(57)【要約】 【課題】乗員のグランドタッチを考慮し、乗員及び被水の判別精度を向上させることができる静電容量式乗員検知センサを提供する。  【解決手段】本発明の静電容量式乗員検知センサは、容量算出部２３が、被水検知モードにおいて検出電圧と検出電流に基づいてメイン電極１１とサブ電極１２の間のコンダクタンスを含む第一コンダクタンスを算出し、且つ乗員検知モードにおいて検出電圧と検出電流に基づいてメイン電極１１と基準電極３の間のコンダクタンスを含む第二コンダクタンスを算出して、第一コンダクタンスから第二コンダクタンスを減算した第三コンダクタンスを算出し、判別部２４は、第一静電容量及び第三コンダクタンスに基づいて乗員及び被水を判別する。  【選択図】図４
2014182111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン電極（１１）を備えると共に、車両のシート（９）に配置される静電センサ（１）と、
基準電位が与えられた基準電極（３）と、
前記メイン電極に検出電圧を印加する電圧印加部（２１）と、
前記メイン電極に流れる電流を検出する電流検出部（２２）と、
前記検出電圧及び前記電流検出部で検出された検出電流に基づいて、前記メイン電極と前記基準電極の間の静電容量を含む第一静電容量を算出する容量算出部（２３）と、
前記第一静電容量に基づいて乗員を判別する判別部（２４）と、
を備える静電容量式乗員検知センサであって、
前記静電センサは、前記メイン電極に離間且つ並列して配置されたサブ電極（１２）を有し、
前記判別部は、前記サブ電極に前記検出電圧と同電位の電圧が印加される乗員検知モードと、前記サブ電極に基準電位が与えられる被水検知モードとを切り替え、
前記容量算出部は、前記被水検知モードにおいて前記検出電圧と前記検出電流に基づいて前記メイン電極と前記サブ電極の間のコンダクタンスを含む第一コンダクタンスを算出し、且つ前記乗員検知モードにおいて前記検出電圧と前記検出電流に基づいて前記メイン電極と前記基準電極の間のコンダクタンスを含む第二コンダクタンスを算出して、前記第一コンダクタンスから前記第二コンダクタンスを減算した第三コンダクタンスを算出し、
前記判別部は、前記第一静電容量及び前記第三コンダクタンスに基づいて乗員及び被水を判別することを特徴とする静電容量式乗員検知センサ。
【請求項２】
前記静電センサは、前記メイン電極に対向配置され前記検出電圧と同電位の電圧が印加されるガード電極（１３）を備える請求項１に記載の静電容量式乗員検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量により乗員を判別する静電容量式乗員検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量式乗員検知センサは、例えば特開２００８−１１１８０９号公報（特許文献１）に記載されている。静電容量式乗員検知センサは、電極が車両のシート内に配置され、当該電極と基準電極（車両ボディ等）との間の静電容量の変化に基づいて乗員の着座の有無や乗員の種類（大人やチャイルドシート（ＣＲＳ）に搭乗した子供等）を判別する。具体的には、電極間に介在した検出対象の比誘電率の違い（例えば空気約１、ＣＲＳ約２〜５、大人約５０）から、検出される静電容量に変化が生じ、当該変化により検出対象が判別される。静電容量の変化は、電極間で検出される電流と電圧から算出したインピーダンスにより検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シート内に配置される静電センサは、シート上の静電容量を検出するためのメイン電極、及びシートが被水しているか否かを検知するためのサブ電極を備えている。電圧が印加されたメイン電極と、基準電位が与えられたサブ電極との間のコンダクタンスに基づいて、被水の有無が判別できる。
【０００５】
