(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車内のシートポジションに対応してエアバッグシステムを非作動とする方法であって、該エアバッグシステムはエアバッグドアを含んでおり、本方法は、
a)シートポジションの中間点の前方に１つの静電カップリングセンサーを提供し、該中間点の後方に１つの静電カップリングセンサーを提供するステップと、
b)静電カップリング乗員センサーを使用してシートポジションでの乗員の存在または不存在を検出するステップと、
c)シートポジションに乗員が存在しない場合、エアバッグシステムを非作動とするステップと、
d)シートポジションに乗員が存在する場合、エアバッグドアまでの乗員の接近度を検出するステップと、
e)所定の距離より乗員がエアバッグドアに接近している場合、エアバッグシステムを非作動とするステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２】
エアバッグドアへの乗員の接近度に従ってエアバッグの膨張力を調節するようにエアバッグ作動パラメータを調整するステップを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ａ）は２つの静電カップリングセンサーの提供を含んでおり、ステップ(b)はデータプロセッサに各静電カップリングセンサーの電圧出力値を提供するステップと、該電圧出力値を所定値と比較し、乗員ポジションを決定するステップとを含んでいることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
自動車内でシートポジションに応じてエアバッグシステムを非作動とする装置であって、エアバッグシステムはエアバッグドアを含んでおり、本装置は、
シートポジション上方のルーフ下に提供され、１つはシートポジションの中間点の前方に、別の１つはその後方に提供された静電カップリング乗員センサーと、
静電カップリング乗員センサーを使用してシートポジションでの乗員の存在または非存在を検出する手段と、
シートポジションに乗員が存在しない場合、エアバッグシステムを非作動とする手段と、
シートポジションに乗員が存在する場合、エアバッグドアまでの乗員の接近度を検出する手段と、
所定の距離より乗員がエアバッグドアに接近している場合、エアバッグシステムを非作動とする手段と、
を含んでいることを特徴とする装置。
【請求項５】
エアバッグドアまでの乗員の接近度に従ってエアバッグの膨張力を調節するエアバッグ作動パラメータを調整する手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
静電カップリング乗員センサーは２つの静電カップリングセンサーを含んでおり、乗員接近度を検出する手段は各静電カップリングセンサーの電圧出力値をデータプロセッサに提供し、該電圧出力値を所定値と比較し、乗員ポジションを決定することを特徴とする請求項４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本願は、フィリップ  Ｗ  キシルによって１９９４年９月２２日に出願された「自動車エアバッグシステム」と表題する米国特許願第０８／３１１５７６号と、同人によって１９９５年９月２８日に出願された「変調自動車運転手検出システム」と表題する米国特許願第０８／５３５５７６号の一部継続出願である。
発明の背景
発明の分野（技術分野）
本願発明は、車両（自動車）衝突時のエアバッグ作動のごとき目的での、自動車乗員モーションの特徴を検出（センサー）するためのシステムに関する。さらに特定すれば、本願発明は、車両衝突時の衝撃力によって発生する角加速度(angular acceleration)等の車体のモーション(motion)に関する情報ばかりでなく、その乗員自体の衝突時モーションの測定データによっても作用が影響を受けるエアバッグシステムであって、最適なエアバッグの作動によって乗員への危害リスクを最低にすることのみならず、エアバッグの作動が却って乗員に危害を及ぼすような状況までも判断してエアバッグシステムの作動を阻止させるエアバッグシステムに関する。
背景
自動車用エアバッグシステムは衝突時の乗客への危害を低減するための広く知られた手段である。このようなシステムは自動車衝突時に乗員の前方でエアバッグを瞬時に膨張させるように設計されており、ハンドル部（ハンドルシャフトを含む）やダッシュボード等への乗員の激突を防止させるものである。このようなシステムは一般的には車の衝突時の急激な減速を検知する加速度メータを利用している。エアバッグの急速な膨張は、エアバッグを充分に膨張させるだけの量のガスを急速に発生させる発火物質を電気的に着火させるか、あるいは、エアバッグシステムの一部としてのタンクあるいはチャンバー内に保存された圧縮ガスのバルブを電気的に開放させることで提供される。
自動車乗員を衝突の危害から守れるか否かを決定するエアバッグシステムの性能と効果は、事故時の車体の急減速を検出するだけの加速度計によってはエアバッグシステムに伝達されない乗員の初期ポジションと衝突後の乗員モーションとに大きく依存している。乗員頭部への損傷の有無が特に重要である理由により、乗員の頭部モーションは格別な重要性を有している。例えば、もし自動車の乗員が助手席の前方端に着座していたり、その頭部を前方に傾斜させていてエアバッグの膨張空間に侵入した状態である場合、エアバッグの膨張自体によってその乗員は重傷を負うことがある。従って、助手席の乗員ポジションを検出する能力を備え、衝突時に乗員が前方に出過ぎているような場合にはエアバッグの膨張を阻止する機能を有したエアバッグシステムが求められている。
しかしながら、たとえ助手席の乗員が衝突時に前方に片寄り過ぎていないような状態であっても、衝突事故での急激な減速時には乗員は頭部を先にして前方に急速に移動し、少なくとも前方衝突時にはエアバッグが完全に膨張するに先立ってエアバッグの膨張空間に侵入してエアバッグの怪我防止効果を損ね、エアバッグの急膨張により被る怪我を回避できないであろう。乗員の衝突時ポジションに加え、状況によって乗員の前方モーションの形態に大きく影響を及ぼすような様々な要因が存在する。乗員の車内での前方モーションの形態は、乗員がシートベルトをしていたか否かによって大きく左右される。さらに乗員の衝突時のモーションは、例えば身体の前方進行を食い止めようとして車床に両足を押しつけて踏ん張るような乗員の本能的な自己防衛的動作もその前方モーションの帰趨に大きく影響を及ぼすであろう。しかし、このような防衛的反応は乗員によって大きく異なり、乗員への衝撃を大きく低減させることもあろうが、衝突が不意であったり、乗員が酔っていたり居眠りしていたりした場合には全く機能しないこともある。また、衝撃の強度自体も乗員の加速モーションに大きな影響を及ぼす。よって、乗員の（特に頭部の）ポジションと時間との関係を検出することができ、エアバッグの膨張の是非を適切に決定することができる情報分析能力を有したエアバッグシステムが待望されている。本願の出願人が提出した情報開示書に記載した文献に開示されているような、乗員モーションの測定を提供するシステムは存在する。しかし、本願発明のように、乗員の頭上に設置するタイプのキャパシティカップリング近接度センサー(capacitive coupling proximity sensor)で成るアレイを採用して三角測量法(triangulation)によって乗員のポジションを連続的に測定でき、そのアレイの各センサーへの乗員の距離を示す信号と、時間の経過と共に変化するその距離の変動とを分析するマイクロプロセッサー手段を利用した乗員加速状況を判定することができるエアバッグシステムは存在していない。本願発明の頭上センサーは、ハンドル部に搭載された音響センサーを備えた従来式エアバッグシステムのごとき、乗員の前方に設置されたビーム発生センサーを利用するタイプのエアバッグシステムよりも優れた効果を提供する。このような従来式ビーム利用形態のものは、乗員の手や腕によってビームの進行が遮断される危険性を有している。
