JP6325234B2 - 減速タイミング通知装置 - Google Patents

Description

本発明は、減速タイミング通知装置、特に救急車等において減速時の傷病者等の血圧変動を軽減するための減速タイミング通知装置に関する。

救急車や寝台自動車等の車両によって傷病者や高齢者（以下「患者」という）を仰臥位で搬送する場合、運転手のブレーキ操作と同期して、慣性力の影響により患者の血圧が変動することが知られている（非特許文献１）。運転手のアクセル・ブレーキ操作に伴う患者の血圧変動は、慣性力の作用で起きる現象であるが、脳や循環器系等に疾患がある患者に対しては、容態を急変させかねないため、極めて危険である。本発明者らは、このような車両の減速に伴って起きる血圧変動量がある許容値以上になった時に、運転手にその旨を報知し、搭乗の患者に対する負担を軽くするための運転訓練システムについて特許出願し（特許文献１）、また論文発表を行っている（非特許文献２）。

このシステムでは、車両の加速度情報と血圧変動を模擬するモデルから、血圧の変動量を実時間で推定し、その推定値が許容値を超えた場合に運転手に音声通知することで、過大な血圧変動を引き起こす運転操作（主にブレーキ操作）の改善を促す。実際にシステムを使用して訓練を繰り返すことで、ブレーキ操作が改善されることを実車実験で確認したが（非特許文献２）、血圧変動量が許容値を超過してから音声通知する場合、必然的にブレーキ操作に遅れが生じることになる。

特開２００８−２９２７７２号公報

佐川貢一、高橋隆行、猪岡光、猪岡英二、救急車の減速時に現れる血圧変動のモデル化、医用電子と生体工学、３１−２，１８３／１９０ （１９９３） 鍋田貴之、小野貴彦、疋田真一、小林康秀、患者の負担軽減を目指した救急車運転訓練支援システムの開発、第４９回自動制御連合講演会、ＳＵ６−１−５（２００６）

本発明は、このような問題を改善するために、停止地点又は徐行地点まで減速させるのに必要な制動距離を車速と血圧変動モデルから予測し、遅れることなくブレーキ操作を開始するタイミングを通知する減速タイミング通知装置を提供するものである。走行車両と停止地点又は徐行地点までの距離の算出には，ＧＰＳ情報と地図情報（緯度経度情報）を用い、制動距離の算出には車速情報を用いる。

本発明の減速タイミング通知装置は、ＧＰＳ情報から得られる走行車両の走行速度と、前記走行車両の停車地点又は速度変更地点における目標速度と、予め設定された血圧変動許容値とから、前記血圧変動許容値を超えずに減速できる制動距離を算出する制動距離算出手段と、前記制動距離に、前記走行車両の前記走行速度に基づいて決定される追加距離を加算することで、通知距離を算出する通知距離算出手段と、前記通知距離と、ＧＰＳ情報及び地図情報から得られる前記走行車両から前記停車地点又は前記速度変更地点までの距離に基づいて、前記走行車両の運転手に減速開始を通知する通知手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の減速タイミング通知装置は、ＧＰＳ情報から得られる走行車両の走行速度と、前記走行車両の停車地点又は速度変更地点における目標速度と、予め設定された血圧変動許容値とから、前記血圧変動許容値を超えずに減速できる制動距離を算出する制動距離算出手段と、前記制動距離に、前記走行車両の前記走行速度に基づいて決定される追加距離を加算することで、通知距離を算出する通知距離算出手段と、前記通知距離と、ＧＰＳ情報及び地図情報から得られる前記走行車両から前記停車地点又は前記速度変更地点までの距離に基づいて、前記走行車両の運転手に減速開始を通知する通知手段と、を備え、前記通知手段は、前記走行車両から前記停車地点又は前記速度変更地点までの距離が、前記通知距離未満となれば、前記通知を行い、前記制動距離算出手段は、ＢＤを前記制動距離、前記走行速度をＶ _Ｏ 、αおよびβを定数とした場合、前記通知距離ＳＤを、ＳＤ＝ＢＤ＋α×Ｖ _Ｏ ＋βで算出することを特徴とする。

