に配置される。例えばアンテナは、車両内の窓内、ステアリング・ホイール上、ダッシュボード上、シート内、シートバック上、シートベース内、フロア上、或いは他の場所に配置される。同一のアンテナ１２をこれらの場所の複数内に延長することができ、又は複数のアンテナ１２を異なる場所に設けてもよい。１つの実施形態では、単一アンテナ１２が、臀部又は通常着座した大人の乗員の腰部の傍に適切に配置された位置にある織地の下などの乗員空間に隣接する表面上のシートベース又はシートバックに配置される。例えば、アンテナ１２は、乗員空間に隣接し且つ車両シートの背部に隣接する車両シートのベース部上又は内部に存在する。シートは、車両の同乗者、運転者、ベンチ、バケット又は他のシートである。映画館のシートなどの別の設定におけるシートを用いてもよい。

電圧ステップ回路１４は、アンテナ１２に接続された電圧源又は電流源である。電圧ステップ回路１４は、電源、アナログ・デジタルコンバータ、又はアンテナ１２に電圧変化又は電流変化を印加するための現在公知の又は将来開発される別のデバイスを備えたトランジスタ又はスイッチのような波形発生器である。電圧ステップ回路１４は、単一のステップだけを出力する。或いは、持続的な方形波印加のように電圧又は電流変化が繰り返される。１つの実施形態では、電圧ステップ回路１４は、０及び５ボルトの間で単極方形波を発生するトランジスタである。より大きな又はより小さな振幅及び／又は非方形波（例えば正弦波）を使用してもよい。

１つの実施形態では、パルス列の各パルスの増大する電圧部分は、パルスの電圧減少部分とは異なる。例えば、増大する電圧は、大きさを徐々に変化させて電磁妨害を抑制する。放電部分はステップ状である。或いは、上昇及び下降部分の両方を漸次的にし、又は上昇部分がステップ状で、下降部分が漸次的である。

電圧感知回路１６は、アナログ・デジタルコンバータとプロセッサ、又は現在公知の又は将来開発される別の電圧及び電流計測回路である。１つの実施形態では、電圧感知回路１６は、電圧ステップ回路１４用にも使用されるマイクロコントローラである。例えば電圧感知回路１６は、アナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）チャンネルと内部発信器を有し、消費電力が小さい。この回路は、ＲＳ２３２シリアルポート又は他のポートから給電することができる。マイクロコントローラの出力駆動能力は、容量性負荷に充電パルスを供給するのに十分なものである。ＡＤＣにおいて使用される基準は、線形レギュレータによって給電される外部電源である。同一又は異なる特性を備える別のマイクロコントローラを使用してもよい。或いは、別個のデバイスが設けられる。例えば外部発信器が設けられる。別の実施例として、外部電圧源はＡＤＣ基準である。

電圧感知回路１６は、乗員を検出可能なように動作可能な乗員検出回路を含む。プロセッサとしての電圧感知回路１６の実施形態では、プロセッサは、感知電圧又は電流の関数として乗員を特性化し、又は分類する。代替的な実施形態では、シート状態（例えば、占有されている、人が占有している、６歳児以上の人が占有している）を特性化或いは分類するために別個のプロセッサ又はマイクロコントローラが設けられる。

電圧感知回路１６、電圧ステップ回路１４、及び／又はアンテナ１２は、回路基板又はフレキシブル回路材料上にあり、又は互いにケーブルで接続されてもよい。キャパシタンスを計測する場合には、乗員センサ内のいずれかの接地面からのキャパシタンスが最終値から差し引かれる。金属ボックス又は別の構造体を用いて、乗員センサ回路１４、１６を収納することができるが、プラスチック、製陶、ハウジング無し又は別のハウジング材料を提供してもよい。１つの実施形態では、境界部分に隣接する銅のトレース及び充填は、排除又は低減される。乗員センサは、保護バンドで結束される。表面マウント、フリップ・チップ又は他のマウントが構成部品に対して使用される。

