JP6544797B2

JP6544797B2 - 疲労検出装置

Info

Publication number: JP6544797B2
Application number: JP2015083416A
Authority: JP
Inventors: 正太郎大舘
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: JP2016202222A

Description

この発明は、疲労検出装置に関する。

従来、車両の運転者の心電信号から拍動の時間間隔のデータを検出し、このデータから所定時間毎に得られる平均心拍数および正規化分散値等の各種の統計量に基づいて、運転者の疲労度を判定する疲労度判定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、車両の運転者の操舵による操舵角に基づいて、平均操舵角、平均操舵角速度、および修正操舵角を算出し、修正操舵角を走行路の種別に応じて補正し、補正後の修正操舵角に基づいて運転者の覚醒度を推定する覚醒状態推定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−１５１２３１号公報特開２００９−８７１２２号公報

ところで、上記従来技術に係る疲労度判定装置によれば、拍動の時間間隔のデータから信頼性が高い各種の統計量を得るために運転者の心電信号を長期に亘って検出する必要があり、運転者の疲労度合いを迅速に判定することが困難であるという問題が生じる。
また、上記従来技術に係る覚醒状態推定装置によれば、運転者による修正操舵は個人差が大きいので、運転者の疲労度合いが小さい状態であっても大きな修正操舵が検出される場合があり、運転者の疲労度合いを精度良く検出することができない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、運転者の疲労度合いを迅速かつ精度良く検出することが可能な疲労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、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る疲労検出装置は、車両の運転者の心拍間隔のゆらぎを検出する心拍検出部（例えば、実施形態での心拍検出部１２）と、前記運転者の心拍間隔のゆらぎの基準波形を記憶する記憶部（例えば、実施形態での基準波形記憶部１５）と、前記心拍検出部によって検出される前記心拍間隔のゆらぎの波形における一部の変化量と、前記記憶部に記憶される前記基準波形の一部の変化量とに基づいて、前記運転者の疲労度合いを判定する疲労判定部（例えば、実施形態での疲労判定部１４）と、前記疲労判定部によって判定される前記運転者の疲労度合いに応じて前記運転者に報知を行う報知部（例えば、実施形態での報知制御部１６、表示器２０、およびスピーカ２１）と、を備える。

（２）上記（１）に記載の疲労検出装置は、前記運転者による修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかを検出する操舵検出部（例えば、実施形態での舵角センサ１３）を備え、前記疲労判定部は、前記心拍検出部によって検出される前記心拍間隔のゆらぎと、前記操舵検出部によって検出される前記修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかと、に基づいて、前記運転者の疲労度合いを判定する。

上記（１）に記載の態様に係る疲労検出装置によれば、運転者の疲労度合いが小さい状態での心拍間隔のゆらぎの波形である基準波形と、心拍検出部によって検出される心拍間隔のゆらぎの波形とを比較することによって、大きな疲労度合いの有無を迅速かつ容易に判定することができる。

さらに、上記（２）の場合、運転者の疲労度合いと、運転者が車両の操向状態を操舵により修正する修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかとは、相関性が高いと認められる。修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかと、心拍間隔のゆらぎの波形とに基づいて、大きな疲労度合いの有無の判定精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る疲労検出装置の機能構成のブロック図である。本発明の実施形態に係る疲労検出装置のステアリングホイールに設けられる第１センサおよび第２センサを示す図である。本発明の実施形態に係る疲労検出装置の心拍検出部の構成図である。本発明の実施形態に係る疲労検出装置の心拍検出部によって検出される心拍の電圧信号の一例を示す図。本発明の実施形態に係る疲労検出装置の心拍検出部によって検出される心拍間隔のゆらぎの波形と、疲労度合いの大小との対応関係の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る疲労検出装置の舵角センサによって検出される運転者の操舵による舵角の変化と、疲労度合いの大小との対応関係の一例を示す図である。本発明の実施形態に係る疲労検出装置の処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る疲労検出装置について添付図面を参照しながら説明する。

