(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力の大きさと方向が検出可能な小型の圧力検出装置を実現する。【解決手段】一端が固定されるとともに他端が対面するように配置された一対の上部基材１２ＵＵのそれぞれの他端近傍と上部基材１２ＵＵの下部に設けられた下部基材１２ＵＤとの間に、圧力を受けた際に電気的特性が変化する感圧素材１１ＵＬ、１１ＵＲが基材１２ＵＵと交差するとともに互いに平行となるように一対配置された圧力検出部１０と、圧力検出部１０に圧力が加わった場合に感圧素材１１ＵＬ、１１ＵＲの電気的特性の変化を所定の信号に変換して出力する信号変換部２０と、信号変換部２０が出力する信号に基づいて圧力の大きさと方向を算出する。【選択図】図２
2007333561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が固定されるとともに他端が対面するように配置された一対の基材のそれぞれの前記他端近傍と該基材の下部に設けられた下部基材との間に、圧力を受けた際に電気的特性が変化する感圧素材が前記基材と交差するとともに互いに平行となるように一対配置された圧力検出部と、
前記圧力検出部に圧力が加わった場合に前記感圧素材の電気的特性の変化を所定の信号に変換して出力する信号変換部と、
該信号変換部が出力する前記信号に基づいて前記圧力の大きさと方向を算出する圧力算出部とを備えることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記圧力検出部を互いに交差するように上下に配置し、下部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該下部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力と垂直な分力の大きさを算出するとともに、上部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該上部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力の大きさを算出することを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記圧力算出部は、前記感圧素材が受ける圧力の大きさと電気的特性変化の関係をあらかじめ計測した計測結果を記憶し、該計測結果に基づいて前記感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記圧力算出部は、前記一対の感圧素材が受ける圧力の方向と電気的特性変化の関係をあらかじめ計測した計測結果を記憶し、該計測結果に基づいて前記一対の感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさおよび方向を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記感圧素材が導電性ポリマーであり、前記電気的特性が抵抗値であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力検出装置。
【請求項６】
一端が固定されるとともに他端が対面するように配置された一対の基材のそれぞれの前記他端近傍と該基材の下部に設けられた下部基材との間に、圧力を受けた際に電気的特性が変化する感圧素材を前記基材と交差するとともに互いに平行となるように一対配置し、
前記感圧素材に圧力が加わった場合に該感圧素材の電気的特性の変化を計測し、該計測結果に基づいて前記圧力の大きさと方向を算出することを特徴とする圧力検出方法。
【請求項７】
前記圧力検出部を互いに交差するように上下に配置し、下部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該下部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力と垂直な分力の大きさを算出するとともに、上部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該上部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力の大きさを算出することを特徴とする請求項６に記載の圧力検出方法。
【請求項８】
前記感圧素材が受ける圧力の大きさと電気的特性変化の関係をあらかじめ計測し、該計測結果に基づいて前記感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさを算出することを特徴とする請求項６または７に記載の圧力検出方法。
【請求項９】
前記一対の感圧素材が受ける圧力の方向と電気的特性変化の関係をあらかじめ計測して記憶し、該計測結果に基づいて前記一対の感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさおよび方向を算出することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の圧力検出方法。
