JP2010054350A - 乗員姿勢検知装置および乗員姿勢検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に構成可能で高精度に乗員の姿勢を検知する。
【解決手段】乗員姿勢検知装置１００は、静電容量センサ部１０と回路部２０とを備える。静電容量センサ部１０は、車室天井部２に配置された第１〜第３検知電極１１〜１３を備え、各検知電極１１〜１３は、切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を介して回路部２０の静電容量検知回路２１とシールド駆動回路２３とにそれぞれ接続されている。回路部２０のＣＰＵ２９は、静電容量検知回路２１にて検出された各検知電極１１〜１３からの静電容量に基づく静電容量値を比較して、座席４０に着座した乗員（人体）４８の頭部４９の位置の情報を用いて着座姿勢を判定する。判定した着座姿勢に関する姿勢情報は、車両１に搭載されたＥＣＵに出力され、エアバッグの展開等の制御に用いられる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の座席に着座した乗員の姿勢を検知する乗員姿勢検知装置および乗員姿勢検知方法に関する。

自動車等の車両の高性能化に伴い、例えば衝突時に乗員を保護するためのエアバッグの展開を乗員の姿勢などに基づき制御することが行われつつある。このような乗員の姿勢を検知するものとして、例えば下記特許文献１に開示されている頭部位置検出システムが知られている。

この頭部位置検出システムは、シート（座席）に座った乗員と高周波的に電気接続される発振電極をシート座部（着座部）に配し、発振電極と金属枠との間に発振出力を印加する発振部と、発振電極と対向するように車室天井部に受信電極を絶縁配置した距離測定用センサとを備える。

また、この頭部位置検出システムは、乗員に電気接続される導体面から既知の距離だけ離れ、導体面と対向して校正用受信電極を絶縁配置して計測するキャリブレーションセンサと、この計測結果に基づき受信電極における各距離と出力電圧に係る特性曲線とを決定し、各出力電圧の値を、該当する特性曲線に当てはめて各距離を求める処理回路とを備える。そして、乗員の頭部と受信電極との間の距離を計測して頭部の位置を検出するとされている。

特開２００２−３６５０１１号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている頭部位置検出システムでは、発振電極と受信電極がそれぞれ座席の上方や下方に配置されているため、配線長が長くなったりシステム構成が複雑化したりして、コストの削減を図りにくいという問題がある。

この発明は、上述した従来技術の問題点を解消するため、安価に構成可能で高精度に乗員の姿勢を検知することができる乗員姿勢検知装置および乗員姿勢検知方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る乗員姿勢検知装置は、車両の座席の上方の車室天井部に、所定の平面上の位置を検知可能なように少なくとも三つ配置され、前記座席に着座した人体の頭部と前記車室天井部との間の静電容量を検知する検知電極と、前記検知電極とそれぞれ接続され、各検知電極からの検知信号に基づいて前記人体の頭部の位置を検出する検出回路と、前記検出回路からの検出結果に応じて、前記人体の着座姿勢を判定する姿勢判定回路とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る乗員姿勢検知装置は、以上のように構成することにより、従来のものと比べて検知電極を車室天井部に設けるだけで済み、発振電極や受信電極といった構成が不要なシンプルな構成にすることができるとともに、これら電極間の距離の問題も皆無となるので、安価に構成可能で高精度に乗員の姿勢を検知することが可能となる。なお、人体の頭部としては、特に頭頂部を検出することが好ましい。

前記検出回路は、例えば前記検知電極とそれぞれ切替スイッチを介して接続されおり、前記検知電極とそれぞれ前記切替スイッチを介して接続され、各検知電極に対して所定の電圧を出力する駆動回路をさらに備え、前記姿勢判定回路は、例えば前記検知電極のうちの一の検知電極が択一的に前記検出回路と接続されるときに、他の検知電極が前記駆動回路と接続されるように前記切替スイッチの切り替え動作を制御する。

