(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のエアバッグの展開を制御するための検知システムであって、
（ａ）各センサが座席に着座した車両占有者に応じてセンサの領域にわたって加わる圧力の大きさの関数である、ある範囲にわたって変化する出力信号を生成する、自動車の座席中に配置された少なくとも３つのセンサと、
（ｂ）前記センサの出力信号から、車両占有者の重量と、座席に着座した車両占有者によって生成された分布した負荷の少なくとも１つの軸に沿った、車両占有者の位置を近似する等価な点負荷の位置とを決定するための手段と、
（ｃ）決定された重量と位置とに依存してエアバッグ事故の発生時にエアバッグの展開を制御するための手段と
を備えることを特徴とする検知システム。
【請求項２】
請求項１の検知システムにおいて、２つの軸に沿って車両占有者の等価な点負荷の位置を決定するための手段を更に備えることを特徴とする検知システム。
【請求項３】
請求項１の検知システムにおいて、車両占有者の等価な点負荷の位置を連続的に決定するための手段を更に備えることを特徴とする検知システム。
【請求項４】
請求項３の検知システムにおいて、２次元領域内の車両占有者の等価な点負荷の位置を決定するための手段を更に備えることを特徴とする検知システム。
【請求項５】
請求項１の検知システムにおいて、車両の座席中に配置された複数のセンサを更に備えることを特徴とする検知システム。
【請求項６】
請求項５の検知システムにおいて、前記複数のセンサは、その中に車両占有者の分布した負荷が配置される境界を描く開口内に配置されていることを特徴とする検知システム。
【請求項７】
請求項６の検知システムにおいて、前記センサの少なくとも２つは、互いに重なっていることを特徴とする検知システム。
【請求項８】
請求項６の検知システムにおいて、前記開口は、長方形の開口を備え、前記複数のセンサは前記開口のそれぞれの４半分内に配置されていることを特徴とする検知システム。
【請求項９】
請求項８の検知システムにおいて、前記開口は、センサによって覆われない部分を有することを特徴とする検知システム。
【請求項１０】
車両内のエアバッグの展開を制御するための方法であって、
（ａ）各センサが座席に着座した車両占有者に応じてセンサの領域にわたって加わる圧力の大きさの関数である、ある範囲にわたって変化する出力信号を生成する、車両の１つの搭乗者座席中に配置された少なくとも３つのセンサを提供する工程と、
（ｂ）前記センサの出力信号から、車両占有者の重量と、座席に着座した車両占有者によって生成された分布した負荷の少なくとも１つの軸に沿った、エアバッグに対する車両占有者の位置を記述する等価な点負荷の位置とを決定する工程と、
（ｃ）決定された重量と位置とに依存してエアバッグ事故の発生時にエアバッグの展開を制御する工程と
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０の方法において、車両占有者の中心の前記等価な点負荷の位置がエアバッグの射程内に位置する時は、エアバッグを不活性にする工程を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０の方法において、車両占有者の重量が所定値以下である時は、エアバッグを不活性にする工程を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０の方法において、車両占有者の等価な点負荷の位置を連続的に決定する工程を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１０の方法において、２次元空間内における車両占有者の等価な点負荷の位置を決定する工程を更に備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１の検知システムにおいて、検知素子の２つの部分組み合わせからの出力信号が、車両占有者の重量と車両占有者の等価な点負荷の位置とを決定する場合の近似手段による可変の重み付けを伴って加算されるように、前記検知素子は、一様な形状で一様な位置にあることを特徴とする検知システム。
【請求項１６】
請求項１の検知システムにおいて、各センサからのアナログ出力信号は、センサの面積に加わる圧力の積分に比例することを特徴とする検知システム。
【請求項１７】
請求項１０の方法において、センサの２つの部分組み合わせからの出力信号が、車両占有者の重量と車両占有者の等価な点負荷の位置とを決定する場合の近似手段による単一の重み付けを伴って加算されるように、前記センサは、可変形状で可変位置にあることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７の検知システムにおいて、各センサはその一面上にパターン化された電極を有するフィルム変換器を有し、各センサによって生成される出力信号がパターン化された電極の面積および形状の関数となることを特徴とする検知システム。
