JP4883140B2

JP4883140B2 - 静電センサ及び静電式乗員検知装置

Info

Publication number: JP4883140B2
Application number: JP2009143361A
Authority: JP
Inventors: 孝治大高
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2029-06-16
Also published as: JP2011000906A; US8487632B2; US20100315090A1

Description

本発明は、車両の座部シートに内蔵され、座部シート上に着座した乗員等の検知物の静電容量の測定を行う静電センサ及び当該静電センサを用いた静電式乗員検知装置に関する。

従来、静電式乗員検知装置は、マット状の静電センサと乗員検知ＥＣＵ（電子制御ユニット）とを備え、静電センサが、シート内部に配置したメイン電極と車両ボディとの間に発生させた微弱電界の乱れを、電流又は電圧として出力するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、シートが空席の場合、静電センサの一対の電極間には、空気が介挿されることになる。また、シートにＣＲＳ（ＣｈｉｌｄＲｅｓｔｒａｉｎｔＳｙｓｔｅｍ、年少者拘束システム）が搭載されている場合、静電センサの一対の電極間には、ＣＲＳが介挿されることになる。また、シートに乗員が座っている場合、静電センサの一対の電極間には、乗員の人体が介挿されることになる。ここで、空気の比誘電率は、約１である。また、材質にも依るがＣＲＳの比誘電率は、約２〜５である。更に、人体の比誘電率は、約５０である。このように、空気、ＣＲＳ、人体の比誘電率は、それぞれ異なる。従って、介挿物の種類により、静電センサの一対の電極間の静電容量も異なる。

この静電容量の差異により発生する電極間の微弱電界の乱れを電流又は電圧として出力し、この出力された電流値又は電圧値に基づいて、乗員検知ＥＣＵが乗員判別を行っている。即ち、乗員検知ＥＣＵは、シートが空席か、シートにＣＲＳが搭載されているか、シートに大人が着座しているかを判別している。また、エアバックＥＣＵは、乗員検知ＥＣＵの判別結果に基づき、袋体の展開許可／禁止を決定する。具体的には、シートが空席の場合又はシートにＣＲＳが装着されている場合は、袋体を展開禁止状態とする。一方、シートに大人が着座している場合は、袋体を展開許可状態とする。

また、シートの被水（被液）を検知し、シートに乗員が着座している場合と、シートが空席である場合との区別をより明確にした静電センサが公開されている（例えば、特許文献２参照）。シートが被水した場合、水の比誘電率が約８０であるため、人体の比誘電率よりも大きく、乗員判別が困難になる。このため、静電センサに新たに被水検知用のサブ電極を設け、サブ電極と乗員判別用のシート内部に配置したメイン電極との間の微弱電界の乱れを、電流又は電圧として出力することで被水判別を可能としている。

また、シートが空席時において、乗員判別に用いられる一対の電極間に流れる電流を低減し、シートに乗員が着座した場合に当該一対の電極間に流れる電流を明確に検知できる静電センサも公開されている（例えば、特許文献３参照）。この場合、静電センサに新たに容量低減用のガード電極を設けている。このガード電極及び車両ＧＮＤ（グランド）に、乗員検知ＥＣＵから高周波低電圧である正弦波を印加すると、メイン電極、人体、車両ＧＮＤ間に静電容量が発生し、この静電容量に応じた電流が乗員検知ＥＣＵで検出されるようになっている。

このような静電式乗員検知装置においては、シート上の乗員等をより判別し易くするため、特許文献４に記載のように、出来るだけ広い面積の電極を搭載した静電センサとしての乗員センサが記載されている。

特開平１１−２７１４６３号公報特開２００６−２７５９１号公報特開２００６−２０１１２９号公報特表２００３−５２０３４４号公報

しかし、上記の特許文献４の記載の乗員センサ（静電センサ）はシートの座面中央部に平面状に内蔵されるが、当該静電センサに搭載される電極が、シートにおける車両前後方向に直線に延びる中心線を挟む左右で非対称となっている。つまり、電極は銀やカーボン等の導電材料が平面に印刷されて形成されるので、電極がシートの中心線の左右で非対称だったり、平面上左右対称でも厚みが異なっていたりする場合、シートの中心線の左右で電極の抵抗値が異なる。このため、人がシートに着座した際の真中、右寄り、左寄りといった着座位置で静電センサでの静電容量の検出誤差が生じるので、乗員判別性能の低下を招くという問題があった。

