JP2004329956A - Driver monitoring device and safety device using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To monitor the mental and physical state such as the fatigue degree, vigilance or the degree of skill of a driver. <P>SOLUTION: This driver monitoring device is provided with a monitoring means 8 for monitoring the state of driving a driven object by the driver 1; a biological signal detecting means 3 for detecting biological signals of the driver 1; a computing means 4 for quantifying information included in the biological signals detected by the biological signal detecting means 3; and a determining means 5 for determining the driver's degree of skill from driving information from the monitoring means 8 and the change of biological signal information from the start of driving from the computing means 4. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は運転者の疲労度・覚醒度または熟練度などの心身状態をモニターする技術に関する。   The present invention relates to a technique for monitoring a mental and physical condition such as a degree of fatigue, arousal, or skill of a driver.

車両内での運転者のモニタリングは、居眠りや疲労による集中力低下で起こる交通事故を未然に防ぐという意味で大変重要な技術である。運転者のモニタリング方法としてとして、これまでに様々な生体情報の検出技術が考案されてきた。生体信号を直接利用する場合の検出対象としては、心電情報や脈拍といった循環器系の情報に関連するもの(例えば特許文献1参照)、瞬きや瞼の開閉など目の動きに関するもの(例えば特許文献2参照)、ステアリングの操舵状態に関するもの(例えば特許文献3参照)、運転中の姿勢に関するもの(例えば特許文献4参照)などがあげられる。これ以外に、前方の車両との車間距離の変化(例えば特許文献5参照)や、運転開始時からの経過時間により推定するもの(例えば特許文献6参照)などがある。このうち心電情報などの循環器系情報は、自律神経の働きを反映した指標として運転者の心身状態をより正確に推定する場合に有効であろう。   Monitoring a driver in a vehicle is a very important technology in terms of preventing a traffic accident caused by a decrease in concentration due to falling asleep or fatigue. As a driver monitoring method, various biological information detection technologies have been devised so far. As a detection target when directly using a biological signal, a detection target related to circulatory system information such as electrocardiogram information and a pulse (for example, see Patent Document 1), and a detection target related to eye movement such as blinking and opening / closing of an eyelid (for example, Reference 2), related to the steering state of the steering (for example, see Patent Document 3), and related to the driving posture (for example, see Patent Document 4). Other examples include a change in inter-vehicle distance with a vehicle in front (for example, see Patent Literature 5) and an estimation based on the elapsed time from the start of driving (for example, see Patent Literature 6). Among them, circulatory system information such as electrocardiographic information will be effective for more accurately estimating the mental and physical state of the driver as an index reflecting the function of the autonomic nerve.

例えば特許文献1ではステアリングホイールから心電図を検出する技術が開示されている。図4において、ステアリングホイール20には、一対の電極21aと21bが互いに分離した状態で配設されている。電極21の信号は増幅器22で増幅され、A/D変換器23によりデジタルに変換された後、CPU24に送られるよう構成されている。また、CPU24はROM25、RAM26、出力装置27の為のインタフェース28とバスを介して接続されている。   For example, Patent Literature 1 discloses a technique for detecting an electrocardiogram from a steering wheel. In FIG. 4, a pair of electrodes 21a and 21b are arranged on the steering wheel 20 in a state where they are separated from each other. The signal of the electrode 21 is amplified by an amplifier 22, converted into a digital signal by an A / D converter 23, and then sent to a CPU 24. The CPU 24 is connected to a ROM 25, a RAM 26, and an interface 28 for an output device 27 via a bus.

上記構成において、運転者がステアリングホイール20を操作するとき、電極21aおよび21bと接触することになるので心電信号が検出される。心電信号は増幅器22により適当なレベルに増幅される。続いてA/D変換器23でA/D変換されてCPU24に送られる。送られたデータは、RAM26上にいったん保持される。CPU24はROM25に格納されているプログラムに従い処理を行う。すなわち、心電信号より最も高いヒークを持つ波であるR波の間隔を求め、さらにその移動平均とばらつきを算出する。覚醒度がこれらの値と相関を持つことから判断基準を設け、その基準に基づいて居眠りを検出すると、出力装置より運転者に警告が与えられる。   In the above configuration, when the driver operates the steering wheel 20, the driver comes into contact with the electrodes 21a and 21b, so that an electrocardiographic signal is detected. The electrocardiographic signal is amplified to an appropriate level by the amplifier 22. Subsequently, the data is A / D converted by the A / D converter 23 and sent to the CPU 24. The transmitted data is temporarily held on the RAM 26. The CPU 24 performs processing according to a program stored in the ROM 25. That is, the interval of the R wave which is the wave having the highest heak than the electrocardiogram signal is obtained, and the moving average and the variation are calculated. A judgment criterion is provided because the arousal level has a correlation with these values, and when a drowsiness is detected based on the criterion, a warning is given to the driver from the output device.