【請求項１９】
請求項１０の方法において、センサの２つの部分組み合わせからの出力信号が、車両占有者の重量と車両占有者の等価な点負荷の位置とを決定する場合の可変の重み付けを伴って加算されるように、前記センサは、一様な形状で一様な位置にあることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１０の方法において、各センサからのアナログ出力信号は、センサの面積にわたって加わる圧力の積分に比例することを特徴とする方法。
【請求項２１】
自動車内のエアバッグの展開力を制御するための方法であって、
自動車内の座席の占有者の重量を計算し、
前記占有者の等価な点負荷の位置を計算し、
前記占有者の重量および等価点負荷に基づいて、前記エアバッグの少なくとも２つの展開ゾーンの位置および広さを計算し、第１の展開ゾーンは、前記エアバッグの第１の所定の展開力に関連し、第２の展開ゾーンは、前記第１の所定の展開力とは異なる、前記エアバッグの第２の所定の展開力に関連し、
前記等価な点負荷が前記第１の展開ゾーン内に位置するか否かを決定し、もし位置すれば、エアバッグが前記第１の展開力で展開することを可能にし、
前記等価な点負荷が前記第２の展開ゾーン内に位置するか否かを決定し、もし位置すれば、エアバッグが前記第２の展開力で展開することを可能にする
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
この発明はセンサの分野に関し、特に搭乗者を表すものとして、重量と、等価な点負荷の２次元空間位置とを決定する車両エアバッグ制御システムで使用するに好適なセンサ構成に関する。搭乗者の位置と重量は、エアバッグを展開するかしないか、および如何に展開するかを決定するエアバッグの射程を構築するために使用される。
前方のエアバッグは、今日では近代的な自動車における標準的な特徴である。エアバッグ設計の近年の傾向は、エネルギ管理、即ちエアバッグの展開時に、エアバッグの潜在的なクッション力の１００％より少ない適用を実行する複雑なシステムに向かっている。車速、衝突の強度、および搭乗者の体重のような要因に基づいて、時にはエアバッグの展開速度を管理することが望ましい。これまでのところ、そのような目的は達成されていない。
エアバッグの潜在的なクッション効果の５０％以下から、エアバッグのクッション力の１００％に至る範囲のいずれかの可変比率でエアバッグの展開エネルギを管理することは、時として設計技術者の目標であった。これらを考慮することは、運転者又は搭乗者の特徴が小柄な幼児から大柄な成人まで体重が広がる限り重要である。
今日のエアバッグは、唯一の比率、即ち１００％の力で展開する。エアバッグは典型的に２００マイル／時（ｍｐｈ）に達する速度で展開する。そのような速度で展開するエアバッグで打たれる対象即ち搭乗者は、２５００パウンダル（ｌｂｆ）に達する力を吸収する。１００％より小さい力で展開するためには、よりインテリジェントで高度に集積化された低コスト、高性能な電子センサ技術が必要とされる。
理想的な発射条件下では、搭乗者の身体が事故の結果として前方へ移動する前に、エアバッグは、その展開力が占有者によって吸収されないように、完全に展開するか、またはほぼ完全に展開されるべきである。しかしながら、実際にはしばしばエアバッグは完全に展開する前に車両占有者に当たることがある。これは、車両内の各搭乗者が、運転者であろうが他のものであろうが、独特の生物学的位置を想定し、また異なる寸法および重量であるという事実に起因する。背の高い車両占有者は、通常彼らの座席を後方に調整し、また傾けたりさえもする。このことは、搭乗者がエアバッグの展開中にエアバッグによって打たれない限り、完全なエアバッグ展開の目的のために理想的な身体位置を作る。
他方、背の低い搭乗者の場合には、座席はしばしば前方に調整され、搭乗者をエアバッグの射程に配置する。同様に、搭乗者が後向きのチャイルドシート内の幼児や小さな子供であるときは、エアバッグの展開は、乱暴な衝突と、その結果座席の背もたれに加わる後方への力とを引き起こす。
更に、占有者の重量は、エアバッグの展開によって伝達される外傷に耐える幼児や小さな子供の能力における重要な要因である。幼児や小さな子供は、展開ゾーン内に配置されているだけでなく、彼らの大きさ故に彼らがエアバッグにより伝達される大きな衝撃力に耐えることが不可能であることに起因して、特に傷つき易い。
エアバッグの射程域内に個人がいるか否か、あるいはエアバッグの展開が無展開に比べてある体重の個人をより損傷するか否かを評価するために、「スマート」センサが必要になる。しかしながら、現在までのところ、車両占有者がエアバッグの展開ゾーン内に位置しているか否かを連続的に決定する手段と、占有者の重量とを双方とも提供可能なセンサは商業的には入手できない。
これらおよび他の問題は、本発明の好ましい実施例によって克服されることが見出される。
