JP6800564B2 - 車両用シート - Google Patents

Description

本発明は、車両用シートに係り、特に、生体信号を検出する生体信号検出部を着座者の動きに応じて選定し、選定された生体信号検出部から得られた信号を検出する車両用シートに関する。

近年、車両の乗員の体調異常が生じた場合に素早く報知するために、乗員の状態を示す各種パラメータを検出することで体調の異常を検知する構成が提案されている。

例えば、特許文献１においては、着座者の背面、腰部から臀部、大腿部に当接する位置に面電極群を設け、各面電極群から検出された電位信号の差信号から生体信号を検出する生体信号収集装置に係る発明が開示されている。
より具体的には、この電位信号は、心臓から発せられる電位信号であり、これに基づき、生体信号収集装置は、複数の面電極の一つを、増幅器の中性点電位を取得するものにすることで、信号ノイズを抑制し、着座者の心拍や呼吸等の生体信号を収集するというものである。

特開２００７−３０１１７５号公報

ところで、着座者とシートとの接触部分は、車両運転時に揺れが生じること、及びカーブ走行時等に遠心力が働くことによって、一定ではない。また、着座者の体格が異なるときには、好適に生体信号を検出可能なポイントが異なる。
このため、着座者から安定して生体信号を検出することは困難であった。

特に、この問題は、シートバックに設けられたセンサによって生体信号の検出対象とする場合に顕著に現れていた。その理由としては、シートバックと着座者との接触部位は、車両の揺れによって着座者が前後左右に振れることで変わり、また着座者の体格の違いによって大きく異なるからである。

一方、特許文献１に記載された面電極群においては、面電極の任意の１つをアース電極とし、他の２つから電位信号を取得して、電位信号は心拍及び呼吸に係るものであるため、電位信号を安定して取得することが可能である。
しかしながら、特許文献１に開示された生体信号収集装置は、複数の面電極によって同時に電位信号を取得し、良好な面電極のペアを演算処理装置（同文献には、コンピュータと記載。）にて選択するように構成されている。さらに、面電極から検出した信号から心電信号と呼吸信号とに分離するように制御している。
このため、演算処理装置による処理が高負荷となり、処理速度低下、データ欠損などの問題が生じていた。

また、カーブ走行時に着座者の体がシート幅方向に振れ、背中がシートバックから離れることがあり、この場合に着座者の状態に係る信号を検出することは困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、演算処理装置の生体信号に係る処理の負荷を低減し、データ欠損を抑制することにある。

前記課題は、本発明に係る車両用シートによれば、着座者の生体信号を検出する複数の生体信号検出部と、前記複数の生体信号検出部から得られた前記生体信号を演算するための演算処理装置と、前記複数の生体信号検出部とは別に、前記着座者の動きを検出する動き検出部と、を備え、前記演算処理装置は、前記着座者の動きに応じて前記動き検出部から得られた信号に基づいて、前記複数の生体信号検出部から所定の生体信号検出部を選定して、前記着座者の心電を検出し、前記動き検出部は、前記生体信号検出部よりもシート幅方向外側に配置されていること、により解決される。

上記構成によれば、演算処理装置が、生体信号検出部により検出された着座者の動きに応じて、複数の生体信号検出部を選択して着座者の心電を検出するため、演算処理装置の負荷を低減し、データ欠損を抑制することができる。
また上記構成によれば、動き検出部を生体信号検出部とは別に備えることで、演算処理装置の負荷を低減し、データ欠損を抑制することができる。
また上記構成によれば、運転中、車がカーブに差し掛かると、遠心力が着座者に加わることにより、着座者の肩がシートバックにおけるシート幅方向の両側のどちらか一方の外側から離れることがある。
この場合に、動き検出部が、生体信号検出部よりもシート幅方向外側に配置されていることで、生体信号検出部が検出できない状態となる前段階で、シート幅方向外側にある着座者の肩が遠心力によりシートバックから離れたことを、動き検出部が検出できることとなる。

また、前記複数の生体信号検出部は、複数の電極ペアからなり、前記着座者の心電を検出する心電センサであり、前記演算処理装置は、前記着座者の動きに応じて、前記複数の電極ペアから少なくとも１つの電極ペアを選定して前記着座者の心電を検出すると好ましい。
上記構成によれば、心電センサによって得られた着座者の心電に基づいて、着座者の状態を検知することが可能となる。

