专利名称：车辆内人体检测方法
技术领域：
本发明涉及检测人体的存在的方法，特别涉及检测车辆内的人体的存在的方法。


图1是检测闯入车辆的人等的存在的传感器的例子的图。在该图中1是传感器，2是物体，该情况下是闯入者等的人体。在传感器1中，振荡器11，例如发出2.45GHz的输出，该输出从发送天线12照射在人体2上。来自人体2的反射波用接收天线13接收，在频率变换器14中把发送波和反射波混频，生成差拍(ビ一ト)信号。
该传感器在车辆内有运动物体的情况下，把它作为闯入者检测出。在运动物体的检测中利用多普乐(ドツプラ)效应，从发送天线12向物体2照射例如2.45GHz的电波，被照射的电波在人体2上反射用接收天线13接收。而后，当人体运动的情况下，反射波的频率因多普乐效应而发生若干偏移。例如当发送频率是fo的情况下，反射波频率是fo+Δ。在此，偏移量Δ由以下的公式导出。
Δ＝反射频率-发送频率＝(2v/c)fo……(1)v人体2相对传感器的相对速度c光速从上述式子可知，Δ的值和发送波fo的频率比较极小。例如，当发送频率是2.45GHz时，Δ是数10Hz左右。因而，因为直接测量偏移量Δ是困难的，所以取发送波和接收波的差拍，输出和偏移量Δ一致的频率的信号。
但是，当要检测在车辆内静止休息的孩子存在的情况下，可以指望的动作只是由呼吸动作引起的极其小的胸部的运动。由呼吸引起的胸部运动，对于幼儿来说振幅是约2mm，频率是0.2Hz-0.5Hz左右。在假设频率是0.5Hz的情况下，胸部的运动速度不过是2mm/秒。在这样微小的低速动作下利用多普乐效应是困难的。例如，当发送频率是2.45GHz的情况下，在2mm/秒的动作下发生的多普乐频率(偏移量Δ)如果采用上述式子则是0.03Hz。即，在得到1周期的波形前，需要1/0.03秒。但是，因为呼吸运动是0.5Hz左右，所以在此前运动方向就反转了。因而，在这样的领域中不发生多普乐效应(第1问题)。
另外，以往作为发送波使用微波，但微波具有在导体上反射，而非导体上透过的特性。因为人体是导体所以反射微波，具有不受衣服等的影响可以观测胸部的动作的优点。但是，如图2所示因为透过作为非导体的车辆的窗玻璃，所以具有容易受外部影响的缺点。在图2中，在车辆内R存在人体2的情况下，传感器1检测到他，但车外的人体P的动作也透过窗玻璃G检测到。另一方面，因为在车辆内想检测的动作是非常小的呼吸运动，所以需要提高传感器的灵敏度，但是随之车外的动作也容易检测到(第2问题)。
因而，本发明的目的在于提供一种在可以检测出如孩子睡觉那样的非常小的呼吸动作的车辆内人体检测方法。
另外，连续规定时间检测到人体的存在的情况下，判断在车辆内存在人体。
另外，当车辆内的温度达到危及人体的温度时使上述传感器工作。
另外，设置监视车辆内的温度梯度的装置，在由该装置预测到车辆内温度将达到危险温度的情况下，预先使传感器工作。
另外，在车辆内的温度变化缓和的情况下，以随机的定时使传感器工作一定时间。
另外，在车辆内达到危险温度，并且检测到人体的存在的情况下发出警报。进而，所谓危险温度是对人体有害的高温或者低温。
另外，连续规定时间未检测到人体的存在的情况下，停止传感器的工作。
另外，在车辆内确实有人的状态下使传感器工作，在检测到人体的存在的情况下判断为传感器正常，在未检测到的情况下判断为异常。
如果采用本发明，则求出从传感器发出的发送波，和该发送波从呼吸运动的人体反射的反射波的合成波，根据该合成波的包络线检测车辆内人体的存在。特别是通过把发送波的频率设置在4.7GHz或以上，可以检测到由呼吸动作引起的微小的胸部动作，连在车辆内静静睡觉的孩子的存在也可以检测到。
另外，因为设置成当车辆内的温度达到危及人体的温度时，或者预测将达到危险的温度时，使传感器工作，所以检测到车外的人运动的情况减少。另外，当温度变化缓慢的情况下，因为设置成使传感器随机地工作一定时间，所以可以节约能源。
图2是用于说明传感器检测到车外的运动的可能性。