本発明実施の形態に係る減速タイミング通知装置が搭載される車両及び患者を示す概略図である。 車両とその制動距離と通知距離の関係を示す概略図である。 本発明実施の形態に係る減速タイミング通知装置の構成を示すブロック図である。 車両走行実験コースを示す平面図である。 車両の走行試行回数と減速時間の関係を示すグラフである。 車両の走行試行回数と血圧変動の最大値の関係を示すグラフである。 車両の走行試行回数と血圧変動の実効値の関係を示すグラフである。 交差点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの手前における血圧変動推定値ｙの推移を示すグラフである。

図１において、１は救急車等の車両（走行車両）、２は車両１に乗せられマット３上に仰臥位で搬送される傷病者等患者である。患者２が足頭方向に慣性による加速度ａｚ［ｍ／ｓ２］を受けると、その作用方向と血液の体循環方向が概ね一致するため、血流が乱れて、血圧が変動する。血圧変動推定値ｙ（ｔ）［ｍｍＨｇ］は、安静時からの平均血圧の変動量の推定値を表す。加速度ａｚ（ｔ）は、ＧＰＳ情報から車両１の速度情報を得、この速度を微分することにより得られる。加速度ａｚ（ｔ）と血圧変動推定値ｙ（ｔ）の関係は、次式で与えられる。

血圧は、加速度に加えて、呼吸運動にも同期して変動するが、本実施の形態では加速度のみによる変動だけを再現し、数式１を利用してブレーキ開始タイミングを割り出す。

図２は、ブレーキタイミング通知の概念を示す。数式１は、加速度ａｚ（ｔ）を入力として与えて、血圧変動推定値ｙを求める式である。この逆の操作、すなわち、血圧変動推定値ｙを入力として与えて、加速度ａｚを調べる（逆解析）。車両１の速度をＶ０ ［ｍ／ｓ］、交差点等の停止地点や徐行開始地点における目標速度をＶｔ（＜Ｖ０）［ｍ／ｓ］とした場合、一定の減加速度で血圧変動推定値ｙを血圧変動許容値ＴＢＰ ［ｍｍＨｇ］以下に抑えるために必要な制動距離ＢＤ ［ｍ］は、数式１を逆解析すると、数式２として導出される。すなわち、目標速度Ｖｔと許容値ＴＢＰを事前に定めて、走行中に実際の速度Ｖ０を計測すれば、実時間で制動距離ＢＤを求めることができる。ここで血圧変動許容値ＴＢＰ（Ｔｏｌｅｒａｂｌｅ Ｂｌｏｏｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）とは、加速度ａｚに由来する血圧変動量の許容限界値であり、患者２の病態や健康状態に応じて設定する。例えば、脳内出血が疑われ、再出血を防止する必要性のある傷病者の搬送を想定して本発明を利用する場合は、ＴＢＰを小さく設定する。

運転手にブレーキタイミングを音声通知する際、音声を認知してから減速操作をしたのでは動作遅れが生じる。そのため、制動距離ＢＤに動作遅れを考慮した距離を加えた位置で音声通知を行う。この距離を通知距離ＳＤとする。通知の適切なタイミングは、速度―距離の１次式で決定することができる。停止位地点または徐行地点から音声等の通知を行うまでの距離ＳＤ ［ｍ］は次式で求めることができる。ここで、α、βは定数である。この追加距離は車両１の走行速度Ｖ０ ［ｍ／ｓ］に依存する。すなわち速度が速いときは、追加距離は長くなり、速度が遅いときは短くなる。

車両１の現在地から停止する例えば交差点までの距離Ｌが通知距離ＳＤ未満となった時にブレーキ開始タイミングを通知する。

図３において、制動距離算出手段４は、ＧＰＳ情報から得られる車両１の走行速度Ｖ０と、車両１の停車地点又は徐行開始地点等速度変更地点における目標速度Ｖｔと、予め設定された血圧変動許容値ＴＢＰとから、血圧変動許容値を超えずに減速できる制動距離ＢＤを算出する。通知距離算出手段５は、制動距離算出手段４により算出される制動距離ＢＤにＧＰＳ情報から得られる車両１の走行速度Ｖ０に基づいて決定される距離を加算した距離（通知距離ＳＤ）を算出し、減速する（ブレーキをかける）タイミングより前に信号が発せられる。通知手段６は、この通知距離算出手段５による通知距離情報と、ＧＰＳ情報及び地図情報から走行車両１の停車地点又は徐行開始地点等速度変更地点までの距離に基づいて、走行車両１の運転手に音声、光信号等で減速開始を通知する。

