特許 5941822 静電容量式乗員検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5941822

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】静電容量式乗員検知装置

(51)【国際特許分類】

   G01V 3/08 20060101AFI20160616BHJP

   B60N 2/44 20060101ALI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G01V3/08 D

   B60N2/44

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-236583(P2012-236583)

(22)【出願日】2012年10月26日

(65)【公開番号】特開2014-85297(P2014-85297A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2014年12月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】特許業務法人 共立

(72)【発明者】

【氏名】佐竹 正義

(72)【発明者】

【氏名】中川 基

【審査官】 後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−００２２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０３１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００２２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０５８１４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｖ ３／０８

Ｂ６０Ｎ ２／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出電極（１１）及び前記検出電極（１１）に対向して配置されるガード電極（１３）を有すると共に、車両のシート（９１）に配置される静電センサ（１）と、
前記検出電極（１１）に検出電圧を印加し、前記検出電極（１１）と基準電位が与えられた基準電極（３）との間に電界を形成する検出電圧印加部（２１）と、
前記ガード電極（１３）に前記検出電圧と同電位の電圧を印加するガード電圧印加部（２５）と、
前記検出電極（１１）に流れる電流である検出電流、及び前記ガード電極（１３）に流れる電流であるガード電流を検出する電流検出部（２２、４２）と、
前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間の静電容量を検出する容量検出部（２３）と、
前記静電容量に基づいて前記シート（９１）の乗員を判別する乗員判別部（２４）と、
を備え、
前記容量検出部（２３）は、前記検出電圧をＥとし、前記検出電流をＩ_ｍとし、前記ガード電流をＩ_ｇとし、前記検出電極（１１）の抵抗成分をＲ_ｍとし、前記ガード電極（１３）の抵抗成分をＲ_ｇとし、前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間のインピーダンスである検出インピーダンスをＺ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}とし、前記検出電極（１１）と前記ガード電極（１３）との間のインピーダンスをＺ_ｍ−ｇとし、前記ガード電極（１３）と前記基準電極（３）との間のインピーダンスであるガードインピーダンスをＺ_{ｇ−ＧＮＤ}として、式（１）に基づいて前記静電容量を算出する静電容量式乗員検知装置。

【数1】

【請求項2】

検出電極（１１）及び前記検出電極（１１）に対向して配置されるガード電極（１３）を有すると共に、車両のシート（９１）に配置される静電センサ（１）と、
前記検出電極（１１）に検出電圧を印加し、前記検出電極（１１）と基準電位が与えられた基準電極（３）との間に電界を形成する検出電圧印加部（２１）と、
前記ガード電極（１３）に前記検出電圧と同電位の電圧を印加するガード電圧印加部（２５）と、
前記検出電極（１１）に流れる電流である検出電流、及び前記ガード電極（１３）に流れる電流であるガード電流を検出する電流検出部（２２、４２）と、
前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間の静電容量を検出する容量検出部（２３）と、
前記静電容量に基づいて前記シート（９１）の乗員を判別する乗員判別部（２４）と、
前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて、前記静電センサ（１）
の故障を判別する故障判別部（２３、２４）と、
を備え、
前記故障判別部（２３、２４）は、前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて、前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間のインピーダンスである検出インピーダンスと、前記ガード電極（１３）と前記基準電極（３）との間のインピーダンスであるガードインピーダンスとを算出し、前記検出インピーダンス及び前記ガードインピーダンスに基づいて、前記静電センサ（１）の故障を判別する静電容量式乗員検知装置。

【請求項3】

前記電流検出部（２２）は、
電流を検出する電流検出装置（２２１）と、
前記電流検出装置（２２１）との接続を前記検出電極（１１）と前記ガード電極（１３）とで切り替え可能なスイッチ部（２２２）と、
前記スイッチ部（２２２）の接続を切り替えるスイッチ制御部（２２３）と、
を備える請求項１又は２に記載の静電容量式乗員検知装置。

【請求項4】

前記電流検出部（４２）は、
前記検出電極（１１）に接続され前記検出電流を検出する第一電流検出装置（４２１）と、
前記ガード電極（１３）に接続され前記ガード電流を検出する第二電流検出装置（４２２）と、
を備える請求項１又は２に記載の静電容量式乗員検知装置。

【請求項5】

前記検出電極（１１）又は前記ガード電極（１３）に前記基準電位を与え、前記検出電極（１１）と前記ガード電極（１３）の間に電界を形成させて、前記検出電極（１１）の抵抗成分Ｒ_ｍと、前記ガード電極（１３）の抵抗成分Ｒ_ｇと、前記検出電極（１１）と前記ガード電極（１３）との間のインピーダンスＺ_ｍ−ｇとを算出する設計値算出部（２３、５）を備える請求項１に記載の静電容量式乗員検知装置。

【請求項6】

前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて、前記静電センサ（１）
の故障を判別する故障判別部（２３、２４）を備える請求項１に記載の静電容量式乗員検知装置。