しかしながら、乗員が、基準電位が与えられた車両ボディに接触したり、車両内においてシガーソケット、ＵＳＢ端子、又はコンセントに接続された携帯機器（モバイル機器）に触れたりするグランドタッチが発生すると、検出回路が人体を介して基準電位（車両接地）に接続され得る。携帯機器の普及により、このような状況が多くなると考えられる。このようなグランドタッチが発生すると、検出される静電容量及びコンダクタンスが変化する。この点に着目すると、乗員及び被水の判別について、さらなる精度向上が可能であると考えられる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて完成したものであり、乗員のグランドタッチを考慮し、乗員及び被水の判別精度を向上させることができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、メイン電極（１１）を備えると共に、車両のシート（９）に配置される静電センサ（１）と、基準電位が与えられた基準電極（３）と、前記メイン電極に検出電圧を印加する電圧印加部（２１）と、前記メイン電極に流れる電流を検出する電流検出部（２２）と、前記検出電圧及び前記電流検出部で検出された検出電流に基づいて、前記メイン電極と前記基準電極の間の静電容量を含む第一静電容量を算出する容量算出部（２３）と、前記第一静電容量に基づいて乗員を判別する判別部（２４）と、を備える静電容量式乗員検知センサであって、前記静電センサは、前記メイン電極に離間且つ並列して配置されたサブ電極（１２）を有し、前記判別部は、前記サブ電極に前記検出電圧と同電位の電圧が印加される乗員検知モードと、前記サブ電極に基準電位が与えられる被水検知モードとを切り替え、前記容量算出部は、前記被水検知モードにおいて前記検出電圧と前記検出電流に基づいて前記メイン電極と前記サブ電極の間のコンダクタンスを含む第一コンダクタンスを算出し、且つ前記乗員検知モードにおいて前記検出電圧と前記検出電流に基づいて前記メイン電極と前記基準電極の間のコンダクタンスを含む第二コンダクタンスを算出して、前記第一コンダクタンスから前記第二コンダクタンスを減算した第三コンダクタンスを算出し、前記判別部は、前記第一静電容量及び前記第三コンダクタンスに基づいて乗員及び被水を判別することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、被水の判別材料として、第一コンダクタンスから第二コンダクタンスを引いた第三コンダクタンス、すなわち乗員検知モードと被水検知モードで共通する電流経路におけるコンダクタンスが取り除かれた値を用いることができる。つまり、グランドタッチの影響を受ける共通経路部分のコンダクタンス変化が除かれた、メイン電極とサブ電極の間のコンダクタンスを含む第三コンダクタンスにより被水判別を実行することができる。本発明によれば、グランドタッチの影響を抑制でき、被水の判別精度を向上させることができ、結果として乗員の判別精度を向上させることができる。
【０００９】
なお、基準電極及びサブ電極の基準電位は、互いに同電位でなくても良い。また、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の静電容量式乗員検知センサの構成を示す構成図である。
【図２】本実施形態の静電センサの構成を示す断面図である。
【図３】本実施形態の静電容量式乗員検知センサの詳細構成を示す構成図である。
【図４】本実施形態の静電容量式乗員検知センサの動作を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態における乗員及び被水判別を説明するための説明図である。
【図６】従来の乗員及び被水判別を説明するための説明図である。
【図７】本実施形態の静電容量式乗員検知センサの乗員検知モードにおけるグランドタッチ状態の等価回路を示す回路図である。
