JP5057150B2

JP5057150B2 - 静電容量式乗員検知装置

Info

Publication number: JP5057150B2
Application number: JP2007308748A
Authority: JP
Inventors: 新一桐林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: JP2009132224A

Description

本発明は車両シートにおける乗員の有無を判別する静電容量式乗員検知装置に関する。

従来、静電容量式乗員検知装置は、静電容量式のセンサ部と乗員検知ＥＣＵ（電子制御ユニット）とを備えている。このうち、センサ部は、電極に発生させた微弱電界の乱れを、電流あるいは電圧として出力するものである（例えば、特許文献１乃至３参照）。

すなわち、車両シートが空席の場合、センサ部の一対の電極間には、ちょうど空気が介挿されることになる。また、車両シートにＣＲＳ（チャイルド・レストレイント・システム＝チャイルドシートなどの年少者拘束装置）が搭載されている場合、センサ部の一対の電極間には、ＣＲＳが介挿されることになる。また、車両シートに乗員が着座している場合、静電容量式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。また、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。したがって、介挿物の種類により、静電容量式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基づき、乗員検知ＥＣＵは、乗員判別を行っている。すなわち、乗員検知ＥＣＵは、車両シートが空席か、ＣＲＳが装着されているか、大人が着座しているか、を判別している。エアバッグ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、車両シートが空席の場合及び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、車両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。
特表２００３−５３０５７６号公報特開２０００−２４９７７３号公報特開２００６−２７５９１号公報

しかしながら、空席時とＣＲＳ搭載時とでは静電容量の差が小さいため、従来の静電容量式センサを用いた乗員検知システムでは、両者の判別が困難であるという問題がある。すなわち、エアバッグの展開制御においては、乗員着座（袋体展開許可）と空席又はＣＲＳ搭載（袋体展開禁止）とを判別可能であればよいが、シートベルト非装着の警告に関しては、空席（警告不要）とＣＲＳ搭載（警告必要）とを判別する必要がある。このため、従来、空席とＣＲＳ搭載とを判別するためには静電容量式センサとは別に歪式センサ等の荷重センサを設ける必要があり、構成が複雑化してコストも増大するという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で空席とＣＲＳとを確実に判別可能な静電容量式乗員検知センサを提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．車両シートにおける乗員の有無を判別する静電容量式の乗員検知装置であって、
前記車両シートの座面に配設された第１電極と、
前記車両シートにおける前記第１電極よりも反表面側に配設された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配設された絶縁性弾性体と、
前記第１電極に負荷電流を供給する電源部と、
前記第２電極が前記第１電極と同電位とされた第１モードと前記第２電極が車両ボディに接地された第２モードとを切り換えるスイッチ部と、
前記第１モードの場合に前記第１電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づいて前記シートの乗員を判別する乗員判別手段と、
前記第２モードの場合に前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて前記シートにおける荷重を判別する荷重判別手段と
を備えたことを特徴とする静電容量式乗員検知装置。

手段１によれば、スイッチ部によって第２電極が第１電極と同電位とされた第１モードに設定されると、第２電極によって車両シートの構造物による電界が打ち消された状態で、乗員判別手段が、第１電極と車両ボディとの間の静電容量に基づいて車両シートの乗員を判別する。すなわち、第１モードでは、第１電極と車両ボディとの間に介挿される物質（空気、ＣＲＳ、人体）の比誘電率の違いに起因して静電容量が変化するので、その静電容量に基づいて、乗員判別手段が、例えば、車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを判別することができる。そして、その判別結果に基づいて、例えば、エアバッグ等の乗員保護装置の起動を制御することができる。

一方、スイッチ部によって第２電極が車両ボディに接地された第２モードに設定されると、荷重判別手段が、第１電極と第２電極との間の静電容量に基づいて車両シートにおける荷重を判別する。すなわち、第２モードでは、車両シート上の搭載物の荷重に応じて絶縁性弾性体の厚さが変化し、これに起因して絶縁性弾性体を挟む第１電極と第２電極との間の静電容量が変化するので、その静電容量に基づいて、荷重判別手段が、例えば、車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを判別することができる。そして、その判別結果に基づいて、例えば、ベルトバックル・スイッチの出力信号に基づいてシートベルト非装着を検出した場合にシートベルト締め忘れの警告を行うように構成することができる。

２．前記乗員判別手段は、前記第１モードの場合に前記第１電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づく値を第１閾値と比較することにより前記車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを判別し、
前記荷重判別手段は、前記第２モードの場合に前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づく値を第２閾値と比較することにより前記車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを判別することを特徴とする手段１に記載の静電容量式乗員検知装置。

手段２によれば、乗員判別手段は、第１モードの場合に第１電極と車両ボディとの間の静電容量に基づく値を第１閾値と比較することにより、車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを簡単な処理で判別することができる。また、荷重判別手段は、第２モードの場合に第１電極と第２電極との間の静電容量に基づく値を第２閾値と比較することにより、車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを簡単な処理で判別することができる。