また、前記動き検出部は、圧力センサであって、前記演算処理装置は、前記圧力センサから検出される圧力の変化量が一定の値を越えたときに、前記着座者の姿勢が変化したとみなしてもよい。
上記構成によれば、圧力センサを用いて着座者の姿勢を判断することにより、体格差による誤判定を抑制できる。

本発明によれば、演算処理装置が、生体信号検出部により検出された着座者の動きに応じて、複数の生体信号検出部を選択して着座者の心電を検出するため、演算処理装置の負荷を低減でき、データ欠損を抑制することができる。
また、本発明によれば、通常車両に搭載されている車両状態検出部から得られた検出信号を利用することができ、コスト増加を抑制できる。
また、本発明によれば、生体信号検出部が検出できない状態となる前段階で、シート幅方向外側にある着座者の肩が遠心力によりシートバックから離れたことを、動き検出部が検出できることとなる。

本実施形態に係る車両用シートの全体構成を示す斜視図である。 通常状態時における、心電を検出する電極部の組合せを示す模式図である。 右操舵状態時における、心電を検出する電極部の組合せを示す模式図である。 左操舵状態時における、心電を検出する電極部の組合せを示す模式図である。 通常状態における、着座者とシートバックとの接触状態を示す模式図である。 右操舵状態における、着座者とシートバックとの接触状態を示す模式図である。 左操舵状態における、着座者とシートバックとの接触状態を示す模式図である。 心電を検出する電極部の組合せを選択するフローを示す図である。 ステアリングシャフトに操舵角センサを取り付ける例を示す模式的な斜視図である。

本発明は、車両用シートに関するものであり、特に、着座者の動きに応じて心電を計測する機能を有する車両用シートに関するものである。
以下に説明する実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。すなわち、以下に説明する部材の形状、寸法、配置等については、本発明の趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
なお、以下において、車両の進行方向を前方向、その逆を後方向とし、車両の高さ方向を上下方向として説明する。
以下、本発明の実施形態に係る車両用シートＳについて、添付の図面を参照して具体的に説明する。

まず、車両用シートＳの全体構成について、図１を参照して説明する。
ここで、図１は、本実施形態に係る車両用シートＳの全体構成を示す斜視図である。
図１に示すように、車両用シートＳは、着座者Ｈの座る部位であるシートクッションＳ２と、シートクッションＳ２の後部に回動可能に取り付けられる部位で、着座者Ｈの背凭れに当たる部位であるシートバックＳ１を備える。

シートバックＳ１は、ウレタン製のクッションパッドＳ１ａと、これを覆うように設けられた表皮材Ｓ１ｂとを備える。
また、図１に示すように、シートバックＳ１には、着座者Ｈの腰部に対向する位置に生体信号検出部としての上方電極部１１が配設されている。

シートクッションＳ２は、ウレタン製のクッションパッドＳ２ａと、これを覆うように設けられた表皮材Ｓ２ｂとを備える。
また、シートクッションＳ２には、着座者Ｈの臀部に対向する位置に後方電極部１２、これらの前方にあって着座者Ｈの太腿に対向する位置に生体信号検出部としての前方電極部１３が配設されている。

なお、図１においては、上方電極部１１、後方電極部１２及び前方電極部１３等のセンサ及び電極部が着座面上に配置された構成を示している。一方、これらをクッションパッドＳ１ａと表皮材Ｓ１ｂとの間又はクッションパッドＳ２ａと表皮材Ｓ２ｂの間に配置するようにしてもよく、このようにすることで外観を良好にすることができる。
また、上方電極部１１、後方電極部１２及び前方電極部１３を含む心電センサ、検出回路２１、演算処理装置２２並びにモニタ２３の詳細について次に説明する。

心電センサは、容量結合型センサから成り、着座者Ｈの心臓の拍動に伴って生じる心電信号を検出するものである。
心電センサは、シートバックＳ１に設けられた上方電極部１１と、シートクッションＳ２に設けられた後方電極部１２と、後方電極部１２の前方に設けられた前方電極部１３とを、シート幅方向にそれぞれ一対ずつ備える構成からなる。

上方電極部１１は、着座者Ｈの背中から心電を検出する機能を有し、大略上下方向に長尺である長方形状でシート状に形成された左上方電極部１１ａ及び右上方電極部１１ｂの左右一対の電極部から構成されている。
後方電極部１２は、検出回路２１と接続されてアース電極部として機能する。
前方電極部１３は、後方電極部１２の前方の直線上に設けられており、左前方電極部１３ａと右前方電極部１３ｂから成り、着座者Ｈの大腿部に対向する位置に設けられている。前方電極部１３は、着座者Ｈの大腿部から心電を検出する機能を有し、大略直角三角形の形状でシート状に形成されている。