居眠りの検知では、心電ではなく脈波を用いる場合もある(例えば特許文献7参照)。また演算部分の処理方法としては、平均やばらつき以外にフーリエ変換による周波数解析を行って特定の周波数帯域からのパワーから覚醒度を推定するものもある(例えば特許文献8参照)。   In detecting dozing, a pulse wave may be used instead of an electrocardiogram (for example, see Patent Document 7). In addition, as a processing method of the calculation part, there is a method of estimating the arousal degree from power from a specific frequency band by performing frequency analysis by Fourier transform in addition to the average and the variation (for example, see Patent Document 8).

一方、R−R間隔のデータ処理にカオス理論を用いた非線形処理の方法が近年注目されるようになってきた。例えば、脈波および心拍信号に対してそれらがカオスであるという条件を満たしているか否かをもって健康状態の診断を行う技術が開示されている。これは健康な生体から得られる脈波や心拍信号にはカオスがあるとされている知見を利用したものである。あるデータがカオスであるためには、非整数のフラクタル次元を持つこと、最大リアプノフ数が正であることなどの条件が一般によく用いられている(例えば特許文献9参照)。
特開平4−183439号公報 実開平1−12503号公報 特公昭62−34214号公報 特開平3−157598号公報 特開平5−162562号公報 実公昭63−27232号公報 特開平2−6231号公報 特開平1−131648号公報 特開平4−208136号公報
On the other hand, non-linear processing methods using chaos theory for data processing at RR intervals have recently attracted attention. For example, there is disclosed a technique for diagnosing a health condition based on whether or not a pulse wave and a heartbeat signal satisfy a condition that they are chaos. This is based on the knowledge that pulse waves and heartbeat signals obtained from healthy living bodies have chaos. In order for certain data to be chaotic, conditions such as having a non-integer fractal dimension and a positive maximum Lyapunov number are generally used (for example, see Patent Document 9).
JP-A-4-183439 Japanese Utility Model Publication No. 1-125003 JP-B-62-34214 JP-A-3-157598 JP-A-5-162562 Japanese Utility Model Publication No. 63-27232 JP-A-2-6231 JP-A-1-131648 JP-A-4-208136

従来の、車載用の運転者モニタリング技術において居眠りを検知する為のものにはそれぞれいくつかの課題がある。   There are several problems in detecting the dozing in the conventional in-vehicle driver monitoring technology.

まず目の動きを検知する方式については、運転者がサングラスなどをかけていると瞼の検出が出来なくなることがある。これを避けるために特別の眼鏡を運転者がかけなければならないという面倒もある。   First, regarding the method of detecting the movement of the eyes, when the driver wears sunglasses or the like, the eyelids may not be detected in some cases. To avoid this, the driver must wear special glasses.

また操舵状態から推定するものについては、高速運転時は有効であるといえよう。しかし、渋滞時ではほとんど操舵を行わない時間帯がことから居眠りを検出するのは困難になる。実際はこうした時間帯に覚醒度がさがり、小さな接触事故などを起こし易くなる。   In addition, what is estimated from the steering state can be said to be effective during high-speed driving. However, during a traffic jam, it is difficult to detect dozing because there are times when steering is hardly performed. Actually, during these times, the degree of alertness decreases, and small contact accidents and the like tend to occur.

運転中の姿勢をチェックする方式においては、居眠りと関連のある姿勢変化が生じた時点では既にかなり危険な状態であることが推測される。事故の未然防止という目的からすると、本来は姿勢変化などのはっきりとした症状が起こる前の状態を検知するべきである。   In the method of checking the posture during driving, it is presumed that the state is already extremely dangerous when a posture change related to dozing occurs. For the purpose of preventing accidents, it is necessary to detect the condition before a clear symptom such as a change in posture occurs.

これらの課題からみると、心電情報や脈拍といった指標を用いる方式は、運転者の居眠りに至る前の覚醒状態も含んだいわゆる心身状態を推定するのに適した方式であるといえる。しかし、この方式についても従来技術においてはいくつかの課題がある。   From these issues, it can be said that a method using an index such as electrocardiographic information or a pulse is a method suitable for estimating a so-called psychosomatic state including an awake state before the driver falls asleep. However, this method also has some problems in the related art.

第1に、心拍数や周波数解析によるパワーの積分値に対して閾値を設けて判断する方法では、個人差に対応することが難しい。心拍は確かに覚醒レベルによって変動するが、その変動幅は人によってかなり小さいことがあり正しい推定が得られない場合がある。同様に、パワーを積分する際に対象となる周波数帯域を固定してしまう場合も同じ課題が生じる。   First, it is difficult to cope with individual differences in a method in which a threshold value is provided for an integrated value of power based on heart rate or frequency analysis to make a determination. Although the heart rate does fluctuate depending on the arousal level, the range of fluctuation may be quite small depending on the person, and a correct estimation may not be obtained. Similarly, the same problem arises when a target frequency band is fixed when integrating power.

