Brevet FR2674978A1 — publié le 19921009

Dispositif de détection de la baisse du niveau de vigilance et procédé mis en oeuvre par ledit dispositif La présente invention concerne le domaine de I'étude et de la prédiction du comportement humain, plus particulièrement dans le cadre de la sécurité routière, et a pour objet un dispositif de détection de la baisse du niveau de vigilance, notamment d'un conducteur d'un véhicule ou d'un engin, ainsi que le procédé mis en oeuvre par ce dispositif. Il existe actuellement déjà différents dispositifs et procédés permettant de déterminer le moment de l'endormissement d'un sujet ou les variations du niveau de vigilance de ce dernier. Ainsi, il est connu de relever et d'analyseur l'activité et les émissions cérébrales, la fréquence cardiaque, les mouvements palpébraux et/ou le tonus musculaire du sujet examiné, en vue de déterminer l'état de fatigue ou de vigilance dudit sujet. Néanmoins, les dispositifs nécessaires à ces analyses sont trop encombrants et trop sensibles pour pouvoir être embarqués dans un véhicule ou un engin, et les capteurs mis en oeuvre pour relever les signaux correspondants entre nent des contraintes importantes pour le sujet étudié. Par ailleurs, les indicateurs physiologiques précités manquent de spécificité et n'autorisent en aucun cas une prédiction fiable de l'assoupissement. On connaît également des systèmes, embarqués dans des véhicules automobiles, relevant les micro-mouvements du volant de direction, exécutés plus fréquemment par le conducteur à l'état éveillé et vigilant, qu'au moment de l'assoupissement. Toutefois, le manque de fiabilité de cet indicateur a déjà entraîné l'abandon partiel de ce type de dispositif. Le problème posé à la présente invention consiste, par conséquent, à concevoir un dispositif non contraignant permettant de détecter la baisse du niveau de vigilance d'un sujet et de prédire avec une grande fiabilité le moment de son assoupissement. Par ailleurs, ledit dispositif devra présenter une structure simple et peu encombrante, autorisant son installation en série à bord de véhicules ou d'engins quelconques. Ce problème est précisément résolu par l'invention grâce au dispositif de détection de la baisse du niveau de vigilance notamment d'un conducteur de véhicule ou de toute autre machine nécessitant une attention continue de son opérateur, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par un capteur non contraignant d'un signal correspondant aux mouvements respiratoires, d'autre part, par un module de préfiltrage et de mise en forme du signal relevé par le capteur, et, enfin, par un module de traitement et d'exploitation en temps réel dudit signal respiratoire, relié à un dispositif d'alarme, ledit dispositif de détection, de constitution compacte, étant destiné, plus particulièrement, à être embarqué à bord d'un véhicule automobile ou d'un engin similaire. L'invention a également pour objet un procédé de détection mis en oeuvre par ledit dispositif, caractérisé en ce qu'il consiste à relever les variations d'impédance entre les mains du conducteur, entraînées par les mouvements respiratoires de ce dernier, à filtrer et à mettre en forme le signal résultant, à extraire dudit signal un ou des paramètres spécifiques relatifs aux différents cycles respiratoires consécutifs, à comparer, en temps réel, les valeurs desdits paramètres entre eux, à effectuer les opérations précédentes jusqu'à ce que les critères caractéristiques de la baisse du niveau de vigilance soient détectés, et à avertir alors, le cas échéant, le conducteur au moyen d'un dispositif d'alarme. L'invention sera mieux comprise grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisa tion préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels la figure 1 est un schéma synoptique du dispositif de détection conforme à l'invention ; la figure 2 est un schéma électrique d'un mode de réalisation du module de préfiltrage et de mise en forme faisant partie du dispositif représenté à la figure 1, et, la figure 3 est un schéma électrique d'un mode de réalisation du module de traitement et d'exploitation faisant partie du dispositif représenté à la figure 1. Conformément à l'invention, et comme le montre notamment la figure 1 des dessins annexés, le dispositif de détection de la baisse du niveau de vigilance est principalement constitué, d'une part, par un capteur 2 non contraignant d'un signal correspondant aux mouvements respiratoires, d'autre part, par un module 3 de préfiltrage et de mise en forme du signal relevé par le capteur 2, et, enfin, par un module 4 de traitement et d'exploitation en temps réel dudit signal respiratoire, relié