本実施形態による疲労検出装置１０は、車両に搭載されている。疲労検出装置１０は、図１に示すように、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒと、心拍検知部１２と、舵角センサ１３と、疲労判定部１４と、基準波形記憶部１５と、報知制御部１６と、表示器２０と、スピーカ２１とを備えている。

第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々は、図２に示すように、直進位置（中立位置）におけるステアリングホイール２２の左右それぞれの内部に設けられている。第１センサ（Ｌ）１１Ｌは、中立位置であるステアリングホイール２２の左側の部位、つまり運転者の左手により把持される部位に設けられている。第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、中立位置であるステアリングホイール２２の右側の部位、つまり運転者の右手により把持される部位に設けられている。
第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、導電性を有する材料であればどのような材料から形成されてもよい。第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、例えば、ステアリングホイール２２の表皮の内側に塗布される導電性材料または導電性の革材などである。
第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、人体などの誘電体との距離および面積によって静電容量が変化するアンテナ電極である。第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、心拍検出部１２から供給される所定周波数の高周波信号（電波放射電力）を放射する。第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、例えば車体などの接地部とによって静電容量センサを形成する。

心拍検出部１２は、図３に示すように、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に接続されるシールド線３０と、駆動回路３１と、発振回路３２と、送信選択回路３３と、受信回路３５と、受信選択回路３６と、処理回路３７と、メモリ３８とを備えている。

シールド線３０は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に接続される導線を被覆する。シールド線３０は、駆動回路３１からシールド用電流が供給される。シールド線３０は、駆動回路３１から第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々の導線に供給される電波放射電力が外部磁場などの影響を受けないように導線を遮蔽する。

駆動回路３１は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に対して、第１増幅器４１と、抵抗４２と、第２増幅器４３と、第３増幅器４４とを備えている。
第１増幅器４１は、送信選択回路３３と抵抗４２との間に設けられている。第１増幅器４１は、送信選択回路３３から供給される電流を増幅して抵抗４２に出力する。
抵抗４２は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々の導線と、第２増幅器４３および第３増幅器４４の各々に接続されている。抵抗４２は、第１増幅器４１から供給される電流を、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々と、第２増幅器４３および第３増幅器４４の各々とに分岐して供給する。
第２増幅器４３は、抵抗４２と第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々との間に設けられる分岐点と、シールド線３０との間に設けられている。第２増幅器４３は、抵抗４２から供給される電流を増幅してシールド用電流としてシールド線３０に供給する。
第３増幅器４４は、抵抗４２と第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々との間に設けられる分岐点と、受信選択回路３６との間に設けられている。第３増幅器４４は、抵抗４２から供給される電流を増幅して受信選択回路３６に供給する。

発振回路３２は、送信選択回路３３を介して駆動回路３１の第１増幅器４１に接続されている。発振回路３２は、所定周波数の高周波信号（電波放射電力）を送信選択回路３３に出力する。
送信選択回路３３は、処理回路３７から入力される選択信号に応じて作動し、発振回路３２からの電波放射電力を駆動回路３１の２つの第１増幅器４１の各々に供給する。

受信回路３５は、受信選択回路３６を介して駆動回路３１の第３増幅器４４に接続されている。受信回路３５は、全波整流回路５１と、フィルタ回路５２とを備えている。全波整流回路５１は、受信選択回路３６からの出力電圧を全波整流して、フィルタ回路５２に供給する。フィルタ回路５２は、例えば平滑フィルタ回路であり、全波整流回路５１からの信号を平滑処理することによって、出力電圧の平均出力の信号を出力する。フィルタ回路５２は、処理後の信号を処理回路３７に供給する。
受信選択回路３６は、処理回路３７から入力される選択信号に応じて作動し、駆動回路３１の第３増幅器４４からの信号を受信回路３５の全波整流回路５１に供給する。