【請求項１０】
前記感圧素材が導電性ポリマーであり、前記電気的特性が抵抗値であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の圧力検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力検出装置および圧力検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用エアバッグの展開制御や、車両の乗り心地評価を行うために、車両のシートの座面に加わる圧力の大きさと方向を検出して、車両のシートにおける乗員の着座姿勢や着座時の身体の動きを検出する圧力検出装置や圧力検出方法が提案されている。
【０００３】
このような圧力検出装置として、透明な弾性体の中に複数のマーカーを設け、透明な弾性体に圧力が加わって弾性体が変形した際に生じるマーカーの動きを撮像手段で撮像し、マーカーの動きに基づいて圧力の大きさと方向を検出する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特願２００２−５２３５６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような圧力検出装置においては、撮像手段によりマーカーの動きを撮像するという手法を用いているため、撮像手段とマーカーとの間に一定の距離を設ける必要があり、圧力検出装置自体を小型にすることができない、という問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、一端が固定されるとともに他端が対面するように配置された一対の基材のそれぞれの前記他端近傍と該基材の下部に設けられた下部基材との間に、圧力を受けた際に電気的特性が変化する感圧素材が前記基材と交差するとともに互いに平行となるように一対配置された圧力検出部と、前記圧力検出部に圧力が加わった場合に前記感圧素材の電気的特性の変化を所定の信号に変換して出力する信号変換部と、該信号変換部が出力する前記信号に基づいて前記圧力の大きさと方向を算出する圧力算出部とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧力の大きさと方向が検出可能な小型の圧力検出装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１に本実施形態における圧力検出装置１の構成を示す。
【０００９】
圧力検出装置１は、圧力検出部１０、信号変換部２０、圧力算出部３０を備えている。
【００１０】
圧力検出部１０では、圧力検出部１０に加わった圧力を電気信号に変換し、信号変換部２０に出力する。
【００１１】
信号変換部２０では、圧力検出部１０から受け取った電気信号を圧力算出部３０で扱うデジタル信号に変換し、圧力算出部３０に出力する。
【００１２】
圧力算出部３０では、信号変換部２０から受け取ったデジタル信号を用いて圧力の大きさおよび方向を算出する。
【００１３】
図２に圧力検出部１０の斜視図および説明で用いる座標系を、図３にその分解図を示す。
【００１４】
圧力検出部１０は、圧力による変形により導電率が変化する感圧繊維１１と、伸縮率が所定値以下で伸縮が少ない基材１２とで構成されており、基材１２に、上部に空隙１３を有し、基材１２と交差する方向の基材１２両側面に開口部を有する空洞１４を設け、その空洞１４に感圧繊維１１を２本略平行に配置した構造のものを、上下に交差させて配置した構造となっている。基材１２は感圧繊維１１の上側に位置する上部基材と、下側に位置する下部基材とを合わせた構造となっている。ここで、識別のために、上側に位置する基材１２を１２Ｕ、下側に位置する基材１２を１２Ｄとする。また基材１２Ｕの上部機材を１２ＵＵ、下部基材を１２ＵＤ、基材１２Ｄの上部基材を１２ＤＵ、下部基材を１２ＤＤとする。また、基材１２Ｕに配置された２本の感圧繊維１１のうち、図２、図３において左側に位置する感圧繊維１１を感圧繊維１１ＵＬ、右側に位置する感圧繊維１１を感圧繊維１１ＵＲと表記し、基材１２Ｄに配置された２本の感圧繊維１１のうち、図２、図３において左側に位置する感圧繊維１１を感圧繊維１１ＤＬ、右側に位置する感圧繊維１１を感圧繊維１１ＤＲとする。さらに、基材１２Ｕに設けられた空隙１３および空洞１４をそれぞれ空隙１３Ｕおよび１４Ｕとし、基材１２Ｄに設けられた空隙１３および空洞１４をそれぞれ空隙１３Ｄおよび１４Ｄとする。
【００１５】
基材１２は、その外側の両端が基材１２の周囲に位置する他の部材に固定され、基材１２の伸張方向に張力が働いている状態にある。
【００１６】
感圧繊維１１は、導電性高分子からなる繊維で、その導電率は0.5〜500S/cmであり、少なくともポリピロール、およびまたはポリアニリン、およびまたはPEDOT/PSS、およびまたはPPVのいずれかを含んでいる。
【００１７】
ここで、感圧繊維１１は、非導電性樹脂によるコーティングがされており、感圧繊維１１同士が接触しても電気的な特性は変化しない。コーティングには、ナイロン６，ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリルなどの材料があり、これらの材料の混合割合を変化させることでコーティングの硬さの調節も可能である。
