JP2007061490A - 乗員状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の乗員の生体情報の検出精度及び検出結果に対する信頼性を向上させる。
【解決手段】 乗員状態検出装置１０を、車両の乗員の生体情報のうち心拍を検出する生体センサユニット１１として、車両用シート１２のシートクッション１３に設けられた複数の第１振動センサ１４，…，１４と、シートバック１５に設けられた複数の第２振動センサ１６，…，１６と、各振動センサ１４，１６から出力される圧力の検出信号を電圧信号に変換する感圧素子１７と、処理装置１８とを備えて構成した。処理装置１８の信号処理部２１は、第１振動センサ１４の適宜の解析対象データの周波数成分と第２振動センサ１６の適宜の解析対象データの周波数成分との差分データを生成し、第１振動センサ１４の全ての解析対象データの周波数成分から差分データを除去する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、乗員状態検出装置に関する。

従来、例えば車両の運転座席の内部に圧力センサを備え、運転者の心臓の拍動に伴う体表面の振動を検出し、検出した波形のピーク位置間隔から心拍に対応したデータを取得する運転者監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３５９６１９８号公報

ところで、上記従来技術の一例に係る運転者監視装置によれば、圧力センサによって運転者の臀部から体表面の振動を検出するようにして、圧力センサは運転座席のシートクッションの内部に配置されている。
しかしながら、この圧力センサによる検出精度は、例えば運転座席に着座する運転者の体格および姿勢の個体差や運転時の姿勢変化等に応じて変化し、生体情報の検出に対して所望の検出精度を確保することが困難となる場合が生じる。
また、シートクッションの内部に配置された圧力センサは、鉛直方向に沿って作用する運転者の体圧を検出するように設定されている。
しかしながら、この圧力センサの出力には、運転者の体圧変動の成分に加えて、鉛直方向に沿った車体振動の成分、例えばエンジンの運転状態（例えば、アイドル運転状態等）に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、エンジンのシリンダ内でのピストンの往復運動に起因する車体振動）や車両の走行状態に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、路面状態および路面とタイヤとの接触状態に起因する車体振動）等の雑音成分が重畳し易く、この圧力センサの出力に基づく生体情報の検出結果の信頼性を向上させることが困難であるという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両の乗員の生体情報の検出精度および検出結果に対する信頼性を向上させることが可能な乗員状態検出装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の乗員状態検出装置は、車両の乗員の状態に係る状態量（例えば、実施の形態での体圧）を検出する複数の状態量検出手段（例えば、実施の形態での第１振動センサ１４および第２振動センサ１６）と、前記状態量検出手段により検出された前記状態量に基づき、前記乗員の生体情報（例えば、実施の形態での心拍）を検出する生体情報検出手段（例えば、実施の形態での解析処理部２２および生体情報検知部２３）とを備え、前記複数の状態量検出手段は、前記乗員の複数の異なる部位（例えば、実施の形態での臀部および大腿部と、背中）に対応した位置（例えば、実施の形態でのシートクッション１３と、シートバック１５）に配置されることを特徴としている。

上記の乗員状態検出装置によれば、複数の状態量検出手段は乗員の複数の異なる部位に対応した位置に配置されることから、例えば乗員の体型および姿勢の個体差や姿勢変化等に応じて各状態量検出手段の感度や検出精度が変化する場合であっても、複数の状態量検出手段のうちから、相対的に感度や検出精度が高い状態量検出手段の検出結果を選択して生体情報を検出することができ、生体情報の検出結果に対して所望の検出精度を容易に確保することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明の乗員状態検出装置では、前記状態量検出手段は、気体または液体からなる媒体（例えば、実施の形態での空気）が内部に封入された弾性変形可能な袋体（例えば、実施の形態での空気袋３１）と、該袋体に作用する圧力を検出する圧力センサ（例えば、実施の形態での感圧素子１７）と、前記袋体に当接する所定の剛性を有する受圧板（例えば、実施の形態での受圧板３４）とを備えることを特徴としている。