第2に、概日リズムが考慮されていない。ヒトには約24時間の概日リズムが存在し、心拍のR波の間隔(R−R間隔)もこのリズムの支配を受けて一日の中で変動している。従って、運転する時間帯によって心拍変動のベースラインは異なってくるのであるが、従来技術にはこの変化に配慮した判定アルゴリズムは認められない。   Second, the circadian rhythm is not taken into account. A human has a circadian rhythm of about 24 hours, and the interval between R waves of the heartbeat (RR interval) fluctuates throughout the day under the control of this rhythm. Therefore, although the baseline of the heart rate variability differs depending on the driving time zone, the prior art does not recognize a determination algorithm that takes this change into account.

第3に、運転者の熟練度についても考慮されていない。初心者は熟練運転者に較べて、道路状況や他車の走行状態などの外的要因に心拍変動が大きく影響を受けることが容易に予想される。従って、心拍変動のモニタリングを行う際には、運転者の熟練度についても考慮に入れる必要があるが、従来技術にはこうした配慮は見られない。   Third, the skill level of the driver is not considered. Beginners can easily expect that heart rate variability is greatly affected by external factors such as road conditions and running conditions of other vehicles, as compared to skilled drivers. Therefore, when monitoring heart rate variability, it is necessary to take into account the skill level of the driver, but such considerations are not found in the prior art.

本発明は上記課題を解決するもので、運転操作に関する情報を合わせて利用することにより、運転者の熟練度を推定し、それに合わせた心身状態の判定を行うことを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described problem and to estimate the skill level of a driver by using information related to a driving operation, and to determine a mental and physical state according to the estimated skill level.

本発明は上記目的を達成するため、運転者による運転対象物の運転状態をモニターする監視手段と、運転者の生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段により検出された生体信号が含む情報を定量化する演算手段と、前記監視手段による運転情報および前記演算手段による運転開始時からの生体信号情報の変化から運転者の熟練度を判定する判定手段とを備えた。   In order to achieve the above object, the present invention provides a monitoring means for monitoring a driving state of a driving object by a driver, a biological signal detecting means for detecting a biological signal of the driver, and a living body detected by the biological signal detecting means. A computing means for quantifying the information contained in the signal, and a judging means for judging the skill of the driver from the driving information by the monitoring means and a change in the biological signal information from the start of driving by the computing means.

これによって、監視手段が運転者がどのような運転をしているか、例えば加速のさせ方・速度・ハンドルのきり方等についての熟練度を判定して監視をする。   In this way, the monitoring means determines and monitors what kind of driving the driver is performing, for example, the degree of skill in how to accelerate, how to speed, how to turn the steering wheel, and the like.

本発明の運転者モニター装置は、運転操作状況を監視しその結果を運転者の生体信号指標と共に用いることにより、運転者の熟練度を判定することが出来る。   The driver monitor device of the present invention can determine the driver's skill level by monitoring the driving operation status and using the result together with the driver's biological signal index.

第1の発明は、運転者による運転対象物の運転状態をモニターする監視手段と、運転者の生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段により検出された生体信号が含む情報を定量化する演算手段と、前記監視手段による運転情報および前記演算手段による運転開始時からの生体信号情報の変化から運転者の熟練度を判定する判定手段とを備えた構成としてある。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a monitoring means for monitoring a driving state of a driving object by a driver, a biological signal detecting means for detecting a biological signal of the driver, and information included in the biological signal detected by the biological signal detecting means. And a determining means for determining the skill level of the driver based on the driving information from the monitoring means and a change in the biological signal information from the start of driving by the calculating means.

これによって、監視手段が運転者がどのような運転をしているか、例えば加速のさせ方・速度・ハンドルのきり方等について監視をする。運転開始時からの運転の仕方と共に生体信号情報の変化をとらえることにより判定手段は運転者の熟練度を判定する事が出来る。   Thereby, the monitoring means monitors what kind of driving the driver is performing, for example, how to accelerate, how fast, how to turn the steering wheel, and the like. The determination means can determine the skill level of the driver by capturing the change in the biological signal information together with the driving method from the start of driving.

第2の発明は、生体信号検知手段は、心臓の拍動に伴う生体表面の振動を検出することを特徴とした。   A second invention is characterized in that the biological signal detecting means detects a vibration on the surface of the living body accompanying the pulsation of the heart.

これによって、生体信号検知手段の検知した心機図に基づいて、運転者の心身状態や、熟練度を判定する。   Thus, the mental and physical condition of the driver and the skill level are determined based on the cardiac diagram detected by the biological signal detecting means.

第3の発明は、運転者モニター装置からの運転者の心身状態に関する情報を運転者に報知する報知手段を備えた構成としてある。   The third invention is configured to include a notifying unit that notifies the driver of information on the mental and physical condition of the driver from the driver monitoring device.

これによって、運転者モニター装置からの運転者の心身状態に関する情報を、報知手段が運転者にフィードバックすることにより運転者は自分の状態を自覚して安全運転を行うことが出来る。   Thus, the information about the mental and physical condition of the driver from the driver monitoring device is fed back to the driver by the notifying means, so that the driver can be aware of his / her state and perform safe driving.