【００１８】
感圧繊維１１の出力用の導線１５は、導電接着剤で各感圧繊維１１の末端に接続されており、一端は共通線としてグランドに接続され（図１の１５ＧＮＤ）、他端からの４本（図１の１５ＵＬ、１５ＵＲ、１５ＤＬ、１５ＤＲ）は信号変換部２０に接続されている。
【００１９】
信号変換部２０では、感圧繊維１１の抵抗値を求めてデジタル信号（数値）に変換する。図５に信号変換部２０のブロック図を示す。信号変換部２０は、スイッチ２１、基準抵抗２２、バッファ２３、Ａ／Ｄ変換部２４を備えている。圧力算出部３０から出力される感圧繊維選択信号によりスイッチ２１で感圧繊維１１のうちの1本が選択され、選択された感圧繊維１１の抵抗値と基準抵抗２２の抵抗値との比に基づいて電圧が分圧されてバッファ２３から出力され、その電圧がＡ／Ｄ変換部２４によりデジタル信号へ変換されて圧力算出部３０へ出力される。
【００２０】
圧力算出部３０は、ＣＰＵ、記憶部、入出力部（いずれも図示省略）から構成されており、選択された感圧繊維１１ごとに信号変換部２０でデジタル信号に変換された電圧が記憶部の記憶領域に記憶され、記憶された感圧繊維１１の電圧の値を用いて、以下に説明する原理に基づいて圧力の大きさと方向が算出される。
【００２１】
ここで、説明を簡単にするために、図６に示すように、基材１２Ｕおよび１２Ｄがぞれぞれｘ軸、ｙ軸方向に位置するものとし、感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲは基材１２Ｕに直角に配置され、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲは基材１２Ｄに直角に配置されているものとする。また、図７に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の成分をそれぞれFx、Fy、Fzとする圧力Fが圧力検出部１０に加わっているとする。
【００２２】
このとき、感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲには、圧力Ｆの各軸の成分Fx、Fy、Fzが加わる。ここで、基材１２Ｕはその外側の両端を他の部材に固定されており、図６に示すように、ｘ軸方向には張力ｆｔｘが作用する。したがって、圧力Ｆが図７に示す方向に加わった場合、感圧繊維１１ＵＬに作用する力は、ｘ軸方向はＦｘ−ｆｔｘ、ｙ軸方向はＦｙ、ｚ軸方向はＦｚとなる。また、感圧繊維１１ＵＲに作用する力は、ｘ軸方向はＦｘ、ｙ軸方向はＦｙ、ｚ軸方向はＦｚとなる。
【００２３】
また、基材１２Ｄはその外側の両端を他の部材に固定されており、図６に示すように、ｙ軸方向には張力ｆｔｙが作用する。したがって、圧力Ｆが図７に示す方向に加わった場合、感圧繊維１１ＤＬでは、圧力Ｆのｘ軸方向の成分Ｆｘが基材１２Ｕの張力ｆｔｘを受けて釣合っているので、Ｆｘは無視することができ、ｙ軸方向にＦｙ−ｆｔｙ、ｚ軸方向にＦｚの力を受ける。また、感圧繊維１１ＤＲでは、圧力Ｆのｘ軸方向の成分Ｆｘが基材１２Ｕの張力ｆｔｘを受けて釣合っているので、Ｆｘは無視することができ、ｙ軸方向にＦｙ、ｚ軸方向にＦｚの力を受ける。
【００２４】
ここで、図７に示すように、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲが受けるＦｙとＦｚの合力Ｆ２が感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲと成す角度をα２とすると、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲが受ける力は図８のような変化を示す。
【００２５】
すなわち、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲはともに0＜α2＜180°の範囲で力を受けるが、感圧繊維１１ＤＲが受ける力の大きさは０＜α２≦９０°では|Ｆ２|となり、９０°＜α２＜１８０°では基材１２Ｄの張力ｆｔｙとＦｙが釣合ってｙ軸方向の力を受けなくなるので、Ｆｚ成分のみとなり、|Ｆｚ|=|Ｆ２|×ｓｉｎ（α２）となる。
【００２６】
一方、感圧繊維１１ＤＬが受ける力は、基材１２Ｄにおいて張力ｆｔｙが働く方向が感圧繊維１１ＤＬとは反対方向のため、０°＜α２≦９０°ではＦｙが基材１２Ｄの張力ｆｔｙと釣合って受ける力は|Ｆｚ|=|Ｆ２|×ｓｉｎ（α２）となり、９０°＜α２＜１８０°では基材１２Ｄの張力ｆｔｙが働かなくなり、受ける力の大きさは|F2|となる。
【００２７】
したがって、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲがそれぞれ受ける力と力の方向の関係をグラフに表すと図８のようになり、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲがそれぞれ受ける力の比は受ける力の方向（角度）と一意に対応する。
【００２８】
