JP2000070233A

JP2000070233A - 車両用心拍信号処理装置

Info

Publication number: JP2000070233A
Application number: JP10244651A
Authority: JP
Inventors: Ken Oizumi; 大泉　　謙
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-08-31
Filing date: 1998-08-31
Publication date: 2000-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】ステアリング上の電極から取得した運転者の
心拍信号が反転した波形であっても、正常な信号処理を
行う。【解決手段】心拍信号取得部１では、運転者の心拍信
号をステアリングを握る手から検出する。信号切換え部
３は、心拍信号取得部１で検出された心拍信号と信号反
転部２で反転された心拍信号を入力し、どちらか一方の
信号を出力する。心拍信号判定部４は、信号切換え部３
から出力された信号が正常な心拍信号であった場合には
その信号を出力し、正常な心拍信号でなかった場合には
「エラー」信号を出力する。信号選択部６は、「エラ
ー」信号の入力の有無や、ステアリング角度検出部５で
検出されたステアリングの回転角度に応じて、信号切換
え部３の出力を選択する。信号処理部７は、心拍信号か
ら運転者の集中度を算出し、警報制御部８は、運転者の
集中度に応じて接近警報の発生条件を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の運転者の心
拍信号を取得し信号処理を施す車両用心拍信号処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平６−２５５５１６号公報や
特開平６−２５５５１７号公報に開示されているよう
な、車両のステアリング上に設けられた電極から、運転
中の運転者の心拍信号を取得する車両用心拍信号処理装
置が知られている。これらの車両用心拍信号処理装置で
は、ステアリングのグリップ上に設置されたプラス極、
マイナス極および基線変動を抑えるためのリファレンス
極の３つの電極を用いて、運転者の手から心拍信号を取
得している。心拍信号は、自律神経の変化を反映した信
号であるため、心拍信号に適宜信号処理を施すことによ
り、運転者の疲労状態等に関する客観的指標を提供でき
る。また、運転者の心拍信号の処理結果を活用して車両
を制御し、運転操作の安全性を向上させる試み等が行わ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
車両用心拍信号処理装置では、通常のステアリング保持
状態で、図９の（ａ）に示すように、左手１５にマイナ
ス極３１とリファレンス極３２、右手１６にプラス極３
３が接触した場合に、正常な心拍信号が取得できるよう
に構成されている。このため、ステアリングを回転し、
たとえば、図９の（ｂ）に示すように右手１６にマイナ
ス極３１とリファレンス極３２、左手１５にプラス極が
３３が接触している場合には、プラス極とマイナス極が
逆になってしまい、取得した心拍信号は反転した波形と
なる。上記従来の車両用心拍信号処理装置では、取得し
た心拍信号の波形が反転している場合の対策が設けられ
ていないため、反転した心拍信号が取得された場合に
は、心拍信号は取得できていないとみなされてしまい、
その後の信号処理は行われない。

【０００４】また、ステアリングやシフトノブなどの運
転中に運転者が手を触れると考えられる部位に、それぞ
れの電極が重複して設けられ、使用する電極を適時切替
えて、心拍信号を検出する場合にも、反転した心拍信号
が取得されることがあり、同様に心拍信号は取得できて
いないとみなされてしまう。本発明は、上記点を改良
し、取得した信号が反転した心拍信号である場合でも、
正常な信号処理を行うことができる車両用心拍信号処理
装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明は、運
転中の運転者の身体と接触するように設けられた電極を
備え、その電極から心拍信号を取得する心拍信号取得部
と、心拍信号取得部で取得された心拍信号を反転する信
号反転手段と、心拍信号取得部で取得された心拍信号
と、信号反転手段で反転された心拍信号が入力され、正
常な心拍信号を選択して出力する出力選択手段と、出力
選択手段から出力された心拍信号を処理する信号処理手
段とを有するものとした。

【０００６】また、ステアリング回転角度を検出するス
テアリング角度検出部を有し、出力選択手段は、ステア
リング回転角度に応じて、出力する信号を選択すること
もできる。

