(57)【要約】  本発明の目的は、自動車、飛行機、列車、バス等の車両、部屋、その他着座の検出が必要な場所において、着座者を検出することである。この着座検出装置は、座席に装着した電極と、発振回路と、ブリッジ回路と、検出回路と、検出信号を処理する回路とを備える。前記発振回路は、前記電極を励起する。座席に人が居れば、人体からの追加静電容量が、前記電極を経由して前記ブリッジに加わる。これは、前記ブリッジ回路の各アームにおける波形の電圧および位相に差を生ずる。これら差は、差動増幅器によって増幅する。その信号は、直流電圧に変換する。その電圧が所定閾値よりも高い場合、前記装置は、着座を示す信号を出力する。ブリッジ構成および差動増幅器を使用することにより、この回路は、広範囲の供給電圧において動作できる。また、高精度部品の必要性を減らし、前記発振器が発生する波形の振幅を整える必要性を減らす。その結果、この容量式着座検出装置は、従来の着座検出装置に比べ、簡単および安価であり、しかも電源変動に耐え、広範囲の動作電圧で機能し、フェールセーフ機能を提供できる。
2005511397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極を含み、前記第１電極の近くに着座者を検出しなければ平衡であり、前記第１電極の近くに着座者が存在すれば不平衡となるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路が不平衡である場合を検出する差動増幅器とを備える、着座検出装置。
【請求項２】
前記ブリッジ回路を励起する発振器をさらに含む、請求項１の着座検出装置。
【請求項３】
前記第１電極は導電糸からなる、請求項１の着座検出装置。
【請求項４】
前記第１電極は車両座席に縫い込まれている、請求項３の着座検出装置。
【請求項５】
前記第１電極を監視して前記第１電極の故障を検出すると故障信号を発生するよう構成した故障検出回路をさらに含む、請求項１の着座検出装置。
【請求項６】
前記故障検出回路は、前記第１電極を流れる電流を監視し、高電流閾値を超える電流が前記第１電極に流れたことを検出すると、第１故障信号を発生する、請求項５の着座検出装置。
【請求項７】
さらに前記故障検出回路は、低電流閾値を下回る電流が前記第１電極に流れたことを検出すると、第２故障信号を発生する、請求項６の着座検出装置。
【請求項８】
前記ブリッジ回路を励起する発振器をさらに備え、前記故障検出回路は、前記発振器の出力を監視して当該発振器の故障を検出すると発振器故障信号を発生する発振器故障検出回路をさらに含む、請求項７の着座検出装置。
【請求項９】
前記第１電極は、車両座席内の導電糸からなる、請求項１の着座検出装置。
【請求項１０】
前記ブリッジ回路は検出アームと基準アームとを含み、前記検出アームは前記第１電極を含む、請求項９の着座検出装置。
【請求項１１】
前記基準アームは、前記第１電極が受けるノイズを除去する基準ワイヤを含む、請求項１０の着座検出装置。
【請求項１２】
前記基準ワイヤは、前記検出アームのワイヤに撚り合わせる、請求項１１の着座検出装置。
【請求項１３】
前記検出アームと前記基準アームは、前記差動増幅器への入力である、請求項１０の着座検出装置。
【請求項１４】
前記第１電極は座席表面近くに配置し、前記検出装置は前記座席表面に加わる力を決定する圧力センサをさらに含む、請求項１の着座検出装置。
【請求項１５】
前記圧力センサは、分離した１対の電極を有するコンデンサからなり、前記電極間の隙間は、前記座席表面に加わる力に応じて変化し、それによって前記コンデンサの静電容量が変化する、請求項１４の着座検出装置。
【請求項１６】
着座者安全システムを有する車両に設置した着座検出装置であって、前記着座者安全システムは、前記力が閾値に満たないことを前記圧力センサが示す場合に無効となり、前記力が前記閾値を超える場合にのみ有効となる、請求項１５の着座検出装置。
【請求項１７】
前記着座者安全システムは、前記着座検出装置が着座者不在を示す場合、たとえ前記圧力センサが前記閾値を超えても、無効となる、請求項１６の着座検出装置。
【請求項１８】
前記圧力センサは、前記分離した１対の電極間に圧縮性材料をさらに備え、前記圧縮性材料は前記座席表面に力を加えると圧縮する、請求項１５の着座検出装置。
【請求項１９】
着座者が占める領域の近くに配置した導電布を備える第１電極と、
前記第１電極の静電容量を決定する回路とを備え、前記静電容量は前記領域における着座者の存在または不在に応じて変化し、前記回路は前記静電容量に基づいて着座者の存在または不在を決定する、着座検出装置。