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

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。運転者1は運転座席2に座っている。運転座席2の内部には生体信号検出手段3が配設されている。生体信号検出手段3の出力は、演算手段4に接続し、さらに演算手段4から判定手段5に接続されている。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. The driver 1 is sitting on the driver's seat 2. A biological signal detecting means 3 is provided inside the driver's seat 2. The output of the biological signal detecting means 3 is connected to the calculating means 4, and further connected from the calculating means 4 to the determining means 5.

上記構成において、生体信号検出手段3は運転者1の臀部から運転者1の心機図を検出する。心機図とは心臓の拍動に伴う体表面の振動で、薄膜加工されたポリフッ化ビニリデンなどの高感度の圧力センサを用いれば容易にセンシングできる。得られた心機図から、ピーク間間隔を求めることにより、ほぼ心拍に対応した系列データを得ることが出来る。   In the above configuration, the biological signal detecting means 3 detects the cardiogram of the driver 1 from the buttocks of the driver 1. The cardiogram is a vibration of the body surface accompanying the pulsation of the heart, and can be easily sensed by using a high-sensitivity pressure sensor such as polyvinylidene fluoride processed in a thin film. By obtaining the interval between peaks from the obtained cardiogram, it is possible to obtain sequence data substantially corresponding to the heartbeat.

このデータをスプライン曲線などで補完して時系列データとして扱い周波数解析をすると、1/f様のゆらぎが認められることが知られている。これは、心拍間隔データに非線形成分が含まれていることを示唆している。演算手段4は、生体信号検出手段3が検出したデータについてカオス理論に基づく指標を求め、このデータが持つゆらぎを数値化する。カオス指標としては、相関次元(フラクタル次元)やリアプノフ指数などがあるが、ここではリアプノフ指数を例として説明する。   It is known that when this data is complemented with a spline curve or the like and treated as time-series data and subjected to frequency analysis, a 1 / f-like fluctuation is recognized. This suggests that the heartbeat interval data includes a non-linear component. The calculating means 4 obtains an index based on the chaos theory for the data detected by the biological signal detecting means 3, and quantifies the fluctuation of the data. Examples of the chaos index include a correlation dimension (fractal dimension) and a Lyapunov exponent. Here, the Lyapunov exponent will be described as an example.

演算手段2において、心拍間隔データは5分ごとの単位に切り分けられる。切り分けられた5分単位の心拍間隔系列に対して、リアプノフ指数が求められる。ここでの5分という時間は絶対的なものではない。   In the calculating means 2, the heartbeat interval data is divided into units of 5 minutes. A Lyapunov exponent is obtained for the cut-out heartbeat interval series in units of 5 minutes. The five minutes here are not absolute.

リアプノフ指数を求める手順を以下に示す。リアプノフ指数とは、時間の経過に伴ってアトラクタ上の近接する点がどの程度離れるかを表す指標で、もととなるデータの将来の予測しにくさを表している。これはカオスの特徴の一つである初期値依存性と深く関わっている。アトラクタとは、n次元空間における系の軌道を表すものもである。心拍間隔など一次元のデータ系列に対しては、
X(t1),X(t2),・・・・,X(ti),・・・・
に対して、これをn次元相空間に対してNポイントのデータを埋め込むために以下のようなデータセットを用意する。
The procedure for obtaining the Lyapunov exponent is shown below. The Lyapunov exponent is an index indicating how far adjacent points on an attractor are separated over time, and indicates how difficult it is to predict the underlying data in the future. This is closely related to the initial value dependence, which is one of the characteristics of chaos. An attractor also represents an orbit of a system in an n-dimensional space. For one-dimensional data series such as heartbeat intervals,
X (t1), X (t2), ..., X (ti), ...
In order to embed the data of N points in the n-dimensional phase space, the following data set is prepared.

{X(t1),X(t1+τ),・・・・,X(t1+(n-1)τ)}
{X(t2),X(t2+τ),・・・・,X(t2+(n-1)τ)}
・・・・・
{X(ti),X(ti+τ),・・・・,X(ti+(n-1)τ)}
・・・・・
{X(tN),X(tN+τ),・・・・,X(tN+(n-1)τ)}
ここでi番目の点を、
Xin={X(ti),X(ti+τ),・・・・,X(ti+(n-1)τ)}
と表わすことができる。
{X (t1), X (t1 + τ), ..., X (t1 + (n-1) τ)}
{X (t2), X (t2 + τ), ..., X (t2 + (n-1) τ)}
・ ・ ・ ・ ・
{X (ti), X (ti + τ), ..., X (ti + (n-1) τ)}
・ ・ ・ ・ ・
{X (tN), X (tN + τ), ..., X (tN + (n-1) τ)}
Where i-th point is
Xin = {X (ti), X (ti + τ), ..., X (ti + (n-1) τ)}
Can be expressed as