【０００７】運転中の運転者の身体と接触するように設
けられた電極を備え、その電極から心拍信号を取得する
心拍信号取得部と、心拍信号取得部で取得された心拍信
号を反転する信号反転手段と、心拍信号取得部で取得さ
れた心拍信号を処理する第1の信号処理手段と、信号反
転手段で反転された心拍信号を処理する第2の信号処理
手段と、第1の信号処理手段の処理結果と第2の信号処理
手段の処理結果を入力し、正常な信号処理が行われてい
る処理結果の方を出力する出力切換え手段を有するもの
でもよい。

【０００８】

【作用】本発明による車両用心拍信号処理装置では、ま
ず心拍信号取得部により取得した運転者の心拍信号を信
号反転手段により反転させる。心拍信号取得部により取
得した心拍信号と、信号反転手段により反転させた心拍
信号のうち、出力選択手段により選択された正常な心拍
信号を用いて信号処理を行うことにより、心拍信号取得
部で取得された心拍信号が反転した心拍信号であって
も、正常な信号処理を行うことができる。

【０００９】すなわち心拍信号取得部で取得された心拍
信号が正常な心拍信号であれば、その心拍信号が信号処
理に用いられ、心拍信号取得部で取得された心拍信号が
反転した心拍信号であれば、信号反転手段で反転された
心拍信号が信号処理に用いられる。また、ステアリング
の回転角度に応じて、信号処理に用いる心拍信号を選択
することにより、適切なタイミングで信号処理に用いる
心拍信号を切換えることができる。

【００１０】さらに、心拍信号取得部により取得した心
拍信号の信号処理と、信号反転手段により反転された心
拍信号の信号処理を平行して行い、正常な信号処理が行
われた方の処理結果を出力することにより、心拍信号取
得部で取得された信号が、正常な波形から反転した波形
に、または逆に反転した波形から正常な波形に切換わっ
た場合に、どちらか一方の処理結果は正常な処理結果で
あるため、出力を切換えた直後から正常な処理結果が得
られ、心拍信号の処理結果の信頼性が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例によ
り説明する。図１は本発明の第１の実施例の構成を示す
ブロック図である。本実施例は車間距離が所定距離以下
に狭まった場合に運転者に接近警報を与える警報発生装
置に本発明を適用したものである。本実施例は、信号を
ステアリングを握る手から検出する心拍信号取得部１
と、心拍信号取得部１で検出された心拍信号を反転させ
る信号反転部２と、心拍信号取得部１で検出された心拍
信号と信号反転部２で反転された心拍信号を入力し、ど
ちらか一方の信号を出力する信号切換え部３と、信号切
換え部３から出力された信号が正常な心拍信号であった
場合にはその信号を出力し、正常な心拍信号でなかった
場合には「エラー」信号を出力する心拍信号判定部４
と、ステアリングの回転角度を検出するステアリング角
度検出部５、「エラー」信号が入力された場合やステア
リングの回転角度が所定角度以上であった場合に信号切
換え部３の出力を選択する信号選択部６、心拍信号判定
部４から出力された心拍信号から運転者の集中度を算出
する信号処理部７と、運転者の集中度に応じて接近警報
の発生条件を制御する警報制御部８から構成されてい
る。信号反転部２、信号切換え部３、心拍信号判定部
４、信号処理部７、警報制御部８および信号選択部６は
コンピュータ上に設けられている。なお、信号切換え部
３、心拍信号判定部４および信号選択部６は発明の出力
選択手段を構成する。

【００１２】心拍信号取得部１は、図２に示すように、
ステアリング１０のグリップ上に設置されたプラス極１
１、マイナス極１２および基線変動を抑えるためのリフ
ァレンス極１３と各電極に接続された検出回路１４によ
り構成され、運転者の手から心拍信号を採取している。
また、ステアリング１０は、通常のステアリング保持
で、自然に運転者の手のひらが３極に接するように構成
されている。心電図信号の場合は、身体に電極の装着を
必要とするが、ここでは、医療用としての正確な波形診
断が目的ではないため、運転者の心拍信号をステアリン
グに取付けた電極から測定している。