【請求項２０】
前記第１電極は導電糸からなる、請求項１９の着座検出装置。
【請求項２１】
前記導電糸は車両座席部品内にある、請求項２０の着座検出装置。
【請求項２２】
前記導電糸は、車両座席部品に縫い込む、請求項２１の着座検出装置。
【請求項２３】
前記導電糸は、車両座席カバーに縫い込む、請求項２２の着座検出装置。
【請求項２４】
第１電極を含み、前記第１電極の近くに着座者を検出しなければ平衡であり、前記第１電極の近くに着座者が存在すれば不平衡となるブリッジ回路をさらに含む、請求項２３の着座検出装置。
【請求項２５】
前記ブリッジ回路が不平衡である場合を検出する差動増幅器をさらに含む、請求項２４の着座検出装置。
【請求項２６】
前記第１電極は座席表面近くに配置し、前記検出装置は前記座席表面に加わる力を決定する圧力センサをさらに含む、請求項１９の着座検出装置。
【請求項２７】
前記圧力センサは、分離した１対の電極を有するコンデンサからなり、前記電極間の隙間は、前記座席表面に加わる力に応じて変化し、それによって前記コンデンサの静電容量が変化する、請求項２６の着座検出装置。
【請求項２８】
着座者安全システムを有する車両に設置した着座検出装置であって、前記着座者安全システムは、前記力が閾値に満たないことを前記圧力センサが示す場合に無効となり、前記力が前記閾値を超える場合にのみ有効となる、請求項２７の着座検出装置。
【請求項２９】
前記着座者安全システムは、前記着座検出装置が着座者不在を示す場合、たとえ前記圧力センサが前記閾値を超えても、無効となる、請求項２８の着座検出装置。
【請求項３０】
前記圧力センサは、前記分離した１対の電極間に圧縮性材料をさらに備え、前記圧縮性材料は前記座席表面に力を加えると圧縮する、請求項２７の着座検出装置。
【請求項３１】
ａ．着座者の存在を決定するため、領域の静電容量と基準静電容量とを比較し、
ｂ．前記段階ａにおける前記領域の静電容量と前記基準静電容量との間の差に基づき、前記領域における着座者の存在または不在を決定する、各段階を備える着座者の存在を決定するための方法。
【請求項３２】
発振信号によって前記領域に隣接する第１電極と前記基準静電容量を有する基準回路とを励起し、
前記第１電極による前記発振信号への応答と前記基準回路による前記発振信号への応答との差を監視する、各段階をさらに含む請求項３１の方法。
【請求項３３】
前記段階ｂおよびｄは差動増幅器を用いて実行し、前記発振信号への各応答は、前記差動増幅器への入力とする、請求項３２の方法。
【請求項３４】
前記領域に隣接する座席表面に加わる圧力を決定する段階をさらに含む、請求項３３の方法。
【請求項３５】
前記静電容量における差と前記座席表面に加わる圧力とに基づきチャイルドシートの存在を決定する段階をさらに含む、請求項３４の方法。
【請求項３６】
圧力に応じて間隔が変化する２つの電極間の静電容量を測定することにより前記圧力を決定する段階をさらに含む、請求項３５の方法。
【請求項３７】
前記段階ａは、
発振信号によって、前記領域に隣接する第１電極と前記基準静電容量を有する基準回路とを励起し、
差動増幅器によって、前記第１電極による前記発振信号への応答と前記基準回路による前記発振信号への応答との差を監視し、前記発振信号への各応答を前記差動増幅器への入力とする、各段階をさらに含む請求項３１の方法。
【請求項３８】
前記第１電極を監視して前記第１電極の故障を検出したら故障信号を発生する段階をさらに含む、請求項３７の方法。
【請求項３９】
前記第１電極を流れる電流を監視し、高電流閾値を超える電流が前記第１電極に流れたことを検出したら第１故障信号を発生する段階をさらに含む、請求項３８の方法。
【請求項４０】
低電流閾値を下回る電流が前記第１電極に流れたことを検出したら第２故障信号を発生する段階をさらに含む、請求項３９の方法。
【請求項４１】
前記発振器の出力を監視して当該発振器の故障を検出したら発振器故障信号を発生する段階をさらに含む、請求項４０の方法。
【請求項４２】
前記第１電極は車両座席内の導電糸からなる、請求項４１の方法。
【請求項４３】
検出アームと基準アームとを含むブリッジ回路をさらに含み、前記検出アームは前記第１電極を含む、請求項４２の方法。
【請求項４４】
前記基準アームは、前記第１電極が受けるノイズを除去する基準ワイヤを含む、請求項４３の方法。
【請求項４５】
前記基準ワイヤは、前記検出アームのワイヤに撚り合わせる、請求項４４の方法。
【請求項４６】
前記検出アームと前記基準アームは、前記差動増幅器への入力である、請求項４５の方法。