この様にして得られたアトラクタ上のある点X(0)を基準としたとき、その軌道上の次の点X(1)についてベクトルX(0)X(1)に直交し、単位距離だけ離れた点をY0(0)とする。X(0)、Y0(0)についてτ時間経過したときの点を、X(τ)、Y0(τ)とする。そしてX(0)とY0(0)の距離をd0(0)、X(τ)とY0(τ)の距離をd0(τ)とする。このときの2点間の距離のτ時間経過後の拡大(縮小)率は、d0(τ)をd0(0)で割ることにより求められる。   With reference to a certain point X (0) on the attractor obtained in this way, the next point X (1) on the trajectory is orthogonal to the vector X (0) X (1) and is equal to the unit distance. The distant point is defined as Y0 (0). The points when τ time has elapsed for X (0) and Y0 (0) are defined as X (τ) and Y0 (τ). The distance between X (0) and Y0 (0) is d0 (0), and the distance between X (τ) and Y0 (τ) is d0 (τ). At this time, the enlargement (reduction) rate of the distance between the two points after elapse of τ time can be obtained by dividing d0 (τ) by d0 (0).

次に、X(τ)とY0(τ)と同一方向で単位距離だけ離れた点をY1(0)とする。X(τ)、Y1(0)についてτ時間経過したときの点を、X(2τ)、Y1(τ)とする。そしてX(τ)とY1(0)の距離をd1(0)、X(2τ)とY1(τ)の距離をd1(τ)とする。このときの2点間の距離のτ時間経過後の拡大(縮小)率は、d1(τ)をd1(0)で割ることにより求められる。   Next, a point separated by a unit distance in the same direction as X (τ) and Y0 (τ) is defined as Y1 (0). Points at which τ time has elapsed for X (τ) and Y1 (0) are defined as X (2τ) and Y1 (τ). The distance between X (τ) and Y1 (0) is d1 (0), and the distance between X (2τ) and Y1 (τ) is d1 (τ). At this time, the enlargement (reduction) rate of the distance between the two points after elapse of τ time can be obtained by dividing d1 (τ) by d1 (0).

このステップを繰り返し、各ステップで求められる距離の拡大(縮小)率の平均がリアプノフ指数である。これを一般化すると次のように表すことができる。   This step is repeated, and the average of the enlargement (reduction) rate of the distance obtained in each step is the Lyapunov exponent. This can be generalized as follows.

Figure 2004329956
Figure 2004329956

なお、埋め込み次元が例えば3次元であれば、各次元ごとに計三つのリアプノフ指数が得られるが、そのうち最大のものを特に最大リアプノフ指数という。   If the embedding dimension is, for example, three, a total of three Lyapunov exponents are obtained for each dimension, and the largest one is particularly called the maximum Lyapunov exponent.

図2は、健常な男性の心拍間隔について15分を単位として最大リアプノフ指数の変化を示したものである。横軸は経過時間で単位は分である。運転開始と共にリアプノフ指数は低下し、休憩をとることによって再び上昇するというリズムが繰り返されていることがわかる。運転開始直後と、最初に渋滞に巻き込まれた時間帯ではその低下が著しい。心拍数についても、同様にプロットしている。リアプノフ指数と心拍数には負の相関がある。しかし、二つの指標の間には変化率に関してその解像度に大きな隔たりがあることがわかる。例えば、二度目の休憩の後の運転再開時には、最大リアプノフ数の方は大きく減少しているのに、心拍数の方は僅かな上昇しか見られない(二つの指数の間では単位は異なっているが、おのおのの軸の目盛りは等しい割合でとっているので、このまま視覚的な形で比較しても問題はない)。以上のことから、従来技術に対するカオス指標を用いた本発明の優位性は明らかであろう。   FIG. 2 shows the change of the maximum Lyapunov exponent in units of 15 minutes for the heartbeat interval of a healthy man. The horizontal axis is the elapsed time and the unit is minute. It can be seen that the rhythm that the Lyapunov index decreases with the start of driving and rises again after taking a break is repeated. The drop is remarkable immediately after the start of operation and at the time of the first traffic jam. The heart rate is similarly plotted. There is a negative correlation between Lyapunov index and heart rate. However, it can be seen that there is a large difference in resolution between the two indices with respect to the rate of change. For example, when driving is resumed after the second break, the maximum Lyapunov number is greatly reduced, but the heart rate is only slightly increased (the units differ between the two indices). However, since the scale of each axis is taken at the same ratio, there is no problem in comparing the visual form as it is). From the above, the superiority of the present invention using the chaos index over the prior art will be clear.