３．前記車両シートにおいて前記第１電極に隣接して配置された第３電極を更に備え、
前記スイッチ部は、前記第２電極を前記第１電極と同電位とし且つ前記第３電極を前記第１電極に電気的に導通させた前記第１モードと、前記第２電極を車両ボディに接地し且つ前記第３電極を前記第１電極に電気的に導通させた前記第２モードと、前記第２電極を前記第１電極と同電位とし且つ前記第３電極を前記第１電極と絶縁させた第３モードとを切り換え可能であり、
前記乗員判別手段は、前記第１モードの場合に前記第１電極及び前記第３電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づいて前記車両シートの乗員を判別し、
前記荷重判別手段は、前記第２モードの場合に、前記第１電極及び前記第３電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて前記車両シートにおける荷重を判別するものであって、
前記第３モードの場合に前記第１電極と前記第３電極との間の静電容量に基づいて前記車両シートが被水したか否かを判別する被水判別手段を更に備えたことを特徴とする手段１に記載の静電容量式乗員検知装置。

手段３によれば、乗員判別手段は、第１モードの場合に第１電極及び第３電極と車両ボディとの間の静電容量に基づいて車両シートの乗員を判別する。また、荷重判別手段は、第２モードの場合に第１電極及び第３電極と第２電極との間の静電容量に基づいて車両シートにおける荷重を判別する。一方、被水判別手段は、第３モードの場合に第１電極と第３電極との間の静電容量に基づいて車両シートが被水したか否かを判別する。

ここで、第３モードでは、第１電極と第３電極との間に電界が形成される。また、第１電極及び第３電極は共に車両シートに埋設されている。つまり、第１電極および第３電極は、車両シート表面ではなく、車両シート内部に配置されている。このため、車両シート表面に接触する乗員の人体は、第１電極と第３電極との間の電界に影響を与えにくい。よって、被水時（水分を含有する液体が車両シート内部に浸入した時）に限り、第１電極と第３電極との間の電界に影響が現れる。このように、第１電極と第３電極との間の電界に着目することで、車両シートが被水したか否かを確実に判別することができる。そして、車両シートの被水を被水判別手段によって検出し、例えば、被水時には第１モードにおける乗員判別や第２モードにおける荷重判別の結果を採用しないように構成することにより、誤った乗員判別や荷重判別の結果に基づいてエアバッグ制御等が行われることを防止することができる。

４．前記乗員判別手段は、前記第１モードの場合に前記第１電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づく値を第１閾値と比較することにより前記車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを判別し、
前記荷重判別手段は、前記第２モードの場合に前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づく値を第２閾値と比較することにより前記車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを判別し、
前記被水判別手段は、前記第３モードの場合に前記第１電極と前記第３電極との間の静電容量に基づく値を第３閾値と比較することにより前記車両シートが被水したか否かを判別することを特徴とする手段３に記載の静電容量式乗員検知装置。

手段４によれば、乗員判別手段は、第１モードの場合に第１電極と車両ボディとの間の静電容量に基づく値を第１閾値と比較することにより車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを簡単な処理で判別することができる。また、荷重判別手段は、第２モードの場合に第１電極と第２電極との間の静電容量に基づく値を第２閾値と比較することにより車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを簡単な処理で判別することができる。また、被水判別手段は、第３モードの場合に第１電極と第３電極との間の静電容量に基づく値を第３閾値と比較することにより、車両シートが被水したか否かを簡単に判別することができる。

５．前記絶縁性弾性体は、ウレタンフォームからなることを特徴とする手段１乃至４のいずれかに記載の静電容量式乗員検知装置。

手段５によれば、絶縁性弾性体がウレタンフォームからなるので、車両シートにかかる荷重に応じて歪むことで第１電極と第２電極との間の静電容量を変化させ、荷重が除去されると確実に元の形状に復帰して第１電極と第２電極との間の静電容量を元の状態に戻すことができる。

以下、本発明の静電容量式乗員検知装置を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。図1は、本発明を適用した一実施形態の静電容量式乗員検知装置１の全体構成図である。図２は、乗員検知ＥＣＵ２０のブロック図である。

静電容量式乗員検知装置１は、図１に示すように、車両シート（助手席）９の座面部に埋設されるセンサ部１０と、乗員検知ＥＣＵ（電子制御ユニット）２０とから構成される。

ここで、センサ部１０が搭載される車両シート９は、車両ボディ７に固定された金属製のシートパン６と、シートパン６の座面部及び背面部にそれぞれ取り付けられた発砲樹脂等からなるクッション材９１と、クッション材９１の表面を覆う表皮材９０とから構成される。シートパン６は、車両シート９の骨格を形成している。そして、センサ部１０は、車両シート９の座面部の表皮材９０とクッション材９１との間に介装される。