また、感圧繊維１１の抵抗値は、感圧繊維に１１に加わる力の大きさに対して一意に決まるので、感圧繊維１１ＤＬと１１ＤＲの抵抗値ＲＤＬとＲＤＲの比を求めれば、図８に示すグラフによりＦ２の角度α２を求めることができる。
【００２９】
一方、感圧繊維１１ＵＲでは、Ｆ１の角度α1が０°＜α１≦９０°ではｘ軸方向の張力ｆｔｘが働かないので、受ける力はＦとなるが、９０°＜α１＜１８０°ではｘ軸方向の張力ｆｔｘが働きＦｘ成分が釣合ってｘ軸方向の力を受けなくなるため、受ける力はＦ２となる。一方、感圧繊維１１ＵＬが受ける力は、感圧繊維１１ＵＲと反対の張力が働くことから、F１の角度α１が０°＜α１≦９０°で受ける力はＦ２であり、９０°＜α１＜１８０°ではＦとなる。
【００３０】
したがって、感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲがそれぞれ受ける力と力の方向の関係をグラフに表すと図９のようになり、受ける力の大きさ、すなわち感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲの抵抗値の大きさを比較することでα１が９０°以下か否かが判定でき、抵抗値の大きさからＦの大きさを求めることができる。
【００３１】
Ｆｘの大きさは、Ｆ２の大きさが感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲにより求められ、Ｆの大きさが感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲにより求められるため、
|Ｆｘ|＝√(|Ｆ|^2 - |Ｆ２|^2)                                （数式１）
で求めることができる。
【００３２】
以上により、圧力Ｆとその各座標軸方向成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが算出され、圧力Ｆの方向は、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚによりベクトルとして算出される。圧力算出部３０により行われる圧力の大きさと方向の算出のデータフローを図１０に示す。
【００３３】
まず、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲの抵抗値ＲＤＬ 、ＲＤＲに基づいて、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲに加わる力の大きさ|Ｆ２Ｌ|、|Ｆ２Ｒ|を算出する。このため、予め一本の感圧繊維に加わる力を変化させたときの抵抗値を測定しておき、力と抵抗値の関係をテーブル１（図１１）として記憶しておき、テーブル１を参照することで検出された抵抗値ＲＤＬ 、ＲＤＲから力の大きさ|Ｆ２Ｌ|、|Ｆ２Ｒ|を求める。なお、感圧繊維の圧縮量には限界があり、一定の力Fmax以上では抵抗値は変化しなくなるため、Fmax以上の力は計測できない。このとき繊維の抵抗値は最小値Rminとなる。
【００３４】
次に、力の大きさ|Ｆ２Ｌ|、|Ｆ２Ｒ|の比|Ｆ２Ｌ|／|Ｆ２Ｒ|を求め、この比の値から力Ｆ２の角度α２を求める。このため、予め２本の感圧繊維に加わる力の角度を変化させたときに、それぞれの感圧繊維が検出する力の大きさの比の変化を測定しておき、角度と抵抗比の関係をテーブル２（図１２）として記憶しき、テーブル２を参照することで角度α２を求める。力の大きさ|Ｆ２|は|Ｆ２Ｌ|、|Ｆ２Ｒ|の大きさを比較して、大きい方の値を選択して求める（図８参照）。また、次式から圧力Ｆのｙ軸およびｚ軸方向の成分Ｆｙ、Ｆｚを求める。
【００３５】
Ｆｙ＝|Ｆ２|×ｃｏｓ（α２）                                  （数式２）
Ｆｚ＝|Ｆ２|×ｓｉｎ（α２）                                  （数式３）
なお、テーブル２では、角度０°および１８０°では感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲは力を受けないので定義されない。また、図８に示すように、角度９０°で感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲが受ける力は同じになるので、その比は１となる。
【００３６】
Ｆｘの算出には、まず感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲの抵抗値ＲＵＬ 、ＲＵＲの大きさの比較を行い、抵抗値が小さい方の値から、圧力の大きさと抵抗値の関係を示すテーブル１を参照して、圧力Ｆの大きさ|Ｆ|を求める。次にこの|Ｆ|と（数式１）を用いて、|Ｆｘ|を算出することができる。
【００３７】
Ｆｘの符号は、ＲＵＬ＞ＲＵＲであれば正、そうでなければ負とする。このようにして求めた大きさ|Ｆｘ|および符号からＦｘを一つの数値として出力する。
【００３８】