【図８】本実施形態の静電容量式乗員検知センサの被水検知モードにおけるグランドタッチ状態の等価回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、説明に用いる各図は概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。以下の実施形態では、助手席に静電センサを設置した場合について説明する。
【００１２】
本実施形態の静電容量式乗員検知センサは、図１に示すように、静電センサ１と、乗員検知ＥＣＵ２と、を備えている。静電センサ１は、フィルム状のセンサマットであって、フィルム内に電極が配置されて構成されている。静電センサ１は、車両のシート９の座面部９１内に（例えばクッション間に）配置されている。シート９は、乗員が着座する座面９１１を有する座面部９１と、座面部９１の車両後方側に配置された背もたれ部９２と、を備えている。静電センサ１は、座面９１１と略平行に配置されている。
【００１３】
具体的に、静電センサ１は、図２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、フィルム部材１４〜１６と、を備えている。メイン電極１１は、平板状の導電部材であって、フィルム部材１５上に配置されている。
【００１４】
サブ電極１２は、平板状の導電部材であって、メイン電極１１に離間且つ並列して配置されている。サブ電極１２は、フィルム部材１５上でメイン電極１１と隣り合うように、メイン電極１１に沿って配置されている。メイン電極１１及びサブ電極１２上には、フィルム部材１４が配置されている。つまり、メイン電極１１及びサブ電極１２は、フィルム部材１４とフィルム部材１５の間に配置されている。
【００１５】
ガード電極１３は、平板状の導電部材であって、メイン電極１１の座面９１１と反対側（車両下側）に、メイン電極１１に対向配置されている。つまり、ガード電極１３は、フィルム部材１５を介してメイン電極１１と対向するように配置されている。ガード電極１３の下方には、フィルム部材１６が配置されている。つまり、ガード電極１３は、フィルム部材１５とフィルム部材１６の間に配置されている。フィルム部材１４〜１６は、絶縁性材料（例えばＰＥＴ）からなり、フィルム部材１４〜１６間には例えば接着剤が介在している。
【００１６】
乗員検知ＥＣＵ２は、ＣＰＵやメモリ等を備える電子制御ユニットである。乗員検知ＥＣＵ２は、図３に示すように、構成及び機能として、電圧印加部２１と、電流検出部２２と、容量算出部２３と、判別部２４と、スイッチ部４と、を備えている。
【００１７】
電圧印加部２１は、車両接地（基準電位）ＧＮＤに接続されると共に、静電センサ１の各電極１１〜１３に接続可能となっている。電圧印加部２１は、交流電源ａと複数のオペアンプｂとを備え、各電極１１〜１３に交流電圧（検出電圧）を印加可能となっている。オペアンプｂは、検出電圧と同電位の電圧を印加するためのドライバである。後述する乗員検知モードでは、各電極１１〜１３は、主に車両ボディ（「基準電極」に相当する）３との間に電界を形成する。なお、車両ボディ３は、車両のボディ部分であるとともに電極を構成し、基準電位（車両接地ＧＮＤ）が与えられている。電流検出部２２は、電流センサであって、電圧印加部２１の電圧印加により、メイン電極１１及びサブ電極１２に流れる電流を検出する。
【００１８】
容量算出部２３は、電圧印加部２１が各電極１１〜１３に印加する電圧（検出電圧）と、電流検出部２２が検出した電流（検出電流）とに基づいて、所定の電極間の静電容量を算出する。静電容量は、電圧印加時の電流経路におけるアドミタンスの虚数成分（サセプタンス）に基づき算出できる。当該虚数成分は、電流と電圧の位相のずれから算出できる。本実施形態の容量算出部２３は、電圧印加時の電流経路におけるサセプタンスとコンダクタンス（アドミタンスの実数成分）を算出する。電流経路の静電容量を検出することは、当該電流経路のアドミタンス（又はインピーダンス）を算出することに相当する。容量算出部２３の詳細については後述する。
【００１９】