à un dispositif d'alarme 5, ledit dispositif de détection 1, de constitution ccmpacte, étant destiné, plus particulièrement, à être embarqué à bord d'un véhicule automobile ou d'un engin similaire. Par conséquent, l'indicateur physiologique utilisé pour détecter la baisse de vigilance et prévoir ainsi l'endormissement plus ou moins imminent du sujet, est le rythme respiratoire. De nombreuses expériences, effectuées par les inventeurs, ont, en effet, montré que le rythme respiratoire se modifie nettement dans la ou les minutes précédant l'assoupissement du sujet et revêt un caractère régulier, inexistant en cas de vigilance ou d'attention soutenue. De plus, il ressort également de ces expériences que la régularisation de la respiration et, notamment des cycles respiratoires constituent un critère de pré diction de l'assoupissement et un indicateur physiologique de la baisse du niveau de vigilance du sujet, possédant une très grande sensibilité ainsi qu'une spécificité élevée. Par rapport aux indicateurs physiologiques analysés dans les dispositifs connus de l'art antérieur, et dont l'exploitation entraîne uniquement la détection de l'instant de l'assoupissement ou de l'endormissement, le rythme respiratoire et, plus précisément, la structure des cycles respiratoires autorisent, par contre, la prévision, par anticipation, de l'imminence de l'assoupissement ou de l'endormissement et permettent d'avertir le conducteur ou l'opérateur, notamment lorsque les signaux informatifs relevés sont traités et exploités par un dispositif travaillant en temps réel. Selon une première caractéristique de l'invention, représentée aux figures 1 et 2 des dessins annexés, le capteur 2 se présente sous la forme de deux électrodes conductrices 6 et 6', intégrées dans le volant de direction ou l'organe de commande et de guidage correspondant, et permettant de relever les variations d'impédance entre les mains du conducteur résultant des mouvements respiratoires de ce dernier. L'acquisition du signal correspondant aux mouvements respiratoires s'effectue, par conséquent, sans aucune contrainte pour le conducteur ou l'opérateur, et en l'absence de toute gêne physique pouvant influencer le conducteur ou l'opérateur dans l'exécution de ses mouvements. Comme le montrent les figures 1 et 2 des dessins annexés, le module 3 de filtrage et de mise en forme est composé, d'une part, d'un amplificateur 7 à entrées différentielles 8, 8', relié aux électrodes 6, 6' du capteur 2 et suivi d'un oscillateur 9 à amplitude variable et d'un détecteur de crête 10, d'autre part, d'un filtre passe-bande 11, dont la fréquence de coupure basse est asservie à l'amplitude du signal relevé au moyen d'un double comparateur 12, et, enfin, d'un filtre passe-bas 13 à au moins un étage 14, et préférentiellement à quatre étages 14, 14', 14" et 14"' . Le module 3 comporte, en outre, des dispositifs 15, 15' de réglage du niveau zéro du signal ainsi qu'un circuit 16 d'interface avec le module 4. Comme le montrent également la figure 1, et, plus précisément la figure 3 des dessins annexés, le module 4 de traitement comprend, d'une part, un circuit de filtrage 16 passe-bas à capacités commutées, d'autre part, un circuit 17 à fonction dérivative, précédé, le cas échéant, par un amplificateur à gain réglable 18, et, enfin, une unité de traitement 19 à mémoire déterminant les valeurs successives d'un ou de plusieurs paramètres spécifiques T, R relatifs aux cycles respiratoires relevés et comparant les valeurs du ou desdits paramètres T, R entre eux, le dispositif d'alarme 5 étant actionné ou non en fonction du résultat desdites comparaisons. Les figures 2 et 3 représentent, à titre d'exemple, un mode de réalisation pratique des modules 3 et 4 conforme à l'invention. Ainsi, l'unité de traitement 19 est avantageusement un circuit intégré du type connu sous la désignation 68HC811 E2 par la société Motorola, et le circuit de filtrage 16 est préférentiellement un circuit intégré du type connu sous la désignation MF 10 par la société National Semiconductor. Les amplificateurs opérationnels 20 et 20' mis en oeuvre sont, quant à eux, respectivement, d'une part, du type connu sous la désignation TLO64 par la société Texas Instrument et, d'autre part, du type connu sous la désignation LM 318 par la société National Semiconductor. Par ailleurs, les transistors 20" et les diodes 21 utilisés pour la réalisation du module 3 (figure 2) sont, respectivement, d'une part, du type connu sous la désignation BC 264 par la société SGS Thomson, et, d'autre part, du type connu sous la désignation 1N 4148 par la société SGS Thomson. Le circuit 17 à fonction dérivative se