キャパシティカップリング近接度センサーで成るアレイをエアバッグシステムで使用すれば、ビーム発生センサーを利用するエアバッグシステムに勝る種々な利点が提供される。各キャパシティカップリングセンサーは、近接した人体の存在によって引き起こされるキャパシター内の静電容量（キャパシタンス）の変動を検出する。この機能は本質的には瞬間的（高速）作用であり、超音波ポジションセンサーの場合のように、（ゼロではない）ビーム移動時間を必要とせず、加えてブロックされ得るビームの伝達と検出をも要しない。さらに、キャパシティカップリング近接度センサーで成る頭上アレイと、信号を分析するマイクロプロセッサーとによって、それらセンサーへの乗員の距離に基づいた三角測定法により乗員ポジションとモーションとを本質的には瞬時で、しかも連続的に分析し、乗員の前後方向モーション、斜方向モーション、及び横方向モーションを正確で連続的に決定することができる。乗員の頭部はこれら頭上センサーに最も近い位置にあるため、この方法は乗員の頭部モーションに対して特に感度が高い。
本願発明は、衝突確認をしたり、エアバッグの膨張が望ましくはない車体の転覆あるいはロールオーバーの際のエアバッグの膨張を阻止させたりすることができる、車体の角加速度に対して高感度なエアバッグシステムをも提供する。この性能は３軸式ロールオーバーセンサーの使用によって提供され、その出力はマイクロプロセッサーによって分析される。
本願発明はさらに、助手席前方に着座した乗員の怪我防止にも対処することができるエアバッグシステムをも提供する。このシステムは、特に後ろ向きに設置された幼児用シートに座らされている幼児（頭部が前方に出ている）をエアバッグの膨張による頭部損傷等の怪我から保護する。以下で詳細に説明するように、このエアバッグの性能は、膨張したときに凹形状部を挟んで前後２体に分割されるエアバッグで提供される。この凹部は幼児シート内の幼児を収容し、乗員（幼児）との衝突による衝撃を効果的に緩和するような立体形状を提供しており、怪我のリスクを効果的に低減させる。
車用のエアバッグシステムのデザインは、クラッシュ時の乗員モーションの多様性に関連した諸問題を含めて衝突力学の知識が増加するにつれて進歩するものであるため、衝突力学の研究を目的として、衝突後の車体と乗員のモーション（特に頭部モーション）を正確に記録できるシステムが要望されている。この要望は本願発明の、車体と乗員のモーションとの関係を継時的に検出することができる、センサーに接続されたマイクロプロセッサーを利用した記録手段の提供によって充足される。
発明の概要（発明の開示）
本願発明は車内のルーフに搭載するエアバッグシステムであり、主要部材として、各センサーまでの乗員の距離を三角測定法で分析することで乗員、特に乗員頭部のポジションを連続的にセンサーすることができるキャパシティカップリングポジションセンサーで成るルーフ搭載用アレイと、車体の三次元配向性(orientation)を連続的にモニターできるロールオーバー用センサーと、それら乗員ポジションセンサーとロールオーバーセンサーの出力を分析して記録し、エアバッグ膨張用の信号を発生させるものであり、以下で説明するような標準的衝突パラメータ値のデータをそのメモリーに保存しているマイクロプロセッサーと、そのマイクロプロセッサーから着火信号を受領すると直ちにエアバッグを膨張させることができる発火性ガス発生手段と、前後２体に分割されたバッグ部を備えた（助手席）乗員用エアバッグ（本発明は助手席用として解説されているが、部材によってはドライバー用、カー側部用、後部座席用エアバッグシステムにも採用が可能である）とを含んでいる。これら２体のバッグ部は凹形状部によって前後に分離されており、前方バッグ部はフロントガラスの表面に沿って膨張し、後方バッグ部は前方バッグ部の後方で膨張する。これら２体のバッグ部のそれぞれの後方部は、後方に面した幼児用シート内の幼児等である助手席乗員によって適度に押圧変形され（幼児用シートは凹形状部内に収容される）、エアバッグの急膨張による乗員への怪我のリスクを低減させる。このような乗員ポジションセンサーは近接度センサーであり、隣接する人体の存在によって引き起こされる静電容量（キャパシタンス）値の変化を連続的にモニターする回路を備えたキャパシターである。この値は人体のセンサーまでの距離によって変動する。オシレータと信号処理回路の使用によって、好適実施例では適当なサンプル用周波数でキャパシティカップリング効果の変動をモニターし、センサーアレイに乗員の移動（モーション）を測定させる。使用されるマイクロプロセッサーは、衝突確認データベース表(table)との比較でセンサーデータが衝突の発生を示すものである場合に（比較を目的として、このデータベース表は‘くしゃみ’等による正常な乗員頭部モーション等を衝突と誤認させないように区別するデータをも含んでいる）エアバッグを膨張させるようにプログラムされている。しかし、このマイクロプロセッサーは、乗員ポジションセンサーアレイからの乗員ポジションと移動速度データが、データベース表中でのエアバッグの膨張時ポジションのデータを含む“着火停止”データベース値との比較で、乗員が膨張するエアバッグの膨張領域内に侵入していて膨張の障害となることを示す場合や、マイクロプロセッサーで処理されたロールオーバーセンサーからのデータが、データベース表中のロールオーバー値との比較でロールオーバーの発生を示す場合や、マイクロプロセッサーがロールオーバーセンサーからの角加速度値データを衝突のものではないと判断した場合や、横方向の衝突等によって発生する横方向の乗員モーションがエアバッグによっては制動されないような場合には発火あるいは着火信号を発生させないようにプログラムされている。