上記の乗員状態検出装置によれば、例えば車両シートの内部等に状態量検出手段を配置する際に、乗員の体圧等の外部から作用する圧力によって弾性変形可能な袋体を、所定の剛性（例えば、少なくとも乗員の体圧が作用した際に変形しない程度の剛性）を有する受圧板を介して、車両シートの内部に配置することから、例えば受圧板を設けない場合や相対的に剛性が低い受圧板を介して袋体を配置する場合のように外部から作用する圧力が袋体の変形によって減衰してしまうことを抑制して、より高感度に外部から作用する圧力を検出することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明の乗員状態検出装置は、前記複数の状態量検出手段の検出結果同士間の差分（例えば、実施の形態での差分データ）を算出する差分算出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０９）と、前記状態量検出手段の検出結果から前記差分算出手段により算出された前記差分を除去する除去手段（例えば、実施の形態でのステップＳ１０）とを備えることを特徴としている。

上記の乗員状態検出装置によれば、配置される位置が異なる複数の状態量検出手段の検出結果同士間の差分を算出することにより、例えば、乗員の状態に係る状態量に加えて車体振動等の雑音に対する感度が相対的に高い状態量検出手段の検出結果と、乗員の状態に係る状態量に対する感度が相対的に低い、或いは、乗員の体型および姿勢の個体差や姿勢変化等に応じて乗員の状態に係る状態量に対する感度が変動し易い状態量検出手段の検出結果との差分として、雑音のデータを取得することができる。これにより、算出した差分に基づき、各状態量検出手段の検出結果から雑音の成分を適切に除去することができ、乗員の生体情報の検出精度および検出結果に対する信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、請求項１に記載の本発明の乗員状態検出装置によれば、乗員の体型および姿勢の個体差や姿勢変化等に応じて各状態量検出手段の感度や検出精度が変化する場合であっても、複数の状態量検出手段のうちから、相対的に感度や検出精度が高い状態量検出手段の検出結果を選択して生体情報を検出することができ、生体情報の検出結果に対して所望の検出精度を容易に確保することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の乗員状態検出装置によれば、外部から作用する圧力が袋体の変形によって減衰してしまうことを抑制して、外部から作用する圧力の検出精度を向上させることができる。
さらに、請求項３に記載の本発明の乗員状態検出装置によれば、配置される位置が異なる複数の状態量検出手段の検出結果同士間の差分を算出することにより、状態量検出手段の検出結果に含まれる雑音の成分を抽出することができ、各状態量検出手段の検出結果から、抽出した雑音の成分を適切に除去することで、乗員の生体情報の検出精度および検出結果に対する信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る乗員状態検出装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による乗員状態検出装置１０は、例えば図１に示すように、車両の乗員の生体情報（例えば、乗員の生命徴候として全身状態の把握の基本となる身体的な情報であって、心臓の拍動（心拍)および呼吸数および血圧および体温等）のうち、例えば心拍あるいは心拍に係る状態量を検出する生体センサユニット１１を備え、この生体センサユニット１１は、例えば図２に示すように車両用シート１２のシートクッション１３に設けられた複数ｎ（例えば、ｎ＝９等）の第１振動センサ１４，…，１４と、例えば図２に示すように車両用シート１２のシートバック１５に設けられた複数ｍ（例えば、ｍ＝３等）の第２振動センサ１６，…，１６と、各振動センサ１４，１６から出力される圧力の検出信号を圧電効果によって電圧信号に変換するピエゾ素子や圧電素子等の感圧素子１７と、処理装置１８とを備えて構成されている。
そして、処理装置１８は、エンジン回転数ＮＥを検出する回転数センサ１９から出力される検出信号が入力される信号処理部２１と、解析処理部２２と、生体情報検知部２３とを備えて構成されている。

