专利名称：基于电容传感器和乘员感测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及嵌在车辆座椅中的基于电容传感器(capacitance-based sensor)，也涉及根据基于电容传感器的输出确定座椅的占用状态的乘员感测系统。
背景技术：
一种乘员感测系统包括基于电容传感器和乘员感测电子控制单元(ECU)。基于电容传感器感测电极产生的弱电场中的扰动，并且输出作为相应电流或电压的感测结果(例如，参看日本未审专利公开文献No.H11-271463)。
具体而言，在没有乘员坐在座椅中的空座椅的情形下，空气介入基于电容传感器的两个电极之间。在儿童限制系统(CRS)安装在座椅中的另一情形下，CRS介于基于电容传感器的两个电极之间。在乘员坐在座椅中的再一情形下，乘员的身体介于基于电容传感器的两个电极之间。
这里，空气的介电常数约为1。尽管CRS的介电常数可根据CRS的材料而改变，但是通常约为2到5。并且，人体的介电常数约为50。如上所述，空气的介电常数、CRS的介电常数、和人体的介电常数彼此不同。这样，基于电容传感器的两个电极之间的电容根据介于两个电极之间的介入对象的类型而不同。
根据电容的不同，乘员感测ECU执行乘员确定。具体而言，乘员感测ECU确定座椅是否是空的，CRS是否安装在座椅中，和/或是否成人坐在座椅中。气囊ECU根据乘员感测ECU的确定结果确定气囊展开的允许/禁止。具体而言，在空座椅的状态下或CRS安装在座椅中的状态下，气囊的展开被禁止。另一方面，在成人坐在座椅中的状态下，允许气囊的展开。
在乘员坐在座椅中的状态下利用基于电容传感器测量的电容包括乘员就座于座椅中时产生的电容、和由于座椅的空状态一直存在的电容。将参看图34描述这种情况。图34是示意性示出前面提出的基于电容传感器的电路结构的示意图。在图34中，“Cb”是电极120和车辆接地(即通过人体的GND(或接地到车辆接地的座椅框架))之间的电容，“Co”是由于座椅的空状态存在于电极120和车辆GND之间的电容(空座椅电容)。电流感测装置(电流感测电路)131测量作为电容Cb和电容Co之和的电容。乘员感测电极120和车辆GND之间的电容(空座椅电容)Co在整个电容(电容Cb和电容Co之和)中占有较大比值，且空座椅电容Co的变化直接造成整个电容的变化，从而降低了乘员确定的精度等级。并且，每个车辆中的基于电容传感器的测量电容的变化的调整造成工厂工作负荷的大幅增加。
并且，参看图35，在日本未审专利公开文献No.H11-271463中所述的乘员感测系统的情形下，乘客传感器514设置在乘客座椅的座椅底部510的顶面上。乘客传感器514包括第一电极512和第二电极513。在第一电极521和第二电极513之间产生电场。当乘员坐在座椅底部510上时，第一电极512和第二电极513之间的电容改变，造成第一电极512和第二电极513之间的电流变化。通过测量电流变化，感测到座椅底部510上的乘员的存在。
然而，仅设置了单组电极512、513。从而，不可能覆盖各种乘员就座图样。例如，当乘员与单组电极512、513错位时，不能有效感测到座椅底部510上的乘员的存在。
发明内容
鉴于上述缺点，作出本发明的基于电容传感器和乘员感测系统。这样，本发明的一个目的是提供一种能提高座椅占用确定精度的基于电容传感器和乘员感测系统。
为了实现上述目的，提供了一种布置在车辆座椅中用于感测座椅中乘员的存在的基于电容传感器。基于电容传感器包括乘员感测电极、空座椅电容减少电极、电流感测装置、和驱动装置。乘员感测电极嵌在座椅中。空座椅电容减少电极与乘员感测电极相对，位于乘员感测电极和座椅的座椅框架之间，其中座椅电连接至车辆接地。电流感测装置测量电流，并且放在第一位置和第二位置的其中之一中。乘员感测电极位于第一位置的一侧上，空座椅电容减少电极位于第一位置的另一侧上，从而第一位置介于和电连接在乘员感测电极和空座椅电容减少电极之间。车辆接地位于第二位置的一侧上，且空座椅电容减少电极和第一位置位于第二位置的另一侧上，从而第二位置介于和电连接在车辆接地和空座椅电容减少电极和第一位置之间。驱动装置产生驱动电压，并且位于第一和第二位置的另一中。
为了实现本发明的目的，进一步提供了一种布置在车辆座椅中用于感测座椅中乘员的存在的基于电容传感器。基于电容传感器包括嵌在座椅中的介电层、乘员感测电极、空座椅电容减少电极、驱动装置、和电流感测装置。乘员感测电极包括布置在介电层的第一侧上的第一组电极部和第二组电极部。空座椅电容减少电极与乘员感测电极相对布置在介电层的另一侧上，从而空座椅电容减少电极介于乘员感测电极和座椅的座椅框架之间。第一组电极部的至少一个和第二组电极部的至少一个中的其中之一位于驱动装置的一侧上，且空座椅电容减少电极和第一组电极部的至少一个和第二组电极部的至少一个中的另一个位于驱动装置的另一侧上，从而驱动装置在第一组电极部的至少一个和第二组电极部的至少一个中的所述之一和空座椅电容减少电极和空座椅电容减少电极和第一组电极部的至少一个和第二组电极部的至少一个中的所述另一个之间施加电压。电流感测装置测量第一组电极部的至少一个和第二组电极部的至少一个之间的电流。
为了实现本发明的目的，也提供了一种布置在车辆座椅中用于感测座椅中的乘员的存在的基于电容传感器。基于电容传感器包括嵌在座椅中的介电层、乘员感测电极、辅助电极、空座椅电容减少电极、驱动装置、和电流感测装置。乘员感测电极包括布置在介电层的第一侧上的第一组电极部和第二组电极部。第一组电极部和第二组电极部交替排列。辅助电极在每个第一组电极部和相邻的一个第二组电极部之间延伸，而不与介电层的第一侧上的第一组电极部和第二组电极部电接触。空座椅电容减少电极与乘员感测电极和辅助电极相对布置在介电层的第二侧上，从而空座椅电容减少电极介于乘员感测电极和座椅的座椅框架之间。驱动装置在乘员感测电极和辅助电极之间施加电压。电流感测装置测量乘员感测电极和辅助电极之间的电流。
为了实现本发明的目的，也提供了一种乘员感测系统，该乘员感测系统包括上述基于电容传感器的任何一个和根据基于电容传感器的输出确定座椅的占用状态的乘员感测ECU。
根据以下描述、所附权利要求书、以及附图，将更好地理解本发明及其另外的目的、特性、和优点，其中在附图中图1是示出根据本发明的第一实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图2是前排乘客座椅的示意图，表示基于电容传感器的电极单元的安装位置；图3是电极单元的示意性顶视图；图4是沿图3中的线IV-IV得到的截面图；图5是示出根据本发明的第二实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图6是示出根据本发明的第三实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图7是示出根据本发明的第四实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图，该第四实施例是第一实施例的修改；图8是示出图7中所示的基于电容传感器的修改的示意图；图9是示出根据第五实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图10是根据第六实施例的电极单元的截面图；图11是根据第七实施例的电极单元的截面图；图12是示出根据第七实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图13是根据第八实施例的电极单元的截面图；图14是示出第一实验的结果的曲线图；图15是示出第二实验的结果的曲线图；图16是示出根据第九实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图，该乘员感测系统处于乘员状态感测工作模式中；图17是根据第九实施例的类似于图16的示意图，示出故障感测工作模式；图18是示出根据第九实施例的基于电容传感器的线路选择开关装置电路结构的部分示意图；图19是类似于图16的示意图，示出根据第九实施例的基于电容传感器的修改；图20是类似于图19的示意图，示出该修改的故障感测工作模式；图21是示出根据第十实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图22是具有高电势电极部、低电势电极部、和空座椅电容减少电极的传感器的平面图；图23是沿图22中的线XXIII-XXIII得到的截面图；图24是示出第十实施例的第一修改的平面图；图25A和25B是用于描述第一修改的示范性用途的曲线图；图26A和26B是用于描述第一修改的另一示范性用途的曲线图；图27是示出第十实施例的第二修改的平面图；图28是沿图27中的线XXVIII-XXVIII得到的截面图；图29是示出第十实施例的第三修改的平面图；图30A是沿图29中的线XXXA-XXXA得到的截面图；图30B是示出图30A的修改的截面图；图31是示出根据本发明的第十一实施例的基于电容传感器的平面图；图32是示出根据本发明的第十二实施例的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；图33是第十二实施例的传感器的平面图；图34是示出前面提出的具有基于电容传感器的乘员感测系统的整体结构的示意图；以及图35是示出现有技术乘员感测系统的示意图。