以上の処理により、圧力検出部に加わった圧力Ｆとその各座標軸方向成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが算出される。圧力Ｆの方向は、Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚによりベクトルとして算出することができる。
【００３９】
本圧力検出装置１を車両のシート１００のシート座面１１０に適用した場合の構成図を図１３に示す。ここでは、シート表面の縦横繊維を本実施形態の基材１２と見なし、縦横繊維の交差部を基材１２の交差部分として感圧繊維１１を斜めに配置する。感圧繊維１１は、図１４に示すように圧力検出位置部分以外は束ねてコーティングを行い、圧力感度を０にすることで、特定の圧力検出位置における圧力検出が可能となっている。１箇所の圧力検出位置における４本の感圧繊維１１と、信号変換部２０との接続は、１箇所の圧力検出位置ごとに前述した４入力のスイッチ２１が接続され、圧力検出位置を変更するときは、４入力のスイッチ２１後段に設けた圧力検出位置選択スイッチ２５により圧力検出位置を選択する（図１５参照）。この圧力検出位置選択スイッチ２５は、圧力算出部からの圧力検出位置選択信号により選択動作を行う。
【００４０】
本適用例での処理フローを図１６に示す。本処理では一定周期毎に圧力検出位置に加わる圧力の３軸方向の成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを求めて出力する。
【００４１】
なお、この処理はイグニッションキーなどの電源投入により開始する。
【００４２】
ステップＳ１０では、圧力を検出する位置を示す圧力検出位置番号の初期化を行い、圧力検出位置番号＝１とする。圧力検出位置にはあらかじめ番号が割り当てられており、この番号により圧力選択位置の選択が行われる。この後に、フローはステップＳ２０へ移行する。
【００４３】
ステップＳ２０では、信号変換部２０のスイッチ２１で、選択された圧力検出位置に配置された４本の感圧繊維と順次接続し、Ａ／Ｄ変換部２４から出力される４つの抵抗値ＲＵＬ、ＲＵＲ、ＲＤＬ、ＲＤＲをそれぞれ記憶する。この後に、フローはステップＳ３０へ移行する。
【００４４】
ステップＳ３０では、感圧繊維１１ＤＬ、１１ＤＲの抵抗値ＲＤＬ、ＲＤＲと、抵抗値と力の大きさの関係を示すテーブル１（図１１）を用いて圧力|Ｆ２Ｌ|、|Ｆ２Ｒ|を算出し記憶する。この後に、フローはステップＳ４０へ移行する。
【００４５】
ステップＳ４０では、|Ｆ２Ｌ|／|Ｆ２Ｒ|を算出する。この後に、フローはステップＳ５０へ移行する。
【００４６】
ステップＳ５０では、力の大きさ比と力の角度の関係を示すテーブル２（図１２）を参照して、圧力Ｆのｙｚ平面での成分Ｆ２とｚ軸とがなす角度α２を求める。この後に、フローはステップＳ６０へ移行する。
【００４７】
ステップＳ６０では、圧力|Ｆ２Ｌ|、|Ｆ２Ｒ|のうち大きい方を圧力Ｆ２の大きさとする。この後に、フローはステップＳ７０へ移行する。
【００４８】
ステップＳ７０では、圧力Ｆのｙ軸方向とｚ軸方向の成分Ｆｙ、Ｆｚを前述した（数式２）、（数式３）により算出する。この後に、フローはステップＳ８０へ移行する。
【００４９】
ステップＳ８０では、感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲの抵抗値ＲＵＬ、ＲＵＲのうち小さい方の値とテーブル１を用いて圧力Ｆの大きさ|Ｆ|を求める。この後に、フローはステップＳ９０へ移行する。
【００５０】
ステップＳ９０では、圧力Ｆのｘ軸方向の成分Ｆｘの大きさ|Ｆｘ|を前述した（数式１）により算出する。この後に、フローはステップＳ１００へ移行する。
【００５１】
ステップＳ１００では、感圧繊維１１ＵＬ、１１ＵＲの抵抗値ＲＵＬ、ＲＵＲの大きさの比較により圧力Ｆｘの方向を符号で表し、圧力Ｆｘの大きさとあわせて圧力Ｆｘを決定する。この後に、フローはステップＳ１１０へ移行する。
【００５２】
ステップＳ１１０では、圧力検出位置番号と、算出した圧力成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを出力する。この後に、フローはステップＳ１２０へ移行する。
【００５３】
ステップＳ１２０では、全ての圧力検出位置における圧力検出が終了したか否かの判定を行い、終了していない場合は、フローはステップＳ１３０へ進む。一方、全ての圧力検出位置における圧力検出が終了している場合は、フローはステップＳ１４０へ進む。
【００５４】
ステップＳ１３０では、圧力検出位置番号を＋１して圧力検出位置を変更する。この後に、フローはステップＳ２０へ移行し、まだ算出していない圧力検出位置に加わる圧力の各座標軸方向の成分を算出する。
【００５５】
ステップＳ１４０では、所定時間が経過するまで処理を停止し、所定時間が経過したらフローはステップＳ１０に移行して処理を繰り返す。
【００５６】
以上の処理により、圧力Ｆとその各座標軸方向成分Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚを求めることができる。これにより、シート座面１１０上の複数の圧力検出位置で圧力の大きさと方向が検出できるので、以下のような用途に適用が可能となる。