判別部２４は、容量算出部２３の算出結果と予め設定された閾値とに基づいて、大人の乗員の有無を判別する。また、判別部２４は、スイッチ部４の各スイッチ４１、４２の接続を制御して、動作モードを、乗員検知モード及び被水検知モードの何れかに切り替える。なお、判別部２４は、乗員をさらに詳細に判別しても良い。例えば判別部２４は、乗員の有無及び乗員が大人かＣＲＳであるかを判別しても良い。
【００２０】
スイッチ部４は、乗員検知モードと被水検知モードを切り替えるためのものであり、第一スイッチ４１と、第二スイッチ４２と、を備えている。第一スイッチ４１は、一方が電圧印加部２１に接続され、他方がサブ電極１２に接続された電磁スイッチである。第二スイッチ４２は、一方が車両接地ＧＮＤに接続され、他方がサブ電極１２に接続された電磁スイッチである。各スイッチ部４１、４２は、判別部２４の指令により接続状態と遮断状態とが切り替わる。
【００２１】
（乗員検知モード）
判別部２４は、乗員検知モードにおいて、第一スイッチ４１を接続状態とし、第二スイッチ４２を切断状態とする。これにより、サブ電極１２はメイン電極１１と同電位になり、各電極１１〜１３は車両ボディ３との間に電界を形成する。ガード電極１３は、メイン電極１１の下側でメイン電極１１と同電位になることで、メイン電極１１がシート９の座面９１１を介さない下側で車両ボディ３と電界を形成することを抑制している。つまり、ガード電極１３は、メイン電極１１がより確実にシート９上に電界を形成するためのものである。
【００２２】
サブ電極１２は、主に被水検知モードにおいてシート９の被水を検知するための電極である。サブ電極１２は、乗員検知モードにおいてメイン電極１１と同電位となることで、メイン電極１１同様、車両ボディ３との間に電界を形成する。サブ電極１２は、乗員検知モードにおいてはメイン電極１１と同様の機能を発揮する。本実施形態では、サブ電極１２により検出された当該静電容量も乗員判別に用いられる。また、メイン電極１１の端部（縁部）から出る電気力線がシート９及び乗員を介さずにメイン電極１１の端から車両ボディ３に向けて延びるのを抑制することもできる。つまり、サブ電極１２は、メイン電極１１の電気力線が水平方向に漏れることを抑制する。
【００２３】
電流検出部２２は、乗員検知モードにおいて、メイン電極１１に流れる電流（メイン電流）と、サブ電極１２に流れる電流（サブ電流）とを検出する。メイン電流は、メイン電極１１と車両ボディ３を含む電流経路（メイン電流経路）に流れる電流である。サブ電流は、サブ電極１２と車両ボディ３を含む電流経路（サブ電流経路）に流れる電流である。本実施形態では、１つの電流センサにより電流を計測するため、メイン電流とサブ電流を順に計測する。
【００２４】
容量算出部２３は、メイン電流とサブ電流の和と、検出電圧とに基づいて、メイン電流経路及びサブ電流経路を含む電流経路のインピーダンスを算出する。容量算出部２３は、算出されたインピーダンスから、サセプタンスとコンダクタンスを算出する。当該サセプタンスは、メイン電極１１と車両ボディ３との間の静電容量を含む値であり、第一静電容量とする。また、当該コンダクタンスは、メイン電極１１と車両ボディ３との間のコンダクタンスを含む値であり、第二コンダクタンスとする。容量算出部２３は、算出した第一静電容量と第二コンダクタンスを記憶する。なお、第一静電容量及び第二コンダクタンスは、サブ電流経路を考慮せず、メイン電流と検出電圧とに基づいて算出されても良い。この場合、容量算出部２３は、メイン電流と検出電圧から第一静電容量を算出する。
【００２５】
（被水検知モード）
判別部２４は、被水検知モードにおいて、第二スイッチ４２を接続状態とし、第一スイッチ４１を切断状態とする。これにより、サブ電極１２が車両接地ＧＮＤに接続され、サブ電極１２に基準電位が与えられる。メイン電極１１に検出電圧が印加されると、サブ電極１２とメイン電極１１との間に電界が形成される。つまり、メイン電極１１とサブ電極１２とを含む被水電流経路が形成される。電流検出部２２は、メイン電極１１に流れる電流（検出電流）を検出する。
【００２６】