各振動センサ１４，１６は、例えば密閉空気式の圧力センサであって、例えば樹脂等により形成された気密性を有する弾性変形可能な空気袋３１がチューブ（図示略）を介して感圧素子１７に接続され、空気袋３１内の空気圧が感圧素子１７に伝達されるようになっている。各振動センサ１４，１６の空気袋３１は、例えば図３に示すように、各シートクッション１３およびシートバック１５のシート本体３２の内部に設けられた中空の収容部３３内に板状の受圧板３４を介して収容されている。
なお、空気袋３１および受圧板３４は、シート本体３２の内部に限らず、例えば乗員の体圧を受ける側の表面を前面として、シート本体３２の前面３２Ａまたは後面（図示略）上に設けられた凹部に収容されてもよい。この場合、空気袋３１および受圧板３４が収容されたシート本体３２の表面上を覆うようにして表皮材３５が設けられることになる。

受圧板３４は、乗員の体圧を受ける側の表面を前面として、例えば図３に示すように空気袋３１の後面側、あるいは、例えば図４に示すように空気袋３１の前面側に当接しており、空気袋３１に当接する受圧板３４の表面は、少なくとも空気袋３１の表面と同等の大きさを有している。そして、受圧板３４は、例えば金属等により形成された剛体、少なくとも乗員の体圧が作用した際に変形しない程度の剛性を有するように設定されている。
これにより、例えば図５（ａ）に示すように、少なくとも乗員の体圧が作用した際に変形しない程度の剛性を有する受圧板３４を空気袋３１に当接させた実施例においては、例えば図５（ｂ）に示すように、相対的に剛性が低い受圧板を空気袋３１当接させた比較例に比べて、乗員の体圧変動が減衰してしまうことを抑制して、より高感度に検出することができる。

そして、シートクッション１３に配置された複数の第１振動センサ１４，…，１４は、シートクッション１３に当接する乗員の臀部および大腿部からシートクッション１３に作用する乗員の体圧の時間変化（例えば、乗員の心臓の拍動に係る周期的な圧力変動等）を検出し、シートバック１５に配置された複数の第２振動センサ１６，…，１６は、シートバック１５に当接する乗員の背中からシートバック１５に作用する乗員の体圧の時間変化（例えば、乗員の心臓の拍動に係る周期的な圧力変動等）を検出する。
感圧素子１７は、各振動センサ１４，１６から出力される圧力信号を圧電効果によって電圧信号に変換し、この電圧信号を圧力検出値として処理装置１８の信号処理部２１へ出力する。

処理装置１８の信号処理部２１は、例えば、感圧素子１７から出力される各振動センサ１４，１６毎の圧力検出値に対して、先ず、各振動センサ１４，１６毎に設定した所定閾値以上の圧力検出値には乗員の体圧の情報が精度良く反映されていると判断して、所定閾値以上の圧力検出値を抽出し、抽出した圧力検出値を解析対象データとして設定する。なお、圧力検出値に対する所定閾値は、予め設定された固定値であっても良いし、適宜のタイミングや複数の圧力検出値に応じて更新される値であっても良い。
そして、信号処理部２１は、時系列データとして得られた各振動センサ１４，１６毎の解析対象データに対して、例えば時間変化に対する平均化処理および周波数成分への変換処理および所定の低周波成分（例えば、乗員の姿勢変化に係る周波数成分等）の除去処理等を実行する。

さらに、信号処理部２１は、後述するように、シートクッション１３に配置された第１振動センサ１４の解析対象データ、つまり乗員の体圧変動の成分に加えて、鉛直方向に沿った車体振動の成分が重畳する解析対象データに対して、例えば回転数センサ１９から入力されるエンジン回転数ＮＥの検出値に基づき、エンジンの運転状態（例えば、アイドル運転状態等）に応じて発生する車体振動（つまり、エンジンのシリンダ内でのピストンの往復運動に起因する車体振動）の周波数成分を、解析対象データから除去し、この除去処理により得られたデータを解析処理部２２へ出力する。