【００５７】
エアーバック展開制御においては、乗員の姿勢により展開力を制御することが望ましい。本実施形態を適用することで、シート座面１１０における圧力の大きさと方向を検出することが可能となり、乗員の姿勢を推定することができる。すなわち、座面前方からの圧力が検出されれば上体を前に倒していると推定が可能であり、また、座面後方からの圧力が検出されれば背もたれに寄りかかっていると推定することができる。この推定に基づいて、エアーバック展開時における展開力の制御が可能となる。
【００５８】
走行時のシートベルト拘束力制御においては、通常はシートベルトの拘束力を小さくして乗員を動きやすくしておく。シート座面１１０での圧力の大きさと方向の変化を観測して、車速減速時に前方からの圧力がシート座面に加わり上体が前方に移動していると推定される場合や、カーブで側方からの圧力がシート座面に加わり上体が横方向に移動していると推定される場合に、シートベルトの拘束力を強め、乗員の姿勢変化が少なくなるようにする。
【００５９】
以上説明した本発明の実施形態の圧力検出装置によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００６０】
請求項１の発明は、一端が固定されるとともに他端が対面するように配置された一対の基材のそれぞれの前記他端近傍と該基材の下部に設けられた下部基材との間に、圧力を受けた際に電気的特性が変化する感圧素材が前記基材と交差するとともに互いに平行となるように一対配置された圧力検出部と、前記圧力検出部に圧力が加わった場合に前記感圧素材の電気的特性の変化を所定の信号に変換して出力する信号変換部と、該信号変換部が出力する前記信号に基づいて前記圧力の大きさと方向を算出する圧力算出部とを備えることを特徴としている。
【００６１】
この装置によれば、圧力検出部が感圧繊維と基材のみで構成されているため、圧力の大きさと方向が検出可能な小型の圧力検出装置を実現することができる。
【００６２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の圧力検出装置において、前記圧力検出部を互いに交差するように上下に配置し、下部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該下部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力と垂直な分力の大きさを算出するとともに、上部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該上部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力の大きさを算出することを特徴としている。
【００６３】
この装置によれば、圧力検出部が感圧繊維と基材のみで構成されているため、圧力の大きさと方向が検出可能な小型の圧力検出装置を実現することができる。
【００６４】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の圧力検出装置において、前記圧力算出部は、前記感圧素材が受ける圧力の大きさと電気的特性変化の関係をあらかじめ計測した計測結果を記憶し、該計測結果に基づいて前記感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさを算出することを特徴としている。
【００６５】
この装置によれば、圧力の大きさを精度高く算出することができる。
【００６６】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧力検出装置において、前記圧力算出部は、前記一対の感圧素材が受ける圧力の方向と電気的特性変化の関係をあらかじめ計測した計測結果を記憶し、該計測結果に基づいて前記一対の感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさおよび方向を算出することを特徴としている。
【００６７】
この装置によれば、圧力の大きさおよび方向を精度高く算出することができる。
【００６８】
また、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力検出装置において、前記感圧素材が導電性ポリマーであり、前記電気的特性が抵抗値であることを特徴としている。
【００６９】
この装置によれば、柔軟な面にかかる圧力を検出することができる。
【００７０】
また、以上説明した本発明の実施形態の圧力検出方法によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００７１】
請求項６の発明は、一端が固定されるとともに他端が対面するように配置された一対の基材のそれぞれの前記他端近傍と該基材の下部に設けられた下部基材との間に、圧力を受けた際に電気的特性が変化する感圧素材を前記基材と交差するとともに互いに平行となるように一対配置し、前記感圧素材に圧力が加わった場合に該感圧素材の電気的特性の変化を計測し、該計測結果に基づいて前記圧力の大きさと方向を算出することを特徴としている。