图3是展示使用了在根据本发明的方法中使用的电介质谐振器的传感器的构成的示意图。
图4是展示使用根据本发明的微波检测微小运动的方法的原理的图。
图5是展示来自传感器的照射波和来自物体的反射波的相位关系的图。
图6A-6C是展示相对照射波的反射波，以及合成波的图。
图7是展示物体运动情况下的合成波的包络线的图。
图8是展示由把2.45GHz微波照射在物体上的物体检测传感器，检测呼吸动作的情况的波形。
图9是展示对应物体和传感器的距离传感器的输出如何变化的图。
图10是展示在微波的电磁场急剧变化的位置和不怎么变化的位置上物体往复动作的情况下的传感器生成的信号的波形的图。
图11A、11B，是展示在微波的频率是2.45GHz的情况下，以及更高的情况下，由微小运动生成的信号波形的图。
图12是展示微波的频率和窗玻璃的透过率的关系的图。
图13是展示本发明的实施例的流程图的图。
图14是展示根据本发明的方法的图。
图15是展示根据本发明的方法的图。
图16是展示根据本发明的方法的图。
图17是展示本发明的实施例的流程的图。
图18是展示本发明的实施例的流程的图。
图19是展示本发明的实施例的流程的图。
图4是展示用根据本发明的微波检测微小运动的方法的原理的图。在图4中，X0是t＝0中的问题的位置，如果从发送接收天线31向以速度v接近的物体2发射发送波Asin(ω0t)，则反射波为Bsin{ω0(t-2x/c)}。在此，x是物体2的位置，c是光速。如果设x＝x0-vt，则反射波为Bsin[ω0{t-2(x0/c-vt/c)}]Bsin{ω0(1+2v/c)t-ω0(2x0/c)}……(2)多普乐效应，在式(2)的第1项ω0(1+2v/c)t中，有在充分长的时间中v是一定的情况。但是，在呼吸动作那样微小动作中，因为物体频繁地在正反方向上改变方向往复运动，所以认为v自身是时间t的函数。但是，反之可以考虑如下。即，因为v充分小，所以假设v＝0是静止。
图5是展示来自传感器1的照射波和从物体2反射的反射波的位置关系的图。来自静止物体的反射波的相位差，如图5所示依赖于物体和传感器的距离L。在图5中，照射波的波形是(a)，相位差0的情况下的反射波的波形是(b)，相位差90°情况下的波形是(c)。反射波和接收波的相位差成为怎样，由传感器1和人体2的距离决定。
图6A-6C是展示相对照射波(a)的反射波，以及合成波的图。图6A展示了反射波(b)的相位差θ是0的情况下的合成波(Sab)。图6B展示了反射波(c)的相位差θ是90°的情况下的合成波(Sac)。图6C展示了反射波(d)的相位差θ是180°的情况下的合成波(Sad)。
从图6A-6C的合成波形可知，作为发送波的照射波和接收波的合成波的波形，如果物体的大小、表面的材质等不改变，则根据物体和传感器的距离变化。因而，在物体运动的情况下合成波(S)的变化如图7所示。如果微分该合成波(S)的包络线(E)取出包络线的变化部分，则可以得到与物体的相对速度对应的信号。
但是，在车辆内静止的人作为对象的动作，是因呼吸引起的胸部或者腹部的往复运动，周期是0.2-0.3Hz，振幅不过1-2mm。由此产生的运动的波形如图8所示。
图8是展示在图3所示的构成中，用将2.45GHz的微波照射在物体上的物体检测传感器，检测出呼吸动作的情况的波形。进而，2.45GHz的波长是12cm，因为反射波的行程是往复的，所以实效波长可以考虑为一半的6cm。
在图8中，波形(W)是照射的微波，波形(w)是振幅2mm、频率0.5Hz的呼吸运动生成的信号的波形。输出的波形(w)的信号频率，并不是由在式(1)中得到的多普乐效应产生的，是物体的往复运动自身输出的。这样，通过施加微分电路可以取出相当于呼吸的微小信号。但是，存在振幅2mm的呼吸运动在微波的波形的哪里进行，传感器的输出大不相同的问题。
图9是展示根据进行振幅2mm的往复运动的物体和传感器的距离，传感器的输出值如何变化的图。从图中可知，每隔3cm有几乎得不到输出信号的点。这表示在传感器发生的微波的电磁场的峰和谷的部分中输出的信号变小。