発明の要約
本発明の１つの目的は、分布した負荷を取り入れて、それを２次元空間内の等価な点の負荷に凝集可能なセンサシステムを提供することにある。
本発明の異なる目的は、分布した負荷の重量を決定可能なセンサシステムを提供することにある。
本発明の異なる目的は、静的および動的動作条件の双方において、等価な点負荷を連続して更新可能なセンサシステムを提供することにある。
本発明の異なる目的は、車両占有者の位置に依存して、等価な点負荷によって表わされる車両占有者がエアバッグの射程内に存在するか否かを決定し、存在する場合にはエアバッグの展開を選択的に制御し、またはエアバッグを不活性化するための車両のエアバッグシステムで使用するセンサシステムを提供することにある。
本発明の更に異なる目的は、車両占有者の重量と位置に依存して、車両占有者が所定値より軽いか否かを決定し、軽い場合にはエアバッグの展開を選択的に制御し、またはエアバッグを不活性化するための車両のエアバッグシステムで使用するセンサシステムを提供することにある。
本発明のこれらおよび他の目的は、そらぞれが所定の領域を有し、そして分布した負荷に面する２次元領域内に配置された複数の離散的および／または分布した検知素子を備えるセンサシステムによって達成される。各検知素子は、検知素子の２次元領域上に加わる圧力の積分に比例した出力信号を与える。２次元領域において分布した負荷の力の中心は、それぞれ２次元領域のＸおよびＺ境界に延びる検知素子からの重み付けまたはシェードされた出力信号を加算して得た２つの分子を、離散的な検知素子からの一様に重み付けまたはシェードされた出力信号を加算することによって得られた分母で割ることによって計算される。
与えられた検知開口内で分布した負荷の力の中心と重量情報とを集めるためには、少なくとも３つのセンサが必要とされる。このセンサシステムは、好ましくは自動的なエアバッグシステムを制御する。このセンサシステムは、好ましくは自動車の座席中に配置される。力の中心と重量情報とによって表わされる点負荷とその位置は、ファジー設定論理境界を構築するために使用される。このファジー設定論理境界は、エアバッグを展開するか否か、そして如何に展開するかを制御する。少なくとも２つの、しかし好ましくは３つのファジー設定論理境界が、そして可能であればそれ以上が、「全展開」、「ソフト展開」および「無展開」境界またはゾーンを含んで確立される。「全展開」ゾーンは、エアバッグの射程外にあって典型的には背もたれにもたれて着座している成長した成人または大柄な子供によって占められる。しかしながら、搭乗者が彼または彼女の位置を彼らの等価な点負荷をダッシュボードの方向に移動してエアバッグの射程内に入るように調整した場合には、成長した成人でも「ソフト展開」ゾーンまたは「無展開」ゾーンに入ることができる。
「ソフト展開」ゾーンは、典型的には背もたれにもたれて着座している小柄な成人又は子供によって占められる。しかしながら、小柄な成人又は子供が彼または彼女の位置を彼らの等価な点負荷をダッシュボードの方向に移動するように調整した場合には、その搭乗者は「無展開」ゾーンに入ることができる。最後に、「ソフト展開」ゾーンは、典型的にはチャイルドシートに着座している小柄な子供または乳児、あるいは空のまたは未占有の車両の座席によって占められる。車両の座席に着座している小柄な子供または乳児の等価な点負荷と重量は、「全展開」ゾーンおよび「ソフト展開」ゾーンを崩壊させ、「無展開」ゾーンだけを残す。
本発明のこれら及び他の目的、特徴および利点は、好ましいに実施例の詳細な説明を図面と共に読むことによって、当業者には明らかになる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の好ましい実施例によるセンサシステム用のセンサ構成を示す。
図１ａは、自動車の座席に適用された１つの好ましい実施例によるセンサシステム用のセンサ構成を示す。
図２は、ｘ軸に沿った検知開口のリニアなシェーディング関数を示す。
図３は、図４の一様なセンサ開口と組み合わされたときにその出力が重心を生じる分子積分となる、完全にリニアにシェードされたセンサ開口を近似するシェードされたセンサ開口を示す。
図４は、図３のシェードされたセンサ開口と組み合わされたときにその出力が重心を生じる分母積分となる、一様な長方形のセンサ開口を示す。
図５は、図３及び４の複合的なセンサ開口を示す。
図６および６ａは、一様な素子を伴うリニアなシェーディングの関数的近似を示す。
図７は、１つの軸に沿ったＣf測定値を得るための２素子一致センサ開口を示す。
図８は、Ｃf,xおよびＣf,z測定値を得るための４素子センサ開口を示す。
図９−１６は、本発明の異なる好ましい実施例によるセンサシステム用の種々のセンサ構成を示す。
図１７は、好ましい実施例の先行するセンサシステムによる分布した負荷の等価な点負荷とその負荷の重量を計算する方法を示す。
図１８は、ｘ軸に沿ったリニアなシェーディング関数を近似するように構成された４素子センサを示す。