具体实施例方式
(第一实施例)图1是示出根据第一实施例的具有基于电容传感器10的乘员感测系统的整体结构的示意图。图2是示出表示电极单元1的安装位置的前排乘客座椅9的示意图，该电极单元用作基于电容传感器10的感测装置。
如图1中所示，本实施例的基于电容传感器10包括乘员感测电极20、空座椅电容减少电极21、电流感测装置(电流感测电路)31、和驱动装置(驱动电路)32。乘员感测电极20嵌在座椅底部12和前排乘客座椅9的椅背17的至少一个中，该前排乘客座椅用作本发明的车辆座椅。在此具体实施例中，如图1中所示，乘员感测电极20嵌在座椅底部12中。空座椅电容减少电极21与乘员感测电极20相对，布置在乘员感测电极20和电连接至车身的座椅框架26(即，用作接地电极的车辆接地(GND)42)之间。电流感测装置31感测电流，并且电连接在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的图示位置(本发明的第一位置)处。驱动装置32电连接在车辆接地42和空座椅电容减少电极21和电流感测装置31之间的图示位置(本发明的第二位置)处。具体而言，电导线(第一导线)27从乘员感测电极20延伸到交叉点30，且电流感测装置31介于电导线27中乘员感测电极20和交叉点30之间。电导线(第二导线)28从车辆GND 42延伸到交叉点30，且驱动装置32介于车辆GND 42和交叉点30之间。并且，电导线(第三导线)29从空座椅电容减少电极21延伸到交叉点30。基于电容传感器10和乘员感测ECU 3形成本实施例的乘员感测系统。
这里，如图2中所示，其中安装基于电容传感器10的乘客座椅9具有由金属制成的座椅框架26、缓冲件91、和外罩件(外罩片或外罩皮)90。金属座椅框架26包括座椅底部和椅背部。座椅框架26的座椅底部固定到车身，座椅框架26的椅背部在座椅底部的后端被可枢轴转动地支承，允许椅背部在车辆的前后方向上作枢转运动。缓冲件91分别设置到座椅框架26的座椅底部和椅背部，并且举例来说由泡沫树脂制成。每个外罩件90都覆盖相应的缓冲件91。座椅框架26形成前排乘客座椅9的骨架结构。电极单元1形成为片状体，并且包括乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21。电极单元1介于外罩件90和乘客座椅9的座椅底部的缓冲件91之间。
乘员感测ECU 3布置在车辆地板上，并且通过屏蔽线24连接至电极单元1。乘员感测ECU 3包括电流感测装置31、驱动装置32、未示出的CPU、和未示出的通信接口(I/F)。电流感测装置31构成基于电容传感器10的部分。CPU包括模数(A/D)转换器。CPU根据对基于电容传感器10的测量和输出的测量电容进行A/D转换获得的值确定乘客座椅9是否是空的，儿童限制系统(CRS)是否安装在乘客座椅9中，和/或成人是否坐在乘客座椅9中。接着，CPU通过通信I/F将乘员确定结果输出到未示出的气囊ECU。此后，气囊ECU根据从乘员感测ECU 3接收的乘员确定气囊的展开允许还是禁止。
图3是电极单元1的示意性顶视图，图4是沿图3中的线IV-IV得到的截面图。如图3和4中所示，电击单元1形成为具有片状体的单元构件，并且包括乘员感测电极20、空座椅电容减少电极21、带基薄膜(膜件)22、屏蔽线连接器23、屏蔽线24、和外部连接器25。
在图4中，为了提供更好的理解，乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21的带基薄膜22的垂直尺寸不是按比例尺绘制的，而是被放大。并且，在图4中，以简化方式示出乘员感测电极20的银电极元件、空座椅电容减少电极21的银电极元件、和带基薄膜22。
带基薄膜22是介电基件(介电薄膜、介电片、或介电层)，具有设置有乘员感测电极20的顶面(位于带基薄膜22的第一侧或上侧上的第一表面)和设置有空座椅电容减少电极21的底面(位于带基薄膜22的第二侧或下侧上与第一表面相对的第二表面)。带基薄膜22形成为矩形片状体，并且举例来说由例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等介电树脂制成。湿感测电极202绕带基薄膜22顶面上的乘员感测电极20设置，以感测水洒到座椅上。在本发明的描述中，省略对湿感测电极202的详细描述。
乘员感测电极20包括碳电极元件200和银电极元件201。乘员感测电极20在带基薄膜22的顶面上形成，使得乘员感测电极20大体布置在带基薄膜22的中央中。碳电极元件200成形为矩形形状。银电极元件201稍向着碳电极元件200的外周的内部设置。
空座椅电容减少电极21包括碳电极元件210和银电极元件211。空座椅电容减少电极21在带基薄膜22的底面上形成，使得空座椅电容减少电极21与乘员感测电极20相对。这样，乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21通过带基薄膜22彼此电绝缘。碳电极元件210成形为矩形形状。银电极元件211稍向着碳电极元件210的外周的内部设置。
屏蔽线连接器23和外部连接器25布置在乘客座椅9的后侧上。乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21通过连通孔(未示出)连接至屏蔽线连接器23，其中该连通孔穿过乘客座椅9的缓冲件91。屏蔽线24连接在屏蔽线连接器23和外部连接器25之间。外部连接器25连接至乘员感测ECU 3。
接下来，将参看图1描述在测量电容时具有基于电容传感器10的乘员感测系统的每个部分的操作。在乘客座椅9的乘员就座状态(即，乘员就座，也就是坐在乘客座椅9中的状态)中，乘员的身体放在外罩件90上。这样，人体存在于乘员感测电极20和座椅框架26之间的路径中。当驱动装置32产生高频低压驱动输出(驱动电压)时，乘员感测电极20受驱动具有较低电势(以下简称为低电势)。这样，在乘员感测电极20和车辆GND 42(座椅框架26)之间通过人体产生电容Cb，该电容具有较高电势(以下简称为高电势)。同时，通过电流感测装置31测量在车辆GND 42和乘员感测电极20之间流动的电流。并且，空座椅电容减少电极21受驱动具有与乘员感测电极20相同的电势(低电势)。这样，不是在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间产生电容，而是在空座椅电容减少电极21和车辆GND42之间产生电容。更确切地说，通过电流感测装置31有效测量到在乘员坐在乘客座椅中的状态下通过人体产生的电容Cb。然而，通过电流感测装置31没有测量到由于乘客座椅的空状态一直存在的电容Co。
因此，根据本实施例，能减少在乘客座椅的空状态下测量的测量电容的变化(例如由于车辆座椅的尺寸和/或材料的差异引起的变化)。因此，乘员感测ECU 3的CPU可根据基于电容传感器10的测量电容以高精度作出乘员确定。并且，当本实施例的乘员感测系统安装在不同类型的车辆中时，不要求执行额外工作，例如调节乘客座椅的空状态下基于电容传感器10的测量电容(空座椅的测量电容)。
并且，电连接在乘员感测电极20和电流感测装置31之间的导线27的部分由屏蔽线24形成，电连接在车辆GND 42和驱动装置32之间的导线28的部分由屏蔽线24形成。这样，可能减少噪声影响。
并且，乘员感测电极20布置在带基薄膜22(为介电体)的一个表面(顶面)上，且空座椅电容减少电极21布置在带基薄膜22的另一表面(底面)上，从而形成片状形式布置。这样，容易形成其中乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21通过介电体彼此相对的结构。并且，容易将乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21安装在车辆座椅中。
(第二实施例)
如图5中所示，第二实施例的特征在于，驱动装置32电连接在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的图示位置(本发明的第一位置)处，且电流感测装置31电连接在空座椅电容减少电极21和驱动装置32之间的图示位置(本发明的第二位置)处。