また、前記検出回路は、前記各検知電極の静電容量値から直接前記人体の頭部の位置を検出した後に、該頭部の位置のＸ方向の補正値と、該頭部の位置のＹ方向の補正値とを前記各検知電極の静電容量値から求め、それら補正値に基づいてさらに前記姿勢判定回路において前記人体の着座位姿勢を判定するために要する補正演算処理をさらに行う構成としてもよい。

なお、前記姿勢判定回路は、判定した前記人体の着座姿勢に関する情報を、前記車両に搭載されたエアバッグの展開を制御する機能を含むＥＣＵに出力する構成とされていてもよい。

また、前記検知電極は、例えば前記車両の前方側に一つの頂点が存するような三角形平面状、あるいは前記車両の後方側に一つの頂点が存するような三角形平面状に前記車室天井部に配置されてもよく、さらに四つ配置された場合は、例えば前記車両の前後方向および左右方向においてそれぞれ辺を形成するような四角形平面状に配置されるとよい。

前記検知電極の裏面側および周囲の両方またはいずれかに、該検知電極と電気的に絶縁されたシールド部をさらに備えてもよく、前記シールド部は、例えば前記検知電極と同電位が与えられているとよい。

また、前記検出回路は、例えばあらかじめ前記座席に人体が着座していないときの静電容量値を記憶する記憶手段を備え、前記人体が着座した場合に該記憶手段に記憶された該静電容量値からの増加量を検出値として検出結果を出力するようにしてもよい。

前記検出回路は、例えば各検知電極により検知された静電容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換型の静電容量検知回路を有する構成としてもよい。

また、前記検出回路は、例えば差動動作型の静電容量検知回路を有し、各検知電極の近傍に該検知電極とは逆相の該静電容量検知回路の入力端子に接続された補助電極が配置されていてもよい。

本発明に係る乗員姿勢検知方法は、車両の座席の上方の車室天井部に、平面上の位置を検知可能なように少なくとも三つ設けられた検知電極によって、前記座席に着座した人体の頭部と前記車室天井部との間の静電容量を検知し、検知された静電容量を示す各検知電極からの検知信号に基づいて、前記人体の頭部の位置を検出し、検出された前記頭部の位置を基準として、前記人体の着座姿勢を判定することを特徴とする。

本発明によれば、安価に構成可能で高精度に乗員の姿勢を検知することができる乗員姿勢検知装置および乗員姿勢検知方法を提供することができる。

以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る乗員姿勢検知装置および乗員姿勢検知方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の全体構成の一例を示す説明図、図２は同乗員姿勢検知装置の検知電極の一例を示す説明図、図３は同乗員姿勢検知装置の動作原理の一例を説明するための説明図、図４は同乗員姿勢検知装置の左右方向の判定動作を説明するための説明図、図５は同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作を説明するための説明図である。

また、図６は、本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の静電容量検知回路の一例を示すブロック図、図７は同乗員姿勢検知装置の回路部の動作波形の一例を示す動作波形図である。

図１に示すように、本実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、例えば車両１の座席４０の上方にある車室天井部２に、例えば、座席４０に座った乗員（人体）４８の頭部４９の平面状の位置を検知可能なように配置された三つの検知電極（第１検知電極１１，第２検知電極１２，第３検知電極１３）を有する静電容量センサ部１０と、この静電容量センサ部１０からの出力を用いて、座席４０に着座した乗員４８の頭部４９の位置に基づく着座姿勢を判定する回路部２０とを備えて構成されている。

静電容量センサ部１０の各検知電極１１〜１３は、例えば第１検知電極１１が車両１の前方側の頂点となり、第２および第３検知電極１２，１３が座席４０上の車両１の左右方向に離れて配置され、各検知電極１１〜１３を直線的に結ぶと三角形平面状（例えば、第１検知電極１１を前方側の頂点とする二等辺三角形）となるように車室天井部２の内部あるいは車室内側表面に配置されている。そして、静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９と車室天井部２（具体的には検知電極１１〜１３）との間の静電容量を検知する。より具体的には、静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９の頭頂部と検知電極１１〜１３との間の静電容量を検知する。