図１８ａは、リニアな関数を近似する図１８のセンサを形付ける方法を示す。
図１９は、エアバッグの展開を制御するために使用される電子回路のブロック図である。
図２０は、重心および重量計算からファジー設定論理境界が確立される処理ユニットの一部のブロック図である。
図２１は、車両占有者の力の中心及び重量の１つの計算用のシートバックおよびダッシュボードに対するファジー設定論理境界を図形的に示す。
図２２は、全展開ゾーンに位置する成人のような占有者を示す車室の模式図である。
図２３は、ソフト展開ゾーンに位置する小柄な成人または子供のような占有者を示す車室の模式図である。
図２４は、無展開ゾーンに位置する座席内の小さな子供または幼児のような占有者を示す車室の模式図である。
図２５は、ファジー設定論理境界を構築するために、並びにファジー設定境界のメンバシップに基づいて、車両エアバッグの事故発生時にエアバッグを展開するか否か、および如何に展開するかを構築するために使用される工程のフロー図である。
好ましい実施例の詳細な説明
図１および１ａを参照すると、車両エアバッグ補足抑制システムに使用するセンサシステム１０が示されている。このセンサシステム１０は、好ましくは関連するエアバッグを有する自動車のシート（単数または複数）２０中に埋設される。検出開口１２は、破線およびｘ−ｚ平面によって規定される。検出開口１２は、搭乗者が車両内に着座したときに車両のシートに典型的に伝わる全ての垂直な力を実質的に受けるように、寸法および位置が決められている。図１の実施例のセンサシステム１０は、ｘ−ｚ平面内に配列された４つのセンサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を備えている。図１ａの実施例のシステム１０は、ｘ−ｚ平面内に配列された６つのセンサＳ１−Ｓ６を備えている。
図１のセンサＳ１−Ｓ４と図１ａのセンサＳ１−Ｓ６は、好ましくはピエゾ抵抗センサである。ピエゾ抵抗センサは、その名が示すとおり、圧力を受けると抵抗変化を示す材料である。特に、センサＳ１−Ｓ４およびセンサＳ１−Ｓ６は、好ましくはインターリンク・エレクトリック社（Interlink Electric）から入手可能な力感知抵抗体である。その代わりに、センサＳ１−Ｓ４およびセンサＳ１−Ｓ６は、圧電センサ（ＡＣブリッジを有する）、セラミックセンサ、ピエゾポリマーセンサ、ロードセル、マグネト・ストリクタまたは他の利用可能なセンサでもよい。
センサＳ１−Ｓ４およびセンサＳ１−Ｓ６は、適切な信号処理電子回路に接続される関連したリードＬ１−Ｌ４およびＬ１−Ｌ６を有する。好ましくは出力電圧の形態である出力は、センサＳ１−Ｓ４およびセンサＳ１−Ｓ６に加わる力の結果として生じ、そしてリードＬ１−Ｌ４およびＬ１−Ｌ６を伝わって、後で詳細に説明する好適な処理装置に伝送される。センサＳ１−Ｓ４およびセンサＳ１−Ｓ６は、セントロイド（重心）解析を使用して、分布した負荷の重心、特に占有者の重心がｘ−ｚ平面内の１つの集中した点に理想化されるように、ｘ−ｚ座標系に沿って配列されている。ひとたび力の中心位置が把握されると、自動車のエアバッグが展開されるか否かを、そしてどのように展開されるかを決定するための適切な制御が実行される。
特に、個人の分布した重量の等価な点負荷は、セントロイド計算を通して決定される。力の中心は、特定の開口に沿う表面にわたって作用する力のセントロイドを意味する。そのように、力の中心Ｃfは、質量分布のセントロイドに類似し、以下のように決定される。
0004204071.tif 000002
ここで、［ａ，ｂ］はｘ軸に沿った開口の限界を定義し、ｘはセンサのシェーディング関数であり、f(x,t)は外因性力分布である。式（１）は、開口全域にわたる負荷の積分によって正規化されたｘ方向の力の重み付けを定義する。
表面上の力分布が２つの座標ｘおよびｚにわたって変化するとき、式（１）は、力の中心および負荷分布の高次空間モーメントを計算するために、次のように一般化される。
0004204071.tif 000003
ここで、［ａ，ｂ］はｘ軸に沿った開口の限界を定義し、［ｃ，ｄ］はｚ軸に沿った開口の限界を定義し、ｘnはｎ＞１のときに負荷分布の高次空間モーメントであるセンサのシェーディング関数であり、f(x,z,t)は外因性力分布である。式（２）は、開口全域にわたる負荷の積分によって正規化されたｘ方向の力の重み付けを定義する。ｎ＝１のとき、式（２）はｘ方向の力の中心を定義する。
同様に、ｚ軸に沿って、力の中心と力分布の高次空間モーメントが次のように表現される。
0004204071.tif 000004
ここで、［ａ，ｂ］はｘ軸に沿った開口の限界を定義し、［ｃ，ｄ］はｚ軸に沿った開口の限界を定義し、ｚnはｎ＞１のときに負荷分布の高次空間モーメントであるセンサのシェーディング関数であり、f(x,z,t)は外因性力分布である。式（３）は、開口全域にわたる負荷の積分によって正規化されたｚ方向の力の重み付けを定義する。ｎ＝１のとき、式（３）はｚ方向の力の中心を定義する。