【００１３】ステアリング１０を図３の（ａ）に示すよ
うに握ると、右手１６がプラス極１１に接触し、左手１
５がマイナス極１２およびリファレンス極１３に接触し
て、検出回路１４からは図３の（ｂ）に示すような心拍
信号が出力される。カーブ等にさしかかり、ステアリン
グ１０を回転し、図４の（ａ）に示すように握ると、左
手１５がプラス極１１に接触し、右手１６がマイナス極
１２およびリファレンス極１３に接触して、検出回路１
４からは図４の（ｂ）に示すような反転した心拍信号が
出力される。上記のように、電極に接触する手が左右で
入れ替わると、取得した心拍信号の波形は所定電圧ライ
ンを軸にして上下反転した波形となる。

【００１４】信号反転部２は、心拍信号取得部１から出
力された信号を電圧０Ｖの軸に対して反転し、信号切換
え部３へ出力する。例えば、図５の（ａ）に示すような
心拍信号が入力されれば、図５の（ｂ）に示すような心
拍信号を出力し、逆に図５の（ｂ）に示すような心拍信
号が入力されれば、図５の（ａ）に示すような心拍信号
を出力する。信号切換え部３には、心拍信号取得部１で
取得された信号と、信号反転部２で反転された信号が入
力される。

【００１５】また、信号選択部６からは「元信号」また
は「反転信号」の2値をとる出力信号指定信号が信号切
換え部３へ出力される。信号切換え部３では、出力信号
指定信号として、「元信号」が入力された場合には、心
拍信号判定部４へ心拍信号取得部１で取得された信号を
出力する。出力信号指定信号として、「反転信号」が入
力された場合には、心拍信号判定部４へ信号反転部２で
反転された信号を出力する。

【００１６】心拍信号判定部４では、信号切換え部３か
ら出力された信号が正常な心拍信号であるか否かを判定
し、正常な心拍信号である場合には、その信号を信号処
理部７へ出力する。信号が反転しているなどのため、正
常な心拍信号ではないと判定された場合には、「エラ
ー」信号を信号選択部６へ出力する。ステアリング角度
検出部５は、図２に示すように、ステアリング１０の軸
部に設置され、ステアリング１０の回転角度を検出し、
信号選択部６へ出力する。

【００１７】信号選択部６は、「元信号」または「反転
信号」の2値の出力信号指定信号を信号切換え部３へ出
力する。通常、出力信号指定信号の初期値としては、
「元信号」が出力されている。信号選択部６では、出力
信号指定信号として「元信号」が出力されているとき
に、心拍信号判定部４から「エラー」信号が入力される
と、出力信号指定信号を「反転信号」に切換える。逆
に、出力信号指定信号として「反転信号」が出力されて
いるときに、心拍信号判定部４から「エラー」信号が入
力されると、出力信号指定信号を「元信号」に切換え
る。また、ステアリング角度検出部５から入力されてい
るステアリングの回転角度が１２０度を超えた場合に
は、出力信号指定信号の初期値として、「反転信号」を
出力する。

【００１８】信号選択部６では、一旦出力信号指定信号
を変化させた場合には、所定時間の間は出力信号指定信
号を変化させない。これは、出力信号指定信号が「元信
号」と「反転信号」を交互に繰り返し、定まらなくなっ
てしまうことを防止するためで、一旦出力信号指定信号
を変化させた後、信号切換え部３で出力信号が切換わ
り、心拍信号判定部４で心拍信号の判定が行われ、判定
結果が得られるために必要な時間を考慮し、その間は出
力信号指定信号を変化させないようにしている。