なお、静電容量センサ部１０は、部品のモジュール化を促進するために、図示しない基板の一方の面側に、上述したように第１〜第３検知電極１１〜１３が形成されて車室天井部２に配置されてもよく、回路部２０はこの基板の同一面あるいは他方の面側に実装された上で配置されていてもよい。もちろん、配置の態様によっては各部が別体に配置されていてもよい。

静電容量センサ部１０等が基板に形成された場合は、この基板としては、例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板あるいはリジッドフレキシブル基板などが用いられる。また、各検知電極１１〜１３は、例えば基板がフレキシブルプリント基板からなる場合は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）あるいはエポキシ樹脂などの絶縁体からなるベース材上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムなどの金属材からなる。その他、各検知電極１１〜１３は、メンブレン回路に形成されたり、導電性粘着材やその他の導体金属からなるものであってもよい。

また、各検知電極１１〜１３は、例えばそれぞれ切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を介して回路部２０の静電容量検知回路２１と接続されるとともに、これら各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を介してシールド駆動回路２３と接続されている。なお、図示は省略するが、上記シールド駆動回路２３は、回路部２０内に備えられていてもよい。

一方、回路部２０は、例えば検知電極１１〜１３により検知された静電容量を示す検知信号に基づいて、それぞれの静電容量値を検出する静電容量検知回路２１と、この静電容量検知回路２１からのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２２と、このＡ／Ｄ変換器２２によりディジタル信号化された情報に基づき、乗員姿勢検知装置１００の各種動作制御や演算処理などを司るとともに、乗員４８の着座姿勢を判定し、この判定した着座姿勢に関する情報（姿勢情報）を、例えば車両１に搭載されたＥＣＵ（電子制御ユニット）に対して出力するＣＰＵ２９とを備えて構成されている。

ＥＣＵは、例えば車両１に搭載されたエアバッグの展開を制御（すなわち、エアバッグの開く方向や膨張率などを制御）する機能を備え、本例の乗員姿勢検知装置１００からの姿勢情報をも参照して、エアバッグの展開を制御することが可能に構成されている。

上記各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は、例えばマルチプレクサ、アナログスイッチ、ＦＥＴあるいはリレーなどのユニットからなり、この回路部２０のＣＰＵ２９は、各切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の切り替え動作を切替制御信号を出力して制御する。具体的には、本例の乗員姿勢検知装置１００では、次のような切替制御が行われる。

すなわち、ＣＰＵ２９からの切替制御信号により、例えばＳＷ１が第１検知電極１１と静電容量検知回路２１とが接続されるように切り替えられた場合、ＳＷ２およびＳＷ３は第２検知電極１２および第３検知電極１３がシールド駆動回路２３と接続されるように切り替えられる。

また、例えばＳＷ２が第２検知電極１２と静電容量検知回路２１とが接続されるように切り替えられた場合は、ＳＷ１およびＳＷ３は第１検知電極１１および第３検知電極１３がシールド駆動回路２３と接続されるように切り替えられる。

さらに、例えばＳＷ３が第３検知電極１３と静電容量検知回路２１とが接続されるように切り替えられた場合は、ＳＷ１およびＳＷ２は第１検知電極１１および第２検知電極１２がシールド駆動回路２３と接続されるように切り替えられる。このように、ＣＰＵ２９は、各検知電極１１〜１３と静電容量検知回路２１とが択一的に接続されたとき（順番に切り替えて接続されたとき）の、それぞれの検出された静電容量値に基づいて、乗員４８の着座姿勢を判定する。

なお、シールド駆動回路２３は、接続された検知電極に対して、静電容量検知回路２１により与えられている電位と同等の電位を与えるように構成されている。これにより、各検知電極１１〜１３同士の静電容量結合を防止して、各検知電極１１〜１３ごとに高精度な静電容量の検知を行うことが可能となる。