圧力センサ６０は、抵抗式のセンサであり、着座者ＨがシートバックＳ１に触れた状態において、着座者Ｈから圧力を受けて圧力センサ６０が変形し、この変形に伴う抵抗値の変化から圧力を検出するものである。
つまり、圧力センサ６０は、着座者ＨとシートバックＳ１との接触状態を判定して着座者Ｈの動きを検出するために用いられる。
圧力センサ６０は、シートバックＳ１において、上方電極部１１のシート幅方向外側に一個ずつ配設されている。

着座者Ｈが車両を運転している際に、カーブに差し掛かったときには、着座者Ｈの肩がシートバックＳ１におけるシート幅方向の両側のどちらか一方の外側から離れることがある。
上記のように、圧力センサ６０が上方電極部１１のシート幅方向外側に配設されていることで、カーブ走行時に、着座者ＨがシートバックＳ１から離れて上方電極部１１が着座者Ｈの心電を検出できない状態となる前段階で、シート幅方向外側にある圧力センサ６０によって、着座者Ｈの動きを検出できることとなる。

特に、圧力センサ６０により、後述する演算処理装置２２は、圧力センサ６０から検出される抵抗値（圧力）の変化量が一定値を越えたときに、着座者Ｈの姿勢の変化が生じたと判定することができる。

（検出回路２１、演算処理装置２２及びモニタ２３について）
図１に示す検出回路２１は、上方電極部１１及び前方電極部１３が検出した心電並びに後方電極部１２から供給された基準電位から心電信号に係る生体信号を検出するものであり、図示せぬオペアンプ等から構成されている。

演算処理装置２２は、圧力センサ６０から得られた信号に基づき、検出回路２１が検出した生体信号に係る心電信号を処理して、モニタ２３に表示する機能を有する。

（検出した心電を比較する電極部の組合せについて）
次に、心電センサにおいて、検出した心電を比較する電極部の組合せについて、図２〜図７を参照して説明する。
ここで、図２は、通常状態時における、心電を検出する電極部の組合せを示す模式図、図３は、右操舵状態時における、心電を検出する電極部の組合せを示す模式図、図４は、左操舵状態時における、心電を検出する電極部の組合せを示す模式図である。
そして、図５は、通常状態における、着座者ＨとシートバックＳ１との接触状態を示す模式図、図６は、右操舵状態における、着座者ＨとシートバックＳ１との接触状態を示す模式図、図７は左操舵状態における、着座者ＨとシートバックＳ１との接触状態を示す模式図である。

図５に示すように、演算処理装置２２は、圧力センサ６０からの信号から着座者ＨとシートバックＳ１とが接触していると判定したときには、図２に示すように、左上方電極部１１ａと右上方電極部１１ｂとから心電を検出する。
このように、左上方電極部１１ａと右上方電極部１１ｂの電極ペアで心電を検出することで、着座者Ｈの心臓に近い位置となり、振幅の大きい心電を検出することができる。

また、図６に示すように、車両の右折時に右操舵状態にあるときは、着座者Ｈの上半身左側がシートバックＳ１から離れることがある。
この場合には、演算処理装置２２は、着座者Ｈの上半身左側とシートバックＳ１とが非接触状態にあることを示す圧力センサ６０から受ける信号に基づいて、図３に示すように、右上方電極部１１ｂと左前方電極部１３ａとから心電を検出する。
このように、右操舵状態において、着座者Ｈの上半身左側にある左上方電極部１１ａを用いず、代わりに左前方電極部１３ａを用いるようにすることで、心電をより正確に検出することができる。

つまり、着座者Ｈの上半身左側がシートバックＳ１に接触していないことにより、シートバックＳ１に設けられた左上方電極部１１ａにも接触していないこと、又は左上方電極部１１ａの検出領域から外れることが考えられる。
この場合に、左上方電極部１１ａの代わりに左前方電極部１３ａを用いるようにすることで、心電をより正確に検出することができる。

