(57)【要約】【課題】  広範囲な乗員重量の変動範囲にわたって、車両用シートに着座している乗員の重量を常に安定して感度良く、かつ精度良く検出でき、簡易な構成である重量検出装置を提供する。【解決手段】  乗員重量検出装置３は、車両用シートＡに着座している乗員の重量を検出する。車両のシート固定部４に対してシートＡを上下動自在に支持する支持機構Ｂと、シートＡに加わる荷重の大きさに応じた距離だけシート固定部４に対してシートＡが上下動するようにシートＡに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構Ｄと、シート固定部４に対するシートの上下動距離を検出する上下動距離検出機構Ｅと、シート固定部４に対するシートＡの上下動範囲を限定する上下動範囲限定機構Ｅとを有する。前記弾性反発力付与機構Ｄはばね２３からなる。このばね２３の振動を減衰させるダンパ機構Ｆを設ける。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用シートに着座している乗員の重量を検出する乗員重量検出装置であって、車両のシート固定部に対して前記シートを上下動自在に支持する支持機構と、前記シートに加わる荷重の大きさに応じた距離だけ前記シート固定部に対して前記シートが上下動するようにシートに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構と、前記シート固定部に対する前記シートの上下動距離を検出する上下動距離検出機構と、前記シート固定部に対する前記シートの上下動範囲を限定する上下動範囲限定機構とを有し、前記弾性反発力付与機構はばねからなるものとし、このばねの振動を減衰させるダンパ機構を設けたことを特徴とする乗員重量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ばねは非線形特性ばねである乗員重量検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記非線形特性ばねは、前記シートに加わる荷重の大きさと前記上下動距離検出機構が有するセンサの出力との関係を略線形とする非線形特性を有する乗員重量検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記支持機構およびダンパ機構は、上下に対向して設けられたシート側の部材およびシート固定部側の部材のうちいずれか一方の部材に中心軸が上下方向を向くシリンダを形成し、もう一方の部材に前記シリンダ内に摺動自在に嵌合するピストンを形成し、前記シリンダの内部にピストン動作緩衝用の流体を充填したものである乗員重量検出装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記上下動距離検出機構は磁気式センサを用いたものである乗員重量検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づきエアバッグの展開量を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づきステアリングハンドルの上下方向および前後方向のいずれか一方または両方の位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づき前記シートの前後方向位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づき前記シートの背当て部の前後方向位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づき前記シートのヘッドレストの前後方向位置を制御する制御手段に入力される乗員重量検出装置。
【請求項１１】
着座部の平面形状が略四角形の車両用シートを、前記着座部の４隅で、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の乗員重量検出装置を介して車両のシート固定部に支持したことを特徴とする車両用シート装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用シートに着座している乗員の重量を検出する乗員重量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
乗員の安全性、快適性等の向上を図るために、乗員の重量に応じて車両用シートおよびその周辺機器の各種設定を変更することが提案されている。（例えば特許文献１，２）。これらの文献に記載されている乗員重量検出装置は、車両用シートのシートレールに荷重センサを設置し、この荷重センサにより、乗員の重量を含むシートの重量を直接測定するものである。
【特許文献１】特開平１１−１１５３５号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の乗員重量検出装置のように、乗員の重量を荷重センサで直接測定する構成であると、センサ自体が荷重を支持することが必要であり、またセンサの持つひょう量（測定可能な最大量）と感度の関係の特性により、広範囲な乗員重量の変動範囲にわたって、乗員のわずかな重量差を感度良く、かつ精度良く測定することが難しいという問題がある。