また、シールド駆動回路２３は、例えば各検知電極１１〜１３に与えられる電位より高い入力インピーダンスで１倍のアンプ（バッファ）を通して生成された電位を与えてもよいし、後述するように静電容量検知回路２１が差動動作型である場合は、オペアンプの非反転入力部分を接続して同等の電位を与えてもよい。

各検知電極１１〜１３は、図２に示すように、例えばそれぞれ矩形状に形成されており、その裏面側（検出範囲側とは反対側）に各検知電極１１〜１３と電気的に絶縁され、裏面側の検知を抑制するためのシールド部１８や、各検知電極１１〜１３の周囲に同様の効果をもたらすシールド部１９が形成された構成であってもよい。これらシールド部１８，１９は、例えば各検知電極１１〜１３と同電位が与えられており、これらを備えれば、さらに精度よく車室天井部２と頭部４９（具体的には頭頂部）との間の静電容量を検知することが可能となる。

この乗員姿勢検知装置１００は、乗員４８が各検知電極１１〜１３と比較して、非常に大きい体積および誘電率を有しているために、ほぼグランド（ＧＮＤ）とみなすことができる原理を利用して、回路部２０を各検知電極１１〜１３とグランド（例えば、乗員４８）との間の静電容量を用いて乗員４８の着座姿勢を判定することができる構成を採用している。

したがって、このような構成の乗員姿勢検知装置１００によれば、従来技術の欄で説明した頭部位置検出システムなどのように、信号の送受信が必要な検知方式のものと比較して、非常にシンプルな構成で精度の高いシステムを構築することができる。よって、本実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、安価に構成することが可能となる。

この乗員姿勢検知装置１００は、例えば図３に示すように動作する。なお、図３におけるグラフの（１），（２），（３）は、それぞれ第１〜第３検知電極１１〜１３と対応している。図３（ａ）に示すように、例えば乗員４８が座席４０に対して車両１の前方右側寄りに着座している場合は、第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣが、第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣや第３検知電極１３の（３）の検出値ΔＣよりも大きいため、乗員４８の頭部４９（例えば頭頂部、以下同じ。）の位置が第１検知電極１１の下方近傍（すなわち、座席４０の前方）にあることが分かる。

また、第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣと第３検知電極１３の（３）の検出値ΔＣを比較すると、第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣの方が大きいため、乗員４８の頭部４９の位置は、第２検知電極１２の下方近傍（すなわち、右側）に近い位置にあることが分かる。つまり、このように第１〜第３検知電極１１〜１３の検出値ΔＣを比較することで、この場合は、乗員４８の着座姿勢が座席４０の右側前方にあることが分かる。

一方、図３（ｂ）に示すように、例えば乗員４８が座席４０に普通の状態で寄りかかって中央に着座している（すなわち、座席４０の形状に合った通常基本となる姿勢で着座している）場合は、第２検知電極１２の（２）および第３検知電極１３の（３）の検出値ΔＣが第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣよりも大きくなる。このため、乗員４８の頭部４９の位置が第２検知電極１２および第３検知電極１３の下方側（すなわち、座席４０の後方）に近い位置であることが分かる。

また、第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣと第３検知電極１３の（３）の検出値ΔＣとを比較すると、これらの検出値ΔＣがほぼ等しい値であるため、乗員４８の頭部４９の位置は、第２および第３検知電極１２，１３の中間点下方（すなわち、座席４０に寄りかかって中央位置に着座している）にあることが分かる。

このように、各検知電極１１〜１３から乗員４８の頭部４９までの距離は、各検出値ΔＣを用いて求めることができるので、周知の三角測量法などを用いて頭部４９の位置を算出することができる。しかし、検出値ΔＣと頭部４９の距離との関係は、乗員４８の頭部４９の大きさや車室天井部２との間の距離等にも依存するため、本実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００では、さらに上述した三角測量法の他に以下の処理を行って頭部４９の位置を正確に算出するようにしている。