本願発明は、着座ポジションに対応してエアバッグシステムの作動を阻止させることができる方法と装置とである。このエアバッグシステムはエアバッグドア（吹出口）を含んでおり、着座ポジション上方の車内ルーフ部にキャパシティカップリングセンサーを提供しており、それらセンサーを利用してシート内の乗員の存在／不在を検出し、シートに乗員が不在である場合にはエアバッグを膨張させず、乗員が存在する場合にはエアバッグドアとの乗員の近接度を検出し、その距離が所定の距離よりも短い場合にはエアバッグを膨張させない。好適実施例によっては、この距離に応じてエアバッグの膨張力を調整するエアバッグ膨張力調整パラメータを含んでいる。２体のキャパシティカップリングセンサーを使用することも可能であり、人体の近接度の検出はこれらキャパシティカップリングセンサーの電圧出力値をデータプロセッサーに送り、その値を所定値と比較させて乗員ポジションを決定させることで得られる。好適には、一方のキャパシティカップリングセンサーを着座ポジションの頭上前方に配置し、他方を頭上後方に配置する。
本願発明は衝突時に乗員の前方で膨張させて作用させる自動車用のエアバッグシステムにも関する。この自動車とは少なくとも一名の乗員を乗せるものであり、車内にはルーフと乗員（ドライバー）用のシートが提供されている。このエアバッグシステムは、エアバッグと、ガスでエアバッグを膨張させるためにエアバッグに接続された膨張手段と、車内での乗員ポジションを連続的にモニターし、乗員ポジションを示す電気信号を発生させるためのルーフに隣接して設置された乗員センサー手段と、この乗員センサー手段からの電気出力を比較分析し、その分析結果が衝突を示し、エアバッグの膨張が乗員への怪我のリスクを増大ではなく減少させると判断した場合にエアバッグ膨張手段を起動させるアナログプロセッサー手段とを含んでいる。
本願発明はさらにキャパシティカップリングセンサーアレイにも関する。このアレイは第１幾何形状を有した第１センサーと、第２幾何形状を有した第２センサーとを含んでいる。これら第１センサーと第２センサーはそれらの等電位線が重なるように設置される。好適実施例においては、それら第１幾何形状と第２幾何形状とは、例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、三角形、あるいは５角以上の多角形である。このセンサーアレイは好適実施例によっては車内ルーフに近接して設置される。この第１センサーの長軸は第２センサーの長軸と直交する。この第１幾何形状は長方形であり、第２幾何形状は楕円形であり、第１センサーは第２センサーの後方に配置される。
本願発明はさらにキャパシティカップリングセンサーを含んだ自動車乗員センサーシステムにも関する。これらセンサーは受領電極(receive electrode)と駆動電極(drive electrode)とを含んでいる。受領電極は駆動電極内に、駆動電極と受領電極エッジとの間隙が非均等(non-homogenous)となるように配置され、非均等湾曲(non-uniform curvature)形状の等電位線を発生させる。好適実施例においては、これらセンサーはルーフに近接して設置される。
本願発明は、キャパシティカップリングセンサーを含んだ乗員センサーシステムにも関する。これらセンサーはフレキシブルなコネクターに接着され、電気的に接触するフレキシブルな回路ボードを含んでいる。好適にはこれらセンサーは車内ルーフの曲線部に搭載される。
さらに本願発明は少なくとも３体の電極を同心的に配置した動的可変キャパシティカップリングセンサー(dynamically variable capacitive coupling sensor)にも関する。これら電極は設置後に駆動電極、接地ギャップ(grounded gap)電極及び受領電極として利用され得る。好適には、このセンサーは車内ルーフ付近に設置され、自動車の乗員センサーシステムに利用される。
また、本願発明は乗員の頭部モーションの特徴を決定するためにルーフに設置されるキャパシティカップリングセンサーシステム、方法及び装置にも関する。これは、ルーフに３体以上のフリンジフィールド(fringe field)のキャパシティカップリングセンサーを設置し、これらセンサーのフリンジフィールドを利用して乗員頭部の各センサーへの近接度を決定し、それら近接度データから乗員頭部の略中央部と配向性(orientation)とを決定するものである。好適実施例においては、乗員頭部の直径を予め想定しておき、サブセットのセンサーを利用することで頭部ポジションの決定をして、頭部の直径を反復的に修正する。望むなら、頭部ポジションとサイズとから、およその身体データを得ることができる。
本願発明はさらに別目的のルーフ設置用キャパシティカップリング乗員センサーシステムをも提供する。これは、瞬時ではなく平均的な乗員ポジションを決定する回路を含んでいる。好適には、この回路は遅延回路(time delay circuit)（例：無安定マルチバイブレータ）を含んでいる。この遅延回路は、センサー対象の状態が所定の時間だけ存在しない限りその状態の報告を阻止する装置を含んでいる。
またさらに、本願発明は乗員の着座ポジションの特徴を決定分析する装置をも提供する。この装置は、ルーフ搭載用のキャパシティカップリングセンサーアレイと、そのアレイを利用して作用する回路とを含んでいる。本願発明によって提供される機能とは、例えば、乗員の頭部加速度を記録したり、乗員総数を外部機関に知らせたり、自動車のエアコンを制御したり、音響装置を制御したり、乗員数の移動状態を記録したり、サイドミラーを自動で調整したり、シートポジションを自動的に調整したり、シートのヘッドレストを自動調整したり、カーキーを差し込まないで所定時間以上に乗員が着座している場合にアラームを発生させたり、照準装置のポジションを自動的に調節させたりすることである。
本願発明の他の目的、利点及びその新規な特徴、並び、他の利用形態は図面を参考に付した以下の詳細な説明において部分的に記述されており、当業者であれば充分に理解するであろう。本願発明の全体的な目的と利点及びスコープは本明細書の「請求の範囲」に記載されている。
【図面の簡単な説明】
添付の図面は本願発明のいくつかの実施例を図示したものであり、本発明のポイントの理解を助けるために利用されるものである。これら図面は本願発明の説明のみを目的としており、本願発明の限定を目的としていない。
図１は本願発明のシステムの側面図であり、その一部を断面で表している。
図２はその平面図であり、キャパシティカップリング近接度センサーのアレイを示している。
図３は図１のシステムの部分拡大図であり、膨張以前の折畳状態のエアバッグを示している。
図４は部分的膨張状態のエアバッグの側面図である。
図５は完全膨張状態のエアバッグの側面図であり、後ろ向きの幼児用シートを図示している。
図６は完全膨張状態のエアバッグと乗員との状態を示す側面図である。
図７は検出要素と信号処理回路とを概略的に図示している。これらは好適実施例の近接度センサーの１つを提供する。
図８は乗員の頭上に提供された状態の近接度センサーの側面図である。
図９はオーバーラップした部分を有した“食パン”形等電位線と楕円形等電位線のアレンジを示す平面図である。
図１０は図９のアレンジの側面図である。
図１１は非均等キャパシティカップリングセンサー電極形状の平面図である。
図１２は図１１の側面図である。