次に、センサ部１０の構成について説明する。図３は、センサ部１０を模式的に示す上面図である。図４は、図３におけるセンサ部１０のＡ−Ａ線断面図である。センサ部１０は、図１乃至４に示すように、メイン電極１１と、サブ電極１２と、ガード電極１３と、絶縁性弾性シート１４と、ワイヤ１５と、接続部１６とを備えたシート形態のユニット部材である。尚、メイン電極１１が本発明の第１電極を、サブ電極１２が第３電極を、ガード電極１３が第２電極を、絶縁性弾性シート１４が絶縁性弾性体をそれぞれ構成するものである。

絶縁性弾性シート１４は、上面にメイン電極１１及びサブ電極１２が設けられ、下面にガード電極１３が設けられる絶縁性の弾性体からなる基材である。絶縁性弾性シート１４は、荷重によって歪みやすく、荷重を取り除くと直ちに元の形状に復帰する特性を有する材料からなり、例えば、ウレタンフォーム（より具体的には、軟質ポリウレタンフォーム）を好適に用いることができる。また、絶縁性弾性シート１４は、車両シート９の座面よりも小さい矩形状の平面形状を呈し、例えば３ｍｍ程度の厚さに設定されている。

メイン電極１１は、乗員判別用の電極であって、絶縁性弾性シート１４の上面の略中央に配置され、図示しない両面テープによって貼り付けられている。また、メイン電極１１は、外周側に延びる複数のひだを有する櫛歯状を呈している。

サブ電極１２は、被水判別用の電極であって、メイン電極１１と同様に絶縁性弾性シート１１の上面の略中央に配置され、図示しない両面テープによって貼り付けられている。サブ電極１２は、内周側に延びる複数のひだを有する櫛歯状を呈している。サブ電極１２は、メイン電極１１の外周側に離隔して配置され、サブ電極１２のひだとメイン電極１１のひだとは、互いに干渉しないように交互に配置されている。このため、サブ電極１２のひだと、メイン電極１１のひだとの間には、ジグザグ状の隙間が形成されている。

ガード電極１３は、車両シート９の構造物による電気的影響を排除するための電極であって、絶縁性弾性シート１４の下面にメイン電極１１と対向するように配置され、図示しない両面テープによって貼り付けられている。従って、メイン電極１１とガード電極１３とは、絶縁性弾性シート１４を介して絶縁されている。ガード電極１３は、メイン電極１１と同一の平面視形状、すなわち、外周側に延びる複数のひだを有する櫛歯状を呈している。

接続部１６は、車両シート９の裏側に配置されている。メイン電極１１、サブ電極１２、及びガード電極１３は、車両シート９のクッション材９１に穿設された連通孔（図略）を介して、ワイヤ１５によってそれぞれ接続部１６のメイン電極用端子１６１、サブ電極用端子１６２、ガード電極用端子１６３に結線されている。また、接続部１６には、乗員検知ＥＣＵ２０が接続されている。

次に、乗員検知ＥＣＵ２０の構成について説明する。乗員検知ＥＣＵ２０は、図１、２に示すように、検出用Ｉ／Ｆ回路部３０と、マイコン４０とから構成される。

検出用Ｉ／Ｆ回路部３０は、スイッチ部３１と、電源部３６と、電流検出部３７と、電圧増幅／電流検出部３８と、ガード電極用バッファー部３９とを備えている。

スイッチ部３１は、４個のスイッチ、すなわち、第１スイッチ３２と、第２スイッチ３３と、第３スイッチ３４と、第４スイッチ３５とから構成される。

第１スイッチ３２は、メイン電極用端子１６１に接続された第１端子３２１と、ガード電極用バッファー部３９の入力側に接続された第２端子３２２と、車両接地された第３端子３２３とを備えている。そして、第１スイッチ３２がスイッチ位置ａの時、第１端子３２１が第２端子３２２と接続され、スイッチ位置ｂの時、第１端子３２１が第３端子３２３と接続される。

第２スイッチ３３は、電圧増幅／電流検出部３８の入力側に接続された第１端子３３１と、第３スイッチ３４の第２端子３４２に接続された第２端子３３２と、電流検出部３７の出力側に接続された第３端子３３３とを備えている。そして、第２スイッチ３３がスイッチ位置ａの時、第１端子３３１が第２端子３３２と接続され、スイッチ位置ｂの時、第１端子３３１が第３端子３３３と接続される。

第３スイッチ３４は、サブ電極用端子１６２に接続された第１端子３４１と、第２スイッチ３３の第２端子３３２に接続された第２端子３４２と、ガード電極用バッファー部３９の入力側に接続された第３端子３４３とを備えている。そして、第３スイッチ３４がスイッチ位置ａの時、第１端子３４１が第２端子３４２と接続され、スイッチ位置ｂの時、第１端子３４１が第３端子３４３と接続される。