そして、図７に示すように、車両の左折時に左操舵状態にあるときは、着座者Ｈの上半身右側がシートバックＳ１から離れることがある。
この場合には、演算処理装置２２は、着座者Ｈの上半身右側とシートバックＳ１とが非接触状態にあることを示す圧力センサ６０から受ける信号に基づいて、図４に示すように、左上方電極部１１ａと左前方電極部１３ａとから心電を検出する。
このように、左操舵状態において、着座者Ｈの上半身右側にある右上方電極部１１ｂを用いず、代わりに左前方電極部１３ａを用いるようにすることで、心電をより正確に検出することができる。

つまり、着座者Ｈの上半身右側がシートバックＳ１に接触していないことにより、シートバックＳ１に設けられた右上方電極部１１ｂにも接触していないこと、又は、右上方電極部１１ｂの検出領域から外れることが考えられる。
この場合に、右上方電極部１１ｂの代わりに左前方電極部１３ａを用いるようにすることで、心電をより正確に検出することができる。

上記構成において、右前方電極部１３ｂではなく、左前方電極部１３ａを用いることで、アクセルやブレーキ操作のために動きやすい着座者Ｈの右脚ではなく、動きにくい左脚から心電を検出できるため好ましい。
特に、左上方電極部１１ａ又は右上方電極部１１ｂのいずれかの検出範囲内から着座者Ｈが離れた位置にあると判定した場合に、左前方電極部１３ａを検出対象とするように、予め設定することで、演算処理装置２２の処理負荷を低減することができる。
詳細には、この場合における、左前方電極部１３ａと右前方電極部１３ｂとのどちらを検出対象とするかの選定のための処理が不要となるため、演算処理装置２２の処理負荷を低減し、データ欠損を抑制することができる。

しかし、姿勢等によって得られる信号の精度が左右されるため、右前方電極部１３ｂからの心電の方が安定した数値である場合には、右前方電極部１３ｂからの信号を検出するものとしてもよい。

なお、上記のようにして心電を検出するものとして選定された上方電極部１１の左上方電極部１１ａ、右上方電極部１１ｂ、前方電極部１３の左前方電極部１３ａ又は右前方電極部１３ｂの組合せを電極ペアともいう。

（演算処理装置２２による制御について）
次に、演算処理装置２２による制御の流れを、図８を参照して説明する。ここで、図８は、心電を検出する電極部の組合せを選択して、モニタ２３に心電図を表示するフローを示す図である。

まず、演算処理装置２２は、着座者Ｈの背中が左上方電極部１１ａ及び右上方電極部１１ｂの検出範囲内にあるかを、圧力センサ６０から得られた信号に基づいて判断する（ステップＳ１）。
着座者Ｈの背中が左上方電極部１１ａ及び右上方電極部１１ｂの検出範囲内にあれば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、左上方電極部１１ａ及び右上方電極部１１ｂの電極ペアを選択する（ステップＳ２）。

着座者Ｈの背中が左上方電極部１１ａ及び右上方電極部１１ｂのいずれかの検出範囲から外れていれば（ステップＳ１：Ｎｏ）、着座者Ｈの背中が左上方電極部１１ａの検出範囲内にあるかを圧力センサ６０から得られた信号に基づいて判断する（ステップＳ３）。
着座者Ｈの背中が左上方電極部１１ａの検出範囲内にあれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、左上方電極部１１ａ及び左前方電極部１３ａの電極ペアを選択する（ステップＳ４）。

着座者Ｈの背中が左上方電極部１１ａの検出範囲から外れていれば（ステップＳ３：Ｎｏ）、着座者Ｈの背中が右上方電極部１１ｂの検出範囲内にあるかを圧力センサ６０から得られた信号に基づいて判断する（ステップＳ５）。
着座者Ｈの背中が右上方電極部１１ｂの検出範囲内にあれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、右上方電極部１１ｂ及び左前方電極部１３ａの電極ペアを選択する（ステップＳ６）。

着座者Ｈの背中が右上方電極部１１ｂの検出範囲から外れていれば（ステップＳ５：Ｎｏ）、左前方電極部１３ａ及び右前方電極部１３ｂの電極ペアを選択する（ステップＳ７）。

その後、演算処理装置２２は、上記電極ペアから検出された心電により、モニタ２３に着座者Ｈの心電図を表示する（ステップＳ８）。

このようにして、カーブ走行時等、着座者Ｈの姿勢に変化が生じて、心電センサを構成する複数の電極部の一部が有する検出範囲から着座者Ｈが外れた位置にあるときでも、他の電極部を選択することで、着座者Ｈの心電を、データ欠損を抑制して検出することが可能となる。