図１３は集積型フレキシブルケーブルを備えたフレキシブル回路ボードの斜視図である。
図１４は図１３の側面図である。
図１５は３体のセンサーを利用する検出アレイを採用した頭部配向性及びサイズ検出装置のアレンジを図示している。
図１６は３体センサー型検出アレイと５体センサー型検出アレイを採用した頭部配向性及びサイズ検出装置のアレンジを図示している。
図１７は図１６のアレイの側面図である。
図１８は頭部配向性及びサイズ検出装置の３体検出器型アレイの使用状態を図示している。
図１９は頭部配向性及びサイズ検出装置の５体検出器型アレイの使用状態を図示している。
図２０は図１１と図１２のごとき非均等キャパシティカップリングセンサー電極の利用を補助するための、多様な電極間隔に対するセンサー反応を示すグラフである。
図２１は本願発明の可変（幾何形状）円形センサーの平面図である。
図２２は表１に関して後述するオーバーラップする等電位線を有した前方センサー及び後方センサーによって提供されるフィールドと電圧の関係を示す側面図である。
図２３は検出された頭部サイズから全身体データを決定するための参照図である。
好適実施例の説明
（最良態様）
本発明を図面を利用して詳述する。本発明のルーフ搭載式エアバッグシステムの主要な構成要素は、キャパシティカップリング近接度センサー１２で成るポジションセンサーアレイ１０と、ロールオーバーセンサー１４と、マイクロプロセッサー１６（アナログ式、デジタル式あるいはハイブリッド式）と、ガス発生手段１８と、エアバッグ２０とであり、それぞれを以下で詳述する。
本システムのそれら要素は、エッジモールディング、接着剤手段、及び／又は固定具によって、車内のルーフに固定されたヘッドライナー（裏張り）２４の内側の搭載プレート２２に取り付けられる。この搭載プレート２２は、フロントガラス２８のルーフ３０の前方縁部への取り付けに利用される部分であるフロントガラスヘッダー２６にその前方端部にてボルトあるいは他の固定手段によって固定される。この搭載プレート２２はその後方端部にて、例えばボルトまたは溶接によってクロスバー３２に固定される。クロスバー３２とはルーフ３０の内部を横断して延びる長形剛体部材である。
ガス発生手段１８はマニフォールド３４内に収容されており、このマニフォールド３４は、例えばボルトまたは溶接によって搭載プレート２２に固定されている。このガス発生手段１８はガスノズルを通じてガスをエアバッグ２０へと送るものである。図３に示すように、エアバッグ２０は非利用時にはヘッドライナー２４内に完全に収容されている。ヘッドライナー２４は薄型の蓋体３８をエアバッグ２０に面して有しており、衝突の際に破開してエアバッグ２０を利用可能にする。
ポジションセンサーアレイ１０を構成する近接度センサー１２は搭載プレート２２に取り付けられるか、ヘッドライナー２４に埋め込まれる。ポジションセンサー１０に隣接するロールオーバーセンサー１４は、例えばネジによって搭載プレート２２に固定される。マイクロプロセッサー１６も搭載プレート２２に固定される。マイクロプロセッサー１６の操作用電力は、図示のごとく両側のフロントピラーの片方に介して延びるコード４０の手段で、または、（図示はしないが）ルーフランプへのコード４０によって提供することが可能である。バックアップ用パワーサプライは、搭載プレート２２に取り付けられた電池４４及び／又はキャパシター（コンデンサー）４６とすることができる。このエアバッグシステムはヘッドライナー２４で覆うことができる。ヘッドライナー２４はフォーム製ボード材、ウレタン複合材等の絶縁化粧材であり、ルーフ３０の内側面及び搭載プレート２２に接着剤、エッジモールディングあるいは他の適当な固定手段で固定される。
それぞれの近接度センサー１２は、図７に示すように、検出要素４８と信号処理回路５０との両方を含んでいる。この検出要素４８は、図７の実施例に示すように、オシレータ入力ループ(oscillator input loop)５４及び検出出力ループ(detector output loop)５６としての、プリント回路ボード５２の片側に提供された少なくとも２体のコンダクターで成る。近接度センサー１２はそれぞれ、オシレータ入力ループ５４と検出出力ループ５６との間に静電界を創出することで機能する。この静電界は付近の人体の存在によって影響を受ける。これは、人体が導電性であり、誘電率が空気の誘電率とは異なることによるキャパシティカップリング現象の結果である。従って、近隣の人体の存在によって引き起こされるオシレータ入力ループ５４と検出出力ループ５６との間の静電容量に変化が生じる。電子力学において良く知られているように、このようなキャパシティカップリング効果あるいは現象は人体とセンサー１２との間の距離に関係する。よって、測定されるキャパシタンスの変化により、センサー１２からの人体の距離が決定できる。オシレータ５８と電荷に敏感なアンプリファイヤー６０とを備えた信号処理回路５０の目的は、このキャパシティカップリング効果、並びにそのカップリング効果の値の変動を連続的にモニターし、マイクロプロセッサー１６に近接センサー１２からの人体ポジション信号を連続的に受信させることである。この信号は乗員の頭部ポジションと頭部モーションとに特に敏感である。なぜなら、人体の頭部は頭上のポジションセンサーアレイ１０に最も接近しているからである。オシレータ５８は１００ｋＨｚ程度の周波数で操作され、信号処理回路５０は１０ｋＨｚでサンプルを取得する。この周波数はキャパシティカップリング効果及びその変化の迅速で連続的なサンプリングに適当なものである。
信号処理回路５０のサンプルレートは、例えばデジタル式のマイクロプロセッサーの場合には従来式アナログ−デジタル変換回路のごときの内蔵手段によって決定される。信号処理回路５０は直列に接続された従来式の全波整流器及びピーク検出器で構成させることができる。ポジションセンサーアレイ１０は、図２に示すように縦横に幅を有した近接度センサー１２のアレイである。相互に６インチから１２インチ程度離した検出器のアレイ配列が適当であろう。車種によって異なるが、全体として４体から８体の検出器で成る頭上アレイが適当であろう。ベンチシート用のアレイはバケットシートの場合よりも多くの検出器が必要であろう。なぜなら、ベンチシートではシートの着座ポジションが多様となるからである。このアレイは以下において解説するように乗員ポジションの決定に利用される。
ロールオーバーセンサー１４は電子式３軸コンパス(3-axis compass)であり、各軸に関するロールオーバーセンサー１４の回転を示す３種の電気出力を提供する。ロールオーバーセンサー１４からの出力信号はコード（図示せず）を介してマイクロプロセッサー１６の入力部に送られる。マイクロプロセッサー１６は車体の角加速度の成分に関するデータを連続的に分析する。