例えば、図１（ａ）に示すように、静電センサ１において中心線２の左右で非対称の電極パターン３が形成されている場合に、第１〜第４の位置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの抵抗値を求めて左右の抵抗値を比較する。但し、電極パターン３は、図示せぬ乗員検知ＥＣＵから印加される交流電圧信号としての正弦波ＳＣの入力端を元にループ状に拡げて形成されている。また、第１位置３ａは正弦波ＳＣの入力方向から見て最右側の角であり、第２位置３ｂは中心線２を挟んで第１位置３ａと対称な位置、第３位置３ｃは第１位置３ａから直線状に正弦波ＳＣの入力方向に進み突き当たりの角の手前位置、第４位置３ｄは中心線２を挟んで第３位置３ｃと対称な位置である。

図１（ｂ）に電極パターン３を１１分割した際の各抵抗値Ｒ又は（３／２）Ｒを表す等価回路を示す。電極パターン３の第１位置３ａの抵抗値は、図２（ａ）に示すように（１１／１２）Ｒとなる。第２位置３ｂの抵抗値は、図２（ｂ）に示すように（１１／１２）Ｒとなる。第３位置３ｃの抵抗値は、図２（ｃ）に示すように（５／３）Ｒとなる。第４位置３ｄの抵抗値は、図２（ｄ）に示すように（３６／１３）Ｒとなる。なお、図２（ａ）〜（ｄ）のコンデンサＣは検出される乗員等の静電容量を示す。

このことから、電極パターン３においては、中心線２の左右で第１位置３ａと第２位置３ｂとでは抵抗値が（１１／１２）Ｒと同じだが、第３位置３ｃと第４位置３ｄとでは位置３ｃの抵抗値が（５／３）Ｒ、第４位置３ｄの抵抗値が（３６／１３）Ｒとなって左右で抵抗値が異なる。従って、電極パターン３は、中心線２の左右で（５／３）Ｒ〜（３６／１３）Ｒの感度の差が有る。このため、人がシートに着座した際の真中、右寄り、左寄りといった着座位置で静電センサ１での静電容量の検出誤差が生じるので、乗員判別性能の低下を招くことになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、静電センサの車両前後方向に直線に延びる中心線を挟む左右で電極の抵抗値を同等とすることにより乗員判別性能を向上させることができる静電センサ及び静電式乗員検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、車両の座部シートに内蔵されたループ形状の電極を備え、この電極への所定電圧の印加時に当該電極と車両ボディの少なくとも一部との間に発生する微弱電界を検出する静電センサにおいて、前記電極は、当該電極の抵抗値分布が車両前後方向に直線に延びる静電センサの中心線を挟む左右で同等に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、電極の抵抗値が静電センサの中心線を挟む左右で同等に形成されているので、人が座部シートに真中に着座した場合は静電センサの検出感度の差は中心線の左右で無くなり、また、右寄り、左寄り等に着座した場合でも、左右での検出感度の差は殆ど無くなる。従って、人の着座位置で静電センサでの静電容量の検出誤差が生じなくなる。

請求項２に記載の発明は、前記電極の形状が前記中心線を挟む左右で異なる場合に、
その中心線を挟む左右における抵抗値が低い側の電極に、これと対向する側の電極の抵抗
値と同等となるように調整用抵抗要素を付加することを特徴とする。

この構成によれば、静電センサの中心線を挟む電極の左右で抵抗値が同等となるので、電極の左右での検出感度の差は殆ど無くなり、人の着座位置で静電センサでの静電容量の検出誤差が生じなくなる。

請求項３に記載の発明は、前記調整用抵抗要素は電極であることを特徴とする。
この構成によれば、調整用抵抗要素が電極なので、ループ形状の電極への付加を容易に行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電センサと、この静電センサへの交流電圧信号の印加時に当該静電センサから出力される電流を電圧値に変換し、この電圧値から座部シート上の検出物の判別を行う電子制御ユニットとを備えることを特徴とする。