次に、判定手段5は演算手段4が求めたカオス指標を用いて運転者1の心身状態を判定する。ここでいう心身状態の判定とは、長時間の運転による疲労や渋滞に巻き込まれた場合のストレスの影響度を意味する。心拍のゆらぎは自律神経系に支配されており、これは交感神経系と副交感神経系の二重支配を受けている。交感神経系が活性化すると、心拍数は上昇し生体にとって活動に適した状態になる。副交感神経系が活性化すると、心拍数は下降する。生体においてはそれぞれの神経系が独立に作用してるのではなく、相互に求心性を持ちながら活動している。このフィードバック機能を有する拮抗支配が、心拍がカオス的ふるまいをする原因である。従って、どちらか一方の神経系が突出した場合には、カオス指標は小さくなる。この様な事態は、運転によるストレス負荷によって生じる。   Next, the determination means 5 determines the mental and physical state of the driver 1 using the chaos index obtained by the calculation means 4. The determination of the physical and mental state here means the degree of the influence of stress caused by fatigue due to long-time driving or traffic congestion. Heartbeat fluctuations are dominated by the autonomic nervous system, which is subject to dual control of the sympathetic and parasympathetic nervous systems. When the sympathetic nervous system is activated, the heart rate rises and the living body becomes suitable for activity. When the parasympathetic nervous system is activated, the heart rate falls. In the living body, each nervous system does not act independently, but acts with mutual afferent. This antagonistic dominance with the feedback function causes the heartbeat to behave chaotically. Therefore, when either one of the nervous systems protrudes, the chaos index becomes smaller. Such a situation is caused by a stress load caused by driving.

判定手段5は、カオス指標の変化の微分値を求めこれを判定の基準とする。すなわち、一定時間以上リアプノフ指数が減少(微分値が負)した場合に、運転者には休憩が必要な程度にストレス負荷が生じていると判断する。このときの時間は、例えば15分程度とすればよいが運転者に応じて任意の時間に設定してもよい。   The judging means 5 obtains a differential value of the change of the chaos index and uses this as a criterion for the judgment. That is, when the Lyapunov exponent has decreased (the differential value is negative) for a certain period of time or more, it is determined that the driver is under a stress load to such an extent that a break is required. The time at this time may be, for example, about 15 minutes, but may be set to an arbitrary time according to the driver.

なお、判定基準としては負の微分値が続く時間以外にも様々な基準を利用することが出来る。例えば、運転開始時のカオス指標との比較や、微分値の絶対値などが基準として考えられよう。本発明ではこれら判定基準に対して何ら拘束するものではない。   Various criteria can be used as a criterion other than the time during which the negative differential value continues. For example, a comparison with a chaos index at the start of operation, an absolute value of a differential value, or the like may be considered as a reference. In the present invention, there is no restriction on these criteria.

以上のように第1の実施例によれば、運転者の状態を判定するのにカオス指標を用いるためより精度の高い判定が可能となるという効果がある。   As described above, according to the first embodiment, since the chaos index is used to determine the state of the driver, there is an effect that the determination can be performed with higher accuracy.

次に本発明の第2の実施例について説明する。図1において、計時手段6は現在の時刻を出力する。時刻情報は判定手段5に伝わるよう構成されている。また、記憶手段7には各時刻における運転者の心身状態判定の判定基準が格納されている。判定手段5は記憶手段7に対してアクセスできるよう構成されている。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, a clock unit 6 outputs a current time. The time information is configured to be transmitted to the determination means 5. In addition, the storage unit 7 stores criteria for determining the mental and physical state of the driver at each time. The determination unit 5 is configured to be able to access the storage unit 7.

上記構成において、判断手段5は演算手段4が出力するカオス指標に加えて計時手段6からの時刻情報も利用する。生体は、日内変動という生体リズムを有しており、時刻ごとに特徴のある変化を示す。図3は最大リアプノフ指数と心拍数の一日の変化を示したものである。横軸は時刻を表している。このときの被験者は午前7時20分頃に起床しているが、その前後の時間帯はリアプノフ指数が大きく減少している。また午前中と午後に二つの山が認められる。午後にみられる山については加齢によって消失することがあるといわれている。なお、ここでも心拍数はリアプノフ指数と負の相関を持っているがその変動幅の割合はリアプノフ指数と比較してかなり小さいことがわかるであろう。   In the above configuration, the judgment means 5 uses the time information from the time measurement means 6 in addition to the chaos index output from the calculation means 4. The living body has a biological rhythm called circadian variation, and shows a characteristic change at each time. FIG. 3 shows the maximum Lyapunov exponent and the daily change in heart rate. The horizontal axis represents time. At this time, the subject wakes up at around 7:20 am, but the Lyapunov exponent is significantly reduced before and after that. There are two peaks in the morning and afternoon. It is said that the mountains seen in the afternoon may disappear with aging. Note that the heart rate also has a negative correlation with the Lyapunov exponent here, but it can be seen that the ratio of the fluctuation range is considerably smaller than that of the Lyapunov exponent.