図２は、図１の乗員センサのモデルを示す。Ｖ_oは、電圧ステップ回路１４からの励起電圧である。Ｒ_oは、励起直列抵抗である。Ｒ_sは、センサ及び励起源を差し引いた回路の集中直列抵抗である。Ｒ_pは、センサの集中並列抵抗である。Ｃ_pは、センサの並列キャパシタンスである。Ｖ_sは、計測されたセンサ応答である。電圧感知回路１６は、Ｖ_sを計測する。センサで見たときのキャパシタンスの一般式は次式である。

キャパシタンスの別の式を使用してもよい。乗員センサの別のモデルを使用することもできる。

アンテナ１２の応答は、アンテナ１２のキャパシタンスの関数である。例えばアンテナ１２は、乗員の有無にかかわらず２００ｐＦ未満の容量性付加を有する。アンテナ１２に隣接する様々な負荷を識別するために、電圧感知回路１６は、１ｐＦまでのキャパシタンスの変化を分析するが、より高い又はより低い別の性能を提供することもできる。キャパシタンス値の範囲は、システムによって実装される遅延ループに比例する。上限は約１５０ｐＦとすることができ、下限は約３ｆＦとすることができる。これらの値は、マイクロコントローラのファームウエア、１命令当りのサイクル数、及びマイクロコントローラの内部クロック速度の関数であり、従って他の値を使用することができる。

電圧感知回路１６は、電圧又は電流の変化に対しアンテナ１２の応答の関数として分類する。電圧感知回路１６は、電圧又は電流ステップ回路１４によって供給される電圧又は電流の第１の変化に対するアンテナ１２の応答を時間の関数として計測するよう動作可能な計測回路である。例えば電圧ステップ回路１４は、方形波の立ち上がり又は立ち下がりのような電圧のステップを印加する。印加された電圧又は電流の変化に応答して、アンテナ１２の電圧又は電流が変化又は変動する。変化の速度は、キャパシタンスに基づいて時間の関数として変化する。

図３は、印加された方形波の３サイクルを通じたアンテナ１２の電圧を示す。電圧は、キャパシタンスに起因して概ね指数関数的に変化する。キャパシタンスは、印加電圧のより大きな急変に応答して漸次的な電圧変動を引き起こす。電圧の変化が計測される。例えば、電圧の増大（充電電圧）に伴う電圧変化が計測される。別の実施例として、電圧が減少（放電電圧）に伴う電圧変化が計測される。電源に起因するノイズの影響は、放電波形のエッジを計測することによって低減することができる。アンテナ１２の充電電圧及び放電電圧の両方を計測することができる。或いは、充電電流及び／又は放電電流が計測される。

１つの実施形態では、変化は、単一のサイクル中に計測される。別のサイクルからの他の計測値を平均化又はフィルタリングしてもよい。別の実施形態では、計測回路は、低帯域幅の計測デバイスを考慮するため印加電圧サイクルの繰り返しにわたる変化をサンプリングする。図３は、アンテナ１２のキャパシタンスにわたる電圧波形のアンダー・サンプリングを示す。時間上、各サンプルは、Ｔ＋（Δｔ×ｎ）において取られ、その時点での対応する電圧が計測され、蓄えられる。再構成時には、各ｎ個のデータ点は、充電又は放電の開始時に対して僅かにΔｔほど時間的に分離される。複数のサイクルからのデータ点は、長さＴの１つの完全波形を表す。電圧は低減帯域幅要件で定量化され、より小さなキャパシタンス値に対して感度が増大することになる。

どのような変化特性を用いてもよい。例えば、２つ又はそれ以上の異なる時間における電圧の差は、乗員状態を示す。アンテナ１２の充電又は放電応答の変化の微分、変化率、サイクルに対する特定の時間における値、及び／又は他の特性が使用される。１つの実施形態では、計測回路又は電圧感知回路１６は、アンテナに関する変化を時間の関数として積分する。再構成された充電又は放電波形での区域は、他の特性よりもノイズの影響にあまり敏感ではない可能性がある。この区域は、任意の単位時間ステップで簡略化された台形法則などの標準的数値手法を用いて積分として計算される。別の積分手法を使用してもよい。放電、充電、又は充放電の両方が積分される。変化特性の組み合わせを使用することもできる。特性はフィルタリングすることができる。