【０００４】
そこで、乗員重量を荷重センサで直接測定するのではなく、荷重に応じてシートが上下動するようにして、シートの上下動距離から荷重を求めることを試みた。これにより、センサ自体が荷重を支持することが不要となる。このようにシートの上下動距離から荷重を求める場合、簡易な構成でありながら、荷重検出精度を安定させるために常に安定してシートを支持できることが求められる。
【０００５】
この発明の目的は、広範囲な乗員重量の変動範囲にわたって、車両用シートに着座している乗員の重量を常に安定して感度良く、かつ精度良く検出でき、簡易な構成である乗員重量検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明にかかる乗員重量検出装置は、車両用シートに着座している乗員の重量を検出する装置であって、車両のシート固定部に対して前記シートを上下動自在に支持する支持機構と、前記シートに加わる荷重の大きさに応じた距離だけ前記シート固定部に対して前記シートが上下動するようにシートに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構と、前記シート固定部に対する前記シートの上下動距離を検出する上下動距離検出機構と、前記シート固定部に対する前記シートの上下動範囲を限定する上下動範囲限定機構とを有し、前記弾性反発力付与機構はばねからなるものとし、このばねの振動を減衰させるダンパ機構を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、乗員がシートに着座した場合、弾性反発力付与機構の作用により、乗員の重量に応じた距離だけシート固定部に対してシートが上下動する。このシートの上下動距離を上下動距離検出機構により検出する。シートの上下動距離とシートに加わる荷重との関係を予め求めておけば、シートの上下動距離からシートに加わる荷重すなわち乗員の重量を求めることができる。このように、支持機構と弾性反発力付与機構とを設けて、シートに加わる荷重の大きさに応じた距離だけシートが上下動するように支持したため、広範囲な乗員重量の変化範囲にわたり、適正な荷重・上下動距離の関係になる。このように変化する上下動距離を測定して乗員重量を検出するため、広範囲の乗員重量の変動範囲にわたり、乗員重量を感度良く、かつ精度良く検出することができる。
弾性反発力付与機構をばねからなるものとしたことにより、弾性反発力付与機構を含め全体を簡易な構成にできる。荷重が急激に変化した場合、ばねに振動が発生するが、このばねの振動を減衰させるダンパ機構が設けられているため、上下動距離検出機構が振動の影響を受けることが少ない。このため、上下動距離の検出が安定し、乗員の重量を常に安定して感度良く、かつ精度良く検出できる。
【０００７】
前記ばねは非線形特性ばねとすることができる。例えば、非線形特性ばねは、前記シートに加わる荷重の大きさと前記上下動距離検出機構が有するセンサの出力との関係を略線形とする非線形特性を有する。
センサには非線形特性があるため、シートに加わる荷重とシートの上下動距離が比例していると、シートに加わる荷重とセンサの出力との関係が線形にならない。そこで、弾性反発力付与機構のばねを非線形特性ばねとし、その非線形特性ばねの荷重と撓みとの関係をセンサの特性に合わせて設定することにより、シートに加わる荷重とセンサの出力との関係を、広範囲な乗員重量の変化範囲にわたり、線形あるいはなだらかな曲線にすることができる。このように、センサ特性に対する補正を機械的に行うことで、センサ出力を乗員重量検出装置とは別に設けたマイコンやＥＣＵ（電気制御ユニット）にて補正演算することが不要である。
【０００８】
この発明において、前記支持機構およびダンパ機構は、上下に対向して設けられたシート側の部材およびシート固定部側の部材のうちいずれか一方の部材に中心軸が上下方向を向くシリンダを形成し、もう一方の部材に前記シリンダ内に摺動自在に嵌合するピストンを形成し、前記シリンダの内部にピストン動作緩衝用の流体を充填したものであるのが好ましい。
この構成とすれば、シート側の部材およびシート固定部側の部材が支持機構とダンパ機構とを兼ねるため、構成を簡略化して部品点数を減らすことができる。
【０００９】
前記上下動距離検出機構は磁気式センサを用いたものであるのが好ましい。磁気センサとしては、例えばホールセンサ、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子センサ）等を用いることができる。
磁気センサを用いると、一般的な他のセンサに比べて、低コストで乗員重量検出装置を構成することができる。例えば、特許文献２には、荷重センサとしてストレインゲージ、圧電式、静電容量式、磁歪式、感圧抵抗式等のセンサを用いることが記載されているが、これらのセンサを用いる場合、デバイスや検出回路が必要となり、さらにそれらの組付けに手間がかかるため、コストが高くつく。
【００１０】