処理回路３７は、受信回路３５から供給される出力電圧の平均出力の信号と、メモリ３８に予め記憶されている出力電圧の閾値とを比較することによって、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々によって所定値以上の静電容量が検出されたか否かを判定する。処理回路３７は、例えば、受信回路３５からの平均出力が閾値よりも小さいか否かを判定することによって、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に運転者の手が接近または接触（つまり、ステアリングホイール２２を両手で把持）したか否かを判定する。処理回路３７は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に運転者の手が接近または接触していると判定した場合には、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に対する受信回路３５からの出力電圧の平均出力の信号を、疲労判定部１４に出力する。

第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に人体などの誘電体が接近または接触していない場合には、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々から放射される電波に応じて系外に流れる電流は小さい。これにより第３増幅器４４から受信回路３５に流れる電流が大きくなり、受信回路３５から出力される出力電圧の平均出力が大きくなる。
これに対して、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に人体などの誘電体が接近または接触した場合には、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々から放射される電波に応じて誘電体を介して系外に流れる電流は大きい。これにより第３増幅器４４から受信回路３５に流れる電流が小さくなり、受信回路３５から出力される出力電圧の平均出力が小さくなる。
したがって、メモリ３８は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に人体などの誘電体が接近または接触する場合と、接近または接触しない場合との各々において、受信回路３５からの平均出力を判別するための閾値のデータを記憶している。

舵角センサ１３は、ステアリングホイール２２の舵角（操舵角）を検出して、検出した操舵角の信号を疲労判定部１４に出力する。

疲労判定部１４は、心拍検出部１２によって検出される心拍間隔のゆらぎと、舵角センサ１３によって検出される修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかと、に基づいて、運転者の疲労度合いを判定する。
疲労判定部１４は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に対する心拍検出部１２からの平均出力の差を用いて、図４に示すように、四肢誘導（つまり、第Ｉ誘導）により得られる心拍のＲ波の波形パターンから運転者の心拍間隔Ｙを検出する。疲労判定部１４は、連続的に検出する心拍間隔Ｙの前回値から今回値への変化と、基準波形記憶部１５から読み込む心拍間隔のゆらぎの基準波形とを比較することによって、運転者の疲労度が所定の程度以上に大きいか否かを判定する。
基準波形記憶部１５は、例えば図５に示すように、予め運転者ごとに固有である心拍間隔のゆらぎの基準波形のデータを記憶している。心拍間隔のゆらぎの基準波形は、運転者の疲労度合いが所定の程度未満である場合に実測された心拍間隔Ｙの波形パターンであり、例えば下記数式（１）に示すように、運転者ごとに固有の係数Ａ，Ｂを用いた時間ｔの関数によって記述されている。
心拍間隔Ｙ＝Ａ＋Ｂ×ｓｉｎ（ｔ）…（１）

運転者の疲労度合いが所定の程度未満である場合における心拍間隔Ｙのゆらぎの基準波形に比べて、運転者の疲労度合いが増大すると、心拍間隔Ｙのゆらぎが低下傾向に変化し、心拍間隔Ｙが均一化傾向に変化する。これにより疲労判定部１４は、例えば、連続的に検出する心拍間隔Ｙの前回値および今回値と、前回値から今回値への変化量とが、所定の誤差範囲で基準波形に当てはまる場合には、運転者の疲労度合いが所定の程度未満に小さいと判定する。一方、疲労判定部１４は、例えば、心拍間隔Ｙの前回値および今回値と、前回値から今回値への変化量とが、所定の誤差範囲で基準波形に当てはまらない場合には、運転者の疲労度合いが所定の程度以上に大きいと判定する。