式（２）と（３）は、単にｎの値を変更することによって、高次モーメントを示す情報を集めるために修正できる。例えば、ｎ＝２であれば、式（２）と（３）は個人の平均空間範囲を定義する。このような情報は、搭乗者の体格の一般化された近似、即ちその搭乗者が痩せているか、太っているか、あるいはその間のどこかであるかという近似を与える。他の高次モーメント、例えばｎ＝３は、開口全域の負荷分布の均一性に関する情報、例えば分布した負荷が２−３の位置に集中しているか、または開口全域にわたって均一に広がっているかという情報を与える。
式（１）−（３）を使用し、先ず開口全域［ａ，ｂ］「ｃ，ｄ］にわたる２成分積分を測定し、それから考慮されている合計面積にわたって各成分積分を分割することによって、表面に沿った力の中心の分布が最も一般的に決定される。式（２）および（３）の各分子は、シェードされた開口、即ち開口を横切る空間的な利得の重み付けを表す。式（２）および（３）の各分母は、シェードされてない開口、即ち開口全体にわたって実現された合計の力を表す。両方の開口は一致する（即ち、等しい境界を有する）。
一方がリニアにシェードされ、他方がシェードされていない、分布した開口の一致した組は、不幸なことに、この適用の時点では実際に製造することはできない。そうでなければ、式（２）および（３）の力の中心の成分積分は確実に実現され得る。かくして、一方では直ちに利用可能な材料と技術を使用して力の中心がいくつかの実際の適用に対して測定されることを依然として許容しながらも、式（２）および（３）を近似する方法が構築されなければならない。この方法は、開口シェーディング近似を通して実現される。シェードされた開口の説明は、本発明者に許可された米国特許第５，３２７，３９７号に見い出され、参照によってここに組み込まれる。
開口シェーディングは、センサ開口の空間的な利得の重み付けである。開口シェーディングは、開口に沿った力の中心を計算するために使用される成分積分を発展させるために使用される。式（２）の開口シェーディングは、ｘ軸に沿ったリニアな重み付けであり、図２に概念的に図示されている。この重み付けが分布されたセンサ、例えば、加えられた垂直な圧力の積分に比例する電圧を生成するセンサ中で実現される場合は、このセンサの感度または利得は、ｘ方向にリニアに変化し、そしてｚ方向には一定である。このような実際のデバイスまたは感知媒体は現在のところ全く存在しないので、力の中心を計算するためには、利用可能な材料を使用したシェーディングの近似が構築されなければならない。
図３を参照すると、形付けされたセンサ開口が図示されている。このセンサは、加えられた垂直な力に比例して電気的な特性に電気的な出力または変化を与える材料、例えば圧電材料、力検知抵抗体、ロードセル等で構成されている。これらの適用された材料は、それらの領域に加えられた圧力を積分する。図３の検知開口が、スパン的に（スパンワイズに）均一な力分布、即ちｘ軸に沿って加えられるがｚ軸には一様な力、によって作用した場合、出力は、形付けられた開口上のこの力の積分のｘ方向におけるリニアな重み付けに比例する。この力は、ｘ＝０端付近には成分出力を少ししかあるいは全く誘起せず、またｘ＝ｂの近傍ではセンサ出力に最大限貢献し、さらに全ての中間位置において開口幅に比例した他の微分成分に貢献する。開口幅はリニアに変化するので、これは開口［０，ｂ］にわたる力の積分にリニアに重み付けする。かくして、図３に図示された形付けられた開口は、上述した仮説の「理想的」なリニアにシェードされた開口に対する近似となる。換言すれば、この開口の出力は、ｎ＝１に対して、スパン的に均一であると推定され得る力分布に対する式（２）中の分子の積分を近似する。
式（２）中の分母は、単純な長方形の検知開口によって実現され得る。この開口は図４に示されている。図４の開口の出力は、任意の（即ち、スパン的に限らない）力分布に対する式（２）の分母の積分である。
図３及び４の開口が一致するように製造される場合は、それらの出力の比率は式（２）を満足し、開口上のｘ方向の力の中心の直接的な測定値を生ずる。これらの開口は、２通りの方法で一致させられる。第１に、図３の形付けられた開口は、図４の長方形開口の上に重ねることができる。しかしながら、より実際的な方法は、分布したセンサ（図３のような）がそれらの開口上に加わる圧力を積分した出力を与えるので、重ね合わせの原則が図５に示されるような複合開口を発展させるために使用されうる、という現実から始まる。
特に図５を参照すると、部分開口Ｓ３は、図３に示されたリニアに形付けられた開口であり、その出力は式（２）に対する分子の積分を与える。部分開口Ｓ１−Ｓ３の加算出力は、出力等価物を図４に示された一様な開口の出力に与える。この加算出力は、式（２）に対する分母の積分を与える。この結果、図５に示された複合形状開口は、力の中心の積分（２）を形成するために必要なシェーディングを伴って、２つの一致する開口Ｓ３およびＳ１−Ｓ３をそれぞれ与える。このことはまた、単一の分布したセンサ開口上の電極形状によっても達成することができる。