【請求項7】

前記故障判別部（２３、２４）は、前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて、前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間のインピーダンスである検出インピーダンスと、前記ガード電極（１３）と前記基準電極（３）との間のインピーダンスであるガードインピーダンスとを算出し、前記検出インピーダンス及び前記ガードインピーダンスに基づいて、前記静電センサ（１）の故障を判別する請求項６に記載の静電容量式乗員検知装置。

【請求項8】

前記故障判別部（２３、２４）は、電極の断線の有無を判別する請求項２、６、又は７に記載の静電容量式乗員検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量により乗員を判別する静電容量式乗員検知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

静電容量式乗員検知装置は、２つの電極間の静電容量の変化により乗員の有無や種類を判別する装置である。静電容量式乗員検知装置としては、例えば特開２００８−１１１８０９号公報に記載されている。静電容量式乗員検知装置は、静電センサ（検出電極及びガード電極等）が車両のシート内に配置され、静電容量の変化に基づいて乗員の着座の有無や乗員の種類（大人やチャイルドシート（ＣＲＳ）に搭乗した子供等）を判別する。電極間に介在した検出対象の比誘電率の違い（例えば空気約１、ＣＲＳ約２〜５、大人約５０）から、検出される静電容量に変化が生じ、当該変化により検出対象が判別される。

【0003】

静電容量式乗員検知装置では、検出電極と同電位が印加されるガード電極が、検出電極がシート（乗員）と反対側に電界形成することを抑制している。これにより、乗員検知精度は向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−１１１８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記静電容量式乗員検知装置において、シートの上側と下側との構造の違いから、厳密には、検出電極と基準電極間、及びガード電極と基準電極間では静電容量が異なっている。したがって、検出電極とガード電極とは同電位の電圧が印加されるにも関わらず、検出電極とガード電極との間には電位差が発生し、当該両電極間に電界が形成されてしまう。検出電極とガード電極の間に電界が形成されると、検出電極と基準電極間の静電容量の検出に影響が出る。このように、乗員検知精度については向上の余地がある。

【0006】

また、従来、ガード電極が配置されることで、静電センサ内の電極の故障の詳細な特定が困難であった。例えば、静電容量の増加が、乗員の着座によるものか電極の断線（分断）等によるものかの判断が難しいケースもあった。電極の故障による乗員誤判定の防止が求められている。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、乗員検知精度を向上させることができる静電容量式乗員検知装置を提供することを目的とする。また、本発明は、電極の故障を詳細に検出し、乗員の誤判定を抑制することができる静電容量式乗員検知装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、静電容量式乗員検知装置であって、検出電極（１１）及び前記検出電極（１１）に対向して配置されるガード電極（１３）を有すると共に、車両のシート（９１）に配置される静電センサ（１）と、前記検出電極（１１）に検出電圧を印加し、前記検出電極（１１）と基準電位が与えられた基準電極（３）との間に電界を形成する検出電圧印加部（２１）と、前記ガード電極（１３）に前記検出電圧と同電位の電圧を印加するガード電圧印加部（２５）と、前記検出電極（１１）に流れる電流である検出電流、及び前記ガード電極（１３）に流れる電流であるガード電流を検出する電流検出部（２２、４２）と、前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間の静電容量を検出する容量検出部（２３）と、前記静電容量に基づいて前記シート（９１）の乗員を判別する乗員判別部（２４）と、を備える。

【0009】

この構成によれば、検出電圧と検出電流に加えてガード電流を検出するため、メイン電極とガード電極間の電位差を考慮したより正確な静電容量を検出することができる。そして、当該静電容量を乗員判別に用いることにより、乗員検知精度を向上させることができる。

【0010】

本発明は、静電容量式乗員検知装置であって、検出電極（１１）及び前記検出電極（１１）に対向して配置されるガード電極（１３）を有すると共に、車両のシート（９１）に配置される静電センサ（１）と、前記検出電極（１１）に検出電圧を印加し、前記検出電極（１１）と基準電位が与えられた基準電極（３）との間に電界を形成する検出電圧印加部（２１）と、前記ガード電極（１３）に前記検出電圧と同電位の電圧を印加するガード電圧印加部（２５）と、前記検出電極（１１）に流れる電流である検出電流、及び前記ガード電極（１３）に流れる電流であるガード電流を検出する電流検出部（２２、４２）と、少なくとも前記検出電圧及び前記検出電流に基づいて前記検出電極（１１）と前記基準電極（３）との間の静電容量を検出する容量検出部（２３）と、前記静電容量に基づいて前記シート（９１）の乗員を判別する乗員判別部（２４）と、前記検出電圧、前記検出電流、及び前記ガード電流に基づいて、前記静電センサ（１）の故障を判別する故障判別部（２３、２４）と、を備える。

【0011】

この構成によれば、検出電圧と検出電流に加えてガード電流を検出するため、静電センサの故障をより詳細に検出することができる。本構成によれば、ガード電流を検出するため、ガード電極の故障の有無も判別することができる。故障を詳細に検出できることで、乗員検知の誤判定を抑制でき、乗員検知精度を向上させることができる。