前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づきエアバッグの展開量を制御する制御手段に入力される構成とすることができる。
また、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づきステアリングハンドルの上下方向および前後方向のいずれか一方または両方の位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
さらに、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づき前記シートの前後方向位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
さらに、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づき前記シートの背当て部の前後方向位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
さらに、前記上下動距離検出機構の出力が、この上下動距離検出機構の検出結果に基づき前記シートのヘッドレストの前後方向位置を制御する制御手段に入力される構成としてもよい。
いずれの場合も、上下動距離検出機構の出力により、シートおよびその周辺機器の各種設定を変更して、乗員の安全性、快適性等の向上を図ることができる。
【００１１】
この発明の車両用シート装置は、着座部の平面形状が略四角形の車両用シートを、前記着座部の４隅で、前記乗員重量検出装置を介して車両のシート固定部に支持したことを特徴としている。
この車両用シート装置の構成によれば、車両用シートに着座している乗員の重量が、シート着座部の４隅を支持する各乗員重量検出装置にて検出される。各乗員重量検出装置の検出値の総和から、乗員の重量が求められる。求められた乗員の重量から、シートおよびその周辺機器の各種設定を変更して、乗員の安全性、快適性等の向上を図ることができる。
また、各乗員重量検出装置の検出値を比較することで、着座部における重量分布が分かる。この重量分布から、乗員の体格や座り方の特徴を推定することができ、その推定結果にもとに前記各種設定の変更を補正すれば、より実情に即した合理的な設定変更をすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の乗員重量検出装置は、車両用シートに着座している乗員の重量を検出する装置であって、車両のシート固定部に対して前記シートを上下動自在に支持する支持機構と、前記シートに加わる荷重の大きさに応じた距離だけ前記シート固定部に対して前記シートが上下動するようにシートに弾性反発力を付与する弾性反発力付与機構と、前記シート固定部に対する前記シートの上下動距離を検出する上下動距離検出機構と、前記シート固定部に対する前記シートの上下動範囲を限定する上下動範囲限定機構とを有し、前記弾性反発力付与機構はばねからなるものとし、このばねの振動を減衰させるダンパ機構を設けたため、広範囲な乗員重量の変動範囲にわたって、車両用シートに着座している乗員の重量を常に安定して感度良く、かつ精度良く検出でき、簡易な構成である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１はこの実施形態の乗員重量検出装置が設けられた車両用シート装置の側面図、図２はその平面図である。この車両用シート装置は、シート本体１とシートレール２とでなる車両用シートＡを備える。シート本体１は、平面形状が略長方形の着座部１ａと、この着座部１ａの後部から上方に立ち上がる背当て部１ｂと、この背当て部１ｂの上端に設けられたヘッドレスト１ｃとでなり、着座部１ａの下面が、前後方向に長い左右一対のシートレール２上に前後移動自在に支持されている。左右のシートレール２は、それぞれの前後両端部で、乗員重量検出装置３を介して車両の車体床部の一部であるシート固定部４に設置されている。したがって、シートＡは、着座部１ａの４隅で、４個の乗員重量検出装置３を介してシート固定部４に支持されている。
【００１４】
図３および図４に示すように、乗員重量検出装置３は、上下に対向して設けられたシート側の部材およびシート固定部側の部材を有する。シート側の部材はシートレール取付部材５であり、上端から上向きに突出する取付ねじ１０によりシートＡのシートレール２に取付けられている。取付ねじ１０は、シートレール取付部材５と別体としてもよい。シート固定部側の部材はシート固定部材６であり、下端から下向きに突出する取付ねじ１３によりシート固定部４に取付けられている。取付ねじ１３は、シート固定部材６と別体としてもよい。
【００１５】