空間的に形付けられた開口はまた、出力が電気的におよび／またはデジタルに計測され、そして組み合わされる隣接した部分開口の集合を使用して、区分的に（ピースワイズに）近似されうる。
式（２）および（３）中の積分を実現するために必要な開口の区分的な近似をする最も複雑でない手段は、２つの部分開口だけを使用する。図６及び６ａを参照すると、リニアなシェーディング５０と、その２素子の区分的近似６０がプロットされている。２素子の区分的近似６０の第１の素子はゼロの利得ｋ1を有するのに対し、第２の素子７０は最大利得、即ち単位即ち１の利得を有する。リニアにシェードされたセンサ開口と一様なセンサ開口の両者を具体化する複合センサ開口が図７に示されている。
部分開口１および２（図７に示されるように）の出力が組み合わされると、Ｃf,xは次のように近似される。
0004204071.tif 000005
この近似は、分布した負荷の等価な点負荷を空間的に局部化するために使用されうる。式（４）は、部分開口がｘ＝ｂ／２で分離され、そして
0004204071.tif 000006
であることを仮定している。
同様の複合開口は、Ｃf,xおよびＣf,zの両方を計算するに必要とされる信号を測定するために使用できる。例えば、図８に示された複合開口を参照すると、式（４）と同様の手法で、信号Ｓ１からＳ４が組み合わされて、次式を生ずる。
0004204071.tif 000007
ここで、ｆ＝ｆ(x,z,t)、即ちｘおよびｚ方向の力の中心の実時間測定値である。
0004204071.tif 000008
ここで、ｆ＝ｆ(x,z,t)である。
式（５）及び（６）は、分布した負荷の等価な点負荷の正規化された位置を、図８のセンサ構成に従って計算するために使用される。図１及び８のセンサ構成は、図１のセンサ間の分離を除いて同じである点が認められる。センサが互いに接触している必要はない。むしろ、それらは、考慮されている開口１２の境界に配置されることだけが必要とされる。更に、図１及び８の他にも、多数のセンサ構成が利用可能である。基礎的な空間モーメントの等式は同じままであるが、異なったセンサ構成に適合するために計算は修正される。センサの数が増加すると、計算は複雑になるが、ひとたび計算の背後にある基礎的な理論が上記したように知られると、設計者は、連続した関数の区分的な空間近似に到達するために、多くの構成の中の１つを選択することができる。センサの数に関すれば、唯一の必要性は、少なくとも３つのセンサが必要とされるということである。
例えば、図９を参照すると、他の１つの好ましい実施例に係るセンサ構成が示されている。センサシステム１０は、ｘ−ｚ平面に配列された６つの離散したセンサＳ１−Ｓ６を含んでいる。各センサＳ１−Ｓ６は、分布した負荷の位置および重量に到達するに必要な種々のセントロイド計算および重量加算を行うための適切な電子回路まで延長された、対応するリードＬ１−Ｌ６を有する。図９の構成の下で、力Ｃf,xおよびＣf,zの中心は次のようになる。
0004204071.tif 000009
ここで、Ｓ１−Ｓ６は、センサ開口に適切に利得の重み付けをしたセンサからの信号を表わす。式（５）及び（６）とは異なり、信号Ｓ１−Ｓ６は、ｘおよびｚ方向の力の中心に到達するために、適当な利得の重み付けを掛けた開口の面積を表わす適当な積分で置換できる。
図１０−１６は、好ましい実施例による種々の他のセンサアレイを表わしている。例えば、図１０のセンサアレイは、ｘ軸に沿って増えるセンサの数をＮとした時の２×Ｎのセンサアレイである。同様に、センサの数は、設計の仕様に依存して、ｘおよびｚ両方向に増える。図１３−１４に見られるように、センサアレイは、力の中心と重量とを解明するために、少なくとも３つのセンサＳ１−Ｓ３を備えなければならない。しかしながら、センサは、図１４−１５のセンサのような、従来ない種々の構成を想定することができる。図１６に見られるように、センサは、力の中心及び他の空間モーメントを前記の等式を用いて決定可能にするに必要な情報を依然として提供する限り、互いに重なることさえ可能である。唯一の必要性は、どのセンサも寸法、形状および配置が等しくないという点である。
図１７を特に参照すると、前記した全てのセンサに対する力の中心および負荷を計算する方法が示されている。図１０−１６のものを含むどのような与えられたセンサ構成に対しても、力の中心および負荷の計算は同じままである。ブロック１００において、ｘ分子信号が得られる。このｘ分子信号は、ｘ軸に沿う適当な利得重み付け係数ｋiが乗じられたセンサ信号Ｓiの和である。ブロック１１０において、ｚ分子信号が得られる。このｚ分子信号は、ｚ軸に沿う適当な利得重み付け係数ｋiが乗じられたセンサ信号Ｓiの和である。ブロック１２０において、分母信号が得られる。この分母信号は、単位即ち１の利得重み付け係数ｋiが乗じられた全てのセンサ信号Ｓiの和である。
