乗員姿勢検知装置および乗員姿勢検知方法
【課題】安価に構成可能でコストの削減を図りつつ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の座席４０の前方および座席４０の直上にそれぞれ配置された第１および第２検知電極１１，１２を備え、各検知電極１１，１２は切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２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１１，１２からの静電容量に基づく静電容量値を用いて、座席４０に着座した乗員（人体）４８の頭部４９の位置の情報に基づ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。
【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の座席４０の前方および座席４０の直上にそれぞれ配置された第１および第２検知電極１１，１２を備え、各検知電極１１，１２は切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２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１１，１２からの静電容量に基づく静電容量値を用いて、座席４０に着座した乗員（人体）４８の頭部４９の位置の情報に基づ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この頭部位置検出システムは、シート（座席）に座った（着座した）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。
【０００４】
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かか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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６５０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、安価に構成可能でコストの削減を図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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかか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、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可能となるように２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。
【０００９】
本発明にかか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２つ設けるだけで済み、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、安価に構成可能でコストの削減を図ることができる。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。
【００１０】
前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席前方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されてもよい。
【００１１】
また、前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席側方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されてもよい。
【００１２】
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に出力するとよい。
【００１３】
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い。
【００１４】
前記シールド部は、前記検知電極と同電位が与えられてもよい。
【００１５】
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とよい。
【００１６】
前記検出回路は、各検知電極とそれぞれ一対一で接続され、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変換型の複数の静電容量検知回路を有するとよい。
【００１７】
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し、前記静電容量検知回路は、スイッチ手段を介して各検知電極に接続されるとよい。
【００１８】
前記検知電極のうち、一の検知電極をシールド駆動するシールド駆動回路をさらに備えてもよい。
【００１９】
前記検出回路は、静電容量を検知する検知電極を前記静電容量検知回路に接続するとともに、他の検知電極を前記シールド駆動回路に接続するように前記スイッチ手段を制御するとよい。
【００２０】
また、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前記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もよい。
【００２１】
本発明にかか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、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可能となるように２つ配置さ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。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、安価に構成可能でコストの削減を図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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態にかか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。
【図２】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。
【図３】同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図である。
【図４】同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にかか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。
【図６】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７】本発明の一実施形態にかか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】本発明の一実施形態にかか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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、添付の図面を参照して、この発明にかか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を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態にかか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前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図である。また、図４は、同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図、図５は本発明の一実施形態にかか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。
【００２６】
さらに、図６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７は本発明の一実施形態にかかる乗員姿勢検知装置の一部構成の他の例を示す説明図、図８は本発明の一実施形態にかか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。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態にかか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、座席４０に着座した乗員（人体）４８の頭部４９の位置を検知可能となるように配置された２つの検知電極（第１検知電極１１，第２検知電極１２）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。
【００２８】
静電容量センサ部１０の各検知電極１１，１２は、本例では、例えば第１検知電極１１が座席４０に着座した乗員４８の頭部４９と座席４０前方の車室天井部２との間の静電容量を検知可能となるように、第２検知電極１２が同じく乗員４８の頭部４９と座席４０直上の車室天井部２との間の静電容量を検知可能となるように、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。
【００２９】
このように構成された静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９と車室天井部２（具体的には第１および第２検知電極１１，１２）との間の静電容量を検知する。より具体的には、この静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９の頭頂部と検知電極１１，１２との間の静電容量を検知する。
【００３０】
なお、静電容量センサ部１０は、例えば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および第２検知電極１１，１２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うえで配置されていてもよい。また、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。
【００３１】
静電容量センサ部１０が上述したように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を用いることができる。また、各検知電極１１，１２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、次のようなものからなる。
【００３２】
すなわち、各検知電極１１，１２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１１，１２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たりしてもよい。
【００３３】
また、本例では各検知電極１１，１２は、例えばそれぞれ切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２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，ＳＷ２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。
【００３４】