シートレール取付部材５は、全体が、中心軸が上下方向を向くシリンダとされている。下端壁部５ａの中央部には、後記ピストンロッド６ｂが挿通される貫通孔５ｂが形成されている。シート固定部材６は、下端側のベースプレート６ａと、このベースプレート６ａの上面に設けられたロッド基部６ｂと、このロッド基部６ｂから上方に延びるピストンロッド６ｃと、このピストンロッド６ｃの先端に設けられたピストン６ｄとでなる。ピストンロッド６ｃは前記貫通孔５ｂに挿通され、ピストン６ｄはシリンダであるシートレール取付部材５の内周に摺動自在に嵌合している。シートレール取付部材５の内部は外部から密封されたシリンダ室とされ、ピストン動作緩衝用の流体７が充填されている。流体は例えば液体である。シートレール取付部材５およびシート固定部材６は、車両のシート固定部Ａに対してシートＡを上下動自在に支持する支持機構Ｂと、後記コイルばね２３の振動を減衰させるダンパ機構Ｆとを兼ねている。
【００１６】
シートレール取付部材５の下端壁５ａとシート固定部材６のベースプレート６ａ間には、コイルばね２３が設けられている。このコイルばね２３は弾性反発力付与機構Ｄの主要構成要素であって、シートＡに乗員が座ったときにシートレール取付部材５が移動する方向と反対方向、すなわち上向きの弾性反発力をシートレール取付部材５に付与している。これにより、シートＡに荷重が加わっていないときにはシートＡを所定の無荷重位置（図示せず）に保持し、シートＡに荷重が加わるとその荷重の大きさに距離だけシート固定部４に対してシートＡが下降することを許容し、シートＡに加わっていた荷重が無くなるとシートＡを元の無荷重位置に戻すように作用する。
【００１７】
予め想定した重量を超える荷重がシートＡに加わった場合、シートＡが所定高さまで下降することにより、シートレール取付部材５の下端壁部５ａにシート固定部材６のロッド基部６ｂが当たり、それ以上のシートＡの下降が制限される。シートレール取付部材５の下端壁部５ａおよびシート固定部材６のロッド基部６ｂは、シート固定部４に対するシートＡの上下動範囲を限定する上下動範囲限定機構Ｃを構成している。
【００１８】
乗員重量検出装置３は、シート固定部４に対するシートＡの上下動距離を検出する上下動距離検出機構Ｅとして、磁石２５および磁気センサ２６を有する。磁石２５は、シートレール取付部材５の下端壁部５ａの下面に設けられている。磁気センサ２６は、シート固定部材６のベースプレート６ａの上面に、上記磁石２５と対向させて設けられている。磁気センサ２６は、例えばホールセンサ、ＭＲセンサ（磁気抵抗素子センサ）等であり、アナログ出力するものが用いられる。磁石２５と磁気センサ２６の位置を逆にしてもよい。
【００１９】
図５に示すように、シート着座部１ａの４隅下側に設けられた４個の乗員重量検出装置３の磁気センサ２６（１）〜２６（４）は、それぞれ車両の制御装置３０の入力側に接続されている。制御装置３０は、例えばコンピュータ式のＥＣＵ（電気制御ユニット）である。また、制御装置３０の出力側には、エアバッグ展開量制御手段３１、ステアリングハンドル位置制御手段３２、シート位置制御手段３３、およびヘッドレスト位置制御手段３４がそれぞれ接続されている。各制御手段３１〜３４は、制御装置３０の一部として設けられたものであってもよい。これら制御装置３０および各制御手段３１〜３４の作用については、後で説明する。
【００２０】
シートＡの着座部１ａに乗員が着座すると、シートレール取付部材５に荷重がかかり、シートレール取付部材５が下降する（図４）。弾性反発力付与機構Ｄの作用により、乗員の重量に応じた距離だけシート取付部材５が下降する。このシートレール取付部材５の上下動距離を磁気センサ２６にて検出してアナログ出力する。シートレール取付部材５に加わる荷重とシートレール取付部材５の上下動距離との関係は、前記コイルばね２３のばね定数を変えることで調整できる。
【００２１】
各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力信号は制御装置３０に送信される。制御装置３０は、シートＡに加わる荷重すなわち乗員の重量と、各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力値の総和との関係を演算式またはテーブル等により設定した第１の関係設定手段（図示せず）を有し、入力値の総和から前記関係設定手段を用いて乗員の重量を演算する。第１の関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めてある。
シートＡに加わる荷重の大きさに応じた距離だけシートＡが上下動するように支持してあるため、広範囲な乗員重量の変化範囲にわたり、適正な荷重・上下動距離の関係になる。荷重が急激に変化した場合、コイルばね２３に振動が発生するが、このコイルばね２３の振動はダンパ機構Ｆの作用で減衰されるため、上下動距離検出機構Ｅが振動の影響を受けることが少なく、上下動距離の検出が安定している。このため、広範囲の乗員重量の変動範囲にわたり、乗員重量を常に安定して感度良くかつ精度良く検出することができる。
【００２２】
また、制御装置３０は、各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力値と、乗員の体格や座り方の特徴との関係を設定した第２の関係設定手段（図示せず）を有し、各磁気センサ２６（１）〜２６（４）の出力値から乗員の体格や座り方の特徴を推定する。第２の関係設定手段の設定内容も、予め試験やシミュレーションで求めてある。
【００２３】