将参看图5描述在测量电容时基于电容传感器10的每个部分的操作。当电连接在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的驱动装置32产生高频低压驱动输出时，乘员感测电极20受驱动具有高电势。这样，在乘员感测电极20和车辆GND 42(座椅框架26)之间通过人体产生电容Cb，该电容具有低电势。同时，通过驱动装置32测量在乘员感测电极20和车辆GND 42之间流动的电流。空座椅电容减少电极21具有与车辆GND 42相同的电势(低电势)。这样，没有在空座椅电容减少电极21和车辆GND 42之间产生电容。并且，在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间产生电容。然而，由于电容Co产生的电流没有流经电流感测装置31，因此利用电流感测装置31没有测量到电流。更确切地说，通过电流感测装置31有效测量到在乘员坐在乘客座椅中的状态下通过人体产生的电容。然而，通过电流感测装置31没有测量到由于乘客座椅的空状态一直存在的电容(空座椅电容)。
这样，与第一实施例类似，根据本实施例，能减少在乘客座椅的空状态下测量的测量电容的变化(例如由于车辆座椅的尺寸和/或材料的差异引起的变化)。
(第三实施例)第三实施例的特征在于如下所述修改第一或第二实施例的结构。即，如图6中所示，电流感测装置31具有运算放大器31a，该运算放大器用于保持在相应的两个电极之间的相同电势和电绝缘，其中电流感测装置31介于这两个电极之间。这样，在电流感测装置31连接在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的结构(第一实施例)中，可使得这些电极20、21处于由运算放大器31a在电极20、21之间有效提供相同电势和电绝缘的状态中。在此状态下，利用伏特计测量电阻R产生的电压降V。根据关系V＝i·R，用简单结构就可以高精度感测流经人体(测量对象)的电流i。在第二实施例的情形下，之间放置电流感测装置31的相应的两个电极是空座椅电容减少电极21和车辆GND 42，从而通过运算放大器31a在电极21和车辆GND 42之间有效提供相同电势和电绝缘。
(第四实施例)第四实施例的特征在于如下所述修改第一或第二实施例的结构。电连接在乘员感测电极与电流感测装置和驱动装置中的相应一个之间的导线(第一导线)的至少部分由屏蔽线形成，且电连接在车辆接地与电流感测装置和驱动装置中的另一个之间的导线(第二导线)的至少部分由屏蔽线形成。这里，使得屏蔽线的屏蔽部(围绕导线的屏蔽物)具有与空座椅电容减少电极相同的电势。这里，将相同的单根屏蔽线用于形成第一和第二导线的部分。可选地，可分别设置两根分开的屏蔽线，以形成第一和第二导线的部分，并且这些分开的屏蔽线的屏蔽部可电连接至空座椅电容减少电极。
具体而言，在第一实施例的情形下，如图7中所示，电连接在乘员感测电极20和电流感测装置31之间的导线(第一导线)27的部分可由屏蔽线24形成，且电连接在车辆接地42和驱动装置32之间的导线(第二导线)28的部分由屏蔽线24形成。屏蔽线24的部分连接至空座椅电容减少电极21，以具有与空座椅电容减少电极21相同的电势。在第二实施例的情形下，如图8中所示，电连接在乘员感测电极20和驱动装置32之间的导线(第一导线)27的部分可由屏蔽线24形成，且电连接在车辆接地42和电流感测装置31之间的导线(第二导线)28的部分由屏蔽线24形成。屏蔽线24的部分连接至空座椅电容减少电极21，以具有与空座椅电容减少电极21相同的电势。利用上述结构，各根导线27、28的至少部分通过屏蔽线24形成，从而可减少噪声影响。并且，使得屏蔽线24的屏蔽部具有与空座椅电容减少电极21相同的电势。这样，减少了各根导线27、28和屏蔽线24中的屏蔽部之间的电容Co’。因此，能进一步减少所测量的空座椅电容的变化。
(第五实施例)第五实施例的特征在于如下所述修改第四实施例的结构。即，如图9中所示，空座椅电容减少电极21通过屏蔽线24的屏蔽部电连接至电流感测装置31和驱动装置32。利用本实施例的结构，不需要提供将空座椅电容减少电极21连接至电流感测装置31和驱动装置32的单独的导线。这样，简化了结构，从而可降低成本。
(第六实施例)第六实施例的特征在于如下所述修改第一或第二实施例的结构。即，如图10中所示，乘员感测电极20的外表面用树脂薄膜(介电材料)221覆盖，且空座椅电容减少电极21的外表面用树脂薄膜(介电材料)221覆盖。在上述结构中，树脂薄膜221通过介电粘合剂223结合到带基薄膜22。这样，乘员感测电极20的表面和空座椅电容减少电极21的表面用介电材料覆盖。利用这种结构，在水洒到和浸湿乘客座椅9(车辆座椅)时，能限制水与电极20、21的接触，从而限制电极20、21的损坏。
(第七实施例)第七实施例的特征在于如下所述修改第六实施例的结构。即，如图11中所示，使得乘员感测电极20的表面面积大于空座椅电容减少电极21的表面面积。图12是示出根据本实施例的具有基于电容传感器10的乘员感测系统的整体结构的示意图。利用本实施例，通过使得乘员感测电极20的表面面积大于空座椅电容减少电极21的表面面积，能提高在乘客座椅的空状态下测量的测量电容和在乘客座椅的乘员就座状态下测量的测量电容之差。并且，通过提高乘员感测精度，能区分乘客座椅的空状态和乘客座椅的CRS已安装的状态。
(第八实施例)第八实施例的特征在于如下所述修改第六实施例的结构。即，如图13中所示，使得空座椅电容减少电极21的表面面积大于乘员感测电极20的表面面积。利用本实施例，通过使得空座椅电容减少电极21的表面面积大于乘员感测电极20的表面面积，能减少乘员感测电极20和座椅框架26之间的电容Co。因此，能进一步减少测量的空座椅电容的变化。
已经就这几个实施例描述了本发明的基于电容电容器和乘员感测系统。然而，本发明不限于上述实施例。根据本领域的技术人员的知识，可以多种方式对上述实施例进行修改，而不偏离本发明的范围和精神。
例如，可修改第一或第二实施例的结构，使得当乘员感测ECU 3根据带扣开关装置的输出感测座椅安全带的未扣状态时，乘员感测ECU3可确定乘客座椅是空的，并且其中没有安装CRS(乘客座椅的空和CRS不存在状态)。利用这种布置，通过使用来自带扣开关装置的输出，能区分乘客座椅的空和CRS缺少状态(即，乘员和CRS不存在的状态)。在仅依靠所测量的电容时，这有时是困难的。这样，例如，在检测到乘客座椅的乘员和CRS不存在状态时，可关闭发光以表示气囊展开禁止状态的气囊关闭灯。这样，可减少由于不必要的警告灯发光引起的烦恼。
下面，将参看附图描述用于测试上述每个实施例的基于电容传感器10的实验结果。执行第一实验，以检验所测量的根据第一和第二实施例的每个的空座椅电容与前面提出的结构相比的减少。在本实施例中，对于每个比较实例(第一实施例和第二实施例)，在各种测量条件下测量电容。在比较实例中，使用前面提出的图34中所示的基于电容传感器。测量条件包括座椅空状态、CRS已安装的状态、三层防寒衣状态(即，穿三层防寒衣)、两层防寒衣状态(即，穿三层防寒衣)、单层防寒衣状态(即，穿单层防寒衣)、和AF05(AF05身体大小，身材小的美国女性)。图14是示出第一实验的结果的曲线图。检验出，在第一和第二实验中测量的空座椅电容减少到比较实例的二分之一。并且，对于每个不同于座椅空状态的其他条件，检验出，在第一和第二实验中测量的电容相对于比较实例减少相应于空状态的电容量。
在第二实验中，对于第一和第二实施例的每个，将乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的表面积比设定为1∶1、2∶1、1∶2。在此设定下，类似于第一实验，使用图34中所示的基于电容传感器。测量条件包括座椅空状态、CRS已安装状态、和AF50(AF50身体大小，身材标准的美国男性)。图15是示出第二实验的结果的曲线图。在2∶1的顶部-底部电极表面积比的情形下，所测量的电容根据测量条件显著不同，并且检验出，乘员确定中的精度较高。在1∶2的顶部-底部电极表面积比的情形下，空座椅电容最小，并且检验出进一步有效减少所测量的空座椅电容的变化。
(第九实施例)将参看图16至18描述第九实施例。除了线路选择开关装置60外，本实施例与图5中所示的第二实施例大体相同。开关装置60用于允许检测乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的电容器的故障(例如，短路、线路制动)。更具体地，在第二实施例中，通过电流感测装置31没有测量到由于乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的电容Co存在而产生的电流。因此，在某些情形下，当乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的电容器(或电连接)出现故障时，不可能通过电流感测装置21正确检测到电容器的故障。如果在确定座椅的乘员状态时不能检测到电容器故障，则它可能降低座椅的乘员状态的确定结果的精度。第九实施例以开关装置60的形式提供了另外的措施来克服上述缺点，从而进一步提高座椅的乘员状态的确定结果的精度。这样，在以下描述中，第九实施例集中于开关装置60的结构和操作，并且没有详细描述除开关装置60外的结构的其它部分。