【請求項４７】
車両座席に導電糸を縫い込む段階をさらに含み、前記導電糸は前記第１電極を構成する、請求項３１の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、安全システムに関し、さらに詳しくは容量式着座検出装置に関する。着座検出装置は、エアバッグ等の安全拘束装置を有効または無効にしたり、車両または部屋内の人数を決定するために使用できる。かかる装置は、車両の座席が空席であることを検出し、その座席のエアバッグを無効にするためにも使用できる。事故前に車両の乗客数を監視し、オンスター（登録商標）等の通信処理装置に乗客数を送信することにより、適切量の緊急対応を送信することも可能である。事故前に正確な乗客数をつかむことは、緊急対応者に対し、衝突事故において１人あるいは数人の乗客が車両から放り出された可能性を決定する助けになる。輸送分野において、着座検出装置は、飛行機、列車、あるいはバスの乗客数を迅速に提供できる。また、どの座席がふさがっておりどの座席が空いているかを示せる。これは、劇場やホールにも応用できる。かかる場所は、何人の着座者が居るのか、新しく到着する客はどこに空席を見つけられるのかを知る必要がある。
【０００２】
車両における着座者を検出するため、各種技術が提案されてきた。初期の検出装置は、１つ以上の機械式スイッチを使用し、座席の体重によってそのスイッチを起動する。あるシステムは、赤外線または超音波送信機および受信機を使用し、信号を発生し、着座者からの反射信号を受信し、それを処理する。また、着座者を検出する手段として、容量式センサも使用する。
【０００３】
別の容量式システムは、座席発泡材と座席カバーとの間に電極を１つだけ備える。かかるシステムは、着座者がシステムに静電容量を加えると、発振器信号の電圧、電流、または位相が変化し、その変化を検出する。しかしながら、これら装置のうち、安価であることをうたっているものの多くは、本明細書記載装置の回路より遙かに複雑な回路を使用する。例えば米国特許第６１６１０７０号に記載の装置は、精密電源を必要とし、発振器が発生する波形の振幅制御を必要とする。このような装置は、精密部品を必要とし、狭い範囲の供給電圧でしか動作しない。さらに、ノイズを良く除去するため、かかる装置はノイズフィルタ回路を追加する必要がある。これは、本発明に比較し、かかる装置のコストを大きく上昇させ複雑にする。
【０００４】
さらに、例えば米国特許第４７９６０１３号に記載の装置は、電極が切り離されているのか故障しているのかを正確に検出できず、着座者の有無にかかわらず、そのような状態を空席と決定する。これは、切り離された電極は、システムの静電容量を低下させ、ある閾値を下回る静電容量を空席と見なすからである。これは、エアバッグ等の安全拘束装置を有効または無効にする論理を提供するためにその装置を使う場合、致命的である。
【０００５】
発明の概要
本発明の目的は、機械式検出装置の使用を避け、安価で、既存の容量式着座検出システムより信頼性の高い着座検出装置を提供することである。本発明は、単一の導電電極を含む。この電極は、周囲との関係において、ブリッジ回路の一部であるコンデンサを形成する。本装置は、前記ブリッジの連続励起用発振器と、前記ブリッジが不平衡であるかを決定する差動増幅器と、前記増幅器の出力を直流信号に変換する交直変換回路と、前記交直変換器の出力が所定閾値を超えた時に出力信号を発生する閾値回路とを含む。
【０００６】
前記ブリッジ回路の１つのアームは、前記ブリッジのアームのうち前記電極を有するアーム用の基準として使用する。前記ブリッジの各アームは、基本的に低域フィルタである。前記ブリッジの前記基準アームは、前記電極を有するアームと同一フィルタ特性を持つよう調整する。前記ブリッジの前記電極アームを通過する波形の減衰および位相における変化は、前記ブリッジの前記基準アームに対して測定する。前記ブリッジの両アームは、同一波形を受けるので、振幅がわずかに変動しても問題ない。
【０００７】
着座者が存在する場合、その人体からの静電容量が前記電極を介して前記ブリッジに加わる。これにより、前記ブリッジ回路の各アームにおける波形の電圧および位相に差が生じる。これら変化は、差動増幅器が増幅する。その信号は、直流電圧に変換する。この電圧が所定閾値を超えていれば、前記装置は着座者の存在を示す信号を出力する。ブリッジ構成および差動増幅器を使うことにより、本回路は広範囲の供給電圧にわたって動作できる。また、高精度部品の必要性を減らし、前記発振器が発生する波形の振幅を整える必要性を減らす。