この構成によれば、静電センサは人の着座位置による静電容量の検出誤差が殆ど生じないので、電子制御ユニットが、その静電センサでの検出結果に応じて座部シート上の検出物の判別を行う場合、乗員判別性能が向上する。

（ａ）従来の静電センサにおいて中心線の左右で非対称の電極パターンを示す図、（ｂ）（ａ）に示す電極パターンを１１分割した際の各抵抗値を表す等価回路である。（ａ）図１に示す電極パターンの第１位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図、（ｂ）同電極パターンの第２位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図、（ｃ）同電極パターンの第３位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図、（ｄ）同電極パターンの第４位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図である。（ａ）本発明の実施形態に係る静電センサを有する静電式乗員検知装置の構成を示すブロック図、（ｂ）本実施形態の静電センサにおいて中心線の左右で非対称の電極パターンを示す図、（ｃ）（ｂ）に示す電極パターンを１２分割した際の各抵抗値を表す等価回路である。（ａ）本実施形態の静電センサの電極パターンの第１位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図、（ｂ）同電極パターンの第２位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図、（ｃ）同電極パターンの第３位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図、（ｄ）同電極パターンの第４位置の抵抗値の検出静電容量への影響を表す等価回路図である。（ａ）本実施形態の静電センサにおいて他の電極パターン示す図、（ｂ）同静電センサにおいてその他の電極パターンを示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る静電センサを有する静電式乗員検知装置の構成を示すブロック図である。静電式乗員検知装置１０は、乗員検知ＥＣＵ１１と、図示せぬ車両の座部シートの座面に内蔵され、乗員検知ＥＣＵ１１に接続された静電センサ１２とを備える。静電センサ１２は、図３（ｂ）に示すように、座部シートにおける車両前後方向に直線に延びる中心線２を挟む左右で対称なループ形状の電極パターン１４を備え、乗員検知ＥＣＵ１１から発生される正弦波ＳＣの印加時に電極パターン１４と図示せぬ車両接地部に導通する車両ボディとの間に発生する微弱電界の乱れを電流として乗員検知ＥＣＵ１１へ出力する。乗員検知ＥＣＵ１１は、その静電センサ１２からの電流を電圧値に変換し、この電圧値から座部シート上の乗員等の検出物の判別を行う。なお、電極パターン１４のループ形状は、正弦波ＳＣの入力端を元にして中心線２の左右の各々に矩形波が一定間隔で配置されて繋がる形状である。

これは、座部シート上に検出物が無い（空席）か、検出物がＣＲＳ（年少者拘束システム）であるか、子供であるか、大人であるかを判別し、この判別に応じてアブソーバ展開及び非展開であるかの判定結果を図示せぬアブソーバＥＣＵに送信する。アブソーバＥＣＵでは、その判定結果をもとに、車両が衝突した際の衝突判定結果とともに、助手席アブソーバの展開／非展開制御を行うようになっている。

本実施形態の特徴は、静電センサ１２において、車両前後方向の中心線２の左右で電極パターン１４の抵抗値を同等とした点にある。図３（ｃ）に電極パターン１４を１２分割した際の各抵抗値Ｒを表す等価回路を示す。この等価回路を図４に示し、図３（ｂ）の電極パターン１４の第１〜第４の位置１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの抵抗値を求めて左右の抵抗値を比較する。但し、第１位置１４ａは正弦波ＳＣの入力方向から見て最右側の角であり、第２位置１４ｂは中心線２を挟んで第１位置１４ａと対称な位置、第３位置１４ｃは第１位置１４ａから直線状に正弦波ＳＣの入力方向に進み最も突き当たった角の１つ手前の角位置、第４位置１４ｄは中心線２を挟んで第３位置１４ｃと対称な位置である。

電極パターン１４の第１位置１４ａの抵抗値は、図４（ａ）に示すように（１１／１２）Ｒとなり、第２位置１４ｂの抵抗値は、図４（ｂ）に示すように（１１／１２）Ｒ、第３位置１４ｃの抵抗値は、図４（ｃ）に示すように（３５／１２）Ｒ、第４位置１４ｄの抵抗値は、図４（ｄ）に示すように（３５／１２）Ｒとなる。なお、図４（ａ）〜（ｄ）のコンデンサＣは検出される乗員等の静電容量を示す。