第４スイッチ３５は、ガード電極１３に接続された第１端子３５１と、ガード電極用バッファー部３９の出力側に接続された第２端子３５２と、車両接地された第３端子３５３とを備えている。そして、第４スイッチ３５がスイッチ位置ａの時、第１端子３５１が第２端子３５２と接続され、スイッチ位置ｂの時、第１端子３５１が第３端子３５３と接続される。

電源部３６は、電圧Ｖ１の高周波交流電圧(例えば100ｋHz程度)を発生する発振回路を含み、メイン電極用端子１６１及びワイヤ１５を介してメイン電極１１に交流電圧を供給する。

電流検出部３７は、メイン電極１１に流れる電流を検出するための回路であって、抵抗Ｒ１と、差動増幅用オペアンプＯＰ１とから構成される。抵抗Ｒ１は、電源部３６とメイン電極用端子１６１との間に接続されている。差動増幅用オペアンプＯＰ１は、２つの入力端子が抵抗Ｒ１の両端に接続され、出力端子が第２スイッチ３３の第３端子３３３に接続されている。

電圧増幅／電流検出部３８は、乗員判別モードでは電流検出部３７の出力信号を増幅する電圧増幅回路として作用し、被水判別モードではサブ電極１２に流れる電流を検出する電流検出回路として作用する。電圧増幅／電流検出部３８は、オペアンプＯＰ２を有し、一方の入力端子が第２スイッチ３３の第１端子３３１に接続され且つ抵抗Ｒ２を介してフィードバック接続され、他方の入力端子が車両接地されている。また、オペアンプＯＰ２の出力端子はマイコン４０内蔵のＡ／Ｄ変換器に接続されている。

ガード電極用バッファー部３９は、ガード電極１３をメイン電極１１と同電位とするための電圧増幅回路である。ガード電極用バッファー部３９は、オペアンプＯＰ３を有し、一方の入力端子が第１スイッチ３２の第２端子３２２に接続され、他方の入力端子がフィードバック接続されている。また、オペアンプＯＰ３の出力端子は、第４スイッチ３５の第２端子３５２に接続されている。

マイコン４０は、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を内蔵する公知のマイクロコンピュータである。電圧増幅／電流検出部３８から出力されるアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル値に変換される。ＣＰＵは、Ａ／Ｄ変換器を介して取得したデジタル値に基づいて後述する乗員判別、被水判別又は荷重判別の各処理を実行する。また、ＣＰＵは、乗員判別、被水判別又は荷重判別の結果を、図示しない通信Ｉ／Ｆを介してエアバッグＥＣＵ５０に伝送する。

エアバッグＥＣＵ５０は、エアバッグ６０の袋体の展開許可／禁止を決定する。ダイアグＷ／Ｇ（警報）ランプ６１は、静電容量式乗員検知装置１が正常に作動しない状態であることを乗員に知らせるための警報ランプであって、運転席前方のメータクラスタ（図略）に配置される。ダイアグＷ／Ｇ（警報）ランプ６１は、乗員検知ＥＣＵ２０から出力される信号に基づいてエアバッグＥＣＵ５０を介して点灯される。ベルトバックル・スイッチ６２は、図示しないシートベルトのバックルの装着／非装着を示す信号を出力するスイッチである。シートベルトＷ／Ｇ（警報）ランプ６３は、乗員にシートベルトの装着を促すための警報ランプであって、運転席前方のメータクラスタ（図略）に配置される。シートベルトＷ／Ｇランプ６３は、車両シート９が大人着座又はＣＲＳ装着状態であり且つシートベルト非装着である場合にエアバッグＥＣＵ５０を介して点灯される。

次に、静電容量式乗員検知装置１において乗員検知等を行う際の各部の作用について図面を参照しつつ説明する。図５は、静電容量式乗員検知装置１における検知処理の流れを示すフローチャートである。尚、図５のフローチャートに示す検知処理は、マイコン４０のＲＯＭ４３に格納された検知処理プログラムをＣＰＵ４２が読み出して実行することにより行われる。図６は、スイッチ部３１の切替パターンを示す表である。図７は、乗員判別モードにおける静電容量の発生を示す模式図である。図８は、被水判別モードにおける静電容量の発生を示す模式図である。図９は、荷重判別モードにおける静電容量の発生を示す模式図である。図１０は、各シート状態における乗員判別モードでのインピーダンス値Ｉｍａ及び乗員判別用閾値Ｔｈａの一例を示すグラフである。図１１は、各シート状態における被水判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｂ及び被水判別用閾値Ｔｈｂの一例を示すグラフである。図１２は、各シート状態における荷重判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｃ及び荷重判別用閾値Ｔｈｃの一例を示すグラフである。尚、乗員判別モードが本発明の第１モードに、被水判別モードが第３モードに、荷重判別モードが第２モードにそれぞれ相当する。また、乗員判別用閾値Ｔｈａが本発明の第１閾値に、被水判別用閾値Ｔｈｂが第３閾値に、荷重判別用閾値Ｔｈｃが第２閾値にそれぞれ相当する。