このように一日の間でカオス指標のベースラインが大きく変動することを考慮することにより、より正確な判定が出来るようになる。すなわち、起床直後の時間帯では、元々ベースラインが急激に下がる傾向にあるため休憩が必要であるという判断の基準(負の微分値が続く時間)をやや緩くしたり、夕方の比較的安定した時間帯では判断の基準を厳しくしたりする必要がある。記憶手段7には各時間帯に対応する基準が格納されている。   By taking into account that the baseline of the chaos index fluctuates greatly during one day, more accurate determination can be made. In other words, in the time zone immediately after waking up, the baseline (the time during which the negative differential value continues) for determining that a break is necessary because the baseline originally tends to drop sharply is slightly relaxed, and the evening is relatively stable. In the time zone, it is necessary to tighten the criteria for judgment. The storage means 7 stores references corresponding to each time zone.

なお、夜間勤務の運転者など人によって生活リズムは様々に異なることが予想されるが、そのような場合には起床時刻を入力する入力手段を設けて計時手段を起床時からの経過時間に置き換えて情報を利用してもよい。   In addition, it is expected that the life rhythm will vary depending on the driver, such as a night shift driver, but in such a case, an input means for inputting the wake-up time is provided, and the timekeeping means is replaced with the elapsed time from the wake-up time. Information may be used.

以上のように、第2の実施例によれば時刻情報に基づいて運転者の心身状態を判定するので、生体リズムを考慮した判定が出来るという効果がある。   As described above, according to the second embodiment, since the mental and physical state of the driver is determined based on the time information, there is an effect that the determination can be made in consideration of the biological rhythm.

次に、本発明の第3の実施例について説明する。図1において、監視手段8は運転者1によるハンドル9およびアクセル10の操作状況を監視する。監視された結果は判定手段5へと送られるよう構成されている。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, a monitoring means 8 monitors the operation state of the steering wheel 9 and the accelerator 10 by the driver 1. The monitored result is configured to be sent to the determination means 5.

上記構成において、監視手段8は運転者1の運転の仕方を関する役割を負う。例えば、どれくらいの加速をしているのか、あるいはどれくらいの速度でカーブを曲がったのかといったことは、ハンドル操作とアクセル操作を監視していればわかる。   In the above configuration, the monitoring means 8 has a role relating to the way the driver 1 drives. For example, you can tell how much acceleration you are accelerating or how fast you have turned a curve by monitoring steering and accelerator operations.

判定手段5は、監視手段8からの運転内容に関する情報と演算手段4からの生体信号を指標化した結果から運転者の熟練度を判定する。例えば、常に低速で運転しているにもかかわらず心拍の上昇などが見られる場合には、運転者はかなり緊張しておりおそらくは初心者であろうと予測される。逆に、かなり高い運転技術をもって運転していながら生体信号の指標にほとんど変化の見られない運転者については熟練者であろうと判断される。判定する際の運転状態の判断には、多くの運転者を用いて標準化した閾値を求めそれを採用すればよい。   The judging means 5 judges the skill level of the driver from the information on the driving content from the monitoring means 8 and the result of indexing the biological signal from the calculating means 4. For example, if the driver is constantly driving at a low speed and sees an increase in heart rate, the driver is expected to be quite nervous and probably a beginner. Conversely, a driver who drives with a very high driving technique and hardly changes the index of the vital sign is judged to be a skilled person. For the determination of the driving state at the time of the determination, a standardized threshold value may be obtained using many drivers, and the obtained threshold value may be employed.

以上のように、第3の実施例によれば運転内容を監視と生体信号の検出を合わせて行うことにより、運転者の熟練度を判定することが出来る。   As described above, according to the third embodiment, the driver's skill level can be determined by monitoring the driving content and detecting the biological signal in combination.

次に、本発明の第4の実施例について説明する。図1において運転者モニター装置11からの信号は報知手段12によって運転者1に報知されるよう構成されている。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, the signal from the driver monitor device 11 is configured to be notified to the driver 1 by the notification means 12.

上記構成において、運転者モニター装置11からは運転者の心身状態を表す判定結果、例えばカオス指標に基づいて状態を5段階に分類した結果や、休憩が必要であることを意味する信号が出力される。報知手段12は、運転者モニター装置11が出力した信号を、視覚あるいは聴覚的に運転者に伝える。例えば、休憩が必要と判定されたときに警告音により運転者に報知する。   In the above configuration, the driver monitoring device 11 outputs a determination result indicating the mental and physical state of the driver, for example, a result of classifying the state into five stages based on the chaos index, and a signal indicating that a break is necessary. You. The notification means 12 visually or audibly transmits the signal output by the driver monitoring device 11 to the driver. For example, when it is determined that a break is necessary, the driver is notified by a warning sound.

以上のように第4の実施例によれば、運転者の心身状態に関する情報を運転者にフィードバックできるので安全運転を支援できるという効果がある。   As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to feed back information about the mental and physical condition of the driver to the driver, so that there is an effect that safe driving can be supported.

次に、本発明の第5の実施例について説明する。図1において制御手段13は運転者モニター装置11と接続し、サスペンション14の硬さを調節できるよう構成されている。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, the control means 13 is connected to the driver monitor device 11 so as to adjust the hardness of the suspension.