また、信号処理部２１は、後述するように、シートクッション１３に配置された第１振動センサ１４の適宜の解析対象データの周波数成分と、シートバック１５に配置された第２振動センサ１６の適宜の解析対象データの周波数成分との差分データを生成し、この差分データを、第１振動センサ１４の他の解析対象データの周波数成分から除去し、この除去処理により得られたデータを解析処理部２２へ出力する。
この差分データは、鉛直方向に沿った車体振動の周波数成分、例えばエンジンの運転状態（例えば、アイドル運転状態等）に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、エンジンのシリンダ内でのピストンの往復運動に起因する車体振動）や車両の走行状態に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、路面状態および路面とタイヤとの接触状態に起因する車体振動）等の雑音成分により構成されることになる。

そして、処理装置１８の解析処理部２２は、信号処理部２１から出力されるデータに対して、例えば周波数波形のピーク位置間隔の抽出等のように、生体情報を抽出するための所定のフィルタ処理を含む解析処理を実行する。
処理装置１８の生体情報検知部２３は、解析処理部２２での解析結果に基づき、心拍等の生体情報を検知する。

本実施の形態による乗員状態検出装置１０は上記構成を備えており、次に、この乗員状態検出装置１０の動作、特に、各振動センサ１４，１６から出力される圧力検出値に基づき、心拍等の生体情報を検知する処理について説明する。
なお、以下の処理は、例えば車両が事故に遭遇したとき、あるいは、エアバッグ装置等の乗員保護装置が作動したとき、あるいは、居眠り検知や覚醒度判定等において、適宜の制御装置から生体情報の検知要求が出力された場合に実行される。
先ず、例えば図６に示すステップＳ０１においては、シートクッション１３に設けられた複数の第１振動センサ１４，…，１４およびシートバック１５に設けられた複数の第２振動センサ１６，…，１６により検出された各圧力検出値を取得する。

次に、ステップＳ０２においては、取得した各圧力検出値のうち、各振動センサ１４，１６毎に設定した所定閾値以上の圧力検出値が存在するか否かを判定する
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０２の処理を繰り返す。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
そして、ステップＳ０３においては、取得した各圧力検出値のうち、所定閾値以上の圧力検出値を抽出して、解析対象データとして設定する。

そして、ステップＳ０４においては、例えば回転数センサ１９により検出されたエンン回転数ＮＥが所定回転数以上であるか否かを判定することによって、エンジンが作動中であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１１に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
そして、ステップＳ０５においては、シートクッション１３に設けられた第１振動センサ１４により検出された解析対象データが存在するか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１１に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、シートバック１５に設けられた第２振動センサ１６により検出された解析対象データが存在するか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０９に進む。

そして、ステップＳ０７においては、エンジンの運転状態で発生する鉛直方向での車体振動の所定の周波数成分からなるノイズデータを算出する。
例えばエンジンのアイドル運転状態（例えば、エンジン回転数ＮＥ＝５００〜７５０ｒｐｍ程度）においては、車体振動の０．５次成分（例えばエンジン回転数ＮＥ＝６５０ｒｐｍでは、６５０／６０／２＝５．４１Ｈｚ程度、例えばエンジン回転数ＮＥ＝７５０ｒｐｍでは、７５０／６０／２＝６．２５Ｈｚ程度）が、心拍等の生体情報の振動周波数帯域（例えば、０〜１０Ｈｚ等）に重なることから、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、エンジン回転数ＮＥに基づき、車体振動の０．５次成分からなるノイズデータを算出する。
そして、ステップＳ０８においては、シートクッション１３に設けられた第１振動センサ１４により検出されて時系列データとして得られた解析対象データを周波数成分へ変換し、変換後の解析対象データからノイズデータを除去し、この除去処理により得られたデータを出力して、後述するステップＳ１１に進む。