【００１９】信号処理部７では、図６に示すように、入
力された心拍信号の中のＲ波を検出し、拍動間隔ＲＲＩ
（Ｒ−Ｒｉｎｔｅｒｖａｌ）を算出し、拍動間隔ＲＲ
Ｉから心拍間隔の揺らぎを求め、運転者の集中度を算出
する。警報制御部８では、運転者の集中度に応じて、接
近警報の閾値を変化させている。接近警報は、前車との
車間距離と、自車および前車の速度をもとに、所定の接
近状態を推定して警報を発するものであり、運転者の集
中度が低い場合には、接近警報を発生する条件を厳しく
している。

【００２０】次に、動作を説明する。まず、正常な心拍
信号が取得された場合の動作を説明する。運転者がステ
アリング１０を握ると、ステアリング１０上に設けられ
た心拍信号取得部１により心拍信号が取得される。取得
された心拍信号は、信号反転部２および信号切換え部３
へ入力される。初期状態では、信号選択部６から出力信
号指定信号の初期値として、「元信号」が出力されてい
るため、信号切換え部３は心拍信号取得部１で検出した
信号を心拍信号判定部４へ出力する。心拍信号判定部４
では、入力された信号が正常な心拍信号であるので、信
号処理部７へ出力する。信号処理部７では、運転者の集
中度を算出し、警報制御部８で接近警報の発生条件を制
御する。

【００２１】次に、心拍信号取得部１において反転した
心拍信号が取得された場合の動作を説明する。取得され
た心拍信号は、信号反転部２および信号切換え部３へ入
力される。初期状態では、信号選択部６から出力信号指
定信号の初期値として、「元信号」が出力されているた
め、信号切換え部３は心拍信号取得部１で検出した信号
を心拍信号判定部４へ出力する。

【００２２】心拍信号判定部４では、入力された信号が
反転した波形であり、正常な心拍信号ではないので、
「エラー」信号を信号選択部６へ出力する。信号選択部
６では、出力信号指定信号として「元信号」が出力され
ているときに、心拍信号判定部４から「エラー」信号が
入力されたので、出力信号指定信号を「反転信号」に切
換える。

【００２３】信号切換え部３では、信号選択部６から出
力信号指定信号として「反転信号」が入力されると、出
力を信号反転部２から入力された信号に切換える。この
信号は反転している心拍信号をさらに反転させた信号で
あり、正常な波形の心拍信号である。したがって、心拍
信号判定部４では、入力された信号は正常な心拍信号で
あると判定し、その信号を信号処理部７へ出力する。信
号処理部７では、運転者の集中度を算出し、警報制御部
８で接近警報の発生条件を制御する。

【００２４】また、ステアリング１０が１２０度以上回
転され、心拍信号取得部１において反転した心拍信号が
取得された場合の動作を説明する。信号選択部６では、
ステアリング角度検出部５により検出されたステアリン
グ１０の回転角度が１２０度以上の場合には、出力信号
指定信号の初期値として、「反転信号」を出力する。取
得された心拍信号は、信号反転部２および信号切換え部
３へ入力される。信号選択部６から「反転信号」が出力
されているため、信号切換え部３は信号反転部２で反転
された信号を心拍信号判定部４へ出力する。心拍信号判
定部４では、入力された信号が正常な心拍信号であるの
で、信号処理部７へ出力し、運転者の集中度を算出し、
警報制御部８で接近警報の発生条件を制御する。

【００２５】このような動作により、心拍信号取得部１
で取得された心拍信号が正常な心拍信号であれば、その
心拍信号が信号切換え部３から出力され、心拍信号判定
部４を介して信号処理部７に入力され、集中度の算出に
用いられる。一方、心拍信号取得部で取得された心拍信
号が反転した心拍信号であれば、信号判定部４から「エ
ラー」信号が出力され、信号切換え部３での出力が切換
えられ、信号反転手段で反転された心拍信号が信号切換
え部３から出力され、集中度の算出に用いられる。従っ
て、心拍信号取得部１で取得した信号が反転した心拍信
号である場合でも、正常な信号処理を行うことができる