すなわち、本実施形態の乗員姿勢検知装置１００では、例えば頭部４９の大きさに変化があったとしても正確に頭部４９の位置を検出することができるよう、次のような演算処理を行っている。まず、上述した動作によって得られた、頭部４９の前後位置を回路部２０に備えられた図示しないＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶手段にパラメータとして記憶しておく。なお、検出値ΔＣは、処理の簡素化および正確な位置検出のために、補正値＝電極１２の検出値／（電極１２の検出値＋電極１３の検出値）とした式を用いた補正演算処理に利用する。

例えば、図４（ａ）に示すように、座席４０に着座した乗員４８の頭部４９が左右方向（例えば、Ｘ方向）に振れた場合、乗員４８の頭部４９の左右方向（Ｘ方向）の位置と、第２および第３検知電極１２，１３の検出値ΔＣに基づき算出される補正値（規格化検出値（左右））との関係は、図４（ｂ）に示すグラフのように、前後方向の位置の違いによる検出値のずれがあっても近似的に表わされる。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、各検知電極１１〜１３を直線的に結ぶと第１検知電極１１を前方側の頂点とする二等辺三角形となるように各検知電極１１〜１３が配置されている乗員姿勢検知装置では、図４（ｂ）に示すように、上述した規格化検出値（左右）は、頭部４９の前後方向の位置の違いによる影響が少ない。

次に、このようにして判定した左右方向の位置の情報を上述したようにパラメータとして記憶しておき、さらに検出値ΔＣを用いて補正値＝（電極１１の検出値／｛電極１１の検出値＋（電極１２の検出値＋電極１３の検出値）／２｝）とした式を用いた補正演算処理を行っている。例えば図５（ａ）に示すように、座席４０に着座した乗員４８の頭部４９が前後方向（例えば、Ｙ方向）に振れた場合、乗員４８の頭部４９の前後方向（Ｙ方向）の位置と、各検知電極１１〜１３の検出値ΔＣに基づき算出される補正値（規格化検出値（前後））との関係は、図５（ｂ）に示すグラフのように表わされる。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、各検知電極１１〜１３を直線的に結ぶと第１検知電極１１を前方側の頂点とする二等辺三角形となるように各検知電極１１〜１３が配置されている乗員姿勢検知装置では、図５（ｂ）に示すように、上述した規格化検出値（前後）は、頭部４９の左右方向の位置の違い（例えば、右方、中央、左方等）により異なってしまう。しかしながら、図４を用いて説明した結果に基づき左右方向の位置を決定した後、規格化検出値（前後）を反映させれば、頭部４９の前後方向の位置を正確に判定することができる。

なお、図３を用いて説明した三角測量法によらずに、上述した理論式による補正演算処理を頭部４９（頭頂部）の検出の主処理として採用し、直接頭部４９の頭頂部の位置を検出するように構成してもよい。このようにすれば、頭部４９よりもより「点」に近い頭頂部を直接検出して、処理を少なくしつつさらに正確に位置を得ることができるので好ましい。

なお、本実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、第１〜第３検知電極１１〜１３を切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を介して一つの静電容量検知回路２１に接続し、ＣＰＵ２９からの切替制御により切替スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切り替えて、各検知電極１１〜１３にて検知された静電容量値を用いて乗員４８の着座姿勢を判定したが、例えば各検知電極１１〜１３に対してそれぞれ静電容量検知回路２１を具備するように構成してもよい。ただし、この場合は、一の検知電極により静電容量の検知中（測定中）に、他の検知電極の電位が変化するとその影響を受けてしまうため、各静電容量検知回路は同期させる必要がある。

ここで、静電容量検知回路２１は、図６に示すように、各検知電極１１〜１３と頭部４９との間の静電容量に応じてデューティー比が変化するパルス信号を生成するとともに平滑化して検知信号を出力する。すなわち、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路１０１と、入力端に接続された静電容量Ｃの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐｏを出力するタイマー回路１０２と、このパルス信号Ｐｏを平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３とを備えて構成されている。