容量算出部２３は、検出電流と検出電圧からインピーダンスを算出し、被水電流経路におけるコンダクタンスを算出する。当該コンダクタンスは、メイン電極１１とサブ電極１２との間のコンダクタンスを含み、第一コンダクタンスとする。容量算出部２３は、第一コンダクタンスから、乗員検知モードで算出し記憶した第二コンダクタンスを減算して、第三コンダクタンスを算出する。第三コンダクタンスは、第一コンダクタンスと第二コンダクタンスの差分ともいえる。
【００２７】
（乗員判別）
判別部２４は、乗員検知モードから被水検知モード（又は被水検知モードから乗員検知モード）に切り替え、容量算出部２３で算出された第一静電容量と第三コンダクタンスに基づいて、乗員（大人）の有無を判別する。本実施形態では、乗員検知モードと被水検知モードを１セットとして、所定時間毎に１セットを実行する。
【００２８】
具体的に、乗員検知ＥＣＵ２は、図４に示すように、乗員検知モードで第一静電容量と第二コンダクタンスを算出し（Ｓ１）、モードを切り替えて（Ｓ２）、被水検知モードで第一コンダクタンスと第三コンダクタンスを算出する（Ｓ３）。そして、判別部２４が、第一静電容量と第三コンダクタンスに基づいて乗員・被水判別を実行する（Ｓ４）。なお、モードの順序は、被水検知モードを先に行っても良く、この場合、乗員検知モードにおいて第三コンダクタンスが算出される。
【００２９】
判別部２４は、図５に示すように、大人が着座しているか否かを判別するための閾値（大人閾値）を記憶している。判別部２４は、大人閾値と、第一静電容量及び第三コンダクタンスとを比較し、大人の有無を判別する。判別部２４は、算出値の第一静電容量が、算出値の第三コンダクタンスにおける大人閾値の静電容量以上であれば「大人有り」と判別し、当該静電容量未満であれば「大人無し（空席又はＣＲＳ）」と判別する。ここでは、「ＣＲＳ」はチャイルドシートに座った子供であり、「大人」は性別・年齢に関わらずＣＲＳ（子供）を除いた乗員全般を意味する。
【００３０】
また、判別部２４は、シート９が被水しているか否かを判別するための閾値（被水閾値）を記憶している。判別部２４は、上記大人判別と共に、被水閾値と第一静電容量及び第三コンダクタンスとを比較して被水の有無を判別する。本実施形態では、判別部２４は、第三コンダクタンスが被水閾値以上であれば「被水有り」と判別し、第三コンダクタンスが被水閾値未満であれば「被水無し」と判別する。判別部２４は、「被水有り」と判別した場合、乗員検知を停止する。また、判別部２４は、表示部（図示せず）に表示する等によって乗員に乗員検知が停止していることを伝える。
【００３１】
判別部２４は、図示しないエアバッグＥＣＵに判別結果を送信する。エアバッグＥＣＵは、助手席の乗員判別結果が「大人有り」である場合、衝突時の助手席のエアバッグの展開を許可する。一方、エアバッグＥＣＵは、助手席の乗員判別結果が「大人無し」である場合、助手席のエアバッグの展開を禁止する。
【００３２】
（グランドタッチ時）
乗員が車両接地ＧＮＤに接触（グランドタッチ）した場合、図５に示すように、第一静電容量が大きくなる。しかし、本実施形態では、被水の判別に係る第三コンダクタンスは大きくならないため、グランドタッチした場合でも被水の判別精度を維持することができる。この作用効果について以下に説明する。
【００３３】
従来の静電容量式乗員検知センサでは、図５の横軸が示すメイン電極１１とサブ電極１２の間のコンダクタンスとして、第一コンダクタンスを用いていた。つまり、従来の判別部は、第一静電容量と第一コンダクタンスに基づいて乗員及び被水を判別していた。これにより、図６に示すように、乗員がグランドタッチした場合に、第一コンダクタンスが大きく増加し、特に高湿環境において、被水していないにも関わらず第一コンダクタンスが被水閾値に近づくことがあった。このように、従来では、乗員のグランドタッチによる影響が考慮されておらず、被水の判別精度の面でさらなる向上の余地があった。
【００３４】