【００２６】また、ステアリングの回転角度に応じて、
信号処理に用いる心拍信号を選択することにより、適切
なタイミングで信号処理に用いる心拍信号を切換えるこ
とができる。なお、信号反転部２、信号切換え部３、心
拍信号判定部４、信号選択部６、信号処理部７および警
報制御部８は単一のコンピュータ内で動作するソフトウ
ェアとして構成できるため、新規機器を設ける必要はな
く、コストの増加を抑えつつ上記効果を得ることができ
る。

【００２７】図７は本発明の第２の実施例の構成を示す
ブロック図である。本実施例は、心拍信号取得部１と、
心拍信号取得部１で検出された心拍信号を反転させる信
号反転部２と、心拍信号取得部１で検出された心拍信号
から運転者の集中度を算出する信号処理部２１と、信号
反転部２で反転された心拍信号から運転者の集中度を算
出する信号処理部２２と、信号処理部２１の出力と信号
処理部２２の出力を入力し、その算出結果あるいは「検
出不可」信号を出力する出力切換え部２３と、出力切換
え部２３からの出力に応じて、車両を制御する制御部２
４から構成される。なお、信号処理部２１は発明の第１
の信号処理手段を構成し、信号処理部２２は第２の信号
処理手段を構成する。

【００２８】運転者がステアリング１０を握ると、ステ
アリング１０上に設けられた心拍信号取得部１で、心拍
信号が取得され、信号処理部２１および信号反転部２に
出力される。信号反転部２では入力された信号を反転さ
せて信号処理部２２へ出力する。信号処理部２１および
信号処理部２２ではそれぞれ、入力された心拍信号の中
のＲ波を検出し、拍動間隔ＲＲＩを求め、運転者の集中
度を算出し、算出結果を出力切換え部２３へ出力する。
Ｒ波が検出できなかった場合には、「検出不可」信号を
出力する。

【００２９】出力切換え部２３は、信号処理部２１と信
号処理部２２の出力のうち正常に算出された運転者の集
中度を制御部２４へ出力する。信号処理部２１と信号処
理部２２の両方から「検出不可」信号が出力された場合
には、「心拍信号検出不可」信号を制御部２４へ出力す
る。制御部２４では、入力された運転者の集中度に応じ
て、接近警報の閾値を変化させる。

【００３０】上記の動作により、心拍信号取得部１によ
り取得した心拍信号と信号反転手段により反転された心
拍信号の両方から、平行して運転者の集中度を算出し、
どちらか一方の正常に運転者の集中度が算出された結果
を出力することにより、第1の実施例と同様の効果が得
られるとともに、心拍信号取得部１で取得された信号
が、正常な波形から反転した波形に、または逆に反転し
た波形から正常な波形に切換わった場合に、出力を切換
えた直後から正常な算出処理結果が得られ、心拍信号の
処理結果の信頼性が向上する。その他の構成および動作
は図１に示す第１の実施例と同様である。

【００３１】なお、本実施例では、制御部２４が、入力
された運転者の集中度に応じて、接近警報の閾値を変化
させるものとしたが、このほか、「心拍信号検出不可」
信号の入力の有無から、運転者がステアリングを保持し
ているか否かを判断することができることを用いて、
「心拍信号検出不可」信号が入力されていない場合に限
って、自動走行システム等の緊急状態での運転者の介入
が必要となる可能性のあるシステムの制御を可能にする
等のスイッチ動作を行うこともできる。