【０００８】
発明の好ましい実施の形態
図１は、着座検出システム１０を示す。このシステムは、車両座席１４における着座者１２の存在を決定する。本発明の着座検出システム１０は、車室１６に設置した車両座席１４において、エアバッグ１８等の自動安全拘束を含む乗員安全システムとの関連で使用するものとして説明する。しかしながら着座検出システム１０は、他の用途において着座者の存在を決定することもできる。例としてハンドル装着のエアバッグ１８を示したが、本発明は、サイドエアバッグ、シートベルトプリテンショナ、展開ニーボルスタ、その他安全拘束アクチュエータにも利用可能である。衝突検出器１９は、例えば既知タイプの衝突センサであり、車両衝突の発生を決定し、衝突の激しさを決定するために使用する。前記したタイプの通信処理装置２０をさらに備えても良い。
【０００９】
システム１０は、制御装置２４を含む。一般にこの制御装置は、メモリ３２を有するＣＰＵ３１からなる。ＣＰＵ３１は、本明細書に説明する機能を実行すべく適切にプログラムされており、当業者は本説明に従ってＣＰＵ３１をプログラム可能であり、また図示しない必要ハードウエアを追加することによって本明細書に記載の本発明を実施可能である。動作において、制御装置２４は、衝突検出器１９と通信し、車両の衝突の発生と激しさを決定し、それに応じてエアバッグ１８等の適切な安全システムを起動する。
【００１０】
本発明は検出回路２７を提供し、車両の座席１４における着座者１２の存在を決定し、座席１４における着座者１２の存在または不在を通信する。詳細は後述するが、一般に検出回路２７は、座席電極３４を含む。この電極は、着座者１２が占有する領域の近くに設置する。本例の場合、車両座席１４内に設置する。座席電極３４は、非導電布シート３６からなり、そこにデュポンアラコナ等の特製導電糸３８によるパターンを縫いつける。電極３４は、どのような導電材料によっても作ることができ、そのサイズおよび形状は任意である。導電糸３８のパターンは、図示と同一にする必要はなく、導電材料の連続シートでも良い。しかしながら導電糸３８が好ましい。その理由は、非導電布３６に直接縫い込めるからである。この布は、座席１４のカバーでも良く、座席カバーの下の材料層でも良い。図１に示す糸３８のパターンは王冠形状であるが、糸３８のパターンは図１に示す王冠形状パターンでなくても構わない。前記検出回路は、必要検出領域をカバーする任意パターンに合わせて調整できる。電極で覆う領域が大きいほど、全ての座位置についての感度が上がる。図示の検出回路２７は１つだけであるが、検出回路２７あるいは少なくとも座席電極３４は、車両内の各座席に準備することが好ましい。電極３４は、導電糸３８の代わりに、固体平坦電極でも良い。
【００１１】
本発明は、図２に示す検出回路２７を使用する。この回路は、単一の差動増幅器４０と、交直変換回路４２とを使用し、発振器４４が発生する波形の電圧、電流、および位相における変化を検出する。単一の閾値回路４６は、かかる変化が着座者の存在を示すか否かを決定する。差動増幅器４０への２つの入力は、ブリッジ回路４８の１対のアームに各々接続する。ブリッジ回路４８の１つのアームは、基準アームとして使用し、ＲｒｅｆとＣｒｅｆと基準ワイヤ５２とを含む。ブリッジ回路４８の他のアームは、電極３４とＲｏｃｃとを含む。発振器５０は、両アームに接続する。ブリッジ回路４８の各アームは、基本的に低域フィルタである。ブリッジ回路４８の基準アームは、電極３４を含むアームと同一のフィルタ特性に調整する。ブリッジ回路４８の電極アームを通過する波形の減衰および位相における変化は、ブリッジ回路４８の基準アームに対して測定する。ブリッジ回路４８の両アームは同一波形を受け取るため、振幅がわずかに変動しても問題ない。
【００１２】
ノイズ除去は、第２ワイヤを提供することによって行う。このワイヤは、ブリッジ回路４８の基準アームに接続し、ワイヤ５４と撚り合わせる。このワイヤ５４は、ブリッジ回路４８に電極３４を接続する。両ワイヤ５２および５４は、同一ノイズを取り上げるため、当該ノイズは増幅されない。なぜなら、そのノイズは、ブリッジ回路４８の両アームに共通であり、差動増幅器４０の両入力に共通だからである。本装置における全ての閾値および信号は、電源電圧に比例して変動する。そのため、本装置は、電源電圧における急変化に耐性があり、広範囲の供給電圧で機能する。ワイヤ５４は、同軸ケーブルとし、ノイズおよび干渉問題を避けても良い。
【００１３】