图10是展示从传感器发出的2.45GHz的微波产生的电磁场的波形，以及在该电磁场急剧变化的位置，和电磁场不怎么变化的谷的位置(或者峰的位置)上物体往复动作的情况下传感器生成的信号的波形的图。
如图10所示，虽然因在微波(W)的电磁场急剧变化的位置(A)上的微小往复运动生成的信号波形(w1)的振幅大，但因在电磁场不怎么变化的位置(B)上的微小往复运动生成的信号波形(w2)的振幅变小，检测呼吸运动变得困难。
因而，本申请的发明人认为，如果提高作为发送波的微波的频率，则即使在微波的波形的任何位置上进行往复运动，由微小运动生成的信号波形的振幅也不会那么小。
图11A和图11B是展示在微波的频率是2.45GHz的情况下，和在更高频率，例如5GHz的情况下，由微小运动生成的信号波形的图。图11A展示了微波的频率是2.45GHz的情况下的波形(Wa)，由在电磁场不怎么变化的位置(B)上的微小运动生成的信号波形的振幅如波形(wa)所示那样变小。另一方面，图11B展示了微波的频率是5GHz情况下的波形(Wb)，由在电磁场同样不怎么变化的位置(B)上的微小运动生成的信号波形的振幅，如图波形(wb)所示那样增大。
即使发送波的微波的频率不那么高，原理上也可以检测出由呼吸运动产生的微小信号。但是，实际上有噪音的影响，与微小信号的识别变得困难。在使用通常的电子设备的情况下，可以作为噪音检测出的最小信号的振幅是满度(フルレンジ)振幅的10％。在图10的位置(A)上得到最大输出，在位置(B)上为最小输出。如果把在位置(A)上得到的信号作为满度，则在位置(B)上得到的最小信号的振幅成为满度的10％的发送频率，在物体的往复运动的振幅是2mm的情况下，是4.7GHz。通过使用上述方法，本发明解决了第1问题。
另一方面，如图2说明的那样，为了不检测到车外的人和车的运动，需要使用不透过车辆的窗玻璃的频率的微波。
图12是展示微波的频率和窗玻璃的透过率的关系的曲线图。如该曲线图所示，窗玻璃的透过率在4.7GHz附近率减量变大。因而，如果使用4.7GHz以上的微波则检测出车辆外部的人和车辆的运动的可能性减小。通过使用上述方法，本发明解决了第2问题。
以下，说明根据上述本发明的车辆内人体检测方法的实施例。
(实施例1)在车辆内有人的情况下，由于其呼吸运动在从传感器发出的微波的反射波中产生摇摆。如上所述，如果使用高频率的微波则对于车外的运动不受影响，当车外有大的运动时检测到它的可能性存在。但是，作为车外的运动例如当步行者通过时，检测是单发的。另一方面，在车辆内有人的情况下连续地检测出呼吸运动。因而，当长时间，例如数分钟连续在微波的反射波中产生摇摆的情况下可以判断为在车辆内存在人体。另一方面，当不是这种情况下，可以看作是车外的运动。
图13是展示基于上述考虑的本发明方法的实施例的流程图。在图13中，如果把传感器设置为ON，则在一定时间中，例如等待2秒钟(S1)，判断其间传感器是否检测到呼吸(S2)。如果是Yes则在检测呼吸其间进行向上计数(カウンタアツプ)(S3)，判断是否经过规定时间，例如3分钟(S5)。如果是Yes，则判断此间计数数是否为规定值或以上(S6)。而后，如果是Yes则判断为有人体(S7)。另外，当在S6中计数数不是规定值或以上的情况下(No)，判断为没有人体存在(S8)。进而，在S5中在未经过一定时间的情况下(No)返回S1。
另一方面，在S2中判断为传感器未检测到呼吸的情况下(No)进行向下计数(カウンタダウン)(S4)，判断是否经过了规定时间，例如3分钟(S5)。如果是Yes，则判断此间计数数是否为规定值或以上(S6)。以下，和以上的叙述相同。
进而，包含在上述流程中的控制，由图3的微型计算机6进行。
(实施例2)车辆内有人且变为危险状态，主要是指车辆内的温度上升成为高温，或者成为低温。因而，其效果是，并不是始终监视车辆内是否有人，而是在车辆内的温度上升成为高温的情况下，或者就要成为高温的情况下使传感器工作，检测在车辆内是否有人体存在。另外，由于这样不始终检测，可以减少检测车外的运动的可能性。