【００３２】また、第２の実施例の変形例として、信号
処理手段２１および２２において、拍動間隔ＲＲＩの検
出方法として、検出信号が所定の閾値を超えたタイミン
グを検知して拍動間隔ＲＲＩを算出することにより、信
号反転部２を省くことができる。図８に示すように、信
号処理手段２１では、閾値としてＶｓｎを用い、信号処
理手段２２では閾値としてＶｓｉを用いれば、正常な心
拍信号を取得した場合でも、反転した心拍信号を取得し
た場合でも、どちらかの信号処理回路で拍動間隔ＲＲＩ
が検出可能である。このような車両用心拍信号処理装置
では、簡単な構成で、正常な状態の心拍信号および反転
した心拍信号から運転者の集中度を算出できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車両用心
拍信号処理装置では、心拍信号取得部により取得した運
転者の心拍信号を信号反転手段により反転させ、心拍信
号取得部により取得した心拍信号と、信号反転手段によ
り反転させた心拍信号のうち、正常な心拍信号を用いて
信号処理を行うので、心拍信号取得部で取得された心拍
信号が反転した心拍信号であっても、正常な信号処理を
行うことができる。また、ステアリングの回転角度に応
じて、信号処理に用いる心拍信号を選択することによ
り、適切なタイミングで信号処理に用いる心拍信号を切
換えることができる。

【００３４】さらに、心拍信号取得部により取得した心
拍信号の信号処理と、信号反転手段により反転された心
拍信号の信号処理を平行して行い、正常な信号処理が行
われた方の処理結果を出力することにより、心拍信号取
得部で取得された信号が、正常な波形から反転した波形
に、または逆に反転した波形から正常な波形に切換わっ
た場合に、出力を切換えた直後から正常な処理結果が得
られ、心拍信号の処理結果の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図２】心拍信号取得部の構成を示す図である。

【図３】心拍信号の取得状況と心拍信号例を示す図であ
る。

【図４】心拍信号の取得状況と心拍信号例を示す図であ
る。

【図５】心拍信号例と反転された心拍信号例を示す図で
ある。

【図６】拍動間隔の説明図である。

【図７】本発明の第２の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図８】拍動間隔検出のための閾値の説明図である。

【図９】電極と手の接触状態を説明する図である。

【符号の説明】

１心拍信号取得部２信号反転部（信号反転手段）３信号切換え部４心拍信号判定部５ステアリング角度検出部６信号選択部７信号処理部（信号処理手段）８警報制御部１０ステアリング１１、３３プラス極１２、３１マイナス極１３、３２リファレンス極１４検出回路１５左手１６右手２１、２２信号処理部２３出力切換え部（出力切換え手段）２４制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3D037 FA01 FA05 FA06 FA11 FB09 4C017 AA02 AB03 AC16 BC01 BC21 BD06 CC02 FF05 4C027 AA02 CC00 EE01 EE03 FF00 GG05 GG13 GG18 HH06 KK00 KK01 5H180 AA01 LL01 LL02 LL06 LL20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転中の運転者の身体と接触するように
設けられた電極を備え、該電極から心拍信号を取得する
心拍信号取得部と、該心拍信号取得部で取得された心拍
信号を反転する信号反転手段と、前記心拍信号取得部で
取得された心拍信号と、前記信号反転手段で反転された
心拍信号が入力され、正常な心拍信号を選択して出力す
る出力選択手段と、該出力選択手段から出力された心拍
信号を処理する信号処理手段とを有することを特徴とす
る車両用心拍信号処理装置。
【請求項２】ステアリング回転角度を検出するステア
リング角度検出部を有し、前記出力選択手段は、前記ス
テアリング回転角度に応じて、出力する信号を選択する
ことを特徴とする請求項１記載の車両用心拍信号処理装
置。
【請求項３】運転中の運転者の身体と接触するように
設けられた電極を備え、該電極から心拍信号を取得する
心拍信号取得部と、該心拍信号取得部で取得された心拍
信号を反転する信号反転手段と、前記心拍信号取得部で
取得された心拍信号を処理する第1の信号処理手段と、
前記信号反転手段で反転された心拍信号を処理する第2
の信号処理手段と、前記第1の信号処理手段の処理結果
と前記第2の信号処理手段の処理結果を入力し、正常な
信号処理が行われている処理結果の方を出力する出力切
換え手段を有することを特徴とする車両用心拍信号処理
装置。