電極３４が作り出す仮想コンデンサＣｖは、抵抗Ｒｏｃｃと直列接続し、ブリッジ回路４８の１つのアームを形成する。これらは、ブリッジ回路４８の基準アームを形成する抵抗ＲｒｅｆとコンデンサＣｒｅｆとに並列接続する。ブリッジ回路４８の各アームは、基本的に低域フィルタである。積ＲＣは、各低域フィルタの特性を決定する。ＲＣが変化すると、当該フィルタの出力の位相および振幅が変化する。基準低域フィルタのＲＣ値は、座席が空席の時にブリッジ回路４８が平衡するように選択する。座席に着座者が存在する場合、Ｃｖが上昇し、ブリッジ回路４８の１つのアームのＲＣ値だけが変化する。そのため、２つの低域フィルタの出力は、同じでなくなる。ブリッジ回路４８における不平衡は、２つの信号間の差を増幅することによって検出する。増幅した信号は、増幅器のゲインによって２つのフィルタ間の電圧差を乗算した積を表す交流信号である。２つのフィルタ間の位相ずれにおける差を検出する。各波形の前部および後部は互いに重なり、これら信号の電圧差を生ずるからである。次に、前記交流信号は、交直変換回路４２を通過させ、直流信号を生成する。この直流信号は、閾値検出回路４６において、所定閾値と比較し、着座者が存在するか否か、あるいは故障のために着座者の存在を示すような出力を発生しているか否かを決定する。
【００１４】
静電容量の増加または低下は、ブリッジ回路４８の不平衡を引き起こす。静電容量の増加は、着座者の存在を示す。一方、静電容量の低下は、電極３４の遮断または故障を示す。いずれの状態も、「着座」を示す出力を発生する。すなわち、電極３４が故障している場合、本装置は、セーフモードにおいて故障する。この時、安全拘束装置は、第１世代構成に戻り、重大事故において常に展開するようになる。しかしながら、以下に説明する本発明の他の実施例において、前記故障を検出した場合、別の方法を取ることもできる。
【００１５】
図２ａは、コンデンサの基本モデルを示す。並列コンデンサの式は、Ｃ＝εＡ／ｄである。Ｃは静電容量、εは誘電率、Ａはプレートの面積、ｄはプレート間距離である。これら変数の値は、コンデンサの静電容量を決定する。従って、これら変数の１つ以上における変化は、静電容量を変化させる。プレートの誘電率および面積は、静電容量に比例する。一方、プレート間距離は、静電容量に反比例する。すなわち、誘電率または面積が増加すると、静電容量が増加する。誘電率または面積が減少すると、静電容量は減少する。プレート間距離に関しては、これらと逆である。プレート間距離が増加すると静電容量は減少し、プレート間距離が減少すると静電容量は増加する。電極は、１枚のプレートとして作用する。一方、周囲環境は第２プレートとして作用する。
【００１６】
図２ｂは、代表的な車両における静電容量源のモデルを示す。値Ｃｖは、電極３４と、座席下のシャシ部（Ｃｖ１）、座席フレーム（Ｃｖ２）、ルーフ（Ｃｖ３）、フロアパン（Ｃｖ４）との間に形成される仮想コンデンサの合計である。しかしながら本発明は、接地したフレームがなくとも機能する。壁、天井、床、足下の地面等、いかなる構造でも前記コンデンサの第２プレートとして機能できる。仮想コンデンサＣｖの静電容量は、電極３４とその周囲との間にある媒体に応じて変化する。
【００１７】
図２ｃは、同一モデルにおいて着座者が存在する場合を示す。コンデンサの面積およびプレート間距離を一定とすれば、その静電容量はプレート間に置かれた媒体によって変化する。座席が空の場合、電極３４に隣接する媒体は空気である。水は、空気および座席発泡材よりも誘電率が高い。そして人体は約６５％が水分である。従って、電極とその周囲との間に人体を置くと、誘電率が上昇し、電極と周囲（Ｃｖ２、Ｃｖ３、Ｃｖ４）との間の静電容量が上昇する。人体の重さは、電極と座席下部またはシャシとの間の距離を減少させ、静電容量Ｃｖ３を増加させる。従って着座時の静電容量（Ｃｖ’）は、空席時の静電容量（Ｃｖ）よりも大きくなろう。
【００１８】
図３は、交直変換器４２（図２）による交直変換前後の差動増幅器４０（図２）の出力を示す。座席１４が空の時、２つの低域フィルタの出力間の差は小さく、差動増幅器の出力はほぼ平坦であって供給電圧のほぼ半分に中心がある。これを直流信号に変換すると、所定閾値Ｖｔｈｒｅｓｈを下回る。従って本装置は、空席信号を出力する。座席１４に着座者が存在する時、または電極３４が遮断あるいは故障している時、２つの低域フィルタの出力間の差は大きく、差動増幅器の出力は供給電圧のほぼ半分を中心とする波形である。接地シャシに電極３４を短絡した場合も、同様の波形となる。この信号を直流信号に変換すると、所定閾値Ｖｔｈｒｅｓｈを上回る。従って本装置は、着座信号を出力する。
【００１９】