図５のフローチャートに示すように、検知処理が開始されると、まず、初期設定が行われる（ステップ１。以下、ステップ１をＳ１と略記する。他のステップも同様。）。次に、検知処理で使用される各種の閾値が設定される（Ｓ２）。具体的には、乗員判別用閾値Ｔｈａ、被水判別用閾値Ｔｈｂ及び荷重判別用閾値Ｔｈｃが設定される。乗員判別用閾値Ｔｈａは、乗員判別モードにおいて検出用Ｉ／Ｆ回路部３０からＡ／Ｄ変換器を介して取り込まれたインピーダンス値Ｉｍａに基づいて車両シート９に人が着座しているか否かを判別するための閾値である。被水判別用閾値Ｔｈｂは、被水判別モードにおいて検出用Ｉ／Ｆ回路部３０からＡ／Ｄ変換器を介して取り込まれたインピーダンス値Ｉｍｂに基づいて車両シート９が被水しているか否かを判別するための閾値である。荷重判別用閾値Ｔｈｃは、荷重判別モードにおいて検出用Ｉ／Ｆ回路部３０からＡ／Ｄ変換器を介して取り込まれたインピーダンス値Ｉｍｃに基づいて車両シート９がＣＲＳ装着状態か空席かを判別するための閾値である。

続いて、スイッチの切り替え設定が行われる（Ｓ３）。具体的には、スイッチ部３１の第１スイッチ３２〜第４スイッチ３５のスイッチ位置を、図６のスイッチ切替パターン表に示すように、乗員判別モード、被水判別モード及び荷重判別モードの各判別モードに対応した３つのパターンで５０ｍｓ毎に順次切り替えるように設定される。

ここで、乗員判別モードでは、第１スイッチ３２がスイッチ位置ａに、第２スイッチ３３及び第３スイッチ３４がスイッチ位置ｂに、第４スイッチ３５がスイッチ位置ａにそれぞれ設定される。よって、メイン電極１１及びサブ電極１２には、共に電源部３６から高周波交流電圧が印加される。また、ガード電極１３は、メイン電極１１及びサブ電極１２と同電位となる。この時、図７に示すように、メイン電極１１及びサブ電極１２とシートパン６との間に静電容量が発生する。従って、ガード電極１３によって車両シート９の構造物による電界が打ち消された状態で、メイン電極１１及びサブ電極１２とシートパン６を介して車両ボディ７との間に流れる電流が電流検出部３７によって検出される。電流検出部３７の出力信号は、電圧増幅／電流検出部３８によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器を介してマイコン４０によってインピーダンス値Ｉｍａとして取り込まれる。

被水判別モードでは、第１スイッチ３２、第２スイッチ３３、第３スイッチ３４及び第４スイッチ３５がスイッチ位置ａにそれぞれ設定される。よって、メイン電極１１には電源部３６から高周波交流電圧が印加される。サブ電極１２は、メイン電極１１から切断されている。また、ガード電極１３は、メイン電極１１と同電位となる。この時、図８に示すように、メイン電極１１とサブ電極１２との間に静電容量が発生する。従って、ガード電極１３によって車両シート９の構造物による電界が打ち消された状態で、メイン電極１１とサブ電極１２との間に流れる電流は、電圧増幅／電流検出部３８によって増幅されてマイコン４０へ出力され、インピーダンス値Ｉｍｂとして取り込まれる。

荷重判別モードでは、第１スイッチ３２がスイッチ位置ａに、第２スイッチ３３、第３スイッチ３４及び第４スイッチ３５がスイッチ位置ｂにそれぞれ設定される。よって、メイン電極１１及びサブ電極１２には、共に電源部３６から高周波低電圧が印加される。一方、ガード電極１３は車両接地される。この時、図９に示すように、メイン電極１１及びサブ電極１２とガード電極１３との間に静電容量が発生する。従って、電流検出部３７によって、メイン電極１１及びサブ電極１２とガード電極１３との間に流れる電流が検出される。電流検出部３７の出力信号は、電圧増幅／電流検出部３８によって増幅されてマイコン４０へ出力される。

次に、各判別モードにおけるインピーダンス値が取り込まれる（Ｓ４）、すなわち、乗員判別モードのインピーダンス値Ｉｍａ、被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂ、荷重判別モードのインピーダンス値Ｉｍｃがそれぞれ読み込まれる。

次に、乗員判別モードのインピーダンス値Ｉｍａを乗員判別用閾値Ｔｈａと比較する（Ｓ５）。ここで、空席、ＣＲＳ装着、ペットボトル載置、ＡＦ０５（大人着座）の各状態における乗員判別モードでのインピーダンス値Ｉｍａの一例について図１０を参照しつつ説明する。図１０に示されるように、ＡＦ０５ではインピーダンス値Ｉｍａが７５［１／ＭΩ］であるのに対し、空席、ＣＲＳ装着及びペットボトル載置状態では１５〜２０［１／ＭΩ］である。従って、乗員判別モードでのインピーダンス値Ｉｍａを、例えば３５［１／ＭΩ］に設定された乗員判別用閾値Ｔｈａと比較することによって、エアバッグ６０の袋体の展開が必要なシート状態である大人着座状態と、袋体の展開が不要なシート状態である空席、ＣＲＳ装着又はペットボトル載置状態とを判別することができる。尚、空席とＣＲＳ装着状態とは、乗員判別モードでのインピーダンス値Ｉｍａの差が例えば３［１／ＭΩ］程度と小さいので、乗員判別モードでこれらを判別することは困難である。