一方、回路部２０は、例えば検知電極１１，１２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に搭載された図示しない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。
【００３５】
ＣＰＵ２９は、情報の一時記憶領域として利用されるＲＡＭや、情報を一時的あるいは恒久的に格納可能なＲＯＭ等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可能に構成されている。
【００３６】
上記各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えばマルチプレクサ、アナログスイッチ、ＦＥＴあるいはリレー等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，ＳＷ２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。
【００３７】
すなわち、ＣＰＵ２９からの切替制御信号により、例えば切替スイッチ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、切替スイッチＳＷ２は第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。
【００３８】
また、例えば切替スイッチ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、切替スイッチＳＷ１は第１検知電極１１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１１，１２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、それぞれにて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。
【００３９】
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１１，１２同士の静電容量結合を防止して、各検知電極１１，１２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。
【００４０】
また、シールド駆動回路２３は、例えば各検知電極１１，１２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。
【００４１】
各検知電極１１，１２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１１，１２と電気的に接続され、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１１，１２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。
【００４２】
これらシールド部１８，１９には、例えば各検知電極１１，１２と同電位が与えられており、このようなシールド部１８，１９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。
【００４３】
この乗員姿勢検知装置１００は、乗員４８が各検知電極１１，１２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１１，１２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。
【００４４】
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、従来例として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安価に構築することができる。よって、本実施形態にかかる乗員姿勢検知装置１００は、安価に構成可能でコストの削減を図ることが可能となる。
【００４５】
この乗員姿勢検知装置１００は、例えば図３に示すように、座席４０の前方に配置された第１検知電極１１により検知された静電容量（検出値１）と、座席４０の直上に配置された第２検知電極１２により検知された静電容量（検出値２）とを用いて、これら検出値の比（例えば、検出値１／（検出値１＋検出値２））を演算し、頭部４９の位置を判定して姿勢を検知する。
【００４６】
これによれば、例えばダッシュボード３に搭載されたエアバッグ展開範囲４を、乗員４８の頭部４９の前後方向の位置に基づく姿勢情報によって、適宜調整して制御することができる。具体的には、図４に示すように動作する。なお、図４におけるグラフの（１），（２）は、それぞれ第１および第２検知電極１１，１２と対応している。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、例えば乗員４８が座席４０に対して車両１の前方寄りに着座している場合と、座席４０に対して通常の姿勢で着座している場合（すなわち、座席４０の直上に配置された第２検知電極１２の直下近傍に居る場合）とでは、乗員４８が左右方向（Ｘ方向）に傾いたとしても、検出値に次のような違いが出る。
【００４８】
すなわち、いずれの場合でも、前方寄りに着座しているときは第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣが所定のしきい値よりも大きな検出値の範囲α内に収まり、通常姿勢で着座しているときは第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣが所定のしきい値よりも小さな検出値の範囲β内に収まる。
【００４９】
なお、乗員姿勢検知装置１００で検出される検出値ΔＣは、図４（ｂ）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１および第２検知電極１１，１２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、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。
【００５０】
このように、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による影響が少ない。このため、乗員４８の左右方向のずれによりほとんど違いが出ず、第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣと第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣとによって、乗員４８の前後方向（Ｙ方向）の姿勢を検知することが可能となる。
【００５１】
また、乗員４８の頭部４９が第１および第２検知電極１１，１２の中間位置下方近傍にあるときは、検出値ΔＣは第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣと第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣとの中間値の範囲γ内に収まる。したがって、２つの検知電極１１，１２を用いたシンプルな構成で、乗員４８の着座姿勢を検知することができる。
【００５２】
このように、各検知電極１１，１２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、周知の距離演算法などを用いて頭部４９の前後方向の位置を正確に算出することができる。ここで、この検出値ΔＣは、例えば頭部４９の大きさに変化があったとしても前後方向においてはほとんど影響がないため、上述した方式で頭部４９の位置を判定することが可能である。
【００５３】
なお、本実施形態にかかる乗員姿勢検知装置１００は、第１および第２検知電極１１，１２を切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して１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，ＳＷ２を切り替えて、各検知電極１１，１２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１１，１２に対してそれぞれ接続される静電容量検知回路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２１は同期させる必要がある。
【００５４】
ここで、静電容量検知回路２１は、図５に示すように、各検知電極１１，１２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。
【００５５】
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。
【００５６】
比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図６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。
【００５７】
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）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。
【００５８】
入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まる所定のしきい値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）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。
【００５９】
したがって、このタイマー回路１０２は、図６に示すように、検知電極１１（１２）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６に示すような直流の検知電極Ｖｏｕｔを出力する。なお、この図６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。
【００６０】
なお、上述した実施形態にかか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。
【００６１】
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の電圧で充電し、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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７は、本発明の一実施形態にかか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７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いる。
【００６４】
これにより、いわゆる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。
【００６５】
まず、例えば差動増幅器２８の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検知電極１２を接続して、検知電極１１の静電容量Ｃ１から検知電極１２の静電容量Ｃ２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。なお、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てもよい。
【００６６】
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とＣｆにＣ２Ｖｒが充電される。
【００６７】