タイマー回路１０２は、例えば２つの比較器２０１，２０２と、これら比較器２０１，２０２の出力がそれぞれリセット端子Ｒおよびセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ回路（以下、「ＲＳ−ＦＦ」と呼ぶ。）２０３と、このＲＳ−ＦＦ２０３の出力ＤＩＳをＬＰＦ１０３に出力するバッファ２０４と、ＲＳ−ＦＦ２０３の出力ＤＩＳでオン／オフさせるトランジスタ２０５とを備えて構成されている。

比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図７に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖｔｈ２と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ−ＦＦ２０３のＱ出力をセットする。

このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ２０５をオフ状態にし、検知電極１１（１２，１３）およびグランドの間を、これら検知電極の対接地静電容量Ｃおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Ｖｉｎの電位が静電容量Ｃによって決まる速度で上昇する。

入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器２０１の出力が反転してＲＳ−ＦＦ２０３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２０５がオン状態となって、検知電極１１（１２，１３）に蓄積された電荷がトランジスタ２０５を介して放電される。

したがって、このタイマー回路１０２は、図７に示すように、検知電極１１（１２，１３）および接近した人体４８の頭部４９との間の静電容量Ｃに基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐｏを出力する。ＬＰＦ１０３は、この出力を平滑化することにより、図７に示すような直流の検知信号Ｖｏｕｔを出力する。なお、この図７中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。

なお、上述した実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００において、検知された静電容量に基づき人体４８の頭部４９の位置を用いて着座姿勢を判定する回路部２０の構成として、静電容量検知回路２１が抵抗とコンデンサにより出力パルスのデューティー比が変化する静電容量Ｃ（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧Ｖ（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換するＣ−Ｖ変換型の周知のタイマーＩＣを利用するものを用いて説明したが、これに限定されるものではない。

すなわち、例えば正弦波を印加して静電容量値による電圧変化あるいは電流値から直接インピーダンスを測定する方式、測定する静電容量を含めて発振回路を構成して発振周波数を測定する方式、ＲＣ充放電回路を構成して充放電時間を測定する方式、既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方式、または未知の容量に既知電圧で充電し、その電荷を既知容量に移動させることを複数回行い、既知容量が所定電圧に充電されるまでの回数を測定する方式などがあり、検出した静電容量値にしきい値を設け、または静電容量の信号波形を解析して該当する静電容量波形になったときにトリガとするなどの処理を行うことでスイッチとして機能させたりしてもよい。

また、本実施形態では静電容量検知回路２１がＣ−Ｖ変換型により静電容量を電圧に変換して静電容量を検出することを前提としたが、電気的にあるいはソフトウェアとして扱いやすいデータに変換できる構成でもよく、例えばパルス幅に変換したり直接ディジタル値に変換したりしてもよい。

さらに、本実施形態では静電容量検知回路２１がＣ−Ｖ変換型のものを用いて説明したが、例えば次のようなものであってもよい。

図８は、本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の一部構成の他の例を示す説明図である。図８に示すように、この例の静電容量検知回路２１は、差動動作型に構成されており、コモンモードノイズを除去しつつ回路内の温度特性などをキャンセルすることができる。ここでは、上述した既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方式を採用した差動動作型の回路例を説明する。

まず、例えばプラス側入力端に第１検知電極１１を接続し、マイナス側入力端に第２および第３検知電極１２，１３を接続して、検知電極１１の静電容量Ｃ１から検知電極１２，１３の静電容量Ｃ２＋Ｃ３の合計値を減算して、その出力値をコンパレータなどでしきい値と比較して頭部４９の位置を検出するようにしてもよい。当然に、プラス側入力端とマイナス側入力端に接続する検知電極の構成を変えれば、頭部４９の前後方向および左右方向の位置の検出を行うことができる。