乗員判別モードのインピーダンス値Ｉｍａが乗員判別用閾値Ｔｈａよりも大きい場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂを被水判別用閾値Ｔｈｂと比較する（Ｓ６）。ここで、空席、ＣＲＳ装着、大人着座（ＡＦ０５）の各状態における被水判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｂの一例について図１１を参照しつつ説明する。図１１に示されるように、乾燥状態では、上記３つの状態におけるインピーダンス値Ｉｍｂが２５〜３５［１／ＭΩ］であるのに対し、２００ｃｃの被水状態では、上記３つの状態におけるインピーダンス値Ｉｍｂが１００〜１４０［１／ＭΩ］である。従って、被水判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｂを、例えば６０［１／ＭΩ］に設定された被水判別用閾値Ｔｈｂと比較することによって、車両シート９における被水の有無を判別することができる。

被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂが被水判別用閾値Ｔｈｂよりも大きい場合（Ｓ６：Ｙｅｓ）、車両シート９が被水しているため、Ｓ５における乗員判別結果は信頼性が低く採用することができない。従って、この場合、正確な乗員判別が不可能な状態であることを示すダイアグＷ／Ｇ点灯信号を送出し（Ｓ７）、本ルーチンの処理を終了する。これにより、エアバッグＥＣＵ５０は、ダイアグＷ／Ｇランプ６１を点灯させるので、乗員に対して、現在、乗員判別が不可能な状態であることを警告することができる。

一方、Ｓ６で被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂが被水判別用閾値Ｔｈｂ以下の場合（Ｓ６：Ｎｏ）、車両シート９が被水していないため正確な乗員判別が可能な状態であり且つＳ５で乗員判別モードのインピーダンス値Ｉｍａが乗員判別用閾値Ｔｈａよりも大きいと判定されているので、車両シート９における乗員が人（すなわち大人着座状態）であることを示す信号を送出し（Ｓ８）、Ｓ４に戻る。

Ｓ５で乗員判別モードのインピーダンス値Ｉｍａが乗員判別用閾値Ｔｈａ以下の場合（Ｓ５：Ｎｏ）、荷重判別モードのインピーダンス値Ｉｍｃを荷重判別用閾値Ｔｈｃと比較する（Ｓ９）。ここで、空席、ＣＲＳ装着、ペットボトル載置、大人着座（ＡＦ０５）の各状態における荷重判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｃの一例について図１２を参照しつつ説明する。図１２に示されるように、ＡＦ０５ではインピーダンス値Ｉｍｃが１７０［１／ＭΩ］である。ＣＲＳ装着状態では１１５［１／ＭΩ］、ペットボトル載置状態では１００［１／ＭΩ］、空席状態では９７［１／ＭΩ］である。すなわち、ＣＲＳ装着状態と空席状態とでは、インピーダンス値Ｉｍｃに１８［１／ＭΩ］の差があり、被水判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｃを、例えば１０８［１／ＭΩ］に設定された被水判別用閾値Ｔｈｃと比較することによって、シートベルトの警告が必要なＣＲＳ装着状態と、シートベルトの警告が不要な空席状態とを判別することができる。

荷重判別モードのインピーダンス値Ｉｍｃが荷重判別用閾値Ｔｈｃよりも大きい場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂを被水判別用閾値Ｔｈｂと比較する（Ｓ１０）。

被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂが被水判別用閾値Ｔｈｂよりも大きい場合（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、車両シート９が被水しているため、Ｓ９における荷重判別結果は信頼性が低く採用することができない。従って、この場合、正確な荷重判別が不可能な状態であることを示すダイアグＷ／Ｇ点灯信号を送出し（Ｓ７）、本ルーチンの処理を終了する。これにより、エアバッグＥＣＵ５０は、ダイアグＷ／Ｇランプ６１を点灯させるので、乗員に対して、現在、荷重判別が不可能な状態であることを警告することができる。

一方、Ｓ９で被水判別モードのインピーダンス値Ｉｍｂが被水判別用閾値Ｔｈｂ以下の場合（Ｓ９：Ｎｏ）、車両シート９が被水していないため正確な荷重判別が可能な状態であり且つＳ９で荷重判別モードのインピーダンス値Ｉｍｃが荷重判別用閾値Ｔｈｃよりも大きいと判定されているので、ＣＲＳ装着を示す信号を送出する（Ｓ１１）。この場合、エアバッグＥＣＵ５０は、ベルトバックル・スイッチ６２からの出力に基づいてシートベルト非装着を検出すると、ＣＲＳ装着且つシートベルト非装着であると判別し、シートベルトＷ／Ｇランプ６３を点灯させる。これにより、乗員に対してシートベルトの締め忘れを警告することができる。