开关装置60用于改变导线27-29的连接状态。如图18中所示，开关装置60包括第一至第四端子61-64、和第一和第二开关元件66-67。第一端子61和第四端子64从导线29叉开，第二端子62和第三端子63从导线28叉开。第一开关元件66和第二开关元件67同时切换。
具体而言，驱动装置32介于导线(第一导线)27的第一端和第二端之间。导线27的第一端直接连接至乘员感测电极20。电流感测装置31介于导线(第二导线)28的第一端和第二端之间。导线28的第一端直接连接至车辆GND 42，导线28的第二端在交叉点30连接至导线27的第二端。导线(第三导线)29的第一端直接连接至空座椅电容减少电极21，导线29的第二端在交叉点30连接至导线27的第二端和导线28的第二端。开关装置60执行对导线28和导线29的切换。更具体地，开关装置60将导线28分成第一部分28a和第二部分28b。第一部分28a包括直接连接至车辆GND 42的导线28的第一端。第二端子62和第三端子63从导线28的第一部分28a叉开。第二部分28b包括导线28的第二端和电流感测装置31。并且，开关装置60将导线29分成第一部分29a和第二部分29b。第一部分29a包括直接连接至空座椅电容减少电极21的导线29的第一端。第一端子61和第四端子64从导线29的第一部分29a叉开。第二部分29b包括导线29的第二端，该第二端在交叉点30连接至导线27的第二端和导线28的第二端。
接着，将描述本实施例的操作。
首先，将描述本实施例的乘员状态感测操作。
在感测座椅的乘员状态时(感测乘员的就座时)，图18的开关装置60放在第一位置中，从而第一和第二开关元件66、67位于其用图18中的实线表示的相应位置中。开关装置60的第一位置在图16中示意性示出。在图16中，为了简洁和清楚理解起见，未示出乘员感测ECU3。除了如上所述的开关装置60的存在外，这种布置与图5中所示的第二实施例相同。具体而言，第一开关元件66连接至第一端子61，第二开关元件67连接至第三端子63。换句话说，连接在此状态下，开关装置60电连接在导线28的第一部分28a和导线28的第二部分28b之间，并且也电连接在导线29的第一部分29a和导线29的第二部分29b之间。当乘员就座于座椅9中时，乘员身体的下半部分放置在外罩件90上(图2)，且乘员身体介于乘员感测电极20和座椅框架26之间。当从驱动装置32产生高频低电压(驱动电压)时，乘员感测电极20受驱动具有高电势，且车辆GND 42和空座椅电容减少电极21受驱动具有低电势。这样，与第二实施例类似，在乘员感测电极20和车辆GND 42之间通过人体产生电容Cb，且利用电流感测装置31测量车辆GND 42和乘员感测电极20之间的电流。
由于空座椅电容减少电极21受驱动装置32的驱动具有与车辆GND42相同的电势(低电势)，所以没有在车辆GND 42和空座椅电容减少电极21之间产生电容。在空座椅电容减少电极21和乘员感测电极20之间产生电容Co。然而，如第二实施例中参看图5描述的，利用电流感测装置30没有感测到此电容Co。
接着，将描述本实施例的故障感测操作。
在感测故障时，将图18的开关装置60放在第二位置中，从而第一和第二开关元件66、67位于其用图18中的虚线表示的相应位置中。开关装置60的第二位置在图17中示意性示出。具体而言，第一开关元件66连接至第二端子66，第二开关元件67连接至第四端子64。导线27在交叉点30连接至导线28。这里，驱动装置32位于乘员感测电极20和车辆GND 42之间，且电流感测装置31位于车辆GND 42和空座椅电容减少电极21之间。换句话说，开关装置60电连接在导线29的第一部分29a和导线28的第二部分28b之间，从而，乘员感测电极20通过驱动装置32和电流感测装置31电连接至空座椅电容减少电极21。
驱动装置32驱动乘员感测电极20到高电势，驱动空座椅电容减少电极21到低电势，并且利用电流感测装置31测量乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的电容。利用上述布置，当在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间发生短路时，可限制电容的错误感测，即，乘员状态的错误感测。并且，当导线27和/或导线29的制动(开路)发生时，可限制电容的不检测，即，乘员状态的不检测。
本实施例的传感器10提供了下述优点。首先，在感测座椅中的乘员状态时，减少(消除)空座椅电容Co，从而可根据在乘员感测电极20和座椅框架26之间通过人体产生的电容Cb正确感测座椅中的乘员状态。电极单元1(图3)形成为片状体，从而可容易分别在带基薄膜22的顶面和底面上形成乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21。
并且，可事先在座椅的空状态下感测到在乘员存在时在乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21之间的电流的不检测的故障。这样，可确保传感器10的正常操作。并且，当需要将工作模式从乘员状态感测工作模式改变到故障感测工作模式时，仅需要将开关从第一位置换到第二位置。
图19和20示出图16-18中所示的上述布置的修改。在此修改中，电流感测装置31设置在导线27中，其中该导线从乘员感测电极20延伸到交叉点30。导线29从空座椅电容减少电极21延伸到交叉点30。驱动装置32设置在导线28中，该导线从车辆GND 42延伸到交叉点30。换句话说，在图19和20中所示的修改中切换在图16-18中表示的驱动装置32的位置和电流感测装置31的位置。结构的其余部分与上述实施例相同。更具体地，除了类似于图18的开关装置60的开关装置60外，该结构与参看图1至4示出和描述的第一实施例相同。
在此修改中，在图19中所示的乘员状态感测工作模式中，将低电势应用于乘员感测电极20和空座椅电容减少电极21，并且将高电势应用于车辆GND 42。在图20中所示的故障感测工作模式中，将开关装置60放置在第二位置中。这样，导线27在交叉点30连接至导线29。结果，将低电势应用于乘员感测电极20，将高电势应用于空座椅电容减少电极21。根据此修改，可获得类似于上述实施例的优点。
(第十实施例)图21是示出根据第十实施例的具有基于电容传感器(乘员传感器)325的乘员感测系统。如图21中所示，前排乘客座椅310包括座椅底部312和椅背316。座椅底部312包括缓冲件(缓冲垫)313和外罩件(缓冲罩)314。座椅310的座椅框架326形成座椅底部312和椅背316的骨架结构。
传感器325包括乘员感测电极330、空座椅电容减少电极345、驱动装置(驱动电路)32、和电流感测装置(电流感测电路)31。乘员感测电极330包括一组高电势电极部(第一组电极部)334a-334c、和一组低电势电极部(第二组电极部)338a-338c。引线(第一导线)336连接至高电势电极部334a-334c，引线(第二导线)341连接至低电势电极部338a-338c。驱动装置32和电流感测装置31串联在引线336和引线341之间。驱动装置32在高电势电极部334a-334c和低电势电极部338a-338c之间应用高频电压(驱动电压)。电流感测装置31测量在高电势电极部334a-334c和低电势电极部338a-338c之间流动的电流。从空座椅电容减少电极345延伸的引线(第三导线)346连接至驱动装置32和电流感测装置31之间的交叉点(中间点)347。高电势电极部334a-334c和低电势电极部338a-338c布置在介电带基薄膜332的顶面(位于介电带基薄膜332的第一侧或上侧上的第一表面)上，并且与座椅框架326电绝缘。
图22和23示出高电势电极部334a-334c、低电势电极部338a-338c、和空座椅电容减少电极345的细节。介电带基薄膜332举例来说由例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等介电树脂制成。三个高电势电极部334a-334c和三个低电势电极部338a-338c交替排列在座椅底部312即车辆的前后方向(图22中的顶部-底部方向)上。在高电势电极部334a-334c和低电势电极部338a-338c中，高电势电极部334c和低电势电极部338c放置在座椅底部312即车辆的前侧上。高电势电极部334a-334c的每个都形成为细长矩形形状，并且高电势电极部334a-334c的纵向与座椅底部312即车辆的横向一致。三个高电势电极部334a-334c通过在一侧(图22中的右侧)的连接器335互连在一起，且引线336从后侧高电势电极部334a向后延伸。