また、ステップＳ０９においては、シートクッション１３に設けられた第１振動センサ１４により検出されて時系列データとして得られた適宜の解析対象データと、シートバック１５に設けられた第２振動センサ１６により検出されて時系列データとして得られた適宜の解析対象データとを、それぞれ周波数成分へ変換し、変換後の解析対象データ同士の差分データを生成する。
例えば図８（ａ）に示すように、シートクッション１３に設けられた第１振動センサ１４により検出された解析対象データの周波数成分には、生体情報（例えば、心拍等）に対応する乗員の体圧変動の周波数成分Ｋａ，…，Ｋｅと、エンジンの運転状態で発生する鉛直方向に沿った車体振動の周波数成分Ｌａ，…，Ｌｃ、例えばエンジンの運転状態（例えば、アイドル運転状態等）に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、エンジンのシリンダ内でのピストンの往復運動に起因する車体振動）や車両の走行状態に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、路面状態および路面とタイヤとの接触状態に起因する車体振動）等の雑音成分とが含まれる。

これに対して、例えば図８（ｂ）に示すように、シートバック１５に設けられた第２振動センサ１６により検出された解析対象データの周波数成分には、エンジンの運転状態で発生する鉛直方向に沿った車体振動の周波数成分は含まれず、生体情報（例えば、心拍等）に対応する乗員の体圧変動の周波数成分Ｋａ，…，Ｋｅのみが含まれる。
このため、差分データには、エンジンの運転状態で発生する鉛直方向に沿った車体振動の周波数成分Ｌａ，…，Ｌｃのみが含まれることになる
そして、ステップＳ１０においては、シートクッション１３に設けられた第１振動センサ１４により検出された他の全ての解析対象データの周波数成分から差分データを除去し、この除去処理により得られたデータを出力して、ステップＳ１１に進む。

そして、ステップＳ１１においては、信号処理部２１から出力されるデータに対して、例えば周波数波形のピーク位置間隔の抽出等のように、生体情報を抽出するための所定のフィルタ処理を含む解析処理を実行する。
そして、ステップＳ１２においては、解析処理部２２での解析結果に基づき、心拍等の生体情報を検知および取得し、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態による乗員状態検出装置１０によれば、車両用シート１２の複数の位置、つまり乗員の体圧が作用する方向が異なる複数の位置であって、車両用シート１２のシートクッション１３とシートバック１５とに、各振動センサ１４，１６を設けたことにより、例えば乗員の体型および姿勢の個体差や姿勢変化等に応じて生体情報の検出精度が劣化してしまうことを抑制することができる。しかも、各シートクッション１３およびシートバック１５には、複数の第１振動センサ１４，…，１４および複数の第２振動センサ１６，…，１６を配置したことにより、複数の各振動センサ１４，１６のうちから、乗員の体圧変動に対して相対的に感度が良い振動センサを選択して生体情報を検知することができ、生体情報の検出結果に対して所望の検出精度を容易に確保することができる。

また、密閉空気式の圧力センサをなす各振動センサ１４，１６の空気袋３１を、少なくとも乗員の体圧が作用した際に変形しない程度の剛性を有する受圧板３４を介して、車両用シート１２のシート本体３２内に収容したことから、例えば受圧板を設けない場合や相対的に剛性が低い受圧板を空気袋３１に当接させた場合のように乗員の体圧変動が減衰してしまうことを抑制して、より高感度に乗員の体圧変動を検出することができる。