上記構成において、運転者モニター装置11から運転者の熟練度に関する情報が出力された場合、制御手段13はサスペンション14に対し運転者の熟練度に合わせた硬さとなるように調整を行う。例えば、運転者が初心者であると判定された場合にはサスペンション14を軟らかく設定し、熟練者であると判定された場合には硬くするなどの調整を行う。   In the above configuration, when the information on the driver's skill level is output from the driver monitor device 11, the control unit 13 adjusts the suspension 14 so that the suspension 14 has a hardness corresponding to the driver's skill level. For example, when the driver is determined to be a beginner, the suspension 14 is set to be soft, and when it is determined to be an expert, the suspension 14 is adjusted to be hard.

もちろん、車両の設定はサスペンションだけではない。本発明においては運転者の熟練度によって変更すべきパラメータのすべてを制御の対象とする。   Of course, the vehicle settings are not limited to suspension. In the present invention, all parameters to be changed according to the driver's skill level are to be controlled.

以上のように、第5の実施例によれば運転者の心身状態や熟練度を制御手段13に伝えるため、車両を運転者に最適の設定にすることが出来るという効果がある。   As described above, according to the fifth embodiment, since the mental and physical condition and the skill level of the driver are transmitted to the control means 13, there is an effect that the vehicle can be set optimally for the driver.

次に、本発明の第6の実施例について説明する。図1において制御手段13は運転者モニター装置11と接続し、運転対象物である自動車の機器であるハザードランプ15を点灯できるよう構成されている。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In FIG. 1, the control means 13 is connected to the driver monitor device 11 so as to be able to turn on a hazard lamp 15 which is a device of an automobile as an object to be driven.

上記構成において、運転者モニター装置11から運転者の心身状態に関連して運転者の疲労が蓄積されてきていると判断された場合には、制御手段13はハザードランプ15を点灯し後続の車両にしばらく後に減速または停止する旨を知らせる。もちろん制御対象はハザードランプ15のみならず、ブレーキ機構やエンジンに制御をかけ強制的に減速を行うようにしてもよい。この様な制御を行うことにより、運転者の注意低下による事故の発生を未然に防ぐことが出来る。   In the above configuration, when it is determined from the driver monitoring device 11 that the driver's fatigue is accumulated in relation to the mental and physical condition of the driver, the control means 13 turns on the hazard lamp 15 and turns on the following vehicle. Inform the driver that the vehicle will decelerate or stop after a while. Of course, not only the hazard lamp 15 but also the brake mechanism and the engine may be controlled to forcibly decelerate. By performing such control, it is possible to prevent the occurrence of an accident due to a decrease in the driver's attention.

以上のように、第6の実施例によれば運転者の心身状態や熟練度を制御手段13に伝えるため、車両を運転者に最適の設定にすることが出来るという効果がある。   As described above, according to the sixth embodiment, since the mental and physical condition and the skill level of the driver are transmitted to the control means 13, there is an effect that the vehicle can be set optimally for the driver.

本発明の実施例の構成図Configuration diagram of an embodiment of the present invention 運転時のカオス指標の変化を示すグラフGraph showing change in chaos index during driving カオス指標の日内変動を示すグラフGraph showing daily fluctuation of chaos index 従来技術の構成図Configuration diagram of conventional technology

符号の説明Explanation of reference numerals

3 生体信号検出手段
4 演算手段
5 判定手段
6 計時手段
7 記憶手段
8 監視手段
12 報知手段
13 制御手段
15 機器
Reference Signs List 3 biological signal detecting means 4 calculating means 5 determining means 6 clocking means 7 storage means 8 monitoring means 12 notification means 13 control means 15 equipment

Claims (3)

運転者による運転対象物の運転状態をモニターする監視手段と、運転者の生体信号を検出する生体信号検出手段と、前記生体信号検出手段により検出された生体信号が含む情報を定量化する演算手段と、前記監視手段による運転情報および前記演算手段による運転開始時からの生体信号情報の変化から運転者の熟練度を判定する判定手段とを備えた運転者モニター装置。 Monitoring means for monitoring the driving state of the driving object by the driver, biological signal detecting means for detecting a biological signal of the driver, and calculating means for quantifying information contained in the biological signal detected by the biological signal detecting means And a determining means for determining the skill level of the driver from a change in the biological signal information from the start of the driving by the calculating means and the driving information by the monitoring means. 生体信号検知手段は、心臓の拍動に伴う生体表面の振動を検出することを特徴とした請求項1記載の運転者モニター装置。 2. The driver monitoring apparatus according to claim 1, wherein the biological signal detecting means detects a vibration of a living body surface accompanying a pulsation of the heart. 請求項1または2記載の運転者モニター装置からの運転者の心身状態に関する情報を運転者に報知する報知手段を備えた安全装置。 A safety device comprising an informing means for informing the driver of information on the mental and physical condition of the driver from the driver monitoring device according to claim 1 or 2.
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