マイクロプロセッサー１６は以下の機能を提供するようにプログラムされている。車のエンジン発動時にマイクロプロセッサー１６が起動され、ポジションセンサーアレイ１０の近接度センサー１２とロールオーバーセンサー１４を起動する。マイクロプロセッサー１６は、各近接度センサ１２で発生するキャパシティカップリング効果を、マイクロプロセッサー１６のメモリーに保存された、距離に対するキャパシティカップリング効果の相関関係を含んだルックアップ表と比較し、各近接度センサー１２から乗員の電気的中心部までの距離を連続的にモニターする。ポジションセンサーアレイ１０の中で最も近接する３体の近接度センサー１２からの乗員の距離をベースにした三角測定法による処理により、マイクロプロセッサー１６は、オシレータ５８で連続的に提供される各近接度センサー１２からの出力信号をマイクロプロセッサー１６によって連続的に受信して分析しつつ乗員のポジションを連続的に計算して更新する。マイクロプロセッサー１６のメモリーは、約５秒間のセンサー処理（オシレータ５８のサンプリング周波数１０ｋＨｚ）に対応する５００００件分の最新乗員ポジションを含むことができる容量である。このデータは連続的に更新される。従って、マイクロプロセッサー１６は衝突に先立つ最後の５秒間の乗員ポジションの詳細な記録を含んでおり、衝突後の５秒間のデータを連続して記録する。このデータはその後の衝突分析目的にとって非常に貴重なものとなる。エアバッグの実際の使用によって古いデータの消去が停止される。
マイクロプロセッサー１６のメモリーは、加速度の“しきい値”の乗員ヘッドモーションルックアップ表をも含んでいる。これは、例えば“くしゃみ”によるヘッドモーションのごとき非衝突モードでしばしば発生する加速度モーションを衝突時のものと区別するのに使用が可能である。
マイクロプロセッサー１６はエアバッグの作動の予備決定をするようにプログラムされている。これは、メモリー内の３０から５０以上の連続乗員ポジションデータポイントが、増加する乗員加速度を示す場合や、この乗員モーションデータの乗員モーション衝突パラメータルックアップ表の値との比較で衝突が示された場合に適用される。しかし、マイクロプロセッサー１６は、いくつかの異なった選択的状況下ではエアバッグ作動のこのような予備決定を無視あるいは無効とするようにもプログラムされている。
マイクロプロセッサー１６は、同じ３０から５０以上の最新乗員ポジションデータポイントを使用してエアバッグ作動中の予期される乗員モーションを同時に算出し、エアバッグ膨張の初期での予期される平均的な乗員ポジションを決定する。マイクロプロセッサー１６はこのポジションを、マイクロプロセッサーのメモリーに保存され、膨張するエアバッグ２０によって当初に占有されるであろう標準的なポジションデータ（三次元）、すなわち、収納ポジションからダッシュボードに接するまで（助手席用エアバッグ）、またはハンドルの中点に接するまで（ドライバー用エアバッグ）の標準的なポジションデータを含んだ“非作動”ルックアップ表と比較する。マイクロプロセッサー１６は、もしエアバッグ膨張中の予期される平均的乗員ポジションがこの“非作動”領域内に入るなら、あるいはエアバッグ排出口に接近しすぎているなら（選択された安全マージン距離内）、エアバッグ作動の予備決定を覆すようにプログラムされている。
マイクロプロセッサー１６はさらに、車体のｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の周囲の回転を表すロールオーバーセンサー１４からの信号を連続的にサンプリングする。ロールオーバーセンサー１４はこのデータを５ｋＨｚでマイクロプロセッサー１６に伝達し、約２０％、あるいはミリ秒につき１データポイントでサンプリングして記録する。マイクロプロセッサー１６は２状況下で、ロールオーバーセンサー１４からの信号の分析に基づいて、エアバッグ作動のための当初の決定を破棄するようにプログラムされている。まず、サンプリングされたデータポイントの角加速度データが、マイクロプロセッサー１６のメモリー内に保存された車両のロールオーバーを示す軸加速度の値を有した“ロールオーバーの検出によりキャンセル”ルックアップ表のデータと比較される。もしこの比較で車両のロールオーバーが予想されるならエアバッグの作動は中止される。なぜなら、エアバッグの効果は予想できず、却って乗員に危害を及ぼす危険性が存在するからである。例えば、乗員は前方のハンドルやダッシュボード方向ではなく、ルーフ方向に跳ね上げられる可能性があるからである。次に、角加速度の同じデータポイントがマイクロプロセッサー１６のメモリーに保存された“衝突確認”表と比較される。この表は衝突を示す最低の角加速度値を含んでいる。もしこの３軸角加速度がこのルックアップ表値よりも小さければエアバッグ作動は中止される。換言すれば、少なくとも一方の測定角加速度が対応する最低値を越えるものでなければエアバッグは作動しない。
前述の状況下にてエアバッグ非作動の予備決定がマイクロプロセッサー１６によって破棄されないなら、マイクロプロセッサー１６はガス発生手段１８に電気信号を送ることでエアバッグ２０を作動させる。
車種によっては、アナログタイプの回路を採用することで頭部ポジションを幾何学的に決定し、事実上瞬時に頭部速度と加速度の偏差を提供させるのが好ましい。デジタル式マイクロプロセッサーはその複雑な三角測定機能のために相対的には計算作用が遅く、高速クラッシュの場合には、エアバッグの作動には約１ミリ秒程度のデータ量では不十分なことがあり得る。アナログ式コンピュータ回路を使用することで、データ量は格段に多量となり、ミリ秒あたりに何千ものデータポイントを提供することができる。このデータレートは小型加速度メータの作動速度に相当するものであるが、遠隔センサー装置ではなく、乗員の実際の測定値に基づいてエアバッグを作動させることができる。これで装置の信頼性は増加し、エアバッグ作動タイミングも改善される。１例を挙げれば、信号プロセッサー５０は各センサーからの出力電圧信号をアナログ回路１６に送ることができ、そこで各電圧は距離に変換され、さらにアナログ形態で幾何学的に頭部ポジションが決定される。これは立体空間のポジションを表す３種の電圧として表現される。この頭部ポジションは時間ステップ処理(time-stepped)が可能であり、頭部速度と加速度が演算される。アナログ回路の使用でアナログ−デジタル変換は不要となり、デジタル式マイクロプロセッサーに幾何学アルゴリズムを実行させたり、結果をｘ、ｙ、ｚ座標のアナログ形態に再変換させる必要はなくなる。デジタル変換が必要なのは、データの短時間保存の場合だけであろう。これはカスタム型デジタル回路(custom digital circuit)とFIFO保存装置で達成が可能である。
ガス発生手段１８は、マイクロプロセッサー１６からの電気信号に対応してエアバッグ２０を膨張させるために大容量のガスを発生させる手段である。好適には、この作動はマイクロプロセッサー１６からの発火信号によって促され、ガスノズル３６でエアバッグ２０に接続された２体のガス発生チャンバー内に収容された発火性ガス発生混合物のスキブ（図示せず）による点火によって達成される。スキブによって電気的に着火される発火性混合物を燃焼させ、発生するガスによってエアバッグを膨張させることは周知技術であり、例えば、キュエバスに付与された米国特許第５０５８９２１号に解説されている。その発明は、アジ化ナトリウム及び酸化銅の混合物を収容した燃焼チャンバー３２と３４のスキブ３６による着火を開示している（欄６、行５６−６８；図２；欄７、行３７−４１）。さらに、ホワイト他に付与された米国特許第５０７１１６０号は複数の発火性ガス発生カートリッジ４４によるエアバッグ膨張技術を開示している（欄５、行２２−３７）。これら特許の開示内容を本明細書の一部として採用する。
