自動運転車用カーシートのためのポリウレタンフォーム埋め込み型 MEMS センサの開発
高松誠一 1
1 東京大学大学院工学系研究科〒113-8654 東京都文京区本郷７丁目３−１

Polyurethane Foam Embedded MEMS Sensor for

Automatic Drive Vehicles Car Seat

Seiichi Takamatsu1
1School of Engineering, The University of Tokyo

7-3-1, Hongo, Bunkyo-Ku, Tokyo 1138656, JAPANAs a technique of monitoring a driver's condition, there is a method of measuring a body pressure applied to a car seat. However,conventional devices for measuring body pressure are installed on the seat surface and giving a sense of incompatibility to a driver.
In this research, we develop the flexible sensor array sheet embedded in a car seat that enables accurate measurement of changes inbody pressure without giving a sense of incompatibility. In this paper, we propose the wiring and mounting structure of flexible
devices using cloth substrate and the stress transmission structure for sensors embedded in sponge material of car seat.
KEYWORDS: Flexible Device, Wiring Mounting Structure, Stress Transmission Structure, Hyperelastic Foam

1.の応力伝達機構でセンサをパッケージングした構造ではじめにある。デバイスは、安定的な機能のために、センサの自動車ドライバーのモニタリングは自動運転の実現

出力などに基板変形が影響しない配線実装構造についに向けて定められた産学協調分野に属し、重要性を増て検討する必要がある。また、カーシートの構成材料

している 1)。実用化のためには以下の要件を満たす必であるポリウレタンフォームは、圧分散性と非線形な

2)

要がある 。

変形挙動を有する 4)。そのため、カーシートに埋め込○ドライバーに対して違和感を与えないこと

んだ MEMS 圧力センサには、検知可能な大きさの体圧○運転に伴う認知・判断・操作を妨げないことが伝達せず、伝達した応力は体圧に対して非線形であ

本研究では、体圧分布を利用したモニタリングにる。したがって、ポリウレタンフォームの特性を考慮注目する。従来手法では、シート座面に設置されたモしたセンサへの正確な体圧の伝達について検討する必

ニタリングデバイスがドライバーに違和感を与えるこ要がある。図 1 に応力伝達機構の構造を示す。とが実用上の課題であった 3)。そこで、フレキシブルかつカーシート内部から体圧分布を計測可能なモニタリングデバイスを開発し、従来手法における課題の解決を試みる。

2.

デバイスのデザイン開発するデバイスは、布を用いたフレキシブルなカーシート用の基板に MEMS 圧力センサをアレイ状
図１ Installation of stress transmission structureに配線実装し、カーシート内部で体圧を検出するため
E-mail: takamatsu@pe.t.u-tokyo.ac.jp―1―

Table.1 Evaluation of sensor output
RMSESensor

1.21×10-1

Cover+rubberleg+sensor

5.75×10-2

Proposed structure

8.88×10-5を集中させ、応力伝達の線形性を大きく改善すること
Fig.2 Transmitted stress to sensor
embedded with spongeができた。提案構造によりセンサへの応力伝達の線形性が改善される理由は、図 5 のようにセンサとスポンジの接触面の縁にスポンジの変形により生じた引張応力が加わり、引張応力が圧縮応力に対して非線形なためである。

3.

まとめ

カーシート埋め込み型センサアレイシートの配線
Fig.3 Stress distribution in the sponge

実装構造と応力伝達機構を提案した。提案構造により

in which the sensor is embedded

基板変形に対する平均寿命の向上、スポンジに埋め込んだセンサへの応力集中と応力伝達の線形性の改善が

2.1

応力伝達機構の試験方法

底面の一辺が 50 mm、高さが 25 mm の直方体形状の可能になった。今後、MEMS 圧力センサシートのアレイ化を行い、体圧分布の計測を行う。

ポリウレタンフォーム底面にセンサと応力伝達機構を埋め込み、フォーム表面に 10 kPa の荷重を負荷し、作製した応力伝達機構の効果を試験により評価した。ま謝辞

た、センサへの応力の伝達をシミュレーションにより解析した。
2.2

本研究はポリウレタン国際技術振興財団の第５回研究助成を受けたものです。

応力伝達機構の試験結果

ポリウレタンフォームにセンサ、ゴム脚で支持した

文

カバーを取り付けたセンサ、提案する応力伝達機構を取り付けたセンサを埋め込み、センサへの応力伝達を1)試験した。試験結果を図 2 に示す。体圧がセンサに線形に伝達した際の応力値をカバーの面積と負荷荷重か2)ら算出し、試験結果との平均二乗誤差 RMSE によりセンサの出力を評価した。センサの出力の評価を表 1 にまとめる。センサとスポンジの接触面の応力分布を図3)3 に示す。センサとスポンジの接触面のシミュレー
ション結果を図 5 にまとめる。センサのみでは応力を4)検出することができず、カバーによりセンサとスポンジの接触面積を増やしただけでは、スポンジ表面に加わった荷重に対してセンサの出力が非線形であった。
提案構造によりセンサに伝達する応力はセンサに応力

―2―

献1)
自動走行ビジネス討論会 : “「自動走行の実現に向けた取組方針」報告書 Version3.0” (2019)
Y.Dong et al.: IEEE Transactions on Intelligent
Transportation Systems, Vol.12, No.2, pp.596-614(2011)
I.Teyeb et al.: ICSEA 2016 : The EpleventhInternational Conference on Software EngineeringAdvances, pp.217-222 (2016)
C.Briody et al. : Constitutive Models for Rubber
VII, pp.143-148 (2012)