さらに、乗員の体圧変動に対する感度が相対的に高いものの、乗員の体圧変動の成分に加えて、鉛直方向に沿った車体振動の成分、例えばエンジンの運転状態（例えば、アイドル運転状態等）に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、エンジンのシリンダ内でのピストンの往復運動に起因する車体振動）や車両の走行状態に応じて発生する鉛直方向に沿った車体振動（つまり、路面状態および路面とタイヤとの接触状態に起因する車体振動）等の雑音成分が重畳する第１振動センサ１４の解析対象データと、例えば乗員の姿勢変化等に応じて、乗員の体圧変動に対する感度が不安定となったり、乗員の体圧変動に対する感度が低下してしまう可能性が相対的に高いものの、乗員の体圧変動の成分に、鉛直方向に沿った車体振動の成分が重畳してしまう可能性が低い第２振動センサ１６の解析対象データとに基づき、鉛直方向に沿った車体振動、つまり乗員の体圧変動の成分に対する雑音成分を算出し、第１振動センサ１４の解析対象データから除去することにより、乗員の体圧変動に対する高い感度を確保して、生体情報の検知精度を向上させることができると共に、生体情報の検知結果に対する信頼性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、各振動センサ１４，１６の各空気袋３１毎に個別に受圧板３４を設けたが、これに限定されず、例えば図９に示す変形例のように、複数の第１振動センサ１４，…，１４の複数の空気袋３１，…，３１あるいは複数の第２振動センサ１６，…，１６の複数の空気袋３１，…，３１に対して、単一の受圧板３４を設けてもよい。

本発明の実施の形態に係る乗員状態検出装置の構成図である。 複数の第１および第２振動センサを備える車両用シートの斜視図である。 図２に示すＡ―Ａ線断面図の一例である。 図２に示すＡ―Ａ線断面図の一例である。 図５（ａ）は本発明の実施の形態に係る受圧板を空気袋に当接させた第１および第２振動センサにより検出された乗員の体圧変動の一例を示す図であり、図５（ｂ）は本発明の実施の形態に係る受圧板に比べて、相対的に剛性が低い受圧板を空気袋に当接させた振動センサにより検出された乗員の体圧変動の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る乗員状態検出装置の動作を示すフローチャートである。 図７（ａ）はエンジン回転数ＮＥ＝６５０ｒｐｍでの車体振動の０．５次成分からなるノイズデータの一例を示す図であり、図７（ｂ）はエンジン回転数ＮＥ＝７５０ｒｐｍでの車体振動の０．５次成分からなるノイズデータの一例を示す図である。 図８（ａ）はシートクッションに設けられた第１振動センサにより検出された解析対象データの周波数成分の一例を示す図であり、図８（ｂ）はシートバックに設けられた第２振動センサにより検出された解析対象データの周波数成分の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る複数の第２センサの斜視図である。

符号の説明

１０ 乗員状態検出装置
１３ シートクッション
１４ 第１振動センサ（状態量検出手段）
１５ シートバック
１６ 第２振動センサ（状態量検出手段）
１７ 感圧素子（圧力センサ）
２２ 解析処理部（生体情報検出手段）
２３ 生体情報検知部（生体情報検出手段）
３１ 空気袋（袋体）
３４ 受圧板
ステップＳ０９ 差分算出手段
ステップＳ１０ 除去手段

Claims (3)

1. 車両の乗員の状態に係る状態量を検出する複数の状態量検出手段と、
   前記状態量検出手段により検出された前記状態量に基づき、前記乗員の生体情報を検出する生体情報検出手段とを備え、
   前記複数の状態量検出手段は、前記乗員の複数の異なる部位に対応した位置に配置されることを特徴とする乗員状態検出装置。
2. 前記状態量検出手段は、
   気体または液体からなる媒体が内部に封入された弾性変形可能な袋体と、
   該袋体に作用する圧力を検出する圧力センサと、
   前記袋体に当接する所定の剛性を有する受圧板と
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の乗員状態検出装置。
3. 前記複数の状態量検出手段の検出結果同士間の差分を算出する差分算出手段と、
   前記状態量検出手段の検出結果から前記差分算出手段により算出された前記差分を除去する除去手段と
   を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の乗員状態検出装置。
   
   

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