图14是展示基于上述考虑的本发明的方法的图。在图14中，横轴是时间，纵轴是车辆内温度。始终监视车辆内的温度，在车辆内变为高温时使传感器工作。如图14所示，在车辆内的温度达到用虚线表示的危险温度Td时，或者接近了危险温度时，在规定时间(ts)内使传感器工作，其结果在检测到车辆内存在人体的情况下发出警报(Ar)。由此，在只在需要时使传感器工作，可以告知危险。
虽然在上述说明中只展示了变为高温的情况，但变为低温的情况也是同样的。即使在以下的实施例中也一样。
(实施例3)在实施例2的情况下，在成为危险温度后使传感器工作，检测车辆内是否存在人体。但是，在实施例2的情况下在从传感器工作后至检测到车辆内是否存在人体前需要数分钟，有可能对车辆内的人体产生损害。为了避免这种情况，在实施例3中设置监视车辆内的温度梯度(倾斜度)的装置，在通过该装置预测车辆内的温度上升(或者下降)变为危险温度的情况下，预先使传感器工作。
图15是展示基于上述考虑的本发明的方法的图。在图15中，横轴是时间，纵轴是车辆内温度。始终监视车辆内温度，当车辆内温度梯度达到规定值或以上时，预测为车辆内成为高温，使传感器工作。例如，如图15所示，当在时间Δt期间车辆内的温度只上升了ΔT的情况下，当ΔT/Δt达到规定值或以上时预测为车辆内变为高温，在变为危险温度前在规定时间(ts)使传感器工作。而后，检测到车辆内存在人体，并且温度达到由虚线表示的危险温度(Td)时发出警报(Ar)。由此，可以只在需要时使传感器工作，告知危险。
(实施例4)在实施例2以及3的情况下，根据规定的条件设定传感器的工作开始时期。但是，在温度变化缓慢进行人体检测不紧急的情况下，并且不知道在何时温度会急速上升。这样始终使传感器工作效率低，另外还存在在车辆周围徘徊的人诱发传感器的误检的可能性。因而，如果采用本发明方法，则设置监视温度梯度的装置，在车辆内的温度变化缓慢的情况下，以随机的定时使传感器工作一定时间，在检测到车辆内存在人体后在车辆内的温度达到危险温度时发出警报。
图16是展示基于上述考虑的本发明的方法的图。在图16中，如(1)、(2)、(3)所示，以随机的定时使传感器工作一定时间。而后，当在检测到车辆内人体的存在后车辆内温度达到危险温度时发出警报。例如，在时刻(1)和时刻(2)未检测到人体，在时刻(3)检测到之后在达到危险温度Td的情况下发出警报(Ar)。另外，在时刻(2)检测人体，但是在时刻(3)未检测到的情况下，即使达到危险温度也不发出警报。
图17是展示上述实施例2、3、4的流程的图。首先判断是否满足传感器工作条件(S1)。所谓工作条件，例如，是点火(イグニツシヨン)OFF、全部车门关闭状态等。接着预测车辆内的温度的上升速度(S2)。
预测的结果，当将要变为危险温度时，或者已经达到危险温度时(实施例2)，使传感器工作检测在车辆内是否有人体存在(S3)。而后，检测的结果判断是否检测到有人体存在(S10)，如果是Yes则发出警报(S11)。
另一方面，预测的结果，当车辆内温度上升，例如将要在数十分钟以内达到危险温度时(实施例3)，则预测达到危险温度之前的时间，在该时间上加上检测人体所需要的时间(5或者10分钟)，判断在达到危险温度前是否需要用传感器检测人体存在的时间，在Yes的情况下，预先使传感器工作检测是否有人体存在(S5)。接着判断是否达到了危险温度(S6)，如果是Yes，则判断是否检测到人体(S10)。而后，如果是Yes则发出警报(S11)。
另外，当预测为达到危险温度的可能性小，或者即使达到危险温度也需要很长时间的情况下(实施例4)，产生随机数(S7)。而后，判断是否经过了基于随机数的规定时间(S8)。如果是No则再次进行同样的判断，如果是Yes则使传感器工作检测人体是否存在(S9)。接着判断是否达到了危险温度(S6)，如果是Yes则判断是否检测到人体(S10)。而后，如果是Yes则发出警告(S11)。