上述したように、ブロック１００，１１０，１２０中の計算のそれぞれは、センサから受け取った信号Ｓiに適当な利得重み付け係数ｋiを乗ずる。係数ｋiは、ｉ番目のセンサ開口上のシェーディング関数の平均値を表わす。係数ｋiは次の等式から得られる。
0004204071.tif 000010
ここで、
ｘ分子信号（ブロック１００）に対して、ｗ(x,z,t)＝ｘn、
ｚ分子信号（ブロック１１０）に対して、ｗ(x,z,t)＝ｚn、
分母信号（ブロック１２０）に対して、ｗ(x,z,t)＝１であり、そしてＡはセンサの面積である。
ブロック１００，１１０および１２０の加算に続いて、ｘ方向の力の中心を求めるために、ｘ分子信号はブロック１３０において分母信号によって除算される。同様に、ｚ方向の力の中心を求めるために、ｚ分子信号はブロック１４０において分母信号によって除算される。ブロック１２０におけるセンサのそれぞれからの全ての信号の和は、ブロック１６０において個人の重量を生ずるために、ブロック１５０において計測される。
図１８を参照すると、異なる好ましい実施例にかかるセンサシステムが示されている。この実施例では、センサの形状それ自身が連続した関数を近似している。換言すれば、いくつかのセンサ素子を使用し、そして可変利得ｋiを使用してそれらを加算するのではなく、各センサＳ１−Ｓ４は、固定利得と、素子の中心から中心までの幅の間の可変位置とを有している。このことは、好ましくは、補助的なシェーディング電極の必要性を消去するピエゾポリマーフィルム層上の電極を形付けることによって達成される。例えば、図１８ａを参照すると、近似されるシェーディング関数がリニアな場合は、可変幅で、一定振幅の関数的近似が使用できる。近似における「パルス」の数は図示された３つより遥かに大きいものでありうることを、当業者は簡単に理解する。センサＳ１−Ｓ４のそれぞれは、電気的に接続された３つの相互接続されたセグメントを有する。センサＳ１−Ｓ４の幅は、ｘおよびｚ分子の等式、式（２），（３）で必要とされるリニアなシェーディングを近似するように、変化させられる。開口１および２の重なりは、必要な正規化信号を与える。
好ましい実施例による検知システムは、好ましくは着座している個人の位置と重量に依存してエアバッグの展開を制御する適切な電子回路と結合される。図１９を参照すると、センサアレイ１０は、検知された信号を信号調整電子回路２００を通して伝達する。調整電子回路２００は、センサ出力を電圧に変換し、その信号を計測し、フィルタをかけ、必要に応じてそれらを線形化し、また温度補償する。次に、結果として生じた信号は、処理ユニット３００に送出される。
処理ユニット３００は、ファジー理論を使用してエアバッグ展開体系を構築する。ファジー理論は、当業者には良く知られており、ここではどのようにして好ましい実施例において実行されるかを示し、それ以外は詳細には説明されない。好ましい実施例に適用されるファジー理論は、負荷およびその位置の関数として幅が変化する、空間メンバシップ関数または領域の発展を含む。図１９と共に図２０を参照すると、処理ユニット３００は、少なくとも２つの、しかし好ましくは３つの、そして可能であればそれ以上のファジー設定論理境界を、個人の力の中心と重量とに基づいて構築する。これらの境界は、好ましくは「全展開」境界３１０、「ソフト展開」境界３２０および「無展開」境界３３０を含む。加えて、他の中間的な境界が構築でき、これによりエアバッグは「全展開」と「無展開」との間の他の比率で展開される。一度ファジー設定論理境界が確立されると、処理ユニット３００は、ブロック３４０でメンバシップに対する力の中心パラメータおよび重量パラメータをチェックする。そして、エアバッグの展開は、展開ゾーン中のメンバシップに基づいて適切に制御される。
更に図２１を参照すると、車両占有者の１つの方位に従ったファジー設定論理境界が図示されている。図２１から明らかなように、車両占有者がシートバック（背もたれ）に接近するように移動すると、エアバッグは「全展開」モードに設定される。逆に、車両占有者の等価な点負荷がダッシュボードに接近するように移動して「無展開」ゾーンに入ると、エアバッグは不活性化される。「全展開」、「ソフト展開」および「無展開」の間の境界の位置は、連続的に更新される。占有者の位置と重量とに依存して、１またはそれ以上の境界は崩壊し、１または２つの展開モードだけが残る。
図２２−２４を参照すると、異なるサイズの車両占有者に対するファジー設定論理境界が示されている。図２２には成人が示されている。この等価な点負荷と重量は、搭乗者または運転者を「全展開」ゾーン内に配置するようなファジー設定論理境界を確立させる。しかしながら、搭乗者または運転者の等価な点負荷がエアバッグの方向に前方に移動したら、搭乗者または運転者は「ソフト展開」または「無展開」ゾーンに入る。