本願発明のエアバッグ２０は多（複数）チャンバー式エアバッグであり、シートの前方に着座する乗員、特に後方向きの幼児用シートの幼児への重傷のリスクを低減させるように意図された膨張形状を有している。このデザインは乗員の怪我の程度を低減させる追加的クッション効果をも提供する。
エアバッグ２０は、ガスノズル３６の周囲で延びている頸部を形成する第１チャンバー６２を有している。第１チャンバー６２は適当なクランプ６４、またはその他の適当な取り付け手段によってそのガスノズル３６に固定されている。エアバッグ２０は膨張すると２体の主チャンバーを形成する。これら２体の主チャンバーとは、その前方面６８がフロントガラス２８に沿って下方に膨張して延び出る前方チャンバー６６と、その後方で展開する後方チャンバー７０とである。逆Ｖ形状の凹形状部７２は凹形状反発面７４により提供される。凹形状反発面７４は、エアバッグ２０の前方チャンバー６６と後方チャンバー７０とが面する部分である。凹形状部７２は、エアバッグ２０内に提供された膨張形状規制部材７６の作用によって、前方チャンバー６６と後方チャンバー７０との間の部分を下方に押し出すように作用するガス圧に抗して維持される。この規制部材７６はエアバッグ２０の上部と、前方チャンバー６６と後方チャンバー７０の結合部とを結束する部材である。
エアバッグのこの立体構造によって、幼児用シートの幼児や前方に着座する乗員に対する怪我のリスクは低減される。なぜなら、幼児やそのような乗員は事故時に前方チャンバー６６と後方チャンバー７０との間の凹形状部７２内に収容されるからである。前方着座乗員がたとえその凹形状部７２に収容されなくとも、後方チャンバー７０によって適度なショックで保護され、急激に膨張するエアバッグとの衝突による怪我のリスクを低減させる。
このエアバッグ２０は増強されたクッション効果をも提供する。なぜなら、第１チャンバー６２からのガス流はまず前方チャンバー６６に送られ、続いて後方チャンバー７０に送られるように設計されているからである。ガスはエアバッグ２０に提供された小孔部（図示せず）を通じて外部に排出される。あるいは、もしエアバッグ２０の材料として多孔質ファブリックが利用されるなら、噴出ガスの一部はそれら小孔部を通じて外部に漏れだし、ソフトなクッション効果を提供するであろう。
当業者であれば、本願発明が、その本質から逸脱せずに、図示する特定の形態以外でも利用が可能であることを容易に理解しよう。例えば（例示のみを意図）、センサー要素が電極間にキャパシタンスを有しており、センサー回路が乗員頭部のキャパシティカップリング効果によって引き起こされるそのキャパシタンスの変化を測定できる限り、本文において解説したもの以外の他の形態のキャパシティカップリング近接度センサーでも利用できよう。または、乗員ポジションと加速度の計算手段は、本出願人が１９９３年９月３０日に出願した米国特許願第０８／１３００８９号（「自動車用エアバッグシステム」の、例えばページ１１、行２５−ページ１２、行１０）で開示された要素を利用することもできる。
このガス発生手段にスキブを活用した発火性混合物発火手段を利用する必要性もない。マイクロプロセッサーからの作動信号で起動される電気式バルブを備えた圧縮ガス容器を採用することもできる。
同様に、本願発明は、ポジションセンサーアレイ１０の近接度センサー１２の間隔を限定するものではない。また、本願発明はセンサーの操作レートやサンプリングレート、ヘッドライナー２４内の搭載方法、ルーフ構造物への取り付け方法を限定するものでもない。さらに、衝突確認プロセスの一部として、３軸角加速度メータの代用として、例えば“アナログデバイスADXL50”のごとき特定の自動車用加速度計に限定するものではない。
キャパシティセンサーの望ましい構成と設置配向性を以下で解説する。車種によって最適な結果を提供するアレイ構成と配向性は異なる。乗員ポジションを決定する１方法は２体のセンサーを使用し、マイクロプロセッサーに各センサーに関する乗員ポジションのキャパシティカップリング効果を表す電圧出力を提供することである。このマイクロプロセッサーは、電圧−距離翻訳機能を介さずにこれら電圧を乗員領域ポジションを示す既知の値と比較できる。この形態は３体以上のセンサーのアレイを設置するルーフ空間が確保できない車では特に有効である。また、センサー感度は距離が延びるにつれて級数的に低下するので、背の低い乗員の場合には不正確なポジションデータを提供するかも知れない。２体のセンサーで成るアレイにより要求されるゾーンポジションを発生させるためのロジック及びソフトウェアアルゴリズムは三角測定アルゴリズムよりも単純であるため、２体のセンサーは遠距離に対しては三角測定アルゴリズムよりも信頼性が高いゾーンポジショニングを提供することができる。３体のセンサーを必要とする三角測定法は、乗員がそれらセンサーの１つのカバー範囲から外れるとエラーを発生させる。
図２２に示すように、２体のセンサー１２は各シートの上方でヘッドライナー内に搭載されている。これらセンサー１２は車の縦軸と平行に配置されている。すなわち、一方はシート前方に、他方はシート後方に配置されている。各センサーから約２０インチ下方に広がるセンサーカバー領域がオーバーラップするために複数ゾーンが創出される。これらゾーンは各センサーから人体への距離に対応する電圧レスポンスを提供する。多様なセンサーレスポンスによって創出されたゾーンをまとめた表を次に示す。
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ゾーン、電圧及びエアバッグシステムのレスポンスは、車体のサイズとエアバッグシステムのパラメータに応じて異なる。
２体のセンサーで達成されるゾーンの概念は多様なセンサー配置（円形、長方形、多角形等）に適用できる。非円形センサーの利用で、センサーカバー領域の形状を調節し、着座した乗員のほとんどのポジション（直座ポジション、リクライニングポジション、前方及び後方シートポジション、ドアや窓に寄り添ったポジション等）にマッチさせることができる。例示的な２つの検出器形状１２のおよそのセンサーカバー領域は図９と図１０とに提供されている。