座席１４に着座者が居る場合および電極３４が故障している場合の交流信号は、位相が逆であることに注目する必要がある。これは、着座者が居る場合、静電容量Ｃｖが上昇し、ブリッジ回路４８の検出アームからの出力信号は、ブリッジ回路４８の基準アームからの出力信号に比べ、より小さなピークピーク値を持つようになるためである。電極３４が遮断あるいは故障している場合、Ｃｖが減少し、ブリッジ回路４８の検出アームからの出力信号は、ブリッジ回路４８の基準アームからの出力信号に比べ、より大きなピークピーク値を持つようになる。電極３４が接地シャシに短絡する場合、差動増幅器の負入力への信号は正入力への信号よりも常にかなり小さく、当該増幅器の出力は高く飽和し、常にＶｔｈｒｅｓｈを超える直流信号を発生する。
【００２０】
図４は、別形態における、差動増幅器の直流出力と仮想静電容量Ｃｖの値とを示すグラフである。領域Ｂは、空席に対応し、少なくともほぼ平衡状態のブリッジ回路４８に対応する。Ｃｂａｌは、完全な平衡状態にあるブリッジ回路４８に対応する点を示す。グラフの領域Ｃは、着座した座席に対応する。グラフの領域Ａは、遮断または故障した電極３４に対応する。図４における領域ＡおよびＣは、いずれも不平衡状態のブリッジ回路４８に対応する。この回路は、次のようにして所定環境に合わせる。グラフの「最小」位置は、ブリッジ回路４８の値または要素Ｒｏｃｃ、Ｒｒｅｆ、およびＣｒｅｆによって設定する。これらの値は、グラフ上の「最小」点が、空席（Ｃｂａｌ）に対応するＣｖの値において発生するように調整する。仮想静電容量Ｃｖの変化に対する本装置の感度は、差動増幅器のゲインおよび所定閾値Ｖｔｈｒｅｓｈを変化させることによって調整する。Ｖｔｈｒｅｓｈは、グラフの「最小」と、差動変圧器の飽和電圧からダイオード降下を引いた値との間になければならない。
【００２１】
図５に示す本発明の第２実施例は、故障検出回路６０を内蔵し、容量式システムの最も一般的な故障モードを検出する。例えば、発振器５０の故障、電極３４の遮断または故障、接地した車両シャシに対する電極３４の短絡である。これは、着座検出装置を読み取る装置に対し、故障時に別の動作を行うことを可能にする。この装置は、図１に示した電極３４を利用する。
【００２２】
故障検出回路６０は、２つの独立モジュールに分割されている。発振器故障検出モジュール６２と、電極故障・接地検出モジュール６４である。発振器５０の出力は、コンデンサＣを介して交直変換器６６に接続する。コンデンサＣは、交流信号のみを通過させる。発振器５０が故障する電圧にかかわらず、発振がなければ信号は交直変換器６６に送られない。このため、直流信号は、閾値回路６８が決定する所定閾値以下に落ち、「故障」信号を出力させる。
【００２３】
電極故障・接地検出モジュール６４は、差動増幅器７２を使用し、抵抗Ｒｓｅｎｓｅでの電圧降下を測定し、その結果としての交流信号を直流に変換する。Ｒｓｅｎｓｅ両端での電圧降下は、ブリッジ回路４８が引き寄せる電流に比例して変化する。電極３４は、故障または遮断において、空席時または着座時よりも少ない電流を引き寄せる。この時のＲｓｅｎｓｅ両端でのピーク電圧は、空席時または着座時のＲｓｅｎｓｅ両端ピーク電圧よりも小さい。電極３４が接地すると、空席時または着座時よりも多くの電流を引き寄せる。この時のＲｓｅｎｓｅ両端でのピーク電圧は、空席時または着座時のＲｓｅｎｓｅ両端ピーク電圧よりも大きい。従って、電極故障・接地検出モジュール６４における交直変換器７４の直流信号は、閾値検出回路７６により、高閾値および低閾値と比較し、前記故障を検出する。本装置内の全ての閾値および波形は、電源電圧に比例して変動する。従って本装置は、供給電圧の急変に耐性があり、広範囲の供給電圧で動作する。
【００２４】
これらモジュール６２および６４の出力は、ワイヤＯＲ回路７８を使用して結合し、汎用故障信号を提供する。しかしながら、１つの汎用故障信号に代えて、２つの個別信号を出力しても良い。また必要に応じ、３つの個別故障信号、すなわち発振器故障、電極故障、電極接地の各信号を提供しても良い。これら変更形態の実施は、当業者に明らかであり、本発明の範囲と考える。
【００２５】
図６ａおよび図６ｂに示す本発明の第３実施例は、本来の電極と共に、圧力検出用の第２容量式センサ８０を使用し、チャイルドシートの存在を検出する。図６ａは、当該センサの上面および側面を示す。この装置は、基本の着座検出電極３４（前述）を備える。これは、圧力検出容量式センサ８０と協働する。容量式センサ８０は、検出電極８２と、接地プレート８４と、圧縮性材料８６とからなる。
【００２６】