このような静電容量検知回路２１の動作の一例としては、例えばスイッチＳ１がオープン（ＯＦＦ）で、スイッチＳ２が接地（ＧＮＤ）され、スイッチＳ３がクローズ（ＯＮ）となっているときに、スイッチＳ３をオープン（ＯＦＦ）にし、スイッチＳ２をＶｒに切り替え、スイッチＳ１をオペアンプの反転入力に接続すると、静電容量Ｃ１とＣｆにＣ１Ｖｒが充電され、静電容量Ｃ２，Ｃ３とＣｆに（Ｃ２＋Ｃ３）Ｖｒが充電される。

そして、スイッチＳ１をオープン（ＯＦＦ）およびスイッチＳ２を接地（ＧＮＤ）した後に、スイッチＳ１を接地（ＧＮＤ）したときの電圧Ｖを測定する。このときの電圧は、例えばＶ／Ｖｒ＝｛（Ｃｆ＋Ｃ１）／Ｃｆ｝−｛（Ｃｆ＋Ｃ２＋Ｃ３）／Ｃｆ｝となり、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２＋Ｃ３の割合に応じた電圧が出力されることとなる。これにより、同様に頭部４９の位置を検出することができる。

なお、車両１の車室天井部２の内部や座席４０には、金属の部材が用いられている場合が多く、座席４０を動かして乗員４８が姿勢変化をさせたりすると各検知電極１１〜１３と乗員４８との位置関係が変化し、このような外部環境変化による静電容量値を検出してしまい誤動作に繋がってしまう場合がある。

このような影響を極力受けないようにするために、図示は省略するが、上述したシールド部１８，１９とともに、上記静電容量変化を抑制する補助電極（シールド電極）を、各検知電極１１〜１３の近傍位置に設けるようにしてもよい。

この場合、各シールド電極には、それぞれ第１〜第３検知電極１１〜１３と同等の電位が与えられていればよい。同等の電位は、上記シールド駆動回路２３のときと同様に、例えば各検知電極１１〜１３に加えられる電位から高い入力インピーダンスで１倍のアンプ（バッファ）を通して生成するようにしてもよいし、図８に示した静電容量検知回路２１の場合では、オペアンプの非反転入力の部分をシールド電極に接続して与えるようにしてもよい。

図９は、本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の一部構成の他の例を説明するための説明図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、ここでは、右側第１検知電極１１ａと、左側第１検知電極１１ｂとを備え、各検知電極１１ａ，１１ｂ，１２，１３を直線状に結ぶと、車両１の前後方向および左右方向においてそれぞれ辺を形成するような四角形平面状に車室天井部２に配置した点が、先の例とは相違している。

このようにすれば、さらに高精度に座席４０に着座した人体４８の頭部４９の位置に基づいて、人体４８の着座姿勢を判定することが可能となる。なお、ここでは検知電極を四つとしたが、例えば五つにしたりそれ以上配置したりしても、コスト的には多少高くなる程度で検出精度を向上させることが可能となるため、さらに有効である。また、主に図３〜図５を用いて説明した配置態様も、例えば検知電極１１が後方側の一つの頂点となるような二等辺三角形となるように変更することも可能である。

以上述べたように、本実施形態に係る乗員姿勢検知装置１００は、各検知電極１１〜１３などを有する静電容量センサ部１０と回路部２０という非常にシンプルで安価な構成によって、高精度に乗員４８の姿勢（着座姿勢）を検知し、その姿勢情報をエアバッグの展開制御などに利用することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の全体構成の一例を示す説明図である。 同乗員姿勢検知装置の検知電極の一例を示す説明図である。 同乗員姿勢検知装置の動作原理の一例を説明するための説明図である。 同乗員姿勢検知装置の左右方向の判定動作を説明するための説明図である。 同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の静電容量検知回路の一例を示すブロック図である。 同乗員姿勢検知装置の回路部の動作波形の一例を示す動作波形図である。 本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の一部構成の他の例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る乗員姿勢検知装置の一部構成の他の例を説明するための説明図である。