【0012】

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第一実施形態の静電容量式乗員検知装置の構成を示す概念図である。

【図2】第一実施形態の静電容量式乗員検知装置の回路構成を示す概念図である。

【図3】第一実施形態の静電センサを示す断面図である。

【図4】第一実施形態の静電容量式乗員検知装置の等価回路を示す回路図である。

【図5】第一実施形態の乗員検知ＥＣＵの制御を示すフローチャートである。

【図6】第一実施形態と従来とで検出された静電容量を比較するグラフである。

【図7】第二実施形態の静電容量式乗員検知装置の回路構成を示す概念図である。

【図8】第三実施形態の静電容量式乗員検知装置の回路構成を示す概念図である。

【図9】第三実施形態の乗員検知ＥＣＵの制御を示すフローチャートである。

【図10】第四実施形態の乗員判別部の判別について説明するための説明図である。

【図11】第四実施形態の乗員判別部の判別について説明するための説明図である。

【図12】従来の乗員の判別について説明するための説明図である。

【図13】変形態様における静電センサを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、説明に用いる各図は概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。

【0015】

＜第一実施形態＞
第一実施形態の静電容量式乗員検知装置は、図１及び図２に示すように、静電センサ１と、乗員検知ＥＣＵ２と、を備えている。静電センサ１は、フィルム状のセンサマットであって、電極が波状に配置されている。静電センサ１は、車両のシート９１内に配置されている。静電センサ１は、シート９１の座面９１１と略平行に配置されている。

【0016】

具体的に、静電センサ１は、図３に示すように、メイン電極（「検出電極」に相当する）１１と、ガード電極１３と、フィルム部材１４〜１６と、を備えている。メイン電極１１は、平板状の導電部材であって、フィルム部材１５上に配置されている。

【0017】

ガード電極１３は、平板状の導電部材であって、フィルム部材１５を介してメイン電極１１と対向するように配置されている。ガード電極１３の下方には、フィルム部材１６が配置されている。つまり、ガード電極１３は、フィルム部材１５とフィルム部材１６の間に配置されている。メイン電極１１は、ガード電極１３よりもシート９１の座面９１１側に配置される。フィルム部材１４〜１６は、絶縁性材料（例えばＰＥＴ）からなり、フィルム部材１４〜１６間には例えば接着剤が介在している。

【0018】

乗員検知ＥＣＵ２は、電子制御ユニットであって、電圧印加部２１（「検出電圧印加部」に相当する）と、電流検出部２２と、容量検出部２３と、乗員判別部２４と、オペアンプ（「ガード電圧印加部」に相当する）２５と、を備えている。

【0019】

電圧印加部２１は、車両接地ＧＮＤ、メイン電極１１、及びオペアンプ２５に接続されている。電圧印加部２１は、交流電源であって、メイン電極１１に交流電圧（検出電圧）を印加する。これにより、メイン電極１１は、基準電極である車両ボディ３との間に電界を形成する。車両ボディ３は、車両のボディ部分であるとともに電極を構成し、基準電位である車両接地ＧＮＤに接続されている。

【0020】

電流検出部２２は、電圧印加部２１の電圧印加によりメイン電極１１に流れる電流（以下、検出電流とも称する）、及びオペアンプ２５の電圧印加によりガード電極１３に流れる電流（以下、ガード電流とも称する）を検出する。

【0021】

具体的に、電流検出部２２は、電流センサ（「電流検出装置」に相当する）２２１と、スイッチ部２２２と、スイッチ制御部２２３と、を備えている。電流センサ２２１は、接続された検出対象に流れる電流を検出するセンサである。なお、電流センサの検出対象への接続とは、検出対象の電流を検出可能な回路状態であることを意味する。

【0022】

スイッチ部２２２は、スイッチ制御部２２３の信号に応じて電流センサ２２１の接続先をメイン電極１１とガード電極１３とで切り替え可能な切替器である。スイッチ部２２２は、第一スイッチ２２２ａと、第二スイッチ２２２ｂと、で構成されている。

【0023】

第一スイッチ２２２ａは、一方端子がメイン電極１１に接続され、他方のａ接点が電流センサ２２１及び第二スイッチ２２２ｂのｃ接点に接続され、他方のｂ接点が第二スイッチ２２２ｂのｄ接点及びオペアンプ２５の出力端子に接続された電磁スイッチである。第二スイッチ２２２ｂは、一方端子がガード電極１３に接続され、他方のｃ接点が電流センサ２２１及び第一スイッチ２２２ａのａ接点に接続され、他方のｄ接点がオペアンプ２５の出力端子及び第一スイッチ２２２ａのｂ接点に接続された電磁スイッチである。