présente sous la forme d'une porte inverseuse à déclenchement, délivrant à sa sortie un signal à deux états dépendant du signe de la dérivée du signal d'entrée, et consiste, préférentiellement, en un circuit du type connu sous la désignation 74 C 14 par la société National Semiconductor. Conformément à une caractéristique de l'invention, représentée en partie sur la figure 3 des dessins annexés, la fréquence de coupure du circuit de filtrage 16 est, soit fixée par une horloge externe 22, soit asservie à la fréquence du signal respiratoire relevé (variante non représentée). L'horloge 22 est avantageusement constituée par deux portes inverseuses 23, 23', du type connu sous la désignation 74 H C 00 par la société National Semiconductor, montées en boucle de manière à constituer un oscillateur. Comme le montrent également les figures 1 et 3 des dessins annexés, le module 4 de traitement comporte également, d'une part, un dispositif 24 de remise à zéro et d'initialisation, et, d'autre part, des dispositifs 25, 26 de réglage des facteurs et critères de comparaison mutuelle des paramètres relatifs aux cycles respiratoires relevés entre eux. Lesdits dispositifs 25, 26 permettent de régler la précision des comparaisons à réaliser et de fixer le nombre de cycles respiratoires à prendre en considération pour réaliser lesdites comparaisons. Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, non représentée aux dessins annexés, le dispositif de détection 1 comporte des électrodes conductrices supplémentaires, disposées sur des surfaces susceptibles de servir de supports à l'une des mains du conducteur, telles que, le pommeau du levier de vitesse, l'accoudoir de la portière du véhicule ou autre. L'alimentation du dispositif de détection 1 pourra être réalisée par l'intermédiaire d'un ou de sieurs circuits d'alimentation stabilisé, en fonction des types de composants électroniques constituant lesdits modules 3 et 4, lesdits circuits d'alimentation stabilisée étant reliés à la batterie du véhicule ou au système électrique de l'engin considéré. L'invention a également pour objet un procédé de détection de la baisse du niveau de vigilance, mis en oeuvre par le dispositif de détection décrit ci-dessus, consistant à relever les variations d'impédance entre les mains du conducteur, entraînées par les mouvements respiratoires de ce dernier, à filtrer et à mettre en forme le signal résultant, à extraire dudit signal un ou des paramètres T, R spécifiques relatifs aux différents cycles respiratoires consécutifs, à comparer, en temps réel, les valeurs desdits paramètres T, R entre eux, à effectuer les opérations précédentes jusqu'à ce que les critères de la baisse du niveau de vigilance soient détectés, et, à avertir alors, le cas échéant, le conducteur au moyen d'un dispositif d'alarme 5. Conformément à une caractéristique de l'invention les paramètres T, R utilisés sont le rapport R entre la durée de l'inspiration et la durée de l'expiration et, éventuellement, la durée totale T du cycle respiratoire. Le procédé de détection consiste plus précisément à déterminer pour chaque cycle respiratoire les valeurs des paramètres T, R correspondant, à mémoriser continuellement les valeurs des paramètres T, R relatives aux n derniers cycles respiratoires, n étant supérieur ou égal à 1, à déterminer le ou les coefficients de dispersion des valeurs de ces paramètres T, R, et à comparer la ou les valeur(s) du ou des coefficients de dispersion à une ou des valeurs de consigne. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé de détection peut, en outre, consister à relever également les variations de vitesse du véhicule ou de l'engin et/ou les changements de direction et/ou l'actionnement d'un instrument ou d'un appareil quelconque intégré dans le tableau de bord du véhicule ou de l'engin considéré, et à utiliser les informations résultantes en tant que critères supplémentaires pour l'estimation de la baisse de vigilance du conducteur. Grâce à l'invention, il est donc possible de concevoir et de réaliser un dispositif de détection de la baisse de vigilance et de prévision de l'assoupissement, pouvant être embarqué à bord d'un véhicule ou d'un engin quelconque et présentant une très grande sensibilité et une spécificité élevée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la baisse du niveau de vigilance, notamment d'un conducteur d'un véhicule automobile ou de toute autre machine nécessitant une attention continue de son opérateur, caractérisé en ce qu'il est principalement constitué, d'une part, par un capteur (2) non contraignant d'un signal correspondant aux mouvements respiratoires, d'autre part, par un module (3) de préfiltrage et de mise en forme du signal relevé par le capteur (2), et, enfin, par un module (4) de traitement et d'exploitation en temps réel dudit signal respiratoire, relié à un dispositif d'alarme (5), ledit dispositif de détection (1), de constitution compacte, étant destiné, plus particulièrement, à être embarqué à bord d'un véhicule automobile ou d'un engin similaire. 