一方、荷重判別モードのインピーダンス値Ｉｍｃが荷重判別用閾値Ｔｈｃ以下の場合（Ｓ９：Ｙｅｓ）、空席状態を示す信号を送出し（Ｓ１２）、Ｓ４へ戻る。そして、Ｓ４以降のステップが繰り返し実行される。

尚、マイコン４０のＣＰＵによって実行されるＳ５の処理が、本発明の乗員判別手段として、Ｓ９の処理が荷重判別手段として、Ｓ６及びＳ１０の処理が被水判別手段としてそれぞれ機能する。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態によれば、スイッチ部３１によってガード電極１３がメイン電極１１と同電位とされた乗員判別モードに設定されると、ガード電極１３によって車両シート９の構造物による電界が打ち消された状態で、マイコン４０のＣＰＵが、メイン電極１１及びサブ電極１２と車両ボディ７との間の静電容量に基づいて車両シート９の乗員を判別する。すなわち、乗員判別モードでは、メイン電極１１及びサブ電極１２と車両ボディ７との間に介挿される物質（空気、ＣＲＳ、人体）の比誘電率の違いに起因して静電容量が変化するので、その静電容量に基づいて、例えば、車両シート９が大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを判別することができる。そして、その判別結果に基づいて、エアバッグＥＣＵ５０がエアバッグ６０の起動（袋体の展開／非展開）を制御することができる。

一方、スイッチ部３１によってガード電極１３が車両ボディ７に接地された荷重判別モードに設定されると、マイコン４０のＣＰＵが、メイン電極１１及びサブ電極１２とガード電極１３との間の静電容量に基づいて車両シート９における荷重を判別する。すなわち、荷重判別モードでは、車両シート９上の搭載物の荷重に応じて絶縁性弾性シート１４の厚さが変化し、これに起因して絶縁性弾性シート１４を挟むメイン電極１１及びサブ電極１２とガード電極１３との間の静電容量が変化するので、その静電容量に基づいて、例えば、車両シート９が空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを判別することができる。そして、その判別結果に基づいて、エアバッグＥＣＵ５０が、例えば、ベルトバックル・スイッチ６３の出力信号に基づいてシートベルト非装着を検出した場合に、シートベルトＷ／Ｇランプ６３を点灯させることにより、シートベルト締め忘れを警告することができる。

また、本実施形態では、スイッチ部３１が、ガード電極１３をメイン電極１１と同電位とし且つサブ電極１２をメイン電極１１と絶縁させた被水判別モードに切り換え可能であり、被水判別モードにおいてメイン電極１１とサブ電極１２との間の静電容量に基づいて車両シート９が被水したか否かを判別する。

ここで、被水判別モードでは、メイン電極１１とサブ電極１２との間に電界が形成される。また、メイン電極１１及びサブ電極１２共に車両シート９に埋設されている。つまり、メイン電極１１及びサブ電極１２は、車両シート９表面ではなく、車両シート９内部に配置されている。このため、車両シート９表面に接触する乗員の人体は、メイン電極１１とサブ電極１２との間の電界に影響を与えにくい。よって、被水時（水分を含有する液体が車両シート９内部に浸入した時）に限り、メイン電極１１とサブ電極１２との間の電界に影響が現れる。このように、メイン電極１１とサブ電極１２との間の電界に着目することで、車両シート９が被水したか否かを確実に判別することができる。そして、車両シート９の被水が検出された場合、乗員判別モードにおける乗員判別や荷重判別モードにおける荷重判別の結果を採用することなくダイアグＷ／Ｇランプ６１を点灯させるように構成されているので、誤った乗員判別や荷重判別の結果に基づいてエアバッグ制御等が行われることを防止することができる。

特に、本実施形態では、マイコン４０のＣＰＵは、乗員判別モードの場合にメイン電極１１及びサブ電極１２と車両ボディ７との間の静電容量によるインピーダンスＩｍａを乗員判別用閾値Ｔｈａと比較することにより、車両シート９が大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを簡単な処理で判別することができる（Ｓ５）。また、荷重判別モードの場合にメイン電極１１とガード電極１３との間の静電容量によるインピーダンスＩｍｃを荷重判別用閾値Ｔｈｃと比較することにより、車両シート９が空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを簡単な処理で判別することができる（Ｓ９）。また、被水判別モードの場合にメイン電極１１とサブ電極１２との間の静電容量によるインピーダンスＩｍｂを被水判別用閾値Ｔｈｂと比較することにより、車両シート９が被水したか否かを簡単に判別することができる（Ｓ６，Ｓ１０）。