【0024】

スイッチ制御部２２３は、スイッチ部２２２の接続先を制御する制御回路である。スイッチ制御部２２３が第一スイッチ２２２ａをａ接点に接続させ且つ第二スイッチ２２２ｂをｄ接点に接続させることで、電流センサ２２１はメイン電極１１に流れる電流を検出する。この際、メイン電極１１は電圧印加部２１に接続されて検出電圧が印加され、ガード電極１３はオペアンプ２５に接続されて検出電圧と同電位の電圧（ガード電圧）が印加される。この接続状態をメイン検出状態と称する。

【0025】

また、スイッチ制御部２２３が第一スイッチ２２２ａをｂ接点に接続させ且つ第二スイッチ２２２ｂをｃ接点に接続させることで、電流センサ２２１はガード電極１３に流れる電流を検出する。この際、ガード電極１３は電圧印加部２１に接続されて検出電圧が印加され、メイン電極１１はオペアンプ２５に接続されて検出電圧と同電位の電圧が印加される。この接続状態をガード検出状態と称する。このように上記の２つの接続状態では、いずれもメイン電極１１とガード電極１３には同電位の電圧が印加される。本実施形態のスイッチ制御部２２３は、所定時間毎にメイン検出状態とガード検出状態とを切り替える。

【0026】

容量検出部２３は、電流検出部２２及び乗員判別部２４に接続されている。詳細には、容量検出部２３は、乗員判別部２４に接続されていると共に、スイッチ制御部２２３を介して電流センサ２２１に接続されている。容量検出部２３とスイッチ制御部２２３は、連動して作動する。

【0027】

容量検出部２３は、電圧印加部２１の印加する電圧と、電流検出部２２が検出した電流とに基づいて、メイン電極１１又はガード電極１３が形成する電界における静電容量を算出する。静電容量は、電圧印加時の電流経路におけるインピーダンスの虚数成分（アドミッタンスの虚数部）に基づき算出でき、虚数成分は電流と電圧の位相のずれから算出できる。

【0028】

容量検出部２３は、スイッチ制御部２２３と接続されており、スイッチ制御部２２３によるスイッチ部２２２の接続状態を把握し、メイン電極１１及びガード電極１３のいずれの静電容量であるかを判別している。静電容量の算出については後述する。

【0029】

乗員判別部２４は、容量検出部２３に接続されており、容量検出部２３の検出結果（静電容量）と予め設定された閾値とに基づいて、乗員の有無、及び乗員が大人かＣＲＳであるかを判別する。

【0030】

オペアンプ２５は、入力側に電圧印加部２１が接続され、出力側にスイッチ部２２２が接続されたオペアンプである。オペアンプ２５は、メイン検出状態において、メイン電極１１に印加される電圧と同電圧をガード電極１３に印加する。ガード電極１３は、メイン電極１１の下側でメイン電極１１と同電位になることで、メイン電極１１がシート９１の座面９１１を介さない下側で車両ボディ３と電界を形成することを抑制している。つまり、ガード電極１３は、メイン電極１１が確実にシート９１上に電界を形成するためのものである。

【0031】

ここで容量検出部２３による静電容量の算出について説明する。メイン検出状態におけるメイン電極１１とガード電極１３とは、互いに形成する電界中の静電容量が異なるため、実際には同電位とならない。したがって、実際には、図４に示すような等価回路が形成されている。

【0032】

図４において、Ｅは電圧印加部２１及びオペアンプ２５が印加する電圧であり、Ｉ_ｍはメイン電極１１に流れる電流（検出電流）であり、Ｉ_ｇはガード電極１３に流れる電流（ガード電流）である。Ｒ_ｍはメイン電極１１の抵抗成分であり、Ｒ_ｇはガード電極１３の抵抗成分である。Ｚ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}はメイン電極１１と車両ボディ３との間のインピーダンス（以下、検出インピーダンスと称する）であり、Ｚ_ｍ−ｇはメイン電極１１とガード電極１３との間のインピーダンスであり、Ｚ_{ｇ−ＧＮＤ}はガード電極１３と車両ボディ３との間のインピーダンス（以下、ガードインピーダンスと称する）である。なお、ｉ_ｅｒｒは、電位差によりメイン電極１１とガード電極１３の間に流れる意図しない電流である。
ここで、乗員判別に必要な要素は、検出インピーダンスＺ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}である。また、Ｒ_ｍ、Ｒ_ｇ、Ｚ_ｍ−ｇは設計値であって、予め容量検出部２３に記憶された値である。検出インピーダンスＺ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}は、等価回路から下記式（１）により算出できる。

【0033】

【数1】

【0034】

容量検出部２３は、式（１）に基づいて検出インピーダンスＺ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}を算出し、算出結果に基づいて静電容量を算出する。なお、上述のとおり、静電容量は、インピーダンスの虚数成分（アドミッタンスの虚数部）であって、インピーダンスを求めることで算出できる。すなわち、インピーダンスと静電容量は対応しており、インピーダンスを算出することは、静電容量を算出することに相当する。換言すると、静電容量に基づく判別は、インピーダンスに基づく判別と同意である。なお、ガードインピーダンスＺ_{ｇ−ＧＮＤ}は下記式（２）により算出できる。