このように求められた乗員の重量、体格、座り方の特徴等の情報に基づき、各制御手段３１〜３４に出力信号が出される。エアバッグ展開量制御手段３１は、上記乗員情報に基づき、エアバッグ（図示せず）の展開量を制御する。ステアリングハンドル位置制御手段３２は、上記乗員情報に基づき、ステアリングハンドル（図示せず）の上下方向および前後方向のいずれか一方または両方の位置を制御する。シート位置制御手段３３は、上記乗員情報に基づき、シートＡの前後方向位置を制御する。ヘッドレスト位置制御手段３４は、上記乗員情報に基づき、ヘッドレスト１ｃの前後方向位置を制御する。これらの制御を行うことで、乗員の安全性、快適性等の向上を図ることができる。
【００２４】
この乗員重量検出装置３は、荷重センサを用いていないので、センサ自体が荷重を支持することが不要であり、また弾性反発力付与機構Ｄをコイルばね２３からなるものとしたことにより、弾性反発力付与機構Ｄを含め全体を簡易な構成にできる。このため、低コストで製作することができる。また、シートＡに加わる荷重の大きさをシート固定部材６に対するシートレール取付部材５の上下動距離として検出するようにし、その検出用に磁気式センサ２６を用いたことにより、デバイスや検出回路が不要となり、さらにそれらの組付けに手間がかからないため、重量検出装置３を低コストで構成することができる。
【００２５】
この実施形態では、乗員重量検出装置３の検出結果に基づき車両用シートおよびその周辺機器の各種設定を変更する複数の制御手段３１〜３４が設けられているが、これら全ての制御手段３１〜３４を設ける必要はなく、車両の仕様に合った適切な制御手段だけを設ければよい。
【００２６】
図６および図７は、それぞれこの発明の異なる実施形態を示す。これらの実施形態は、前記コイルばね２３を、荷重と撓みとの関係が線形でない非線形特性ばねとしたものである。非線形特性ばねであるコイルばね２３の荷重と撓みとの関係は、後述する磁気センサ２６の特性（図８）に合わせて設定されている。非線形特性ばねとしては、円すいコイルばね、不等ピッチコイルばね、テーパピッチばね等が利用できる。図６に示す実施形態のコイルばね２３は、円すいコイルばねであり、かつ不等ピッチコイルばねである。また、図７に示す実施形態のコイルばね２３は、テーパピッチばねである。コイルばね２３がコイルばね２３であること以外は、前記実施形態と同じである。
【００２７】
図８は、磁石２５と磁気センサ２６間のギャップｇと磁石２５に与えられる磁束密度との関係を示す図である。図に見られるように、磁気センサ２６から磁石２５が離れるにつれて磁気密度の量は減少する。ギャップｇと磁束密度との関係は非線形で、ギャップｇが小さいほど磁束密度の変化が大きくなっている。図９は前記コイルばね２３の特性を示す図であり、荷重と撓みとの関係が、磁気センサ２６の特性（図８）に合わせた非線形の関係に設定されている。これにより、図１０に示すように、シートＡに加わる荷重とセンサ出力とが線形の関係になる。このため、センサ出力を乗員重量検出装置３とは別に設けたマイコンや車両の制御装置３０により補正演算することが不要であり、制御を簡略にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明の実施形態に係る乗員重量検出装置を備えた車両用シート装置の側面図である。
【図２】同車両用シート装置の平面図である。
【図３】同乗員重量検出装置の破断側面図である。
【図４】同乗員重量検出装置の異なる状態を示す破断側面図である。
【図５】同車両用シート装置の制御系のブロック図である。
【図６】この発明の異なる実施形態に係る乗員重量検出装置の破断側面図である。
【図７】この発明のさらに異なる実施形態に係る乗員重量検出装置の破断側面図である。
【図８】磁石と磁気センサ間のギャップと磁石に与えられる磁束密度との関係を示す図である。
【図９】シートに加わる荷重とコイルばねの撓みとの関係を示す図である。
【図１０】シートに加わる荷重とセンサ出力との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…シート本体
１ａ…着座部
１ｂ…背当て部
１ｃ…ヘッドレスト
２…シートレール
３…乗員重量検出装置
４…シート固定部
５…シートレール取付部材（シリンダ）
６…シート固定部材
６ｄ…ピストン
７…ピストン動作緩衝用流体
２３…コイルばね
２５…磁石
２６…磁気センサ
３０…制御装置
Ａ…車両用シート
Ｂ…支持機構
Ｃ…上下動範囲限定機構
Ｄ…弾性反発力付与機構
Ｅ…上下動距離検出機構
Ｆ…ダンパ機構
【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】
2009192353.tif 000007
【図６】
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【図７】
2009192353.tif 000009
【図８】
2009192353.tif 000010
【図９】
2009192353.tif 000011
【図１０】
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