前記した通り、電極８２および８４間の距離の減少は、静電容量を増加させる。従って、人体の重さ、あるいはチャイルドシートの重さは、検出電極８２と接地電極８４との間の距離を減少させ、静電容量を増加させる。これは、図６ｂに示す第２検出回路９０が検出する。
【００２７】
第２検出回路９０は、第１検出回路と同一であり、検出電極８２と接地電極８４との間の材料８６を圧縮するような圧縮力による圧力変化を検出する。圧縮性材料８６は、発泡剤、ゴム、プラスチック、繊維等、圧縮可能であって圧縮後に高さを保持する材料から形成できる。前記回路の出力は、ＡＮＤゲート９０および９２（チャイルドシート存在ＡＮＤゲート９２は反転入力を有す）等の論理回路に接続できる。
【００２８】
図６Ｃは、本発明の第３実施例に基づく電極に乗せたチャイルドシート９８を示す。この状態において、着座検出電極３４は、チャイルドシートが非導電性のため、それを検出しない。しかしながら、圧力センサ８０は、所定閾値を超える重量の物体が存在することを検出する。この物体は、チャイルドシート以外のものであることもあり得る。いずれの場合も、エアバッグを展開するのは好ましくないであろう。座席が空であれば、両出力は空であることを示す。着座者が存在すれば、両出力は存在を示す。これは、着座者は導電性であると共に所定閾値を超える重量を持つからである。表１は、この実施例の動作をまとめている。
【表１】
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【００２９】
もちろん、図６ａおよび図６ｂのチャイルドシート検出に加え、図５の故障検出を実行することも、本発明の一部と見なすべきである。図５に示した故障検出回路は、図６ｂに示した装置の両ブリッジに接続する。これにより、着座検出装置を読み取る装置は、故障の際に別の動作を行える。この装置は、図６ａに示した電極を利用する。
【００３０】
図７は、別の検出回路を示し、存在検出手段として間接的に静電容量を使用する。電極３４は、発振回路におけるコンデンサＣとなる。この発振回路は、演算増幅器１０２と抵抗１０４とを含む。発振器が機能する周波数は、静電容量Ｃを含む幾つかのパラメータに依存する。空席（人がいない）状態において、このシステムは、これらパラメータが一定のままであれば、それらに基づく所定周波数で発振する。着座者が存在すると、Ｃの値が上昇する。例えばＲＣ発振器を使用する場合、静電容量Ｃの増加は、発振周波数の減少につながる。この現象を利用し、着座者の存在を決定できる。他の発振器構成として、静電容量の増加が周波数の増加になるような出力を持つこともできる。これは、当業者には明らかな通り、本発明の意図を変更するものではない。
【００３１】
制御装置１０６を使って、発振器の周波数を測定する。制御装置１０６は、入り周波数と、設定した閾値周波数とを比較する。入り周波数がその閾値を横切っていれば（すなわち静電容量が減少していれば）、制御装置は着座信号を出力する。周波数が閾値を横切っていなければ、制御装置は空席信号を出力する。この閾値は、着座検出装置の用途および周囲環境に基づき調整する必要がある。
【００３２】
この静電容量は、発振周波数ω１になる。前記制御装置は、ωｔｈｒｅｓｈｏｌｄが空席周波数ω１より小さくなるように調整する。この構成において、制御装置１０６は、空席信号を出力する。
【００３３】
座席に着座者が存在する場合、着座静電容量Ｃは（着座者の存在により）、空席静電容量より高くなる。結果としての周波数が閾値周波数より低ければ、制御装置は着座信号を出力する。
【００３４】
さらに、制御装置１０６は、発振器周波数の変化率を監視できる。これにより、制御装置１０６は、周波数のゆっくりした変化を無視できる。周波数のゆっくりした変化は、着座者が座席にすわること、あるいは座席から離れることを表さないことが多い。
【００３５】
制御装置１０６にヒステリシスを追加し、周波数が閾値を中心として揺れる時、出力信号のフリッカを除去しても良い。図８は、前記回路が着座信号を出力するためには、ＲＣ発振器の動作周波数がωｔｈｒｅｓｈｏｌｄｏｃｃｕｐｉｅｄを横切らねばならないことを示す。図８に示すωｔｈｒｅｓｈｏｌｄｏｃｃｕｐｉｅｄは、空席信号を出力する前に横切る必要のある周波数である。これら２つの閾値は、制御装置１０６において調整可能である。ヒステリシスは、本発明の第１実施例に適用しても良い。この場合、第２実施例においてωｔｈｒｅｓｈｏｌｄを調整するように、第１実施例においてＶｔｈｒｅｓｈｏｌｄを調整する。第１実施例にヒステリシスを提供すると、図８における発振周波数を出力電圧に置き換えたような出力が得られるはずである。