【0035】

【数2】

【0036】

本実施形態の乗員検知ＥＣＵ２が行う制御について説明する。図５に示すように、まず、スイッチ制御部２２３がスイッチ部２２２をメイン検出状態（第一スイッチ２２２ａをａ接点、第二スイッチ２２２ｂをｄ接点）にセットする（Ｓ１０１）。そして、電流センサ２２１が検出電流Ｉ_ｍを検出する（Ｓ１０２）。

【0037】

続いて、スイッチ制御部２２３がスイッチ部２２２をガード検出状態（第一スイッチ２２２ａをｂ接点、第二スイッチ２２２ｂをｃ接点）にセットする（Ｓ１０３）。そして、電流センサ２２１がガード電流Ｉ_ｇを検出する（Ｓ１０４）。容量検出部２３は、電流センサ２２１からの電流情報Ｉ_ｍ、Ｉ_ｇ、電圧印加部２１の印加電圧Ｅ、及び設計値Ｒ_ｍ、Ｒ_ｇ、Ｚ_ｍ−ｇから式（１）を用いて検出インピーダンスＺ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}を算出する（Ｓ１０５）。乗員判別部２４は、容量検出部２３の算出結果に基づいて乗員の有無及び種別を判別する（Ｓ１０６）。

【0038】

図６に示すように、容量検出部２３で算出される検出電流からの容量換算値（ｐＦ）では、厚着大人と１歳児（チャイルドシート付き）において、メイン−ガード間の電位差を考慮しない従来の乗員検知装置での容量差（約４．１ｐＦ）よりも本実施形態での容量差（約４．７ｐＦ）のほうが大きくなっている。つまり、本実施形態では、両者の判別がより明確にできるようになり、乗員検知精度（乗員判別精度）は向上する。

【0039】

このように、第一実施形態によれば、ガード電流を検出し、ガード電流を利用することでより正確な静電容量を検出でき、乗員検知精度を向上させることができる。また、第一実施形態では、電流センサなどの電流検出装置を１つ設ければ良く、また既存のスイッチを利用することができるため、製造コストの面で優れている。なお、以下の実施形態でも検出インピーダンスを本実施形態同様に算出しており、図４や式（１）を参照できる。

【0040】

＜第二実施形態＞
第二実施形態の静電容量式乗員検知装置について図７を参照して説明する。第一実施形態と同じ符号は、第一実施形態と同様の構成を示すものであって、先行する説明が参照される。第二実施形態の静電容量式乗員検知装置は、第一実施形態と比較して、電流検出部の構成が異なっている。

【0041】

図７に示すように、第二実施形態の電流検出部４２は、第一電流センサ４２１と、第二電流センサ４２２と、を備えている。第一電流センサ４２１は、一方が電圧印加部２１及びメイン電極１１に接続され、他方が容量検出部２３に接続された電流センサである。第一電流センサ４２１は、電圧印加部２１の電圧印加によりメイン電極１１に流れる電流（検出電流）Ｉ_ｍを検出する。

【0042】

第二電流センサ４２２は、一方がオペアンプ２５及びガード電極１３に接続され、他方が容量検出部２３に接続された電流センサである。第二電流センサ４２２は、オペアンプ２５の電圧印加によりガード電極１３に流れる電流（ガード電流）Ｉ_ｇを検出する。

【0043】

第二実施形態によれば、第一実施形態と同様の効果が発揮される。また、第二実施形態によれば、スイッチの切替制御をすることなく、検出電流とガード電流を同時に検出することができる。常時両方の電流を検出することにより、乗員の着座タイミングやシート９１上での乗員の激しい動作に関わらず、より正確な静電容量を検出することができる。

【0044】

＜第三実施形態＞
第三実施形態の静電容量式乗員検知装置について図８及び図９を参照して説明する。第一実施形態と同じ符号は、第一実施形態と同様の構成を示すものであって、先行する説明が参照される。第三実施形態の静電容量式乗員検知装置は、第一実施形態と比較して、主に、第三スイッチ５が追加され、容量検出部２３が設計値を算出する点で異なっている。

【0045】

図８に示すように、第二スイッチ２２２ｂとガード電極１３の間には、第三スイッチ５が配置されている。第三スイッチ５は、一方端子がガード電極１３に接続され、他方のｅ接点が第二スイッチ２２２ｂの一方端子に接続され、他方のｆ接点が車両接地ＧＮＤに接続された電磁スイッチである。第三スイッチ５は、スイッチ制御部２２３の指示により、ｅ接点とｆ接点とが切り替えられる。

【0046】

容量検出部２３は、設計値を算出する際、スイッチ制御部２２３を介して各スイッチ２２２ａ、２２２ｂ、５に指示する。具体的に、設計値を算出する際のスイッチ接続状態（以下、設計値検出状態と称する）は、第一スイッチ２２２ａがａ接点に接続され、第三スイッチ５がｆ接点に接続された状態である。設計値検出状態において、第二スイッチ２２２ｂの接点接続は何れでも良く任意に設定される。