2. Dispositif de détection, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur (2) se présente sous la forme de deux électrodes conductrices (6 et 6'), intégrées dans le volant de direction ou l'organe de commande et de guidage correspondant, et permettant de relever les variations d'impédance entre les mains du conducteur, résultant des mouvements respiratoires de ce dernier. 3. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le module (3) de filtrage et de mise en forme est composé, d'une part, d'un amplificateur (7) à entrées différentielles (8, 8'), relié aux électrodes (6, 6') du capteur (2) et suivi d'un oscillateur (9) à amplitude variable et d'un détecteur de crête (10), d'autre part, d'un filtre passe-bande (11), dont la fréquence de coupure basse est asservie à l'amplitude du signal relevé au moyen d'un double comparateur (12), et, enfin, d'un filtre passe-bas (13) à au moins un étage (14). 4. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le module (4) de traitement comprend, d'une part, un circuit de filtrage (16) passe-bas à capacités commutées, d'autre part, un circuit (17) à fonction dérivative, précédé, le cas échéant, par un amplificateur à gain réglable (18), et, enfin, une unité de traitement (19) à mémoire, déterminant les valeurs successives d'un ou de plusieurs paramètres spécifiques (T, R) relatifs aux cycles respiratoires relevés et comparant les valeurs du ou desdits paramètres (T, R) entre eux, le dispositif d'alarme (5) étant actionné ou non en fonction du résultat desdites comparaisons. 5. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de coupure du circuit de filtrage (16) est, soit fixée par une horloge externe (22), soit asservie à la fréquence du signal respiratoire relevé. 6. Dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que le module (4) de traitement comporte également, d'une part, un dispositif (24) de remise à zéro et d'initialisation, et, d'autre part, des dispositifs (25, 26) de réglage des facteurs et critères de comparaison des paramètres relatifs aux cycles respiratoires relevés entre eux. 7. Dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des électrodes conductrices supplémentaires, disposées sur des surfaces susceptibles de servir de supports à l'une des mains du conducteur, telles que, le pommeau du levier de vitesse, l'accoudoir de la portière du véhicule ou autre. 8. Procédé de détection de la baisse de vigilance, notamment d'un conducteur d'un véhicule automobile ou de toute autre machine nécessitant une attention continue de son opérateur, mis en oeuvre par le dispositif de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à relever les variations d'impédance entre les mains du conducteur, entraînées par les mouvements respiratoires de ce dernier, à filtrer et à mettre en forme le signal résultant, à extraire dudit signal un ou des paramètres (T, R) spécifiques relatifs aux différents cycles respiratoires consécutifs, à comparer, en temps réel, les valeurs desdits paramètres (T, R) entre eux, à effectuer les opérations précédentes jusqu'à ce que les critères de la baisse du niveau de vigilance soient détectés, et, à avertir alors, le cas échéant, le conducteur au moyen d'un dispositif d'alarme (5). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les paramètres (T, R) utilisés sont le rapport (R) entre la durée de l'inspiration et la durée de l'expiration et la durée totale (T) du cycle respiratoire. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il consiste à mémoriser continuellement les valeurs des paramètres (T, R) relatifs aux n derniers cycles respiratoires, n étant supérieur ou égal à 1, à déterminer le ou les coefficients de dispersion des valeurs de ces paramètres (T, R) et à comparer la ou les valeur(s) du ou des coefficients de dispersion à une ou des valeurs de consigne. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il consiste, en outre, à relever également les variations de vitesse du véhicule ou de l'engin et/ou les changements de direction et/ou l'actionnement d'un instrument ou d'un appareil quelconque intégré dans le tableau de bord du véhicule ou de l'engin considéré, et, à utiliser les informations résultantes en tant que critères supplémentaires pour l'estimation de la baisse de vigilance.