円形センサーの等電位線は半球形状となるので、車のフロントシートに対するこの形状の使用で、等電位線は窓やフロントガラスをカバーしたり、フロントシートの背後までカバーすることになるであろう。センサーは水分や透明ガラスに反応するため、大雨によって誤信号が発せられる恐れがある。等電位線がフロントシートの背後にまで延びると、リヤシートの乗員が不都合なセンサー反応を引き起こすかも知れない。従って、等電位線の形状をフトントシートの乗員領域の望ましい空間に限定してマッチさせ、ガラスやリヤシートの領域には届かせないようにすることが望ましい。この調整は、楕円または円形センサーと長方形または“食パン”形状センサーとを組み合わせて使用することで達成される。それぞれのセンサーは、組み合わされた等電位線が図９と図１０とに図示するようにフロントシートの乗員頭部の移動範囲に限定されるように提供される。このようなアレンジによってシートの前後調整移動ポジションやリクライニングポジションに対応することができ、且つフロントガラスやサイド窓の水分によって引き起こされ得る誤レスポンスの可能性を最小限度にとどめることができる。好適には、これら２形状のセンサーを並列状態で配置し、一方の長軸を他方の長軸から９０度オフセットさせる。
容易に理解されるであろうが、円形、正方形、長方形、楕円形及び多角形の検出器を、必要なセンサー領域のサイズに応じて適宜に組み合わせて利用することが可能である。また、望む結果を得るための２体のセンサーの並列配置も多様に可能である。
ルーフ搭載用キャパシティカップリングセンサーによる最良乗員センサーシステムを提供するには、車内空間にセンサーカバー領域をマッチさせなければならない。そのためには、キャパシティカップリングセンサーの駆動電極と受領電極との間のスペースを多様化し、等電位線を非対称化させることである。これでセンサー領域は車内空間にさらに良好にフィットし、全着座ポジションの乗員を適切に検出する。
この乗員検出システムは多様なシート調整に起因する多様なシートポジションに対応するものでなければならない。この対応性はセンサー電極の非均等間隔を利用することで増強することができる。これらは車内空間の望む範囲にマッチするように歪め得る等電位線を提供する。駆動電極１０４と受領電極１０６を含んだ円形センサー１２の例示的な非均等電極スペース１０２は図１１と図１２に図示されており、等電位線１０８を発生させている。図２０に示すように、多様な電極スペースに対するセンサー反応は知られており、所定の自動車への適用，及び望む結果に対する適切な非均等電極配置を決定することが可能である。
フレキシブルな回路ボードと集積型フレックスケーブルを採用したセンサーデザインで、ルーフヘッドライナーの湾曲部へのフリンジフィールドキャパシティセンサーのフィッティング性の向上と、多層回路ボードの最上層への接続ケーブルの集積によるセンサーの信頼性の向上と、キャパシティセンサーを適切に機能させるためのその多層回路ボードの接地層の適切な接続とが提供される。湾曲ルーフ面への剛体センサー回路ボードの取り付けには特殊な接着技術が要求されるが、車の寿命、ルーフの蓄熱、高速度製造等を考慮すると不都合である。従って、センサーをフレキシブルな回路ボード材料で製造し、少なくともルーフの大湾曲部に対しては、ルーフの湾曲形状に適応させることが有利である。
さらに、ケーブルやコードを回路ボードに物理的に接続するコネクターは頻繁にストレスや振動に曝され、接続を次第に不良化させることがある。従って、ケーブルとしてフレックス回路ボード材料の連続層を使用してケーブルを集積化し、このフレックス層を多層回路ボードの最上層として延展させることが望ましい。この層は“ドータ（daughter）”ボードとして製造できる。これは、多様な機能性要素、集積回路等と共に使用できることを意味し、フレックスセンサー回路ボードの下層と電気的に集積される。このデザインで信頼性が高められ、製造コストが引き下げられる。
フレックス回路ボードは一般的にシングルサイドあるいはダブルサイド形態で提供される。２体のダブルサイド型フレックスボードを電気的に接続することは困難である。なぜなら、その柔軟性は接続回路パッドの部分的非接触状態を引き起こすからである。パッドが部分的に分離されると予想できない信号を発生させるようなキャパシターが創出されることもある。本願のセンサーデザインにおいては、中間層の接続を回避しながら最上層と最下層を接続することが要求される。
機能性コンポーネント１１４を内蔵した集積フレックスケーブル１１２を示している好適なフレックスセンサーデザイン１１０は図１３と図１４に示されている。２体のダブルサイド型フレックス回路ボードの接続技術は図１４に示されている。図中、サイド１とサイド２は、サイド３とサイド４のごとく、従来式表面搭載デザインで相互接続されている。サイド１とサイド４とを接続するには、両層に対してマッチした孔が設けられるが、これらの孔は、それらの孔に絶縁“ドーナツ（図示せず）”を提供することで層（サイド）２の回路から絶縁される。これら２層が接着誘電層１１８で接着された後、リベット１１６が孔に差し込まれて潰される（固定される）。これでフレキシブルケーブル１１２とフレキシブル回路ボード１１０は永久的に接続される。サイド１とサイド３及び４は同時的に電気接続され、必要な接続が提供される。これらリベットはいかなる導電性材料のものでも構わず、ハンダ、ネジ等で代用することもできる。これらフレックスセンサーと集積ケーブルは長方形や円形以外の形状でも構わず、センサーは非均等電極と電極間隔を有することができる。
電極間隔を長くするとセンサー反応に悪影響を及ぼすことは知られている。電極間隔が狭いと電圧／距離機能にシャープな変化が表れる。従って、駆動電極と電気的に接続が可能な、あるいは断続させたり接地することが可能な、あるいは受領電極と接続することが可能な多数個の同心電極を備えたセンサーはどのような検出器や標的に対しても反応する電圧範囲を発生させることができる。センサー形態を動的に変化させることで発生される追加的データは標的の区別能力を向上させる。標的が人体の頭部である場合、このプロセスを使用した複数のセンサーは頭部の配向性、サイズ、及び形状を決定するのに有効である。これらは“小型”エアバッグシステムの出力調整に利用が可能である。得られた変動センサー出力は処理されて、視界範囲の、人体を含む対象物体に関する追加的な情報を提供する。例えば、電極形態を動的に調整して得られた異なる反応を参照して、乗員の頭部サイズや配向性を区別することは可能である。この情報はエアバッグシステムの作動特性をさらに改善するのに利用が可能である。
可変形状円形センサー（variable-geometry circular sensor）は図２１に示されている。このデザインでは、９個のリングは、駆動電極、接地ギャップ、あるいは内側受領電極として利用が可能であり、７２７の異なる形状の駆動電極、ギャップ及び受領電極となる。円形可変形状センサーに関与する原理は、円形食パン形状、直方体形状、あるいは多角形形状であろうと、ほとんどのセンサー形状に適用できる。電極は均等でも非均等でも構わない。