【0047】

設計値検出状態では、ガード電極１３が車両接地ＧＮＤに接続され、メイン電極１１が電圧印加部２１及び電流センサ２２１に接続されている。これにより、メイン電極１１とガード電極１３との間に電界が形成され、その際の電圧・電流値から設計値Ｒ_ｍ、Ｒ_ｇ、Ｚ_ｍ−ｇを算出することができる。容量検出部２３は、乗員検知を実行する前に、設計値検出状態を形成し、設計値Ｒ_ｍ、Ｒ_ｇ、Ｚ_ｍ−ｇを算出する。容量検出部２３は、ガード電極１３に基準電位（ＧＮＤ）を与えて設計値を算出する設計値算出部を兼ねている。また、設計値算出部は、第三スイッチ５と容量検出部２３の一部（設計値を算出する部位）で構成されているともいえる。なお、メイン検出状態及びガード検出状態では、第三スイッチ５は、ｅ接点に接続される。

【0048】

第三実施形態の乗員検知ＥＣＵ２の制御は、図９に示すように、まずスイッチ制御部２２３が各スイッチ２２２ａ、２２２ｂ、５を設計値検出状態にセットする（Ｓ２０１）。そして、容量検出部２３が設計値Ｒ_ｍ、Ｒ_ｇ、Ｚ_ｍ−ｇを算出する（Ｓ２０２）。続いて、スイッチ制御部２２３が各スイッチ２２２ａ、２２２ｂ、５をメイン検出状態（第一スイッチ２２２ａをａ接点、第二スイッチ２２２ｂをｄ接点、第三スイッチ５をｅ接点）にセットする（Ｓ２０３）。電流センサ２２１は、メイン電流Ｉ_ｍを検出する（Ｓ２０４）。

【0049】

続いて、スイッチ制御部２２３が各スイッチ２２２ａ、２２２ｂ、５をガード検出状態（第一スイッチ２２２ａをｂ接点、第二スイッチ２２２ｂをｃ接点、第三スイッチ５をｅ接点）にセットする（Ｓ２０５）。電流センサ２２１は、ガード電流Ｉ_ｇを検出する（Ｓ２０６）。容量検出部２３は、検出した設計値、電流センサ２２１からの電流情報、電圧印加部２１の電圧値から式（１）に基づいて検出インピーダンスＺ_{ｍ−ｂｏｄｙ−ＧＮＤ}を算出する（Ｓ２０７）。そして、乗員判別部２４が容量検出部２３の検出結果に基づいて乗員を判別する（Ｓ２０８）。

【0050】

第三実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、実測により設計値を計測することができ、より実際の状態に近い静電容量を検出することができる。ただし、設計値は、第一実施形態のように、回路設計時に算出された固定値として記憶させたものを用いても良く、製造コスト面で第一実施形態が優れている。

【0051】

＜第四実施形態＞
第四実施形態の静電容量式乗員検知装置について図２及び図１０〜図１２を参照して説明する。第一実施形態と同じ符号は、第一実施形態と同様の構成を示すものであって、先行する説明が参照される。第四実施形態の静電容量式乗員検知装置は、第一実施形態と比較して、主に、乗員判別部２４が故障判別を行う点で異なっている。したがって、第四実施形態の回路構成は、第一実施形態と同様（図２参照）となる。

【0052】

乗員判別部２４は、容量検出部２３の検出結果に基づいて静電センサ１の故障の有無を判別する。つまり、乗員判別部２４は、容量検出部２３の検出結果に基づいて、乗員を判別すると共に静電センサ１の故障も判別する。乗員判別部２４及び容量検出部２３は、本発明における「故障判別部」に相当する。

【0053】

乗員判別部２４は、図１０及び図１１に示すように、容量検出部２３で検出されたインピーダンスと予め設定された閾値との大小関係に基づいて故障及び乗員を判別する。

【0054】

具体的には、検出インピーダンス（ここではＺ_ｍと表示する）が大人閾値（Ｔｈ＿ａｄｕｌｔ＿ｍ）より大きくメイン側第一故障閾値（Ｔｈ＿ｅｒｒ＿ｍ）より小さい場合で、且つ、ガードインピーダンス（ここではＺ_ｇと表示する）がガード側第二故障閾値（Ｔｈ＿ｅｍｐｔｙ＿ｇ）より大きくガード側第一故障閾値（Ｔｈ＿ｅｒｒ＿ｇ）より小さい場合、乗員判別部２４は、「故障なし」で乗員を「大人」と判別する。

【0055】

また、検出インピーダンスＺ_ｍが子供閾値（Ｔｈ＿ｃｈｉｌｄ＿ｍ）より大きく大人閾値より小さい場合で、且つガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第二故障閾値より大きくガード側第一故障閾値より小さい場合、乗員判別部２４は、「故障なし」で乗員を「子供（チャイルドシート）」と判別する。