従来の運転訓練支援システムでは、血圧変動推定値ｙが血圧変動許容値ＴＢＰに達したとき、音声で運転手に通知して、運転操作の改善を促すが、本実施の形態では、この従来のシステムに、ブレーキ開始タイミング通知機能を追加する。これは、多機能携帯電話、例えばアップルインコーポレイテッドのｉＰｈｏｎｅ（登録商標）を利用して実現することができる。制動距離ＢＤを求めるにあたり、車両速度Ｖ０は多機能携帯電話の組み込み関数を利用して取得できる。走行車両１から停止地点又は徐行開始地点までの距離Ｌは、交差点等の停止・徐行位置の座標と車両１の座標から求められる。交差点等の停止・徐行位置の座標は事前に多機能携帯電話内にデータベースとして組み込んでおき、車両１の座標はその内蔵ＧＰＳセンサより取得する。

減速タイミング通知機能の効果を検証するために、走行中に以下のデータを記録した。
（ａ） 経過時間
（ｂ） 車両の３軸加速度
（ｃ） 血圧変動推定値ｙ
（ｄ） 車両の位置情報
（ｅ） 前方映像
記録速度は、（ａ）〜（ｃ）は１００ Ｈｚ、（ｄ）は１ Ｈｚ、（ｅ）は３０ ｆｐｓである。

走行実験
図４において７は走行実験コースであり、Ｓはスタート・ストップ地点、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは交差点である。走行実験コース７は１周約２．１ｋｍであり、左回りで走行した。効果の検証箇所は、交差点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの手前数百メートルの直線区間とした。この区間は、比較的平坦な場所に位置しており、また交通量も少ないため、実験を繰り返し行っても、他車の影響を受けずに同じ条件でデータを取得することができた。交差点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでは、安全を確保するために一時停止又は最徐行とした。これらの停止位置又は徐行開始位置は予め運転する前に地図上で指定しておく。本実施の形態では、数式２において、速度Ｖｔ＝０と設定した。血圧変動推定値ｙの許容値ＴＢＰは、重篤な患者２の搬送を想定し、その許容レベルと考えられる１０に設定した。また、数式３の制動距離ＳＤを実時間で求めるにあたり、ＧＰＳ情報の取得間隔（１秒）と実際のブレーキの動作遅れを考慮して、係数α＝３，β＝３０と設定した。この場合、時速４０ｋｍで走行しているとき、この追加距離は６３ｍとなる。

実験では、ブレーキ開始タイミングを通知することで、その後の血圧変動推定値ｙがどのように推移するか調べ、通知機能の効果を検証した。効果の程度は、運転経験に依存すると考えられる。本実験では、専門的な運転訓練を積んでいない運転手に対しての効果を検証した。そこで、被験者となる運転手としては、運転歴３年の２０代前半の女性１名を選んだ。実験自動車は、被験者が日常的に使用して運転し慣れた車両を用いた。この車両のダッシュボードに本装置を設置した。なお、実験を実施するにあたり、被験者には実験の目的と内容を説明して、同意を得、また走行中は法令を遵守した。

実験手順を以下に示す。まず、以下の点を被験者に伝えた後、走行しながら走行実験コース７を十分に覚えてもらった。
・救急車のように、運転席後方で傷病者が仰臥位で乗っている状況を想定して運転してください。
・傷病者に負担を与えないような運転に心掛けてください。
・安全運転を心掛けてください。

運転手が、実験コース７に十分慣れた後に、次の４つの条件で走行し、データを収集した。各実験では３周走行し、実験１から４の順序で行った。
実験１：システムを全く利用しない（被験者のブレーキ操作の特徴を把握するための実験）。
実験２：ブレーキ開始タイミングのみを通知する（タイミング通知機能のみの単独効果を検証するための実験）。この実験では、事前に次の指示を与えた。
・ブレーキ開始タイミングを通知するため、タイミングを意識して運転してください。
実験３：既存システムとブレーキタイミング通知機能を組み合わせる（併用効果を検証するため）。この実験では、事前に次の指示を与えた。
・なるべく許容値超過の通知音が鳴らないように運転してください。
実験４：システムを全く利用しない（訓練で得た運転スキルの継続性を検証するため）。