低电势电极部338a-338c的每个都形成为细长矩形形状，并且低电势电极部338a-338c的纵向与座椅底部312即车辆的横向一致。三个低电势电极部338a-338c通过在另一侧(图22中的左侧)的连接器339连在一起，且引线341从后侧高电势电极部338a向后延伸。布置在带基薄膜332的底面(位于带基薄膜332的第二侧或下侧上的第二表面)上的空座椅电容减少电极345由导电金属材料制成，并且形成为大体覆盖带基薄膜332的整个底面的矩形形状。引线346从空座椅电容减少电极345的后沿向后延伸。
接着，将描述第十实施例的操作。驱动装置32在低电势电极部338a-338c和高电势电极部334a-334c之间施加高频电压，从而产生弱电场E(图23)。参看图21，当乘员没有就座时，即，不在座椅底部312上时，在高电势电极部334a-334c和低电势电极部338a-338c之间产生电容器C2。并且，在高电势电极部334a-334c和空座椅电容减少电极345之间产生电容器(未示出)。
当乘员坐在座椅底部312上时，乘员身体的部分(臀部)放置在电场E的通道上，从而改变电容器C2的电容。空座椅电容减少电极345位于座椅框架326和高和低电势电极部334a-334c、338a-338c之间。空座椅电容减少电极345的电势与低电势电极部338a-338c的电势相同。并且，电流感测装置31未放置在高电势电极部334a-334c和空座椅电容减少电极345之间。利用这种结构，通过电流感测装置31测量低电势电极部338a-338c和高电势电极部334a-334c之间的电容。然而，通过电流感测装置31没有测量到空座椅电容减少电极345和高电势电极部334a-334c之间的人体侧电容分量(参看表示图21中的电流的箭头“a”)。因此，根据电容变化，即，由于乘员存在于座椅310中而引起并且由电流感测装置31测量到的测量电流值的变化，可有效感测座椅底部312上乘员的存在。
第十实施例提供了下述优点。首先，即使乘员在座椅底部312上的位置在前后方向偏离，仍可能有效并精确地感测座椅底部312上的乘员存在，并且由于乘员的位置或姿势引起的变化影响将对这个感测到的结果具有较少影响。具体而言，三个高电势电极部334a-334c通过连接器335互连，三个低电势电极部338a-338c通过连接器339互连。这样，只要乘员的臀部B存在于高电势电极部334a-334c的至少之一和低电势电极部338a-338c的至少之一之间，则能感测到乘员存在于座椅底部312上。
例如，臀部B可位于前侧高电势电极部334c和前侧低电势电极部338c之间，或可位于后侧高电势电极部334a和后侧低电势电极部338a之间。并且，臀部B可位于中央侧低电势电极部338b和中央侧高电势电极部334b或后侧高电势电极部334a之间。由于三个高电势电极部334a-334c和三个低电势电极部338a-338c存在于带基薄膜332的顶面上，而使得这成为可能。
并且，尽管三个高电势电极部334a-334c和三个低电势电极部338a-338c布置在带基薄膜332的顶面上，但是仅测量在低电势电极部338a-338c和高电势电极部334a-334c之间产生的电容的人体侧电容分量。即，通过空座椅电容减少电极345没有测量到在缓冲件313的影响下容易改变的缓冲件313侧电容分量C1。这样，可有效感测座椅310中乘员的存在。这通过以下布置变为可能。即，空座椅电容减少电极345位于带基薄膜332的底面上，且使得空座椅电容减少电极345的电势与低电势电极部338a-338c的电势相同，并且电流感测装置31没有介于高电势电极部334a和空座椅电容减少电极345之间。
接着，将描述第十实施例的修改。
将参看图24描述第十实施例的第一修改。
在图24中所示的第一修改中，三个高电势电极部(第一组电极部)350a-350c和三个低电势电极部(第二组电极部)354a-354c交替布置在空座椅电容减少电极345上方的带基薄膜332的顶面上。三个高电势电极部(后侧、中央侧、和前侧电极部)350a-350c彼此电分离。导线351a从后侧高电势电极部350a向后延伸。导线351b从中央侧高电势电极部350b向后延伸。并且，导线351c从前侧高电势电极部350c向后延伸。
并且，三个低电势电极部(后侧、中央侧、和前侧电极部)354a-354c彼此电分离。导线355a-355c分别从低电势电极部354a-354c向后延伸。并且，设置了两个开关(第一和第二电极部选择开关装置)352、356。开关352用于选择和电连接三个高电势电极部350a-350c的其中之一到导线336，从而到图21的驱动装置32，并且开关356用于选择和电连接三个低电势电极部354a-354c的其中之一到导线341，从而到图21的电流感测装置31。
根据此修改，举例来说可根据座椅底部312上的乘员的身体大小选择高电势电极部350a-350c中最好的一个和低电势电极部354a-354c中最好的一个。例如，当婴儿在座椅310中时，婴儿的臀部不可能放置在座椅底部312的整个顶面上。因此，在这种情形下，可假定婴儿通常存在于座椅底部312的中央，并且可通过第一开关352选择中央侧高电势电极部350b，可通过第二开关356选择中央侧低电势电极部354b。在儿童座椅安装在座椅底部312中且婴儿在儿童座椅中时也是如此。这样，应通过第一开关352对中央侧高电势电极部350b作出上述选择，通过第二开关356对中央侧低电势电极部354b作出上述选择。
图25A至26B示出第一修改的示范性用途，其中乘员感测电极包括第一组电极部(高电势电极部)和第二组电极部(低电势电极部)，并且通过类似于开关352、356的开关有选择地切换这两组电极部。具体而言，在图25A和25B中，在座椅底部312上沿前后方向一个接一个布置乘员感测电极的五组电极部(高电势电极部和低电势电极部)。具体而言，在图25A和25B中，分别在横轴上表示五组电极部，在纵轴上表示所测量的电容。当开关从一个位置顺序移动到另一位置通过全部的五个位置时，分别通过这五组电极部测量电容。具体而言，图25A示出乘员穿外衣(或厚衣服)的情形。在此情形下，由于外衣的存在，乘员的臀部离乘员感测电极的电极部较远，并且在每组电极中测量的电容较小。更具体地，仅中央侧组电极部的测量电容和随之的前侧组电极的测量电容稍微超过阈值th。与此相反，图25B示出儿童座椅存在于乘客座椅中的情形。在此情形下，靠近中央侧组电极部放置儿童臀部，从而中央侧组电极部的测量电容和随之的前侧组电极部的测量电容超过阈值th。
图26A和26B示出在座椅底部312上沿横向(车辆的横向)一个接一个布置五组电极部的情形。更具体地，图26A示出乘员穿外衣(厚衣服)的情形，图26B示出儿童坐在没有使用儿童座椅的座椅底部312上的情形。在成人的情形下，较远离乘员感测电极的电极部放置臀部。这样，中央侧组电极部的测量电容和随之的右侧组电极的测量电容稍微超过阈值th。在儿童直接坐在座椅底部上的情形下，较靠近中央侧组电极部放置臀部，从而中央侧组电极部的测量电容和下一个右侧组电极部的测量电容超过阈值th较多。
接着，将参看图27和28描述第十实施例的第二修改。类似于上述参看图21至23描述的第十实施例，三个高电势电极部(第一组电极部)360a-360c通过连接器361连接在一起，三个低电势电极部(第二组电极部)364a-364c通过连接器365连接在一起。辅助电极370分别在每个电极部360a-360c和相应的各电极部354a-364c之间限定的空间中延伸。更具体地，辅助电极370以曲折形式在空间367和空间368、369中延伸，其中空间367限定在相邻的电极部360a-360c、364a-364c之间，空间368、369限定在电极部360a-360c、364a-364c、和连接器361、365之间。
通过弯曲单个细长电极形成辅助电极370，并且辅助电极370包括五个部分371a、两个右侧部分371b、和两个左侧部分371c。例如，驱动装置32将较高电势应用于三个电极部360a-360c和三个电极部364a-364c，并且将较低电势应用于辅助电极370。
根据第二修改，通过在辅助电极370和第一和第二组电极部360a-360c、364a-364c之间产生的电容器形成电场。由于辅助电极370的布置，在与仅由图21至23的电极部360a-360c、364a-364c形成的电场相比更靠近带基薄膜332的顶面的区域中形成电场E。例如，当水溅到座椅底部312从而弄湿乘员传感器325时，可感测到由于水的溅洒引起的电容变化。并且，当座椅底部312的温度或湿度变得较高时，可感测到由于较高温度或高湿度引起的电容变化。由上述外部干扰引起的电容变化可用于纠正乘员确定中使用的阈值，或用于提供在很可能有错误的乘员确定的任何时候提供警报。在某些情形下，可改变电路构造，以使采用辅助电极370、电极部360a-360c、364a-364c的上述操作切换到仅使用高电势电极部360a-360c和低电势电极部364a-364c的参看图21至23描述的操作。