電圧感知回路１６のようなプロセッサは、アンテナ１２の応答の関数として乗員を特性化する。応答特性の異なる値は、乗員の分類が異なることを表すことができる。例えば、図４は、背中に近いシートベース内に配置されたアンテナ１２に対する放電積分の様々な値を示す。データ空間は、計測領域内にあり、又はサイクルタイム又は計測増分の関数として基準化する。絶対時間尺度を使用してもよい。この値は、他の全ての状態と誰もいないこととを識別するなど、２つ又はそれ以上の何らかの乗員の状態を識別する。この値は、誰もいないこと及び６歳児以下のサイズとより大きなサイズとを識別するなど、異なるサイズの乗員範囲を識別することができる。データクラスタ化技術は、データ点をグループ化し、乗員分類に関する観測に基づいて情報を分離する。１つより多い種類の値を含む場合がある。図４では、接地状態は、車両内で接地された物体に乗員が接触していることに対応する。非接地状態は、車両内で接地された物体に乗員が直接接触していないことに対応する。

分類前のデータ又は分類は、フィルタリングすることができる。１つの実施形態では、米国特許第＿＿＿号（公開番号２００３−０２０４２９５）で開示された判断ロック又は他のフィルタリングが使用され、該開示は引用により本明細書に組み込まれる。或いは、追加のフィルタリング又は判断ロックは備えない。

図５は、自動車のシート２０内の乗員センサを示す。センサ回路１４、１６は、回路基板上にある。或いは、フレキシブル回路が使用される。図６は、アンテナ１２及びセンサ回路１４、１６をシート２０内に配置されたフレキシブル回路として一体化する１つの実施形態を示す。アンテナ１２、電圧ステップ回路１４及び／又は電圧感知回路１６は、別の回路基板又はフレキシブル回路上に実装することができる。

フレキシブル回路は、可撓性フィルム５２を含む。可撓性フィルム５２は、ポリイミド（Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））フィルム、ＰＥＴポリエステル（Ｍｙｌａｒ（登録商標））フィルム、ＰＥＮポリエチレンナフタレート又はフレキシブル回路基板として使用される現在公知の又は将来開発される別のフレキシブル材料のようなフレキシブル回路材料である。フレキシブル回路材料は、材料上に集積された能動又は受動電気回路構成部品を有することができ、又は可撓性フィルム５２は、能動及び／受動構成部品がない。

可撓性フィルム５２は、１つ又はそれ以上のアンテナ５４及び材料上に形成された関係する信号トレースを有する。アンテナ５４は、銅、導電性電極、歪みゲージ、圧力センサ、無線周波アンテナ、圧電フィルム、ダイオード又は光検出器に基づく半導体フィルム、これらの組み合わせ、又は乗員の存在又は特性を検出するための現在公知の又は将来開発される別のセンサである。アンテナ５４は、キャパシタンス又は電界、又は感知に基づくキャパシタンスと共に使用するためのものであるが、重量センサ又は他のセンサを使用することもできる。

アンテナ５４は、センサ回路５８によって使用される。センサ回路５８は、フレキシブル回路材料５２の尾部５６にフレキシブル回路として形成される。信号トレースは、アンテナループ５４又はアンテナ区域をセンサ回路５８と接続する。トレースは、共に圧延なまし銅又は他の可撓性材料或いは導線性材料を堆積、エッチング、又は転造されたような、アンテナループ５４と同じ材料又は異なる材料からなる。

尾部５６は、数インチから１ヤードまでなど、いずれかの長さである。アンテナループ５４は、シート２０内に存在する。尾部５６は、アンテナループ５４からコネクタ、及びエアバッグプロセッサ又はシートベルト警報照明のような他のプロセッサ又はデバイスに接続する位置まで延びる。例えば尾部５６は、シートの下部の接続部まで延びる。

可撓性フィルム５２は、中実の材料であるが、アンテナ５４から離れた部分又はアンテナ５４を含む部分に開口を含むことができる。例えば、１つ又はそれ以上の開口は、より大きな柔軟性、空気流量、排水路を許容し、或いは、他の目的のために設けることができる。例えば、開口によって、可撓性フィルム５２をシートの成形構造に共形にすることがより容易に可能となる。