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）／Ｃｆ｝となり、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２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。
【００６８】
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が姿勢変化させたりすると各検知電極１１，１２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。
【００６９】
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１１，１２の近傍位置に設けるようにしてもよい。
【００７０】
この場合、各シールド電極には、それぞれ第１および第２検知電極１１，１２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１１，１２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７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。
【００７１】
図８は、本発明の一実施形態にかか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割愛する。
【００７２】
図８に示すように、ここでは、第１検知電極１１が座席４０の側方の車室天井部２（図示せず）に配置されている点が、先の例と相違している。このように構成することにより、サイドエアバッグ４７の展開範囲（図示せず）を、乗員４８の頭部４９の左右方向（Ｘ方向）の位置に基づく姿勢情報によって、同様に適宜調整して制御することができる。
【００７３】
なお、上述した実施形態においては、検出値を静電容量値としたが、座席４０に乗員４８が着座していないときの静電容量を初期容量として測定しておき、その初期容量からの増加分を検出値として扱うようにしてもよい。以上述べたように、本実施形態にかかる乗員姿勢検知装置１００は、各検知電極１１，１２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、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。
【符号の説明】
【００７４】
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
１２ 第２検知電極
１８ シールド部
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
４７ サイドエアバッグ
４８ 乗員（人体）
４９ 頭部
１００ 乗員姿勢検知装置
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この頭部位置検出システムは、シート（座席）に座った（着座した）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。
【０００４】
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かか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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３６５０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、安価に構成可能でコストの削減を図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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかか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、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可能となるように２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。
【０００９】
本発明にかか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２つ設けるだけで済み、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、安価に構成可能でコストの削減を図ることができる。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。
【００１０】
前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席前方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されてもよい。
【００１１】
また、前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席側方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されてもよい。
【００１２】
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に出力するとよい。
【００１３】
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い。
【００１４】
前記シールド部は、前記検知電極と同電位が与えられてもよい。
【００１５】
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とよい。
【００１６】
前記検出回路は、各検知電極とそれぞれ一対一で接続され、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変換型の複数の静電容量検知回路を有するとよい。
【００１７】
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し、前記静電容量検知回路は、スイッチ手段を介して各検知電極に接続されるとよい。
【００１８】
前記検知電極のうち、一の検知電極をシールド駆動するシールド駆動回路をさらに備えてもよい。
【００１９】
前記検出回路は、静電容量を検知する検知電極を前記静電容量検知回路に接続するとともに、他の検知電極を前記シールド駆動回路に接続するように前記スイッチ手段を制御するとよい。
【００２０】
また、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前記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もよい。
【００２１】
本発明にかか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、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可能となるように２つ配置さ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。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、安価に構成可能でコストの削減を図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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態にかか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。
【図２】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。
【図３】同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図である。
【図４】同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図である。
【図５】本発明の一実施形態にかか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。
【図６】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７】本発明の一実施形態にかか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】本発明の一実施形態にかか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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、添付の図面を参照して、この発明にかか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を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態にかか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前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図である。また、図４は、同乗員姿勢検知装置の前後方向の判定動作の一例を説明するための説明図、図５は本発明の一実施形態にかか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。
【００２６】
さらに、図６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７は本発明の一実施形態にかかる乗員姿勢検知装置の一部構成の他の例を示す説明図、図８は本発明の一実施形態にかか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。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態にかか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、座席４０に着座した乗員（人体）４８の頭部４９の位置を検知可能となるように配置された２つの検知電極（第１検知電極１１，第２検知電極１２）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。
【００２８】
静電容量センサ部１０の各検知電極１１，１２は、本例では、例えば第１検知電極１１が座席４０に着座した乗員４８の頭部４９と座席４０前方の車室天井部２との間の静電容量を検知可能となるように、第２検知電極１２が同じく乗員４８の頭部４９と座席４０直上の車室天井部２との間の静電容量を検知可能となるように、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。
【００２９】
このように構成された静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９と車室天井部２（具体的には第１および第２検知電極１１，１２）との間の静電容量を検知する。より具体的には、この静電容量センサ部１０は、乗員４８の頭部４９の頭頂部と検知電極１１，１２との間の静電容量を検知する。
【００３０】
なお、静電容量センサ部１０は、例えば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および第２検知電極１１，１２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うえで配置されていてもよい。また、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。