将参看图29至30B描述第十实施例的第三修改。在第三修改中，三个电势电极部375a-375c和三个低电势电极部377a-377c以类似于第二修改的方式布置，且与第二修改中同样产生空间378。然而，代替图27的辅助电极370，上部压敏电极(第一压敏电极)381以曲折形式在带基薄膜332的顶面上的空间378中延伸。下部压敏电极(第二压敏电极)382与上部压敏电极381相对布置在带基薄膜332的第二侧上。上部压敏电极381和下部压敏电极382形成多个压敏开关380。如图30A中所示，在此修改中，空座椅电容减少电极345布置在下部压敏电极382下方，使得介电树脂333介于下部压敏电极382和空座椅电容减少电极345之间。在此情形下，如果需要，带基薄膜332和介电树脂333可一体形成。基于电容传感器可以较精确地感测乘员身体的靠近。然而，基于电容传感器感测物体(例如，儿童座椅，而不是乘员身体)靠近的精度不是与感测乘员身体的靠近的精度一样高。鉴于此，除了基于电容传感器外，还设置了压敏开关380。
具体而言，在其中示出沿图29中的线XXXA-XXXA得到的截面图的图30A的情形下，上部压敏电极381布置在带基薄膜332的顶面上的高电势电极部375a和低电势电极部377b之间。下部压敏电极382布置在带基薄膜332的底面上与上部压敏电极381相对的位置处。多个通孔384穿过介于上部压敏电极381和下部压敏电极382之间的带基薄膜332的区域。每个压敏开关380都由上部压敏电极381、下部压敏电极382、和带基薄膜332的相应通孔384形成。可易于用类似于形成高电势电极部375a-375c和低电势电极部377a-377c的方式形成上部压敏电极381和下部压敏电极382。
例如，当儿童座椅安装在前排乘客座椅中时，儿童座椅向下压上部压敏电极381，并且上部压敏电极381接触下部压敏电极382，造成上部压敏电极381和下部压敏电极382之间的短路。在感测上部压敏电极381和下部压敏电极382之间的短路时，乘员感测ECU感测到儿童座椅安装在前排乘客座椅中。例如，如果在安装儿童座椅时没有系牢座椅安全带，则可根据压敏开关380的感测结果提供警报以要求系牢座椅安全带。并且，可容易形成压敏开关380，从而可使成本的增加最小。
可以图30B中所示的方式进一步修改图29和30A中所示的上述修改。具体而言，在图29和30A的情形下，空座椅电容减少电极345放置在低压敏电极382下面，以便将介电树脂333放置在下部压敏电极382和空座椅电容减少电极345之间。可选地，如图30B中所示，具有相应于低压敏电极382的形状的曲折形状的空间可在空座椅电容减少电极345中形成，并且可在此曲折形空间中布置低压敏电极382，而不接触空座椅电容减少电极345。利用这种布置，与图30A相比，可减少乘员传感器325在垂直方向上的厚度。这样，与图30A相比，传感器上的乘员可获得更舒适的乘坐感觉。并且，如图30B中所示，与第六实施例的树脂薄膜221相同，如果想要或需要，可另外在高和低电势电极部375a-375c、377a-377c的上侧和空座椅电容减少电极345和低压敏电极382的下侧上设置两个介电薄膜332(介电片或介电层)。类似地，在上述其它实施例及其修改的每个中，可另外在乘员感测电极的上侧上设置一个介电薄膜，并且另外在空座椅电容减少电极的下侧上设置另一介电薄膜。并且，这些薄膜的一个或多个可一体形成。
(第十一实施例)图31中所示的第十一实施例与图21至23中所示的第十实施例的区别在于高和低电势电极部的布置。具体而言，乘员感测电极包括三个分开的高电势电极部(第一组电极部)402a-402c和三个分开的低电势电极部(第二组电极部)405a-405c。高电势电极部402a-402c布置在带基薄膜332(和空座椅电容减少电极345的)的顶面的前侧上，且低电势电极部405a-405c布置在带基薄膜332(和空座椅电容减少电极345的)的顶面的后侧上。并且，设置有第一和第二开关(第一和第二电极部选择开关装置)403、406。第一开关403用于选择和电连接三个高电势电极部402a-402c的其中之一到导线336，从而到图21的驱动装置32，且第二开关406用于选择和电连接三个低电势电极部405a-405c的其中之一到导线341，从而到图21的电流感测装置31。
空座椅电容减少电极345布置在带基薄膜332的底面上。驱动装置32(参看图21)在高电势电极部402a-402c中选择的一个和低电势电极部405a-405c中选择的一个之间施加电压。电流感测装置31测量高电势电极部402a-402c中选择的一个和低电势电极部405a-405c中选择的一个之间的电流。高电势电极部402a-402c和低电势电极部405a-405c与座椅框架326电绝缘。
根据第十一实施例，可感测到各种就座图样。例如，位于座椅底部312的中央侧上的沿前后方向的高电势电极部402a和位于座椅底部312的后侧上沿前后方向的低电势电极部405a可用于感测座椅底部312上乘员的存在。并且，中间侧高电势电极部402b和中间侧低电势电极部405b可用于感测座椅底部312上乘员的存在。此外，前侧高电势电极部402c和后侧低电势电极部405c可用于感测座椅底部312上乘员的存在。
布置在带基薄膜332的底面上的空座椅电容减少电极345允许高电势电极部402a-402c中选择的一个和低电势电极部405a-405c中选择的一个之间的电容减少。应指出，第一开关403可用于顺序选择高电势电极部402a-402c，第二开关406可用于顺序选择低电势电极部405a-405c。
(第十二实施例)图32和33示出第十二实施例。除了乘员感测电极的布置外，第十二实施例与图5中所示的第二实施例相似。具体而言，第十二实施例的乘员感测电极仅包括布置在带基薄膜332上的高电势电极410a-410f。电连接至车辆GND 42的座椅框架26用作低电势电极(或低电势电极部)。更具体地，六个高电势电极410a-410f彼此平行隔开，并且在前后方向上一个接一个排列，并且高电势电极部410a-410f的每个都具有细长矩形形状。引线(引导部)412a-412f分别从高电势电极410a-410f的侧面延伸。开关(电极部选择开关装置)414有选择地电连接高电势电极410a-410f的其中之一到导线27，从而到驱动装置32。
空座椅电容减少电极345布置在带基薄膜332的底面上。驱动装置32在高电势电极部410a-410f中选择的一个和座椅框架26之间施加电压。电流感测装置31测量在高电势电极部410a-410f中选择的一个和低电势电极(座椅框架)26之间流动的电流。
根据第十二实施例，举例来说根据乘员的身体大小，通过切换开关414选择高电势电极部410a-410f的其中之一。通过使用高电势电极部410a-410f中选择的一个和座椅框架26有效感测乘员的存在。并且，布置在带基薄膜332的底面上的空座椅电容减少电极345允许减少高电势电极部410a-410c中选择的一个和低电势电极(座椅框架)26之间的电容。并且，由于将最初存在于座椅310中的座椅框架26有效用作低电势电极，所以不需要提供另外的低电势电极。
本领域的技术人员将易于想到另外的优点和修改。因此，本发明以其较宽广的术语不限于具体细节、典型设备、和所示出和描述的说明性实例。并且，可将在上述实施例和修改中的其中之一中描述的传感器或乘员感测系统的任何特性与上述实施例和修改的另一的任何一个或多个特性组合或用其替换。例如，在图32和33中所示的第十二实施例中，将高电势应用于乘员感测电极的电极部410a-410f。可选地，乘员感测电极的电极部410a-410f和图32和33中所示的开关414可用图1至4中所示的第一实施例的乘员感测电极20替换。这样，低电势应用于乘员感测电极的电极部410a-410f。并且，图18中所示的第九实施例的线路选择开关装置60可应用于图32和33中所示的第十二实施例或上述实施例和修改的任何一个。进而，应指出，上面使用的术语高电势(较高电势)和低电势(较低电势)不应限于任何具体值，而是应认为是表示这两种电势之间的关系，即，高电势比低电势高，反之亦然。
权利要求
1.一种布置在车辆座椅(9)中的基于电容传感器，用于感测座椅(9)中乘员的存在，所述基于电容传感器包括乘员感测电极(20，410a-410f)，嵌在座椅(9)中；空座椅电容减少电极(21，345)，与乘员感测电极(20，410a-410f)相对，位于乘员感测电极(20，410a-410f)和座椅(9)的座椅框架(26)之间，其中座椅电连接至车辆接地(42)；电流感测装置(31)，用于测量电流，并且放在下述至少之一处第一位置，介于和电连接在乘员感测电极(20，410a-410f)和空座椅电容减少电极(21，345)之间；以及第二位置，介于和电连接在车辆接地(42)与空座椅电容减少电极(21，345)和第一位置之间；以及驱动装置(32)，用于产生驱动电压，并且位于第一和第二位置的另一中。
2.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中电流感测装置(31)放置在第一位置处；以及驱动装置(32)放置在第二位置处。