フリンジフィールドキャパシタンスセンサーは、電圧を特定の対象物（この場合には約７インチ径の球状水タンク）の近接度に連関させ、伝達ファンクション（transfer function）を参照して頭部への近接度を決定することができる。３体以上のセンサーからの近接度の決定は三角関数を使用してｘ、ｙ、ｚ座標での計算を可能にする。図１５は、検出アレイ１０のセンサーで発生されたフリンジフィールド１２０が表面現象（surface phenomena）であるため、この方法では当初に予想頭部径３．５インチを想定して頭部１２２の“電気中心”を導き出す。この方法は図１５に示されている。三角測定法は頭部が最も遠い検出器の検出範囲にあることを要求する。さらに多数の検出器を導入することでさらに拡大されたアレイは、図１６に示すように、検出器ｂ１からｂ５の全ての三角ポンイトを含むように、楕円形状１２９である三角測定空間を広げる。図１７は効果的空間１３４を示す側面図であり、図１６の３センサーアレイ１３０と５センサーアレイ１３２によって発生される頭部ｘ、ｙ、ｚ座標を決定する。そこで楕円形状頭部はオーバーラップした半球領域を使用してセンサー処理され、頭部配向性の決定が可能になる。追加的能力には、４以上のセンサーで成るアレイを使用した頭部の直径及び長軸／短軸の決定が含まれる。図１８には楕円頭部１２２で妨害されたオーバーラップ半球フリンジフィールド１３６が図示されている。頭部が配向性を変化させると、ｘ−ｙ座標値は変動する。説明の簡素化を目的として３検出器アレイ１３０が図１８に示されてはいるが、その以上の数のセンサーの使用が好ましい。４以上の検出器からのポジション検出の反復によって頭部直径の良好な予想値が提供される。この能力は図１９の５のセンサーアレイ１３２で示されている（ダブル矢印は第２反復用）。本願発明のシステムは頭部のｘ、ｙ、ｚ座標と、頭部の長軸、短軸とからおよその身体容積を導き出すこともできる。その例示的決定法は図２３に示されている。
キャパシティセンサーシステムは電子的に作動し、短時間で多くの乗員ポジションを検出する。この能力は望む反応時間よりもずっと短く、望むよりも頻繁にシステムのオン・オフ作動を実行させてこの安全システムに不都合な作動を発生させ得る。このセンサーシステムの反応をスローにするために遅延回路が提供されており、不都合なオン／オフ作動条件を減少させている。このように、ルーフ搭載用キャパシティカップリングセンサーの反応を改良し、センサーが乗員の平均的なポジションに反応させて瞬間的なポジションには反応させないことが望ましい。
本願発明の電子回路は、好適には、所定の遅延（time delay）が終了した後にもその条件が存在している場合にトグル条件（toggle condition）を起動させる時間装置（好適実施例では、無安定マルチバイブレータ）を含む。もし、このトグル条件が存在していないなら、このシステムはオリジナル状態のままに残る。小型、軽量、正確及び（好適には）安価であればどのようなタイマーでもこの機能に利用が可能である。
本願発明は乗員の存在とポジション検出、特に、ルーフ搭載センサーアレイに近いその頭部のポジションの検出、及び、エアバッグシステムの作動、非作動あるいは作動条件の修正に有効である一方、本願発明はいくつもの他の有効性を併せ有している。その１つは親出願である米国特許願第０８／５３６，５７６号に教示されている。簡単に説明すれば、この発明は、運転手の眠気に関する“こっくり”等の頭部モーション現象を検出し、運転手本人のみならず近隣の運転手にもアラームを発し、そのような居眠り状態を警告させるものである。当業者であれば理解しようが、センサーアレイは１機能を提供するものでも（例：エアバッグ作動／非作動、または居眠り検知）、複数の機能を提供するものでもよい（例：それら両方）。
同時に提供が可能な他の有効な利用形態には以下のようなものが含まれる。事故による頭部損傷の場合には、頭部加速度の記録によって神経学的診断が可能である。本願発明は１マイクロ秒以下の間隔で頭部加速度を検出して記録することができ、神経医に有用なデータを提供する。各シートポジションの乗員の存在または不存在のデータは自動車の全乗員数を外部機関に通知する。この情報は事故の際の乗員数を当局に迅速に知らせたり、ワシントン特別区にあるような“多乗員”ハイウェイレーンを走行する車の乗員数を確認させるのに利用できる。これら乗員データは、多様な車内のエアコン自動操作や、音響システムの自動調整等をも提供する。
自家用車は本願発明のセンサー技術で最も恩恵を受けようが、同様な適用は公共の乗り物でも可能である。例えば、バス、列車、飛行機、及び他の高速乗り物等のシート利用率を（瞬時に）決定することができる。このデータはさらに補充が可能であり、シート利用率を記録し、データプロセッサーで旅行区間の適正な料率の設定等に役立たせることができる。飛行機においては、幾度かのトランジットが介在する飛行ルートの通し旅客の記録が自動的に得られる。
個々の乗員、特に運転手の快適性と便宜に関して、頭部ポジションによって、特に大型トラック等の手動調整が不可能なサイドミラーの自動調整が可能となる。また、もし頭部ポジションが３軸で決定されるなら、このデータは、衝撃の際の鞭打ち現象を防止する最適な高さとなるようにヘッドレストの自動的調整を可能にする。３軸決定はこの適用においては最適であるが、１センサーまたは２センサーからの出力を利用した１軸または２軸による決定でも利用することが可能である。全シートのポジション／姿勢自動調整も可能である。特に幼児や太った乗員のためにシートの前後方向自動調整が提供されるであろう。当然ながら、その後のシートポジションの微調整は個々に可能である。
このセンサーシステムの別な重要な利用法は、点火スイッチに電子的に運転手の存在をリンクして、車の窃盗に対して追加的保護を提供することである。この実施例においては、所定の時間内に車のキーをイグニションに差し込まないで運転席に誰かが座っている場合に窃盗アラームを鳴らせ、同時にエンジンの電子機器を作動不能状態とする。この特徴は、ドアキーまたはドアロックコードの回避を検出する現行の装置に加えて、盗難防止の追加的保護を提供するであろう。
商用トラックの運転手に対しては、トラックの運転席での運転手頭部の存在とポジションの時間的検出による勤務評定を可能にする。軍隊においては、高速や凹凸の激しい道路で移動する際の武器や他の照準装置の照準合わせに役立つであろう。操作員の頭部モーションと固定状態の照準器とは相容れないことが多いからである。本願発明は、頭部のｘ、ｙ、ｚ座標を利用して光学照準器のポジションを自動調整するのに採用することができる。
本願発明はいくつかの実施例を基にして解説されているが、他の実施例でも同様な結果が達成されるであろう。それら実施例の詳細の変更や修正は当業者には自明であろう。従って、本明細書の「請求の範囲」によってのみ本願発明は限定されるべきものである。本文中に記載された参照文献の内容は全て本文の内容として引用する。
【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１３】
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【図１２】
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【図２０】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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