【００３１】
静電容量センサ部１０が上述したように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を用いることができる。また、各検知電極１１，１２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、次のようなものからなる。
【００３２】
すなわち、各検知電極１１，１２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１１，１２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たりしてもよい。
【００３３】
また、本例では各検知電極１１，１２は、例えばそれぞれ切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２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，ＳＷ２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。
【００３４】
一方、回路部２０は、例えば検知電極１１，１２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に搭載された図示しない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。
【００３５】
ＣＰＵ２９は、情報の一時記憶領域として利用されるＲＡＭや、情報を一時的あるいは恒久的に格納可能なＲＯＭ等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可能に構成されている。
【００３６】
上記各切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、例えばマルチプレクサ、アナログスイッチ、ＦＥＴあるいはリレー等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，ＳＷ２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。
【００３７】
すなわち、ＣＰＵ２９からの切替制御信号により、例えば切替スイッチ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、切替スイッチＳＷ２は第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。
【００３８】
また、例えば切替スイッチ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、切替スイッチＳＷ１は第１検知電極１１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１１，１２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、それぞれにて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。
【００３９】
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１１，１２同士の静電容量結合を防止して、各検知電極１１，１２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。
【００４０】
また、シールド駆動回路２３は、例えば各検知電極１１，１２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。
【００４１】
各検知電極１１，１２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１１，１２と電気的に接続され、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１１，１２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。
【００４２】
これらシールド部１８，１９には、例えば各検知電極１１，１２と同電位が与えられており、このようなシールド部１８，１９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。
【００４３】
この乗員姿勢検知装置１００は、乗員４８が各検知電極１１，１２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１１，１２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。
【００４４】
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、従来例として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安価に構築することができる。よって、本実施形態にかかる乗員姿勢検知装置１００は、安価に構成可能でコストの削減を図ることが可能となる。
【００４５】
この乗員姿勢検知装置１００は、例えば図３に示すように、座席４０の前方に配置された第１検知電極１１により検知された静電容量（検出値１）と、座席４０の直上に配置された第２検知電極１２により検知された静電容量（検出値２）とを用いて、これら検出値の比（例えば、検出値１／（検出値１＋検出値２））を演算し、頭部４９の位置を判定して姿勢を検知する。
【００４６】
これによれば、例えばダッシュボード３に搭載されたエアバッグ展開範囲４を、乗員４８の頭部４９の前後方向の位置に基づく姿勢情報によって、適宜調整して制御することができる。具体的には、図４に示すように動作する。なお、図４におけるグラフの（１），（２）は、それぞれ第１および第２検知電極１１，１２と対応している。
【００４７】
図４（ａ）に示すように、例えば乗員４８が座席４０に対して車両１の前方寄りに着座している場合と、座席４０に対して通常の姿勢で着座している場合（すなわち、座席４０の直上に配置された第２検知電極１２の直下近傍に居る場合）とでは、乗員４８が左右方向（Ｘ方向）に傾いたとしても、検出値に次のような違いが出る。
【００４８】
すなわち、いずれの場合でも、前方寄りに着座しているときは第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣが所定のしきい値よりも大きな検出値の範囲α内に収まり、通常姿勢で着座しているときは第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣが所定のしきい値よりも小さな検出値の範囲β内に収まる。
【００４９】
なお、乗員姿勢検知装置１００で検出される検出値ΔＣは、図４（ｂ）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１および第２検知電極１１，１２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、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。
【００５０】
このように、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による影響が少ない。このため、乗員４８の左右方向のずれによりほとんど違いが出ず、第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣと第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣとによって、乗員４８の前後方向（Ｙ方向）の姿勢を検知することが可能となる。
【００５１】
また、乗員４８の頭部４９が第１および第２検知電極１１，１２の中間位置下方近傍にあるときは、検出値ΔＣは第１検知電極１１の（１）の検出値ΔＣと第２検知電極１２の（２）の検出値ΔＣとの中間値の範囲γ内に収まる。したがって、２つの検知電極１１，１２を用いたシンプルな構成で、乗員４８の着座姿勢を検知することができる。
【００５２】
このように、各検知電極１１，１２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、周知の距離演算法などを用いて頭部４９の前後方向の位置を正確に算出することができる。ここで、この検出値ΔＣは、例えば頭部４９の大きさに変化があったとしても前後方向においてはほとんど影響がないため、上述した方式で頭部４９の位置を判定することが可能である。
【００５３】
なお、本実施形態にかかる乗員姿勢検知装置１００は、第１および第２検知電極１１，１２を切替スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して１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，ＳＷ２を切り替えて、各検知電極１１，１２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１１，１２に対してそれぞれ接続される静電容量検知回路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２１は同期させる必要がある。
【００５４】
ここで、静電容量検知回路２１は、図５に示すように、各検知電極１１，１２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。
【００５５】
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。
【００５６】
比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図６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。
【００５７】
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）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。
【００５８】
入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まる所定のしきい値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）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。
【００５９】
したがって、このタイマー回路１０２は、図６に示すように、検知電極１１（１２）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６に示すような直流の検知電極Ｖｏｕｔを出力する。なお、この図６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。
【００６０】
なお、上述した実施形態にかか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。
【００６１】
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の電圧で充電し、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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７は、本発明の一実施形態にかか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７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いる。
【００６４】