3.根据权利要求2所述的基于电容传感器，其中在驱动装置(32)工作时，乘员感测电极(20)具有与空座椅电容减少电极(21)相同的电势。
4.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中电流感测装置(31)放置在第二位置处；以及驱动装置(32)放置在第一位置处。
5.根据权利要求4所述的基于电容传感器，其中在驱动装置(32)工作时，所述空座椅电容减少电极(21)具有与车辆接地(42)相同的电势。
6.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中电流感测装置(31)包括运算放大器(31a)，用于保持乘员感测电极(20)、空座椅电容减少电极(21)、和车辆接地(42)中相应的两个之间的相同电势和电绝缘，其中电流感测装置(31)连接在所述相应的两个之间。
7.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中乘员感测电极(20)与介于乘员感测电极(20)和空座椅电容减少电极(21)之间的电流感测装置(31)和驱动装置(32)的其中之一通过第一导线(27)彼此电连接；车辆接地(42)与电流感测装置(31)和驱动装置(32)的另一个通过第二导线(28)彼此电连接；第一导线(27)的至少部分和第二导线(28)的至少部分形成为具有屏蔽部的屏蔽线(24)，在驱动装置(32)工作时所述屏蔽线具有与空座椅电容减少电极(21)相同的电势。
8.根据权利要求7所述的基于电容传感器，其中空座椅电容减少电极(21)通过屏蔽线(24)的屏蔽部电连接至电流感测装置(31)和驱动装置(32)。
9.根据权利要求1所述的基于电容传感器，进一步包括介电层(22)，其中乘员感测电极(20)设置在介电层(22)的第一侧上，且空座椅电容减少电极(21)设置在与介电层(22)的第一侧相对的介电层(22)的第二侧上。
10.根据权利要求9所述的基于电容传感器，其中乘员感测电极(20)的表面和空座椅电容减少电极(21)的表面用介电材料(221)覆盖。
11.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中空座椅电容减少电极(21)的表面面积比乘员感测电极(20)的表面面积小。
12.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中空座椅电容减少电极(21)的表面面积比乘员感测电极(20)的表面面积大。
13.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式下，驱动装置(32)在乘员感测电极(20)和车辆接地(42)之间施加电压，且电流感测装置(31)测量乘员感测电极(20)和车辆接地(42)之间的电流；以及在基于电容传感器的故障感测工作模式下，驱动装置(32)在乘员感测电极(20)和空座椅电容减少电极(21)之间施加电压，且电流感测装置(31)测量乘员感测电极(20)和空座椅电容减少电极(21)之间的电流。
14.根据权利要求13所述的基于电容传感器，其中在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式下，驱动装置(32)和电流感测装置(31)依此次序串联在乘员感测电极(20)和车辆接地(42)之间，且空座椅电容减少电极(21)具有与车辆接地(42)相同的电势；以及在基于电容传感器的故障感测工作模式下，驱动装置(32)和电流感测装置(31)依此次序串联在乘员感测电极(20)和空座椅电容减少电极(21)之间。
15.根据权利要求14所述的基于电容传感器，其中在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式和基于电容传感器的故障感测工作模式的每个中，乘员感测电极(20)具有较高电势，且空座椅电容减少电极(21)和车辆接地(42)具有较低电势。
16.根据权利要求15所述的基于电容传感器，进一步包括第一导线(27)，具有驱动装置(32)，所述驱动装置介于第一导线(27)的第一端和第二端之间，其中第一导线(27)的第一端直接连接至乘员感测电极(20)；第二导线(28)，具有电流感测装置(31)，所述电流感测装置(31)介于第二导线(28)的第一端和第二端之间，其中第二导线(28)的第一端直接连接至车辆接地(42)，第二导线(28)的第二端连接至第一导线(27)的第二端；第三导线(29)，具有直接连接至空座椅电容减少电极(21)的第一端、和连接至第一导线(27)的第二端和第二导线(28)的第二端的第二端；以及线路选择开关装置(60)，执行对第二导线(28)和第三导线(29)的切换，其中线路选择开关装置(60)将第二导线(28)分成第一部分(28a)，包括直接连接至车辆接地(42)的第二导线(28)的第一端；以及第二部分(28b)，包括第二导线(28)的第二端和电流感测装置(31)；线路选择开关装置(60)将第三导线(29)分成第一部分(29a)，包括直接连接至空座椅电容减少电极(21)的第三导线(29)的第一端；以及第二部分(29b)，包括第三导线(29)的第二端，所述第二端连接至第一导线(27)的第二端和第二导线(28)的第二端；在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式下，线路选择开关装置(60)电连接在第二导线(28)的第一部分(28a)和第二导线(28)的第二部分(28b)之间，并且也电连接在第三导线(29)的第一部分(29a)和第三导线(29)的第二部分(29b)之间；以及在基于电容传感器的故障感测工作模式下，线路选择开关装置(60)电连接在第三导线(29)的第一部分(29a)和第二导线(28)的第二部分(28b)之间，从而乘员感测电极(20)通过驱动装置(32)和电流感测装置(31)电连接至空座椅电容减少电极(21)。
17.根据权利要求13所述的基于电容传感器，其中在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式下，电流感测装置(31)和驱动装置(32)依此次序串联在乘员感测电极(20)和车辆接地(42)之间，且乘员感测电极(20)具有与空座椅电容减少电极(21)相同的电势；以及在基于电容传感器的故障感测工作模式下，电流感测装置(31)和驱动装置(32)依此次序串联在乘员感测电极(20)和空座椅电容减少电极(21)之间。
18.根据权利要求17所述的基于电容传感器，其中在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式中，车辆接地(42)具有较高电势，且乘员感测电极(20)和空座椅电容减少电极(21)具有较低电势；在基于电容传感器的故障感测工作模式中，乘员感测电极(20)和车辆接地(42)具有较低电势，且空座椅电容减少电极(21)具有较高电势。
19.根据权利要求18所述的基于电容传感器，进一步包括第一导线(27)，具有电流感测装置(31)，所述电流感测装置(31)介于第一导线(27)的第一端和第二端之间，其中第一导线(27)的第一端直接连接至乘员感测电极(20)；第二导线(28)，具有驱动装置(32)，所述驱动装置介于第二导线(28)的第一端和第二端之间，其中第二导线(28)的第一端直接连接至车辆接地(42)，且第二导线(28)的第二端连接至第一导线(27)的第二端；第三导线(29)，具有直接连接至空座椅电容减少电极(21)的第一端、和连接至第一导线(27)的第二端和第二导线(28)的第二端的第二端；以及线路选择开关装置(60)，执行对第二导线(28)和第三导线(29)的切换，其中线路选择开关装置(60)将第二导线(28)分成第一部分(28a)，包括直接连接至车辆接地(42)的第二导线(28)的第一端；以及第二部分(28b)，包括第二导线(28)的第二端和驱动装置(32)；线路选择开关装置(60)将第三导线(29)分成第一部分(29a)，包括直接连接至空座椅电容减少电极(21)的第三导线(29)的第一端；以及第二部分(29b)，包括第三导线(29)的第二端，所述第二端连接至第一导线(27)的第二端和第二导线(28)的第二端；在基于电容传感器的乘员状态感测工作模式下，线路选择开关装置(60)电连接在第二导线(28)的第一部分(28a)和第二导线(28)的第二部分(28b)之间，并且也电连接在第三导线(29)的第一部分(29a)和第三导线(29)的第二部分(29b)之间；以及在基于电容传感器的故障感测工作模式下，线路选择开关装置(60)电连接在第三导线(29)的第一部分(29a)和第二导线(28)的第二部分(28b)之间，从而乘员感测电极(20)通过电流感测装置(31)和驱动装置(32)电连接至空座椅电容减少电极(21)。