追加の構成部品をフレキシブル材料１０上に形成するか、又は該フレキシブル材料１０に接続することができる。例えば、温度、湿度、又は温度及び湿度の両方のセンサは、フレキシブル材料５２と接続され、又はセンサ回路５８の一部として統合される。１つの実施形態では、米国特許第６，８１６，０７７号で開示された追加センサの１つが設けられる。

代替的な実施形態では、センサ回路５８は、２層回路基板のような別個の回路基板上に存在する。更に、２層フレキシブル回路を設けることができる。１層は、専用接地面としての役割を果たす。該接地面はまた、送出通信ラインが高周波で結合解除される低伝達インピーダンス接地構造を提供する。或いは、接地無し面又は別の遮蔽が使用される。

乗員センサは、エアバッグ制御に使用される。例えばエアバッグは、小さな子供、小柄な大人、及び／又は無生物物体に対して展開しないようにされる。別の実施形態では、乗員センサは、シートベルト監視用のセンサシステムである。図５は、シートベルト監視の１つの実施形態を示す。シート２０は、乗員センサ（アンテナ１２及びセンサ回路１４、１６）、シートベルトラッチセンサ２４、及びプロセッサ２６を含む。追加の異なる構成部品又はより少ない構成部品が設けられてもよい。

シートベルトラッチセンサ２４は、導電性スイッチセンサである。シートベルトの金属ラッチが挿入又はラッチされると、導電経路が形成される。金属ラッチが挿入されない場合には、開回路が形成される。シートベルトラッチセンサ２４は、シートベルトラッチデバイスを介した電圧又は電流に基づいて導電経路又は開回路を感知する。現在公知の又は将来開発される別のシートベルトラッチセンサ２４を使用してもよい。

乗員センサはアンテナ１２を含む。アンテナ１２は、電界、キャパシタンス、別の無線周波ベースのセンシング、赤外線、光、音響、又は別の伝送場センシング用のものである。例えば乗員センサは、アンテナ１２及び、図１、２、３又は４で上述したセンサ回路を含む。別の実施形態では、電圧感知回路１６は、プロセッサ、増幅器、フィルタ、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、デジタル構成部品、アナログ構成部品、これらの組み合わせ、又は乗員の存在又は特性を測定するための現在公知の又は将来開発される別のデバイスである。例えば乗員センサは、光、音響又は赤外線センシング用にパターン認識或いは他のプロセスを使用する。別の実施例では、米国特許第５，４０６，６２７号、第５，９４８，０３１号、第６，１６１，０７０号、第６，３２９，９１３号、第６，３２９，９１４号、第６，８１６，０７７号及び第６，６９６，９４８号で開示された乗員検出回路の１つが使用され、これらの開示事項は引用により本明細書に組み込まれる。電界に関する乗員の影響を利用して、人又は無生物の乗員などの乗員の存在又は他の特性が求められる。無線周波の伝送に関連する負荷電流又は他の値は、乗員情報を求めるのに使用される。或いは、アンテナ１２からの伝送及び他のアンテナでの受信が使用される。キャパシタンス、周波数変化、電流レベル、電圧レベル、或いは電界又はキャパシタンス値に対する乗員の影響の別の特性を求める回路などの、別の電界又はキャパシタンス感知回路を使用することができる。

乗員センサは、乗員と無生物の物体とを識別する。乗員センサは、少なくとも２つの異なるサイズの乗員間のような、別の分類を識別することができる。乗員の位置、高さ、姿勢、重量、頭の位置、又は他の特性の識別を追加的又は代替的に使用することができる。

プロセッサ２６は、センサ回路１４、１６、シートベルトラッチセンサ２４、或いは別個のプロセッサのプロセッサである。例えばプロセッサ２６は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ、デジタル回路、アナログ回路、又は入力の関数として警報信号を発生するための現在公知の又は将来開発される別のデバイスである。プロセッサ２６は、乗員センサによる乗員の検出及びシートベルトラッチセンサによるシートベルトの非ラッチ状態の検出に応答して、シートベルト警報を発生する。例えば、乗員センサは車両のリアシートにおける乗員を検出するが、シートベルトラッチセンサはリアシート位置においてはシートベルトの着用を検出しない。可聴又は視覚的表示により、運転者及び／又は検出された乗員に警報される。警報は、車両内の着座位置のいずれに対するものであってもよい。