(实施例5)在通常的情况下，难以想象长时间，例如24小时将人放置在车辆内。因而，如果经过这样长时间后，可以说不需要进行人体检测。因而，在这样的情况下停止传感器的工作关闭系统，降低车辆的暗电流。
图18，是展示基于上述考虑的本发明方法的流程图。首先判断传感器工作条件是否被满足(S1)。所谓工作条件，例如是点火OFF，全部车门关闭状态等。如果是Yes则系统工作(S2)。如果是No则再次判断是否满足工作条件。如果系统工作，则判断是否经过了规定的时间，例如24小时(S3)。如果是Yes则系统结束。另一方面，如果是No则再次返回S3。
(实施例6)上述实施例，是用传感器如何检测人体，在什么样的情况下发出警告的方法。
本实施例，则是判断传感器是否正常地工作的实施例。例如，在车辆以时速5km/h或以上的速度行进的情况下，判断为在车辆内确实存在包含驾驶者在内的人。在这种状态下当传感器未检测到人体的存在时可以判断为传感器的工作是异常的。
图19是展示基于上述考虑的本发明方法的流程图。首先判断自诊断条件是否满足(S1)。所谓自诊断条件，这种情况下假设是车速为5km/h或以上。如果是Yes则使传感器工作(S2)。接着，判断是否有人体存在(S3)。如果是Yes，则判断为传感器的工作正常(S4)。另一方面，如果是No，则因为尽管是有人体存在都未检测到人体的存在，所以判断为异常(S)。
权利要求
1.一种求出从传感器发出的发送波和该发送波从进行呼吸运动的人体反射的反射波的合成波，根据该合成波的包络线检测车辆内人体存在的方法。
2.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，上述发送波的频率是4.7GHz或4.7GHz以上。
3.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，当在规定时间连续检测出人体的存在的情况下判断为在车辆内存在人体。
4.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，在车辆内的温度达到对人危险的温度时使上述传感器工作。
5.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，设置监视车辆内的温度梯度的装置，当通过该装置预测到车辆内的温度将成为危险温度的情况下，预先使上述传感器工作。
6.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，设置监视车辆内的温度梯度的装置，当车辆内的温度变换缓慢的情况下，以随机的定时使上述传感器工作一定时间。
7.权利要求4-6的任意1项所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，在车辆内达到危险温度，并且检测到人体存在的情况下发出警报。
8.权利要求7所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，上述危险温度，是对人体有害的高温或者低温。
9.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，在连续规定时间未连续检测到人体存在的情况下，停止上述传感器的工作。
10.权利要求1所述的检测车辆内人体存在的方法，其特征在于，在车辆内确实有人存在的状态中使上述传感器工作，在检测到人体存在的情况下判断为传感器是正常的，在未检测到人体存在的情况下判断为异常。
全文摘要
求出从传感器发出的发送波和该发送波从进行呼吸运动的人体反射的反射波的合成波，根据该合成波的包络线检测车辆内人体的存在。在连续规定时间检测到有人体存在的情况下判断为在车辆内有人体存在。
文档编号G01S13/56GK1468379SQ02802742
公开日2004年1月14日 申请日期2002年8月8日 优先权日2001年8月24日
发明者土桥长一郎, 筱岛靖 申请人:富士通天株式会社