疲労判定部１４は、舵角センサ１３によって検出されるステアリングホイール２２の操舵角の履歴における修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかに基づいて、運転者の疲労度合いを判定する。疲労判定部１４は、図６に示すように、運転者による意図的な車線変更などのゆっくりとした操舵に対応する舵角変化の一次成分を基準として、ふらつき運転などの急操舵に対応する舵角変化の高次成分が舵角閾値以上となるか否かを判定する。疲労判定部１４は、例えば、舵角変化の高次成分の絶対値が舵角閾値ａ以上となる頻度が頻度閾値以上である場合には、運転者の疲労度合いが所定の程度以上に大きいと判定する。一方、疲労判定部１４は、例えば、舵角変化の高次成分の絶対値が舵角閾値ａ以上となる頻度が頻度閾値未満である場合には、運転者疲労度合いが所定の程度未満に小さいと判定する。

報知制御部１６は、疲労判定部１４によって判定される運転者の疲労度合いに応じて、表示器２０およびスピーカ２１から運転者に報知を行う。

本実施の形態による疲労検出装置１０は上記構成を備えており、次に、この疲労検出装置１０の動作について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。

先ず、疲労判定部１４は、運転者がステアリングホイール２２を両手で把持していることが心拍検出部１２によって検出されたか否かを判定する（ステップＳ０１）。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ０２に進める。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合（ステップＳ０１：ＮＯ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ０３に進める。

次に、疲労判定部１４は、舵角閾値に第１閾値を設定する（ステップＳ０２）。
また、疲労判定部１４は、舵角閾値に第１閾値よりも大きい第２閾値を設定する（ステップＳ０３）。
次に、疲労判定部１４は、舵角センサ１３によって検出されるステアリングホイール２２の舵角（操舵角）を取得する（ステップＳ０４）。

次に、疲労判定部１４は、運転者による修正操舵の舵角変化の高次成分が舵角閾値以上となる頻度が頻度閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ０５）。
この判定結果が「ＮＯ」の場合（ステップＳ０５：ＮＯ）には、疲労判定部１４は、処理をエンドに進める。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ステップＳ０５：ＹＥＳ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ０６に進める。

次に、疲労判定部１４は、第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒの各々に対する心拍検出部１２からの平均出力の差を用いて、四肢誘導（つまり、第Ｉ誘導）により得られる心拍のＲ波の波形パターンを検出する（ステップＳ０６）。
次に、疲労判定部１４は、例えば、前回の心拍検出から所定時間（例えば、数秒など）以内に今回の心拍検出が行われたか否かなどを判定することによって、心拍のＲ波が連続的に検出されたか否かを判定する（ステップＳ０７）。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ステップＳ０７：ＹＥＳ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ０８に進める。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合（ステップＳ０７：ＮＯ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ０９に進める。

次に、疲労判定部１４は、前回に検出した心拍のＲ波と今回に検出した心拍のＲ波との間の時間間隔（心拍間隔Ｙ）を算出して、内蔵のＲＡＭなどに記憶する（ステップＳ０８）。
また、疲労判定部１４は、内蔵のＲＡＭなどに記憶している心拍間隔Ｙのデータを消去する（ステップＳ０９）。そして、疲労判定部１４は、処理をエンドに進める。

次に、疲労判定部１４は、内蔵のＲＡＭなどに記憶した心拍間隔Ｙの前回値のデータが存在するか否かを判定する（ステップＳ１０）。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ１１に進める。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合（ステップＳ１０：ＮＯ）には、疲労判定部１４は、処理をエンドに進める。

次に、疲労判定部１４は、基準波形記憶部１５から運転者ごとに固有である心拍間隔Ｙのゆらぎの基準波形のデータを読み込む。そして、疲労判定部１４は、内蔵のＲＡＭなどに記憶した心拍間隔Ｙの前回値および今回値と、心拍間隔Ｙの前回値から今回値への変化量とが、所定の誤差範囲で基準波形に当てはまるか否かを判定する（ステップＳ１１）。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ１２に進める。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、疲労判定部１４は、処理をステップＳ１３に進める。