＜変形例＞
上記実施形態においては、圧力センサ６０から得られる信号によって、着座者Ｈが心電センサを構成する複数の電極部の検出範囲内にあるかを演算処理装置２２が判定するものとして説明したが、本発明はこのような構成に限定されない。

例えば、圧力センサ６０の代わりに、又は併用するようにして、図９に示すようにハンドル６５のステアリングシャフト６５ａに取り付けられた車両状態検出部としての操舵角センサ６１によって、ハンドル６５の操舵角を検出して、心電を検出する電極部を選定するようにしてもよい。

つまり、演算処理装置２２は、操舵角センサ６１による操舵角を示す信号により右操舵状態にあると判定したときには、右上方電極部１１ｂと左前方電極部１３ａとから心電を検出し、左操舵状態にあると判定したときには、左上方電極部１１ａと左前方電極部１３ａとから心電を検出し、通常状態にあると判定したときには、左上方電極部１１ａと右上方電極部１１ｂとから心電を検出するようにしてもよい。

このような構成によれば、圧力センサ６０を別個に取り付けることなく、電動パワーステアリングに用いられる操舵角センサ６１を用いて、着座者Ｈの心電を、データ欠損を抑制して検出することが可能となる。

上記実施形態においては、後方電極部１２をアース電極部とするものとして説明したが、本発明は、このような構成に限られず、６つの電極部のうち、任意の１箇所がアース電極部となるように設定してもよい。
特に、アース電極部については、任意の位置に別に設けてもよく、例として２つの容量結合型センサの間に設けてもよい。そのようにすれば、アース電極部と乗員との接触状態が良好となり、アース電極部からアース電位を安定して供給することができる。

さらには、上記実施形態においては、着座者の動作に応じて、心電を検出するのに好適な電極部を選択するものとして説明したが、身体情報を取得する検出部を選択するというものであれば、このような構成に限られない。
例えば、心電センサではなく、着座者の呼吸間隔を検出する圧力センサから成る呼吸センサに適用するようにしてもよい。
具体的には、シートに複数の圧力センサを設け、着座者の動作に応じて、着座者の呼吸状態を最も反映する位置にある圧力センサを圧力信号の検出対象として選定するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、車両用シートを例に説明したが、本発明はこのような構成に限定されず、産業機器用、飛行機用又は船舶その他の用途で用いられるシートに適用することが可能である。

Ｈ 着座者
Ｓ 車両用シート
Ｓ１ シートバック
Ｓ１ａ クッションパッド
Ｓ１ｂ 表皮材
Ｓ２ シートクッション
Ｓ２ａ クッションパッド
Ｓ２ｂ 表皮材
１１ 上方電極部（生体信号検出部）
１１ａ 左上方電極部（生体信号検出部、電極ペア）
１１ｂ 右上方電極部（生体信号検出部、電極ペア）
１２ 後方電極部
１３ 前方電極部（生体信号検出部）
１３ａ 左前方電極部（生体信号検出部、電極ペア）
１３ｂ 右前方電極部（生体信号検出部、電極ペア）
２１ 検出回路
２２ 演算処理装置
２３ モニタ
６０ 圧力センサ（動き検出部）
６１ 操舵角センサ（車両状態検出部）
６５ ハンドル
６５ａ ステアリングシャフト

Claims (3)

1. 着座者の生体信号を検出する複数の生体信号検出部と、
   前記複数の生体信号検出部から得られた前記生体信号を演算するための演算処理装置と、
   前記複数の生体信号検出部とは別に、前記着座者の動きを検出する動き検出部と、を備え、
   前記演算処理装置は、前記着座者の動きに応じて前記動き検出部から得られた信号に基づいて、前記複数の生体信号検出部から所定の生体信号検出部を選定して、前記着座者の心電を検出し、
   前記動き検出部は、前記生体信号検出部よりもシート幅方向外側に配置されていることを特徴とする車両用シート。
2. 前記複数の生体信号検出部は、複数の電極ペアからなり、前記着座者の心電を検出する心電センサであり、
   前記演算処理装置は、前記着座者の動きに応じて、前記複数の電極ペアから少なくとも１つの電極ペアを選定して前記着座者の心電を検出することを特徴とする請求項１に記載の車両用シート。
3. 前記動き検出部は、圧力センサであって、
   前記演算処理装置は、前記圧力センサから検出される圧力の変化量が一定の値を越えたときに、前記着座者の姿勢が変化したとみなす請求項１に記載の車両用シート。

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