このことから、電極パターン１４においては、中心線２の左右で第１位置１４ａと第２位置１４ｂとでは抵抗値が（１１／１２）Ｒと同じであり、第３位置１４ｃと第４位置１４ｄとでは抵抗値が（３５／１２）Ｒと同じである。

このように本実施形態の静電センサ１２によれば、電極パターン１４を車両前後方向に直線に延びる中心線２を挟む左右で抵抗値が同等となるように形成した。このため、人がシートに真中に着座した場合は静電センサ１２の検出感度の差は中心線２の左右で無くなり、また、右寄り、左寄り等に着座した場合でも、左右での検出感度の差は殆ど無くなる。従って、人の着座位置で静電センサ１２での静電容量の検出誤差が生じなくなる。これによって、静電式乗員検知装置１０における乗員判別性能が向上する。

また、静電センサ１２の電極の形状は、中心線２を挟む左右で抵抗値が同等であれば、例えば図５（ａ）に示す電極パターン１４−１や図５（ｂ）に示す電極パターン１４−２の形状であってもよい。即ち、電極パターン１４−１は、正弦波ＳＣの入力端を元にして中心線２の左右に十字形状が一定間隔で左右対称となるように配置されて繋がるループ形状である。電極パターン１４−２は、中心線２の左右に概略円形状が一定間隔で左右対称となるように配置されて繋がるループ形状である。

この他、図１（ａ）に示したように、電極パターン３の形状が中心線２を挟んで左右非対称であっても、電極パターン３の符号３ｃで示す抵抗値（５／３）Ｒの低い電極配線に、これと対向側の符号３ｄで示す抵抗値（３５／１２）Ｒの高い電極配線と同等となるように調整用抵抗要素を付加しても良い。このようにすれば、電極パターン３の中心線２を挟む左右で抵抗値が同等となるので左右での検出感度の差は殆ど無くなり、人の着座位置で静電センサでの静電容量の検出誤差が生じなくなり、静電式乗員検知装置における乗員判別性能を向上させることができる。但し、調整用抵抗要素とは、電極パターン３と同様な電極を代表要素とするが、この他、電極に代わる電気的な抵抗素材であれば良い。電極パターン３と同様な電極の場合、電極パターン３への付加を容易に行うことができる。

また、静電センサ１２が、座部シートに配置されたメイン電極と、このメイン電極の座部シート前方側に離間して配置されたサブ電極と、車両ボディとメイン電極との間に離間して配置されたガード電極とを有して構成される場合、メイン電極、サブ電極及びガード電極の各電極を、上述したように、中心線２を挟む左右で抵抗値が同等となるように形成する。これによって、各電極における中心線２を挟む左右での検出感度の差が殆ど無くなり、人の着座位置で静電センサでの静電容量の検出誤差が生じなくなる。従って、静電式乗員検知装置における乗員判別性能を向上させることができる。

１０静電式乗員検知装置
１１乗員検知ＥＣＵ
１２静電センサ
１４，１４−１，１４−２電極パターン
ＳＣ正弦波

Claims

車両の座部シートに内蔵されたループ形状の電極を備え、この電極への所定電圧の印加時に当該電極と車両ボディの少なくとも一部との間に発生する微弱電界を検出する静電センサにおいて、
前記電極は、当該電極の抵抗値分布が車両前後方向に直線に延びる静電センサの中心線を挟む左右で同等に形成されていることを特徴とする静電センサ。
前記電極の形状が前記中心線を挟む左右で異なる場合に、その中心線を挟む左右における抵抗値が低い側の電極に、これと対向する側の電極の抵抗値と同等となるように調整用抵抗要素を付加することを特徴とする請求項１に記載の静電センサ。
前記調整用抵抗要素は電極であることを特徴とする請求項２に記載の静電センサ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電センサと、この静電センサへの交流電圧信号の印加時に当該静電センサから出力される電流を電圧値に変換し、この電圧値から座部シート上の検出物の判別を行う電子制御ユニットとを備えることを特徴とする静電式乗員検知装置。