実験結果
図５〜７において、各グラフの横軸は試行回数を表しており、実験１が１〜３回、実験２が４〜６回、実験３が７〜９回、実験４が１０〜１２回にあたる。縦軸は、図５が減速時間、図６が血圧変動推定値ｙの最大値、図７が血圧変動推定値ｙの実効値を表す。各実験で図５〜７の指標を計算するにあたり、その計算範囲はブレーキ開始タイミングを通知した時刻から減速完了時刻までとした。また、図５〜７の各指標とも、４カ所の交差点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの平均値として与えている。

グラフより、システムを全く利用しない場合（実験１）とブレーキ開始タイミングのみを通知した場合（実験２）では、有意差が確認できなかった。これは、ブレーキの開始タイミングがわかっても、その後のブレーキペダルの踏み込み方が分からなかったためと考えられる。一方、既存システムの機能とブレーキ開始タイミング通知機能を併用した場合（実験３）に関しては、減速時間は増加するものの、血圧変動推定値ｙの最大値と実効値は減少したことが確認できた。また、システムの利用を停止した場合（実験４）でも、血圧変動を抑えるブレーキ操作スキルが、ある程度は維持できていることが分かる。

図８に示すグラフおいて、横軸は、時間を表し、ブレーキ開始タイミングを通知した時刻を０と設定している。このグラフから、システムを全く利用していない実験１と実験４では、血圧変動推定値ｙの上昇と減少が一度しか起きていないが、ブレーキ開始タイミングを通知した実験２と実験３では、血圧変動推定値ｙの上昇と減少が２回起きており、タイミング通知をする場合としない場合で明らかに異なる傾向が見られた。実験終了後、被験者に感想を尋ねたところ、ブレーキ開始タイミングが通知された実験２では、通知されない場合と比べて、ブレーキ操作を早く行ったということであり、このことはグラフからも読み取れる。

以上より、専門的な訓練を受けていない運転手に対しては、ブレーキ開始タイミングのみを通知しても、血圧変動を抑制するブレーキ操作を習得することができないことがわかった。このような運転経験の浅い運転手に対しては、血圧変動推定値ｙ＞血圧変動許容値ＴＢＰの場合に、常にその旨を通知してくれる装置が必要であることが分かった。ただし、ブレーキ開始タイミング通知機能は、過大な血圧変動を起こさないためにも、より早い段階で減速操作を促す効果は十分あるものと考えられる。

本発明は、車両の減速時、患者に過大な血圧変動が起こることを回避するものであるから、救急車や福祉車両に適用して有用である。

１ 車両
２ 患者
３ マット
４ 制動距離算出手段
５ 通知距離算出手段
６ 通知手段
７ 走行実験コース

Claims (1)

1. ＧＰＳ情報から得られる走行車両の走行速度と、前記走行車両の停車地点又は速度変更地点における目標速度と、予め設定された血圧変動許容値とから、前記血圧変動許容値を超えずに減速できる制動距離を算出する制動距離算出手段と、
   前記制動距離に、前記走行車両の前記走行速度に基づいて決定される追加距離を加算することで、通知距離を算出する通知距離算出手段と、
   前記通知距離と、ＧＰＳ情報及び地図情報から得られる前記走行車両から前記停車地点又は前記速度変更地点までの距離に基づいて、前記走行車両の運転手に減速開始を通知する通知手段と、を備え、
   前記通知手段は、前記走行車両から前記停車地点又は前記速度変更地点までの距離が、前記通知距離未満となれば、前記通知を行い、
   前記制動距離算出手段は、ＢＤを前記制動距離、前記走行速度をＶ _Ｏ 、αおよびβを定数とした場合、前記通知距離ＳＤを、ＳＤ＝ＢＤ＋α×Ｖ _Ｏ ＋βで算出することを特徴とする減速タイミング通知装置。