符号の説明

１…車両、２…車室天井部、１０…静電容量センサ部、１１…第１検知電極、１１ａ…右側第１検知電極、１１ｂ…左側第１検知電極、１２…第２検知電極、１３…第３検知電極、１８，１９…シールド部、２０…回路部、２１…静電容量検知回路、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３…シールド駆動回路、２９…ＣＰＵ、４０…座席、４８…人体、４９…頭部、１００…乗員姿勢検知装置。

Claims (13)

1. 車両の座席の上方の車室天井部に、所定の平面上の位置を検知可能なように少なくとも三つ配置され、前記座席に着座した人体の頭部と前記車室天井部との間の静電容量を検知する検知電極と、
   前記検知電極とそれぞれ接続され、各検知電極からの検知信号に基づいて前記人体の頭部の位置を検出する検出回路と、
   前記検出回路からの検出結果に応じて、前記人体の着座姿勢を判定する姿勢判定回路とを備えた
   ことを特徴とする乗員姿勢検知装置。
2. 前記検出回路は、前記検知電極とそれぞれ切替スイッチを介して接続されおり、
   前記検知電極とそれぞれ前記切替スイッチを介して接続され、各検知電極に対して所定の電圧を出力する駆動回路をさらに備え、
   前記姿勢判定回路は、前記検知電極のうちの一の検知電極が択一的に前記検出回路と接続されるときに、他の検知電極が前記駆動回路と接続されるように前記切替スイッチの切り替え動作を制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
3. 前記検出回路は、前記各検知電極の静電容量値から直接前記人体の頭部の位置を検出した後に、該頭部の位置のＸ方向の補正値と、該頭部の位置のＹ方向の補正値とを前記各検知電極の静電容量値から求め、それら補正値に基づいてさらに前記姿勢判定回路において前記人体の着座位姿勢を判定するために要する補正演算処理をさらに行うことを特徴とする請求項１または２記載の乗員姿勢検知装置。
4. 前記姿勢判定回路は、判定した前記人体の着座姿勢に関する情報を、前記車両に搭載されたエアバッグの展開を制御する機能を含むＥＣＵに出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
5. 前記検知電極は、前記車両の前方側に一つの頂点が存するような三角形平面状に前記車室天井部に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
6. 前記検知電極は、前記車両の後方側に一つの頂点が存するような三角形平面状に前記車室天井部に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
7. 前記検知電極は、前記車両の前後方向および左右方向においてそれぞれ辺を形成するような四角形平面状に前記車室天井部に四つ配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
8. 前記検知電極の裏面側および周囲の両方またはいずれかに、該検知電極と電気的に絶縁されたシールド部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
9. 前記シールド部は、前記検知電極と同電位が与えられていることを特徴とする請求項８記載の乗員姿勢検知装置。
10. 前記検出回路は、あらかじめ前記座席に人体が着座していないときの静電容量値を記憶する記憶手段を備え、前記人体が着座した場合に該記憶手段に記憶された該静電容量値からの増加量を検出値として検出結果を出力することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
11. 前記検出回路は、各検知電極により検知された静電容量を電圧に変換するＣ−Ｖ変換型の静電容量検知回路を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
12. 前記検出回路は、差動動作型の静電容量検知回路を有し、各検知電極の近傍に該検知電極とは逆相の該静電容量検知回路の入力端子に接続された補助電極が配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
13. 車両の座席の上方の車室天井部に、平面上の位置を検知可能なように少なくとも三つ設けられた検知電極によって、前記座席に着座した人体の頭部と前記車室天井部との間の静電容量を検知し、
    検知された静電容量を示す各検知電極からの検知信号に基づいて、前記人体の頭部の位置を検出し、
    検出された前記頭部の位置を基準として、前記人体の着座姿勢を判定する
    ことを特徴とする乗員姿勢検知方法。

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