20.根据权利要求1所述的基于电容传感器，其中乘员感测电极(410a-410f)包括一组电极部(410a-410f)，其中每个电极部都与此组的其他电极部(410a-410f)电分离；以及基于电容传感器进一步包括电极部选择开关装置(414)，所述电极部选择开关装置将这组的电极部(410a-410f)的其中之一电连接到驱动装置(32)和电流感测装置(31)。
21.根据权利要求20所述的基于电容传感器，其中在驱动装置(32)工作时，空座椅电容减少电极(345)具有与车辆接地(42)相同的电势。
22.根据权利要求20所述的基于电容传感器，其中这组电极部(410a-410f)在车辆的前后方向和车辆的横向的其中之一上平行排列，并且彼此隔开。
23.一种布置在车辆座椅(310)中的基于电容传感器，用于感测座椅(310)中乘员的存在，所述基于电容传感器包括介电层(332)，嵌在座椅(310)中；乘员感测电极(330)，包括第一组电极部(334a-334c，350a-350c，360a-360c，375a-375c，402a-402c)和第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)，这两组电极部布置在介电层(332)的第一侧上；空座椅电容减少电极(345)，与乘员感测电极(330)相对地布置在介电层(332)的第二侧上，从而空座椅电容减少电极(345)介于乘员感测电极(330)和座椅(310)的座椅框架(326)之间；驱动装置(32)，用于在下述之间施加电压第一组电极部(334a-334c，350a-350c，360a-360c，375a-375c，402a-402c)的至少一个和第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)的至少一个的其中之一；以及空座椅电容减少电极(345)以及第一组电极部(334a-334c，350a-350c，360a-360c，375a-375c，402a-402c)的至少一个和第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)的至少一个的其中另一个；以及电流感测装置(31)，用于测量第一组电极部(334a-334c，350a-350c，360a-360c，375a-375c，402a-402c)的至少一个和第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)的至少一个之间的电流。
24.根据权利要求23所述的基于电容传感器，其中在驱动装置(32)工作时，空座椅电容减少电极(345)具有与第一组电极部(334a-334c，350a-350c，360a-360c，375a-375c，402a-402c)的至少一个和第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)的至少一个的其中另一个相同的电势。
25.根据权利要求23所述的基于电容传感器，其中第一组电极部(334a-334c，350a-350c，360a-360c，375a-375c，402a-402c)和第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)在车辆的前后方向和车辆的横向的其中之一上平行排列，并且彼此隔开。
26.根据权利要求23所述的基于电容传感器，其中第一组电极部(334a-334c，360a-360c，375a-375c)的每个都电连接至第一组电极部(334a-334c，360a-360c，375a-375c)的其它电极部；以及第二组电极部(338a-338c，364a-364c，377a-377c)的每个都电连接至第二组电极部(338a-338c，364a-364c，377a-377c)的其它电极部。
27.根据权利要求23所述的基于电容传感器，进一步包括形成压敏开关装置(380)的第一和第二压敏电极(381，382)，其中多个通孔(384)在介电层(332)中从介电层(332)的第一侧延伸到第二侧；第一压敏电极(381)布置在介电层(332)的第一侧上的多个通孔(384)上方；以及第二压敏电极(381)布置在介电层(332)的第二侧上的多个通孔(384)上方。
28.根据权利要求23所述的基于电容传感器，进一步包括第一和第二电极选择开关装置(352，356，403，406)，其中第一组电极部(350a-350c，402a-402c)的每个都与第一组电极部(350a-350c，402a-402c)的其它电极部电分离；第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)的每个都与第二组电极部(338a-338c，354a-354c，364a-364c，377a-377c，405a-405c)的其它电极部电分离；第一电极部选择开关装置(352，403)将第一组电极部(350a-350c，402a-402c)的一个电连接到驱动装置(32)和电流感测装置(31)；以及第二电极选择开关装置(356，406)将第二组电极部(354a-354c，405a-405c)的一个电连接到驱动装置(32)和电流感测装置(31)。
29.根据权利要求28所述的基于电容传感器，其中在驱动装置(32)工作时，空座椅电容减少电极(345)的电势与第二组电极部(354a-354c，405a-405c)的一个的电势相同。
30.根据权利要求28所述的基于电容传感器，其中第一组电极部(350a-350c，402a-402c)和第二组电极部(354a-354c，405a-405c)在车辆的前后方向和车辆的横向的其中之一上平行排列，并且彼此隔开。
31.根据权利要求28所述的基于电容传感器，其中第一组电极部(402a-402c)位于座椅(310)的座椅底部(312)的前侧和后侧的其中之一中；以及第二组电极部(405a-405c)位于座椅(310)的座椅底部(312)的前侧和后侧的其中另一个中。
32.根据权利要求28所述的基于电容传感器，其中第一组电极部(350a-350c)和第二组电极部(354a-354c)交替布置。
33.一种布置在车辆座椅(310)中的基于电容传感器，用于感测座椅(310)中乘员的存在，所述基于电容传感器包括介电层(332)，嵌在座椅(310)中；乘员感测电极(330)，包括第一组电极部(360a-360c)和第二组电极部(364a-364c)，这两组电极部布置在介电层(332)的第一侧上，其中第一组电极部(360a-360c)和第二组电极部(364a-364c)交替布置；辅助电极(370)，在第一组电极部(360a-360c)的每个和第二组电极部(364a-364c)的相邻一个之间延伸，而不与在介电层(332)的第一侧上的第一组电极部(360a-360c)和第二组电极部(364a-364c)电接触；空座椅电容减少电极(345)，与乘员感测电极(330)和辅助电极(370)相对地布置在介电层(332)的第二侧上，从而空座椅电容减少电极(345)介于乘员感测电极(330)和座椅(310)的座椅框架(326)之间；驱动装置(32)，用于在乘员感测电极(330)和辅助电极(370)之间施加电压以及电流感测装置(31)，用于测量乘员感测电极(330)和辅助电极(370)之间的电流。
34.一种乘员感测系统，包括根据权利要求1至33中任一所述的基于电容传感器(10)；以及乘员感测ECU(3)，用于根据基于电容传感器(10)的输出确定座椅(9，310)的乘员状态。
35.根据权利要求34所述的乘员感测系统，其中乘员感测ECU(3)接收座椅(9，310)的带扣开关装置的输出；以及当乘员感测ECU(3)根据带扣开关装置的输出感测座椅(9，310)的座椅安全带的未扣状态时，乘员感测ECU(3)确定座椅(9，310)是空的，并且其中没有安装儿童限制系统。
全文摘要
乘员感测电极(20，330，410a－410f)嵌在座椅中。空座椅电容减少电极(21，345)与乘员感测电极(20，330，410a－410f)相对放置在乘员感测电极(20，330，410a－410f)和座椅的座椅框架(26，326)之间。介电带基薄膜(22，332)可介于乘员感测电极(20，330，410a－410f)和空座椅电容减少电极(21，345)之间。乘员感测电极(330，410a－410f)可包括多个电极部(334a－334c，350a－350c，360a－360c，375a－375c，402a－402c；338a－338c，354a－354c，364a－364c，377a－377c，405a－405c)。电极部可包括高电势电极部和低电势电极部。
文档编号B60R21/16GK1877365SQ20061000627
公开日2006年12月13日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者神园勉, 和波真吾, 安藤真司 申请人:株式会社电装, 株式会社日本自动车部品综合研究所