シートベルト警報は、異なるサイズの乗員を識別することができる。例えば、シートベルト警報は、６歳児以下の乗員に対しては発生しない。車のシートは、シートベルトよりもむしろラッチシステムを使用する可能性があるので、シートベルト警報は、車のシート内に存在する位十分な小さな乗員に対しては回避される。運転者位置又はフロント同乗者のシート位置においてサイズの識別が無いように、この識別は、様々な着座位置に対して異なるようにすることができる。

図７は、乗員を感知するための方法を示す。追加の動作、異なる動作、又はより少ない動作を利用してもよい。動作は、図示の順序又は異なる順序で実行することができる。

動作６２では、電圧又は電流の変化が、乗員空間に隣接するアンテナに印加される。ステップ状又はより漸次的な変化が加えられる。例えば、電圧源又は電流源は、アンテナに接続され、又はアンテナから切断される。別の実施例として、波形発生器は、電圧又は電流の振幅変化を有する波形を印加する。変化は、波形発生器から印加される電圧又は電流の低減のような、増大又は減少である。変化は、方形波の印加のように繰り返すことができる。１つの実施形態では、電圧又は電流の付加又は増大は、電磁妨害を回避するために漸次的に行われる。アンテナを漸次的に充電した後に、電圧又は電流は、アンテナの充電よりもより迅速に除去され、すなわちより迅速にアンテナを放電する。別の実施形態では、放電がより漸次的であり、又は充電及び放電の両方が迅速又はステップ関数であり、或いは充電及び放電の両方が漸次的である。

動作６４では、アンテナの応答は時間の関数として計測される。応答は、アンテナに印加された電圧又は電流の変化に対するものである。アンテナに関連するキャパシタンスに起因して、アンテナの電圧又は電流は、印加波形よりもより漸次的又は異なって変化する。アンテナのキャパシタンスは、付近の荷重の関数である。アンテナは、１つの容量性プレートとして機能し、車両又は他の導体は、接地用プレートとして機能する。アンテナ上の電圧又は電流を時間の関数として計測することによって、センサ付近のいずれかの乗員の影響が計測される。例えばアンテナの放電応答又は特性が計測される。時間の関数としての特性は、いずれかの乗員の１つ又はそれ以上の特性を示す。

１つの実施形態では、各変化に対する応答は、１つの変化の間に計測される。別の実施形態では、応答は、変化の複数の繰り返しにわたりサンプリングされ、応答が求められる。

応答は、電圧又は電流として計測される。キャパシタンス、抵抗又は他の特性を計測することもできる。計測値は乗員の状態を示す。或いは、応答は、計測値から計算される。例えば、充電又は放電応答の区域が計算される。応答を時間の関数として積分することによって、ノイズの影響を軽減することができる。

動作６６では、いずれかの乗員が応答の関数として分類される。閾値、パターンマッチング、複数の測定値の分布、複数の種類の測定値の分布、複数の異なる計算値の分布、又はそれらの組み合わせにより、２つ又はそれ以上の乗員状態が識別される。例えば、放電特性の原区域又は平均区域により、閾値に基づいて乗員の少なくとも２つのサイズ範囲が識別される。

図８は、シートベルト監視の方法を示す。図７の方法を使用して、シートベルト警報が分類の関数として発生される。別の乗員検出方法を使用してもよい。図８に示すよりも追加の動作、異なる動作、又はより少ない動作を使用してもよい。動作は、図示の順序又は図示とは異なる順序で実行することができる。例えば動作７４は、動作７２の前か、又は実質的に同時に実行される。

動作７２では、シートベルトがラッチされているか否かが検出される。シートベルトセンサは、シートベルトがラッチされているか、延長されているか、又は固定されているかどうかを導電率又は他の感知により検出する。動作７４では、乗員が存在するか否かが電界を用いて検出される。キャパシタンス、電流引き込み、光学的又は他の電界に基づく感知を使用することができる。或いは、音響又は重量センサが使用される。乗員検出は、無生物物体と人間、及び／又は乗員の少なくとも２つのサイズ範囲を識別する。動作７６では、シートベルトがラッチされておらず乗員が存在する場合にシートベルト警報が発生される。例えば、可聴アラーム及び／又は視覚的表示は、乗員のあるサイズ範囲に対して発生し、別のサイズ範囲に対しては発生しない。