図２３の場合には、車両占有者は子供か小柄な成人である。この状況では、車両占有者の等価な点負荷と重量は、搭乗者または運転者が「ソフト展開」ゾーン内に配置されるようにファジー設定論理境界が調整されるようなものである。搭乗者または運転者の等価な点負荷がエアバッグの方向に前方に移動したら、搭乗者は「無展開」ゾーンに入る。
最後に、図２４にはカーシート内の子供が示されている。この子供の等価な点負荷の位置（およびカーシートの重量）とは無関係に、子供とカーシートの重量は、「全展開」および「ソフト展開」ファジー設定論理境界を崩壊させる。この結果、その子供は「無展開」ゾーンに配置され、エアバッグは不活性化される。
図２５は、搭乗者の等価な点負荷の位置と重量とに基づいて、上述したシェードされたセンサ開口とセントロイド解析を使用して計算したように、エアバッグの展開を制御するためのコンピュータプログラムの模式的フロー図である。先ず、プログラムのブロック４００において、センサから受信された信号から、搭乗者の重量が計算される。次に、ブロック４１０において、搭乗者座席のｘ方向（前方から後方）に沿った搭乗者の等価な点負荷の位置が計算される。同様に、ブロック４２０において、搭乗者座席のｚ方向（側部から側部）に沿った搭乗者の等価な点負荷の位置が計算される。ブロック４３０において、搭乗者の等価な点負荷の位置と重量とに基づいて、展開ゾーンの位置と広さ、即ちファジー設定論理境界が確立される。次に、ブロック４４０において、エアバッグの等価な点負荷が「全展開」ゾーン内にあるか否かの決定がなされる。もしそうであれば、ブロック４５０において、エアバッグは全展開可能にされる。もしそうでなければ、プログラムはブロック４６０に移動して、そこで等価な点負荷が「ソフト展開」ゾーン内にあるか否かの決定がなされる。もしそうであれば、ブロック４７０において、エアバッグはソフト展開可能にされる。もしそうでなければ、プログラムはブロック４８０に移動して、そこで等価な点負荷が「無展開」ゾーン内にあるか否かの決定がなされる。それからエアバッグは、ブロック４９０において不活性化され、プログラムは繰り返される。従って、好ましい実施例によれば、エアバッグ展開モードは連続的に更新される。
車両占有者は、搭乗者としての数例について説明されてきた。しかしながら、運転者も搭乗者または車両占有者と同様に考えられる。そして、添付の請求の範囲で規定される本発明は、運転者の座席または搭乗者の座席のいずれかに組込まれたセンサシステムを含むものとして解釈される点が理解される。更に、ペット、荷物、または占有されていない自動車用安全チャイルドシートが、人が着座したと同様の信号を生成して、エアバッグの展開を制御することになる点が理解される。
本発明は、一次的には自動車のエアバッグの展開を制御するために使用される制御システムに関して説明されてきた。しかしながら、本発明はそのような適用に限定されるものではない。むしろ、本発明は、ここで名前を挙げるには多すぎる他の多くの実用的な応用がある。その代わりに、本発明は、等価な点負荷の重心および位置が静的または動的な環境の分析に使用可能である応用において特に実用的な用法がある点が理解される。
本発明者によって現在明らかにされたそのような応用の１つは、歩調を分析するために、重心及び位置センサを靴の内底に適用することである。この適用では、好ましい実施例の検知システムは、好ましくは取り外し可能な内底の下側に適用される。センサは、靴の底の周辺部によって検知開口が規定されるように、内底の下側に配置される。それから主体は敷き皮の上に位置して、歩行または走行を開始する。
重量及び位置センサによって殆ど即時に提供されるフィードバックは、主体が敷き皮上を移動する時に動的な重心及び位置信号が生成されることを可能にする。この情報は、めまい、くじき、ねんざのような多くの問題を診断するために、また歩行中に現れる個人の回復の指示を与えるために有用である。前述した開示を考慮した当業者は、好ましい実施例の検知システムが他の多くの適用を含むことを意図しているものと理解できる。かくして、本発明は好ましい実施例に関して説明されたが、本発明はそれに限定されるものではない。添付の請求の範囲によって規定された本発明の範囲から離れることなしに、当業者によって種々の修正が容易になし得るものである。
【図１】
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【図１ａ】
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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６ａ】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１８ａ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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