グランドタッチ状態では、図７に示すように、乗員検知モードにおいて、メイン電極１１と人体の間のインピーダンスＺ１と、人体と車両ボディ３との間のインピーダンスＺ２との間が、人体を介して（人体ラインＡにより）車両接地ＧＮＤに接続される。
【００３５】
また、グランドタッチ状態では、図８に示すように、被水検知モードにおいても、メイン電極１１と人体の間のインピーダンスＺ１と、人体と車両ボディ３との間のインピーダンスＺ２との間が、人体ラインＡにより車両接地ＧＮＤに接続される。図７及び図８において、Ｚ３は、人体を介さないメイン電極１１と車両ボディ３の間のインピーダンスである。Ｚ４は、メイン電極１１とサブ電極１２の間のインピーダンスである。Ｚ５は、サブ電極１２と人体の間のインピーダンスである。Ｆ１はメイン電極１１のノイズフィルタ（ＣＲフィルタ）であり、Ｆ２はサブ電極１２のノイズフィルタである。
【００３６】
本実施形態では、被水検知モードの検出電圧と検出電流から算出された第一コンダクタンス（図８の回路のコンダクタンス）から、乗員検知モードの検出電圧と検出電流から算出された第二コンダクタンス（図７の回路のコンダクタンス）を引いた第三コンダクタンスを乗員被水判別に用いている。第三コンダクタンスは、インピーダンスＺ４、Ｚ５及びノイズフィルタＦ２の合成インピーダンスのコンダクタンス成分に相当する。
【００３７】
第三コンダクタンスは、乗員検知モードと被水検知モードで共通する電流経路におけるコンダクタンスが取り除かれている。共通経路は、主に電圧印加部２１からメイン電極１１及び車両ボディ３を介して車両接地ＧＮＤまでの経路と、人体ラインＡである。本実施形態では、この第三コンダクタンス、すなわち共通経路部分のコンダクタンス変化が除かれたコンダクタンスにより被水判別が実行される。
【００３８】
このように、本実施形態の静電容量式乗員検知センサでは、乗員・被水判別において、グランドタッチ（人体ラインＡ）により影響が現れるインピーダンスを排除し、被水か否かの判別に最も影響のあるインピーダンスＺ４のコンダクタンスを残した第三コンダクタンスを判別要素として採用している。これにより、図４に示すように、グランドタッチが発生した場合でも、被水を判別するためのコンダクタンス成分（第三コンダクタンス）は増加せず、且つインピーダンスＺ４がクローズアップされた精度の良い被水判別が可能となる。つまり、本実施形態よれば、被水の判別精度は向上し、その結果、乗員の判別精度も向上する。
【００３９】
＜その他の変形態様＞
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、判別部２４は、乗員の判別（有無及び種類）について、「第一静電容量」又は「第一静電容量と第二コンダクタンス」に基づいて行っても良い。この場合、判別部２４は、乗員検知モードで算出された「第一静電容量」又は「第一静電容量と第二コンダクタンス」を乗員の判別に用い、「第三コンダクタンス」を被水の判別に用いる。これによっても、被水の判別精度は向上し、その結果、乗員の判別精度も向上する。
【００４０】
また、判別部２４には、乗員を判別する閾値として、乗員の有無を判別するための閾値と、乗員が大人か否かを判別する閾値の両方が設定されていても良い。この場合、さらに詳細（乗員無し、ＣＲＳ有り、大人有り）に乗員を判別することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：静電センサ、  １１：メイン電極、  １２：サブ電極、  １３：ガード電極、
２：乗員検知ＥＣＵ、  ２１：電圧印加部、  ２２：電流検出部、  
２３：容量算出部、  ２４：判別部、  ３：車両ボディ（基準電極）、
４：スイッチ部、  ９：シート、  ９１：座面部、  ９１１：座面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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