これにより、いわゆる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。
【００６５】
まず、例えば差動増幅器２８の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検知電極１２を接続して、検知電極１１の静電容量Ｃ１から検知電極１２の静電容量Ｃ２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。なお、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てもよい。
【００６６】
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とＣｆにＣ２Ｖｒが充電される。
【００６７】
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）／Ｃｆ｝となり、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２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。
【００６８】
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が姿勢変化させたりすると各検知電極１１，１２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。
【００６９】
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１１，１２の近傍位置に設けるようにしてもよい。
【００７０】
この場合、各シールド電極には、それぞれ第１および第２検知電極１１，１２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１１，１２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７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。
【００７１】
図８は、本発明の一実施形態にかか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割愛する。
【００７２】
図８に示すように、ここでは、第１検知電極１１が座席４０の側方の車室天井部２（図示せず）に配置されている点が、先の例と相違している。このように構成することにより、サイドエアバッグ４７の展開範囲（図示せず）を、乗員４８の頭部４９の左右方向（Ｘ方向）の位置に基づく姿勢情報によって、同様に適宜調整して制御することができる。
【００７３】
なお、上述した実施形態においては、検出値を静電容量値としたが、座席４０に乗員４８が着座していないときの静電容量を初期容量として測定しておき、その初期容量からの増加分を検出値として扱うようにしてもよい。以上述べたように、本実施形態にかかる乗員姿勢検知装置１００は、各検知電極１１，１２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、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。
【符号の説明】
【００７４】
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
１２ 第２検知電極
１８ シールド部
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
４７ サイドエアバッグ
４８ 乗員（人体）
４９ 頭部
１００ 乗員姿勢検知装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の座席の上方の車室天井部に、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可能となるように２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。
【請求項２】
前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席前方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項３】
前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席側方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項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。
【請求項５】
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１〜４のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項６】
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５記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項７】
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１〜６のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項８】
前記検出回路は、各検知電極とそれぞれ一対一で接続され、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変換型の複数の静電容量検知回路を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項９】
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し、
前記静電容量検知回路は、スイッチ手段を介して各検知電極に接続されている
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。
【請求項１０】
前記検知電極のうち、一の検知電極をシールド駆動するシールド駆動回路をさらに備えたことを特徴とする請求項９記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項１１】
前記検出回路は、静電容量を検知する検知電極を前記静電容量検知回路に接続するとともに、他の検知電極を前記シールド駆動回路に接続するように前記スイッチ手段を制御することを徴とする請求項１０記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項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前記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１〜７のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項１３】
車両の座席の上方の車室天井部に、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可能となるように２つ配置さ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。
【請求項１】
車両の座席の上方の車室天井部に、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可能となるように２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。
【請求項２】
前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席前方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項３】
前記検知電極の一方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席側方の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように、他方は、前記座席に着座した人体の頭部と前記座席直上の車室天井部との間の静電容量を検知可能となるように配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項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。
【請求項５】
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１〜４のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項６】
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５記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項７】
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１〜６のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項８】
前記検出回路は、各検知電極とそれぞれ一対一で接続され、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変換型の複数の静電容量検知回路を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項９】
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し、
前記静電容量検知回路は、スイッチ手段を介して各検知電極に接続されている
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。
【請求項１０】
前記検知電極のうち、一の検知電極をシールド駆動するシールド駆動回路をさらに備えたことを特徴とする請求項９記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項１１】
前記検出回路は、静電容量を検知する検知電極を前記静電容量検知回路に接続するとともに、他の検知電極を前記シールド駆動回路に接続するように前記スイッチ手段を制御することを徴とする請求項１０記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項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前記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１〜７のいずれか１項記載の乗員姿勢検知装置。
【請求項１３】
車両の座席の上方の車室天井部に、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可能となるように２つ配置さ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１７５４４３（Ｐ２０１０−１７５４４３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７６４（Ｐ２００９−１９７６４）
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月３０日（２００９．１．３０）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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