次に、報知制御部１６は、運転者の疲労度合いが所定の程度未満であることを、表示器２０およびスピーカ２１から運転者に報知する（ステップＳ１２）。そして、疲労判定部１４は、処理をエンドに進める。
また、報知制御部１６は、運転者の疲労度合いが所定の程度以上であることを、表示器２０およびスピーカ２１から運転者に報知する（ステップＳ１３）。そして、疲労判定部１４は、処理をエンドに進める。

上述したように、本実施の形態による疲労検出装置１０によれば、心拍間隔Ｙのゆらぎの基準波形の一部と、心拍検出部１２によって検出される心拍間隔Ｙのゆらぎの波形の一部とを比較することによって、運転者の疲労度合いを迅速かつ容易に判定することができる。
さらに、心拍間隔Ｙのゆらぎに加えて、運転者による修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかを用いることによって、運転者の疲労度合いの判定精度を向上させることができる。

以下、上述した実施形態の変形例について説明する。
上述した実施形態において、心拍検出部１２は、静電容量センサを形成するアンテナ電極としての第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒを用いて、運転者の心拍に関連する信号を出力するとしたが、これに限定されない。
実施形態の変形例において、心拍検出部１２は、例えば、運転者の手に直接的に接触する電極としての第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒを用いて、運転者の心拍に関連する信号を出力してもよい。この変形例における第１センサ（Ｌ）１１Ｌおよび第２センサ（Ｒ）１１Ｒは、例えば、ステアリングホイール２２の左右それぞれの表面上に設けられる電極などであってもよい。

なお、上述した実施形態において、疲労判定部１４は、運転者による修正操舵の舵角変化の高次成分が舵角閾値以上となる頻度が頻度閾値以上であるか否かを判定するとしたが、これに限定されない。疲労判定部１４は、例えば、頻度の判定を省略して、運転者による修正操舵の舵角変化の高次成分が舵角閾値以上となるか否かを判定してもよい。

なお、上述した実施形態において、報知制御部１６は、表示器２０およびスピーカ２１に加えて、ステアリング振動またはシート振動による報知を行ってもよい。

上述した実施形態において、心拍検出部１２、疲労判定部１４、および報知制御部１６の一部、または全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がプログラムを実行することにより機能する機能部であってもよい。また、これら構成を、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路として実現してもよく、これら構成の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…疲労検出装置、１１Ｌ…第１センサ（Ｌ）、１１Ｒ…第２センサ（Ｒ）、１２…心拍検出部、１３…舵角センサ（操舵検出部）、１４…疲労判定部、１５…基準波形記憶部（記憶部）、１６…報知制御部（報知部）、２０…表示器（報知部）、２１…スピーカ（報知部）、２２…ステアリングホイール

Claims

車両の運転者の心拍間隔のゆらぎを検出する心拍検出部と、
前記運転者の心拍間隔のゆらぎの基準波形を記憶する記憶部と、
前記心拍検出部によって検出される前記心拍間隔のゆらぎの波形における一部の変化量と、前記記憶部に記憶される前記基準波形の一部の変化量とに基づいて、前記運転者の疲労度合いを判定する疲労判定部と、
前記疲労判定部によって判定される前記運転者の疲労度合いに応じて前記運転者に報知を行う報知部と、
を備え、
前記基準波形は、前記運転者の疲労度合いが所定の程度未満である場合に取得された心拍間隔に基づいて導出された正弦波であり、
前記疲労判定部は、
前記心拍検出部によって取得された心拍間隔と、当該心拍間隔よりも１回前のタイミングにおいて取得された心拍間隔との変化量が、前記正弦波の変化量と合致するか否かに基づいて、前記運転者の疲労度合いを判定する、
疲労検出装置。
前記運転者による修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかを検出する操舵検出部を備え、
前記疲労判定部は、前記心拍検出部によって検出される前記心拍間隔のゆらぎと、前記操舵検出部によって検出される前記修正操舵の大きさおよび頻度の少なくとも何れかと、に基づいて、前記運転者の疲労度合いを判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の疲労検出装置。