【００７２】
この方法によれば、圧力検出部が感圧繊維と基材のみで構成されているため、圧力の大きさと方向を複雑な装置を用いることなく簡単に検出することができる。
【００７３】
また、請求項７の発明は、請求項６に記載の圧力検出方法において、前記圧力検出部を互いに交差するように上下に配置し、下部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該下部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力と垂直な分力の大きさを算出するとともに、上部に位置する前記圧力検出部の電気的特性変化に基づいて前記圧力のうち該上部に位置する前記圧力検出部の前記基材に平行な分力の大きさを算出することを特徴としている。
【００７４】
この方法によれば、圧力検出部が感圧繊維と基材のみで構成されているため、圧力の大きさと方向を複雑な装置を用いることなく簡単に検出することができる。
【００７５】
また、請求項８の発明は、請求項６または７に記載の圧力検出方法において、前記感圧素材が受ける圧力の大きさと電気的特性変化の関係をあらかじめ計測し、該計測結果に基づいて前記感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさを算出することを特徴としている。
【００７６】
この方法によれば、圧力の大きさを精度高く算出することができる。
【００７７】
また、請求項９の発明は、請求項６〜８のいずれか１項に記載の圧力検出方法において、前記一対の感圧素材が受ける圧力の方向と電気的特性変化の関係をあらかじめ計測して記憶し、該計測結果に基づいて前記一対の感圧素材が圧力を受けたときの該圧力の大きさおよび方向を算出することを特徴としている。
【００７８】
この方法によれば、圧力の大きさおよび方向を精度高く算出することができる。
【００７９】
さらに、請求項１０の発明は、請求項６〜９のいずれか１項に記載の圧力検出方法において、前記感圧素材が導電性ポリマーであり、前記電気的特性が抵抗値であることを特徴としている。
【００８０】
この方法によれば、柔軟な面にかかる圧力を検出することができる。
【００８１】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、実施例は本発明の例示にしか過ぎず、本発明は実施例の構成にのみ限定されるものではない。したがって本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることはもちろんである。
【００８２】
例えば、感圧素材１１と基材１２の位置関係は前述したものに限定されるものではなく、感圧素材１１は基材１２に交差するように配置されていれば良い。
【００８３】
また、基材１２の空隙１３、空洞１４の大きさおよび形状は前述したものに限定されるものではない。
【００８４】
さらに、上部基材１２ＵＵと下部基材１２ＵＤ、および上部基材１２ＤＵと下部基材１２ＤＤはそれぞれ一体となっていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本装置の実施形態の構成図である。
【図２】圧力検出部の斜視図である。
【図３】圧力検出部の分解図である。
【図４】圧力検出部の構成を説明するための上面図と断面図である。
【図５】信号変換部のブロック図である。
【図６】感圧繊維に加わる力の説明図である。
【図７】圧力とその座標軸方向の成分の関係の説明図である。
【図８】下部の感圧繊維が受ける力の大きさとその方向の関係を示す図である。
【図９】上部の感圧繊維が受ける力の大きさとその方向の関係を示す図である。
【図１０】圧力算出部における圧力の大きさと方向の算出処理のデータフロー図である。
【図１１】１本の感圧繊維に加わる力の大きさ−抵抗値特性を示す図である。
【図１２】２本の感圧繊維に加わる力の角度−力の大きさ比を示す図である。
【図１３】シート座面上の複数の圧力検出位置で圧力の大きさと方向を検出する際の構成の説明図である。
【図１４】図１３における感圧繊維の構成の説明図である。
【図１５】信号変換部において、複数の圧力検出位置から圧力検出位置を選択するブロック図である。
【図１６】シート座面上の複数の圧力検出位置で圧力の大きさと方向を検出する際の処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１  圧力検出装置
１０  圧力検出部
１１、１１ＵＬ、１１ＵＲ、１１ＤＬ、１１ＤＲ  感圧繊維
１２、１２Ｕ、１２Ｄ  基材
１２ＵＵ、１２ＤＵ  上部基材
１２ＵＤ、１２ＤＤ  下部基材
１３、１３Ｕ、１３Ｄ  空隙
１４、１４Ｕ、１４Ｄ  空洞
２０  信号変換部
２１  スイッチ
２２  基準抵抗
２３  バッファ
２４  Ａ／Ｄ変換部
２５  圧力検出位置選択スイッチ
３０  圧力算出部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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