本発明を種々の実施形態を参照して上記で説明したが、多くの変更及び修正が本発明の範囲から逸脱することなく可能である点を理解されたい。従って、上述の詳細な説明は限定ではなく例証と見做され、本発明の精神及び範囲を定義するものは、全ての均等物を含む添付の請求項であると理解されるものとする。

乗員を検出するための乗員センサの１つの実施形態のブロック図を示す。 １つの実施形態の乗員センサの回路モデルを示す。 アンテナの電圧応答を時間の関数として計測する１つの実施形態のグラフ図である。 計測されたアンテナ応答に基づく乗員分類の１つの実施形態のグラフ図である。 乗員センサを備える車両シートの１つの実施形態のグラフ図である。 乗員感知のためのアンテナ及び回路の１つの実施形態の平面図を示す。 乗員感知のための方法の１つの実施形態のフローチャートを示す。 シートベルト監視のための方法の１つの実施形態のフローチャートを示す。

符号の説明

１２ センサ
１４ 電圧ステップ回路
１６ 電圧感知回路

Claims (40)

1. シートベルト監視のためのセンサシステムであって、
   シートベルトラッチセンサと、
   アンテナを備える乗員センサと、
   前記乗員センサによる乗員の検出及び前記シートベルトラッチセンサによるシートベルトの非ラッチ状態の検出に応答して、シートベルト警報を発生するように動作可能なプロセッサと、
   を備えるセンサシステム。
2. 前記乗員センサが、電界センサ又は容量性センサを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
3. 前記アンテナが、フレキシブル回路材料であることを特徴とする請求項２に記載のセンサシステム。
4. 前記アンテナが、シート上又はシート内にあることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
5. 前記アンテナが、シートのベース上の着座面の近くにあることを特徴とする請求項４に記載のセンサシステム。
6. 前記アンテナが、前記乗員センサの単一アンテナだけを含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
7. 前記乗員センサが、乗員検出回路を含み、前記乗員検出回路が、電圧又は電流の変化に対するアンテナの応答の関数として乗員を検出するように動作可能であることを特徴とする請求項２に記載のセンサシステム。
8. 前記電圧又は電流の変化が、放電電圧又は放電電流の変化であることを特徴とする請求項７に記載のセンサシステム。
9. 前記乗員センサが、漸次的に増大する電圧又は電流振幅を前記アンテナに印加するように動作可能な波形発生器を含み、更に、電圧又は電流放電を積分するように動作可能な乗員検出回路を含むことを特徴とする請求項２に記載のセンサシステム。
10. 乗員感知システムが、少なくとも２つの異なるサイズの乗員を識別するように作動可能であり、前記プロセッサが、前記少なくとも２つの異なるサイズの１つに対してシートベルト警報を発生し、前記少なくとも２つの異なるサイズの他のものに対してシートベルト警報を発生しないように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載のセンサシステム。
11. シートベルトを監視する方法であって、
    シートベルトがラッチされているか否かを検出する段階と、
    乗員が存在するか否かを電界を用いて検出する段階と、
    前記シートベルトがラッチされておらず且つ乗員が存在する場合に、シートベルト警報を発生する段階と、
    を含む方法。
12. 前記シートベルトがラッチされているか否かを検出する段階が、シートベルトセンサを用いて検出する段階を含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記電界を用いて検出する段階が、シート上又はシート内のアンテナを用いて検出する段階を含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記アンテナを用いて検出する段階が、前記シートのベース上の着座面の近くにあるアンテナを用いて検出する段階を含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記アンテナが、着座区域の乗員を検出する唯一のアンテナであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記乗員が存在するか否かを検出する段階が、電圧又は電流の変化を計測する段階を含む請求項１１に記載の方法。