【0056】

また、検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第二故障閾値（Ｔｈ＿ｅｍｐｔｙ＿ｍ）より大きく子供閾値より小さい場合で、且つガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第二故障閾値より大きくガード側第一故障閾値より小さい場合、乗員判別部２４は、「故障なし」で乗員を「空席（空座）」と判別する。

【0057】

このように、検出インピーダンスＺ_ｍに対して、大人か子供かを判定するための大人閾値と、子供か空席かを判定するための子供閾値と、第一の故障か大人かを判定するためのメイン側第一故障閾値と、第二の故障か空席かを判定するメイン側第二故障閾値と、が設定されている。また、ガードインピーダンスＺ_ｇに対して、第一の故障か否かを判定するガード側第一故障閾値と、第二の故障か否かを判定するガード側第二故障閾値と、が設定されている。

【0058】

乗員判別部２４は、検出インピーダンスＺ_ｍとガードインピーダンスＺ_ｇが上記３パターン以外である場合、静電センサ１が故障している（故障有り）と判別し、表示ランプ等の通知装置（図示せず）を作動させてユーザに通知する。さらに本実施形態では、故障の種類（電極の断線かショートか）及び断線の場合に断線箇所（いずれの電極で断線しているか）を判別する。

【0059】

例えば、メイン電極１１の半分が断線した場合、静電センサ１に占める各電極面積及び配置位置の関係から、検出インピーダンスＺ_ｍは減少し、ガードインピーダンスＺ_ｇは異常増加する。乗員判別部２４は、このような検出結果を利用して故障判別を行う。以下に具体的に説明する。

【0060】

（メイン電極断線故障）
検出インピーダンスＺ_ｍが大人閾値より小さく且つガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第一故障閾値より大きい場合、乗員判別部２４は、「メイン電極１１断線故障」と判別する。ここで、図１２に示すように、実際の乗員が「大人」で「メイン電極１１断線故障」である場合、検出インピーダンスＺ_ｍは大人閾値より小さく子供閾値より大きくなり得る。この場合、本実施形態の故障判別がない従来の構成では、乗員が「子供」と誤判定される。また、実際の乗員が「子供」で「メイン電極１１断線故障」である場合、検出インピーダンスＺ_ｍが子供閾値より小さくなり得る。この場合、従来の構成では、乗員が「空席」と誤判定される。

【0061】

また、検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第二故障閾値より小さく、且つ、ガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第一故障閾値より小さくガード側第二故障閾値より大きい場合、乗員判別部２４は、「メイン電極１１断線故障」と判別する。検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第二故障閾値より小さいことだけでは、メイン電極１１とガード電極１３のいずれの電極が断線しているのかは特定できない。

【0062】

（ガード電極断線故障）
一方、検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第二故障閾値より大きく且つガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第二故障閾値より小さい場合、乗員判別部２４は、「ガード電極１３断線故障」と判別する。ここで、図１２に示すように、実際の乗員が「子供」で「ガード電極１３断線故障」である場合、検出インピーダンスＺ_ｍは大人閾値より大きくメイン側第一閾値より小さくなり得る。この場合、従来の構成では、乗員が「大人」と誤判定される。また、実際の乗員が「空席」で「ガード電極１３断線故障」である場合、検出インピーダンスＺ_ｍが子供閾値より大きく大人閾値より小さくなり得る。この場合、従来の構成では、乗員が「子供」と誤判定される。

【0063】

また、検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第一故障閾値より大きく、且つ、ガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第一故障閾値より小さくガード側第二故障閾値より大きい場合、乗員判別部２４は、「ガード電極１３断線故障」と判別する。

【0064】

（その他の故障）
また、検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第二故障閾値より小さく且つガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第二故障閾値より小さい場合、乗員判別部２４は、「メイン電極１１及びガード電極１３断線故障」と判別する。また、検出インピーダンスＺ_ｍがメイン側第一故障閾値より大きく且つガードインピーダンスＺ_ｇがガード側第一故障閾値より大きい場合、乗員判別部２４は、「メイン電極１１及びガード電極１３のショート（短絡）故障」と判別する。

【0065】

このように、第四実施形態によれば、検出インピーダンスＺ_ｍ及びガードインピーダンスＺ_ｇを検出すること（ひいては検出電圧、検出電流、及びガード電流を検出すること）で、故障の詳細（種別・箇所）を特定できると共に、誤判定を抑制することで乗員検知精度を向上させることができる。第四実施形態によれば、ガード電極１３の故障を検出できるため、誤判定をより精度良く抑制することができる。乗員判別部２４は、故障判別結果に基づいて乗員判別を行うことができる。

【0066】

第四実施形態では、検出電圧と検出電流に加えて、ガード電流を検出し、且つこれらの値を利用することで、故障の詳細を判別し、誤判定を抑制する。つまり、故障判別部を含む乗員判別部２４は、検出電圧、検出電流、及びガード電流に基づいて故障を判別する。