また、絶縁性弾性シート１４がウレタンフォームからなるので、車両シート９にかかる荷重に応じて歪むことでメイン電極１１とガード電極１３との間の静電容量を変化させ、荷重が除去されると確実に元の形状に復帰してメイン電極１１とガード電極１３との間の静電容量を元の状態に戻すことができる。

尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能であることは云うまでもない。

例えば、上記実施形態では、メイン電極１１とは別にサブ電極１２を設け、メイン電極１１とサブ電極１２との間の電界に着目して車両シート９が被水したか否かを判別するように構成したが、別の手段により被水判別を行うように構成してもよい。

本発明は、静電容量式乗員検知センサにおいて簡単な構成で空席とＣＲＳとを確実に判別することが必要な場合に利用可能である。

本発明を適用した一実施形態の静電容量式乗員検知装置の全体構成図である。乗員検知ＥＣＵのブロック図である。センサ部を模式的に示す上面図である。図３におけるセンサ部のＡ−Ａ線断面図である。静電容量式乗員検知装置における検知処理の流れを示すフローチャートである。スイッチ部の切替パターンを示す表である。乗員判別モードにおける静電容量の発生を示す模式図である。被水判別モードにおける静電容量の発生を示す模式図である。荷重判別モードにおける静電容量の発生を示す模式図である。各シート状態における乗員判別モードでのインピーダンス値Ｉｍａ及び乗員判別用閾値Ｔｈａの一例を示すグラフである。各シート状態における被水判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｂ及び被水判別用閾値Ｔｈｂの一例を示すグラフである。各シート状態における荷重判別モードでのインピーダンス値Ｉｍｃ及び荷重判別用閾値Ｔｈｃの一例を示すグラフである。

符号の説明

１静電容量式乗員検知装置
９車両シート
１０センサ部
１１メイン電極（第１電極）
１２サブ電極（第３電極）
１３ガード電極（第２電極）
１４絶縁性弾性シート（絶縁性弾性体）
２０乗員検知ＥＣＵ
３１スイッチ部
３６電源部
４０マイコン

Claims

車両シートにおける乗員の有無を判別する静電容量式の乗員検知装置であって、
前記車両シートの座面に配設された第１電極と、
前記車両シートにおける前記第１電極よりも反表面側に配設された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に配設された絶縁性弾性体と、
前記第１電極に負荷電流を供給する電源部と、
前記第２電極が前記第１電極と同電位とされた第１モードと前記第２電極が車両ボディに接地された第２モードとを切り換えるスイッチ部と、
前記第１モードの場合に前記第１電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づいて前記シートの乗員を判別する乗員判別手段と、
前記第２モードの場合に前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて前記シートにおける荷重を判別する荷重判別手段と
を備えたことを特徴とする静電容量式乗員検知装置。
前記乗員判別手段は、前記第１モードの場合に前記第１電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づく値を第１閾値と比較することにより前記車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを判別し、
前記荷重判別手段は、前記第２モードの場合に前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づく値を第２閾値と比較することにより前記車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを判別することを特徴とする請求項１に記載の静電容量式乗員検知装置。
前記車両シートにおいて前記第１電極に隣接して配置された第３電極を更に備え、
前記スイッチ部は、前記第２電極を前記第１電極と同電位とし且つ前記第３電極を前記第１電極に電気的に導通させた前記第１モードと、前記第２電極を車両ボディに接地し且つ前記第３電極を前記第１電極に電気的に導通させた前記第２モードと、前記第２電極を前記第１電極と同電位とし且つ前記第３電極を前記第１電極と絶縁させた第３モードとを切り換え可能であり、
前記乗員判別手段は、前記第１モードの場合に前記第１電極及び前記第３電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づいて前記車両シートの乗員を判別し、
前記荷重判別手段は、前記第２モードの場合に、前記第１電極及び前記第３電極と前記第２電極との間の静電容量に基づいて前記車両シートにおける荷重を判別するものであって、
前記第３モードの場合に前記第１電極と前記第３電極との間の静電容量に基づいて前記車両シートが被水したか否かを判別する被水判別手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式乗員検知装置。
前記乗員判別手段は、前記第１モードの場合に前記第１電極と前記車両ボディとの間の静電容量に基づく値を第１閾値と比較することにより前記車両シートが大人着座状態であるか空席又はＣＲＳ装着状態であるかを判別し、
前記荷重判別手段は、前記第２モードの場合に前記第１電極と前記第２電極との間の静電容量に基づく値を第２閾値と比較することにより前記車両シートが空席状態であるかＣＲＳ装着又は大人着座状態であるかを判別し、
前記被水判別手段は、前記第３モードの場合に前記第１電極と前記第３電極との間の静電容量に基づく値を第３閾値と比較することにより前記車両シートが被水したか否かを判別することを特徴とする請求項３に記載の静電容量式乗員検知装置。
前記絶縁性弾性体は、ウレタンフォームからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量式乗員検知装置。