17. 前記電圧又は電流の変化を計測する段階が、前記アンテナの放電応答を計測する段階を含む請求項１６に記載の方法。
18. 前記乗員が存在するか否かを検出する段階が、漸次的に増大する電圧振幅をアンテナが完全に充電されるまで前記アンテナに印加する段階と、電圧源を除去する段階と、前記アンテナの電圧放電特性を計測する段階とを含む請求項１１に記載の方法。
19. 前記乗員が存在するか否かを検出する段階が、乗員の少なくとも２つのサイズ範囲を識別する段階を含み、前記シートベルト警報を発生する段階が、サイズ範囲の１つに対してシートベルト警報を発生し、サイズ範囲の別のものに対してシートベルト警報を発生しない段階を含む請求項１１に記載の方法。
20. 乗員又は特性を検出するための乗員センサであって、
    乗員空間の傍に配置されたアンテナと、
    前記アンテナと接続された電圧源又は電流源と、
    前記電圧源又は電流源によって供給された電圧又は電流の第１の変化に対するアンテナ上の応答を時間の関数として計測するよう動作可能な計測回路と、
    を備える乗員センサ。
21. 乗員を前記応答の関数として特性化するよう動作可能なプロセッサを更に備える請求項２０に記載の乗員センサ。
22. 前記アンテナが、フレキシブル回路材料をシート内に含む請求項２０に記載の乗員センサ。
23. 前記アンテナ、前記電圧又は電流源、及び前記計測回路が、フレキシブル回路を含むことを特徴とする請求項２０に記載の乗員センサ。
24. 前記アンテナが、乗員空間の近くにある車両シートのベース部分と車両シートの背部の上又は内部にあることを特徴とする請求項２０に記載の乗員センサ。
25. 前記応答が、時間の関数として前記アンテナ上の電圧又は電流の第２の変化であることを特徴とする請求項２０に記載の乗員センサ。
26. 前記アンテナ上の電圧又は電流の前記第２の変化が、前記アンテナの放電を含む請求項２５に記載の乗員センサ。
27. 前記電圧又は電流源が、前記第１の変化を繰り返すよう動作可能であり、前記計測回路が、前記第１の変化の繰り返しにわたって前記第２の変化をサンプリングするよう動作可能である請求項２５に記載の乗員センサ。
28. 前記計測回路が、前記第２の変化を時間の関数として積分するように動作可能である請求項２５に記載の乗員センサ。
29. 前記電圧源又は電流源が、漸次的に増大する電圧振幅を前記アンテナに印加してより迅速に電圧を放電するよう動作可能であり、前記計測回路が、前記アンテナの電圧放電特性を計測するように動作可能であることを特徴とする請求項２０に記載の乗員センサ。
30. 前記プロセッサが、乗員の少なくとも２つのサイズ範囲を識別するよう動作可能である請求項２１に記載の乗員センサ。
31. 前記プロセッサが、シートベルト警報を前記特性の関数として発生するよう動作可能である請求項２１に記載の乗員センサ。
32. 乗員を感知するための方法であって、
    乗員空間の近くにあるアンテナに電圧又は電流の変化を印加する段階と、
    アンテナによる電圧又は電流の変化に対する応答を時間の関数として計測する段階と、
    いずれかの乗員を前記応答の関数として分類する段階と、
    を含む方法。
33. 前記印加段階及び前記計測段階が、車両シート内の前記アンテナを用いて印加し計測する段階を含む請求項３２に記載の方法。
34. 前記応答を計測する段階が、前記アンテナ上の電圧又は電流を時間の関数として計測する段階を含む請求項３２に記載の方法。
35. 前記変化を印加する段階が、波形発生器から印加された電圧又は電流を低減する段階を含み、前記応答を計測する段階が、前記アンテナの放電を計測する段階を含む請求項３２に記載の方法。
36. 前記変化の印加を繰り返す段階を更に含み、前記計測段階が、前記変化の繰り返しにわたって前記応答をサンプリングする段階を含む請求項３２に記載の方法。
37. 前記計測段階が、前記応答を時間の関数として積分する段階を含む請求項３２に記載の方法。
38. 前記アンテナを漸次的に充電する段階を更に含み、前記印加段階が、より迅速に前記アンテナを放電する段階を含み、前記計測段階が、前記アンテナの電圧放電特性を計測する段階を含む請求項３２に記載の方法。
39. 前記分類段階が、乗員の少なくとも２つのサイズ範囲を識別する段階を含む請求項３２に記載の方法。
40. シートベルト警報を前記分類の関数として発生する段階を更に含む請求項３２に記載の方法。

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