【００３６】
図９は、電極３４による静電容量測定において、湿気の干渉を避けるための１技術を示す。この技術は、図８までのいずれの実施例にも適用可能である。可撓スペーサ１１０は、好ましくは座席に使用するような発泡材料からなり、電極３４上に配置する。電極３４は、ＥＰＤＭゴム等のシール１１２によって防水シールする。第２スペーサ１１４（やはり発泡材料）と第２シール１１６（やはりＥＰＤＭゴム）は、電極３４の下に配置する。スペーサ１１０および１１４は、全ての側において電極３４よりも、好ましくは約０．５インチ大きいことが好ましい。シール１１２および１１６は、各々スペーサ１１０および１１４に面する側に、接着剤を塗布しても良い。シール１１２および１１６は、スペーサ１１０および１１４よりも全ての側において、好ましくは約１インチ大きいことが好ましい。これにより、シール１１２，１１６は、スペーサ１１０，１１４に接着すると共に、重なり合う縁部において互いに接着する。ワイヤ（図示せず）が電極３４から出る箇所もシールする。接着剤は、電極３４とスペーサ１１０，１１４との間にも使用できる。下シール１１６は、バルーニング防止用の空気逃げ穴１１８を任意に含むことができる。
【００３７】
図９の配置は、座席上の水の影響を和らげる。これは、着座者が電極アッセンブリに力を加えねばならないためである。上シール１１２に十分な力が加わると、スペーサ１１０が変形し、着座者の体は電極３４に近付く。これにより、静電容量が変化し、当該システムは着座者の検出を示す。
【００３８】
座席に水だけが加えられた場合、スペーサ１１０を変形させるほどの力は加わらず、スペーサ１１０は水が電極３４に接近するのを妨げる。これにより、システムが誤って着座者を検出するのを防止する。図９の配置は、座席の既存発泡材料内に電極３４を配置することによって実施可能である。この場合、スペーサ１１０，１１４は、座席内の既存発泡材料で構わない。
【００３９】
あるいは、着座検出装置に水分検出器を組み合わせ、座席が濡れていることをシステムに通知しても良い。システムは、多量の水分を検出したら、座席が濡れていること、現在の着座検出の信頼性が低いこと、または着座検出を停止したことを示す信号を出力できる。
【００４０】
また、本発明は、車両での使用に関して説明してきたが、「背景技術」において説明したようなあらゆる着座関係に有用である。さらに本発明は、非着座関係に適用して人の存在を決定することもできる。以上記載した実施例は、説明を目的としており、「特許請求の範囲」において請求した本発明の範囲を制限することは意図していない。特許請求の範囲は、特に定義しない限り、通常の意味を持つことを意図している。各方法段階に関する英数字識別符号は、従属請求項における参照を容易にするために提供しており、特に指示しない限り、各方法段階の特定実行順序を指図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明の利点は、添付図面と関連して詳細説明を参照することにより、容易に理解されるであろう。
【図１】車両に適用した本発明に基づく着座検出システムを示す図である。
【図２】基本的な検出回路を示すブロック図である。
【図２ａ】コンデンサの基本モデルを示す図である。
【図２ｂ】空席時における静電容量源を示す図である。
【図２ｃ】着座時における静電容量源を示す図である。
【図３】空席時、着座時、電極遮断または故障時における交直変換前後の差動増幅器出力を示す図である。
【図４】空席時、着座時、電極遮断または故障時における、交直変換器の出力電圧と電極で検出する静電容量とを示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例に基づく検出回路を示すブロック図である。
【図６ａ．６ｂ】本発明の第３実施例に基づくチャイルドシート検出を有する着座検出装置を示す図であり、図６ａは電極の上面および側面を示し、図６ｂは基本的な検出回路のブロック図である。
【図６Ｃ】本発明の第３実施例に基づく、電極上のチャイルドシートを示す図である。
【図７】別の検出回路を示す図である。
【図８】図７の検出回路からの静電容量の関数としての出力周波数を示すグラフである。
【図９】湿気による誤検出から先に示した電極を保護する一方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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