【0067】

＜その他の変形態様＞
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、静電センサ１は、図１３に示すように、サブ電極１２を有していても良い。この場合、サブ電極１２は、平板状の導電部材であって、フィルム部材１５上でメイン電極１１と隣り合うように、メイン電極１１の少なくとも一方側（ここでは両隣）に配置されている。換言すると、サブ電極１２は、メイン電極１１の縁から離間し且つ並列して（当該縁に沿って）配置されている。メイン電極１１及びサブ電極１２上には、フィルム部材１４が配置されている。つまり、メイン電極１１及びサブ電極１２は、フィルム部材１４とフィルム部材１５の間に配置されている。

【0068】

そして、この場合、オペアンプ２５は、入力側に電圧印加部２１が接続され、出力側にサブ電極１２及びガード電極１３が接続される。オペアンプ２５は、メイン電極１１に印加される電圧と同電圧をサブ電極１２及びガード電極１３に印加する。

【0069】

サブ電極１２は、メイン電極１１の端部（縁部）から出る電気力線がシート９１及び乗員を介さずにメイン電極１１の端から車両ボディ３に向けて延びるのを抑制する。また、サブ電極１２は、シート９１の被水を検知するための電極としても利用できる。この場合（被水検知のモードの際）、サブ電極１２に基準電位（車両接地ＧＮＤ）が付与され、検出電圧が印加されたメイン電極１１と基準電位のサブ電極１２との間で電界が形成され、当該電極間での静電容量に基づいて被水が検知される。

【0070】

上記実施形態がサブ電極１２を備える場合、Ｒ_ｇはガード電極１３及びサブ電極１２の抵抗成分となり、Ｚ_ｍ−ｇはメイン電極１１とガード電極１３（サブ電極１２を含む）との間のインピーダンスとなり、Ｉ_ｇはガード電極１３とサブ電極１２に流れる電流値となり、Ｚ_{ｇ−ＧＮＤ}はガード電極１３及びサブ電極１２と車両ボディ３との間のインピーダンスとなる。これによっても、上記実施形態と同様の効果が発揮される。

【0071】

また、第三実施形態において、第三スイッチ５はメイン電極１１と第一スイッチ２２２ａの間に配置されていても良い。つまり、第三スイッチ５は、一方端子がメイン電極１１に接続され、他方のｅ接点が第一スイッチ２２２ａの一方端子に接続され、他方のｆ接点が車両接地ＧＮＤに接続されている電磁スイッチであって、第二スイッチ２２２ｂの一方端子とガード電極１３とが直接的に接続されている。

【0072】

また、第三スイッチ５は、メイン電極１１と第一スイッチ２２２ａの間、及びガード電極１３と第二スイッチ２２２ｂの間の両方に配置されていても良い。これらの構成によっても、第三スイッチ５を切り替えることで、メイン電極１１及びガード電極１３の何れか一方に基準電位（車両接地ＧＮＤ）を与えることができ、第三実施形態同様の効果が発揮される。

【0073】

また、第四実施形態において、乗員検知に関しては、ガード電流を用いず、従来どおり検出電圧と検出電流から検出インピーダンスを検出してもよい。つまり、第四実施形態では、乗員検知とは別に故障検知のみを検出電圧、検出電流、及びガード電流に基づいて実行しても良い。これによっても、詳細な故障判別が可能となる。

【0074】

また、数式はベクトル表記となっているが、等価回路から導き出せる数式であれば良く、ベクトル表記以外で表しても良い。また、第四実施形態では、故障と判別した場合でも、図１１の実測値を参考にして故障時の判別条件を設定し、各インピーダンスＺ_ｍ、Ｚ_ｇに基づいて乗員を判別しても良い。また、乗員検知ＥＣＵ２は、容量検出部２３及び乗員判別部２４とは別に、検出電圧、検出電流、及びガード電流に基づいて、静電センサ１の故障を判別する故障判別部を備えていてもよい。

【0075】

また、スイッチ制御部２２３によるスイッチ部２２２の切替制御方法は、例えば、基本的にメイン検出状態にセットしておき、検出電流が増加した場合にのみメイン検出状態とガード検出状態とを切り替えるように設定しても良い。

【0076】

また、同電圧が印加されたメイン電極１１とサブ電極１２とが基準電極（車両ボディ３）との間に電界を形成する場合、両電極１１、１２に流れる電流の和を検出電流Ｉ_ｍとして検出しても良い。この場合、メイン電極１１とサブ電極１２が検出電極となる。また、第二実施形態と第三実施形態又は第四実施形態や、第三実施形態と第四実施形態など、実施形態同士適宜組み合わせても良い。

【符号の説明】

【0077】

１：静電センサ、 １１：メイン電極（検出電極）、 １３：ガード電極、
２：乗員検知ＥＣＵ、 ２１：電圧印加部（検出電圧印加部）、
２２、４２：電流検出部、 ２２１：電流センサ、 ２２２：スイッチ部、
２２２ａ：第一スイッチ、 ２２２ｂ：第二スイッチ、
２２３：スイッチ制御部、 ４２１：第一電流センサ、 ４２２：第二電流センサ、
２３：容量検出部、 ２４：乗員判別部、 ５：第三スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】