(57)【要約】【課題】乗員の覚醒状態を判断する。【解決手段】乗員の覚醒状態を判断する装置は、シートベルトのベルト部分を固定する部分に設けられ、該シートベルトを装着して着座する乗員の呼吸を検出する圧力センサと、該圧力センサの検出値に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニットと、を備える。圧力センサは、シートベルトの固定用バックル、固定用タング、固定用ロアアンカー、または固定用ショルダーアンカーに設けられる。このような配置により、乗員の体型および姿勢の依存せず、加速度の影響が軽減された、圧力センサの検出値を得ることができる。一実施形態では、制御ユニットは、圧力センサの検出値と、乗員の覚醒状態を示す基準値とを比較し、該比較結果に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する。比較は、圧力センサの検出値の周期と、該周期の安定度の両方について行われることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートベルトのベルト部分を固定する部分に設けられ、該シートベルトを装着して着座する乗員の呼吸を検出する圧力センサと、
前記圧力センサの検出値に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニットと、
を備える、乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項２】
前記圧力センサは、前記シートベルトの固定用バックルに設けられる、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項３】
前記圧力センサは、前記シートベルトの固定用タングに設けられる、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項４】
前記圧力センサは、前記シートベルトの固定用ロアアンカーに設けられる、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項５】
前記圧力センサは、前記シートベルトの固定用ショルダーアンカーに設けられる、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項６】
前記圧力センサは空気袋を備え、該空気袋内の空気の圧力を検出する、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、さらに、
前記圧力センサの検出値と、前記乗員の覚醒状態を示す基準値とを比較する比較器と、
前記比較器の比較結果に基づいて、前記乗員の覚醒状態のレベルを判断する判断回路と、
をさらに備える、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項８】
前記基準値は、前記乗員が覚醒状態にある時の該乗員の呼吸波形の周期であり、
前記比較器は、前記圧力センサの検出値に基づく呼吸波形の周期と、前記基準値とを比較する、請求項７に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項９】
前記制御ユニットは、さらに、
前記圧力センサの検出値に基づく呼吸波形の周期の安定度を表す指標を算出する安定度算出回路を備え、
前記比較器は、前記安定度算出回路によって算出された指標と、前記基準値の安定度を表す指標とを比較する、請求項８に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【請求項１０】
車両に設けられた衝突センサによって該車両の衝突が検知されたことに応答して、救急センターへの通報を実施する通報手段をさらに備え、
前記救急センターへの通報は、前記圧力センサの検出値を該救急センターへ送信することを含む、請求項１に記載の乗員の覚醒状態を判断する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の乗員の呼吸を検出することにより、該乗員の覚醒状態を判断する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力センサを用いて、乗員の居眠り状態を検出する手法が提案されている。例えば、シートベルトのベルト部分に、シートベルトの装着者の呼吸により生じるベルトの張力または曲げの変動を検出するセンサを備え、該センサの出力から呼吸数を算出して、該装着者が居眠り状態にあるかどうかを判断する手法が提案されている。このセンサは、圧電素子またはひずみゲージから構成されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、運転手の居眠り運転を防止するため、運転手が着座した時に該運転手の体圧のかかる座席部分に、圧力センサを封入した密閉の空気袋を設け、運転手の体動を検出する手法がある（例えば、特許文献２）。
【０００４】
さらに、圧力センサを封入した密閉の空気袋を、シートベルトのベルト部分や座席に設け、運転手の生体情報を収集する手法がある（例えば、特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２７６００１９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００２−１８７４５０号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２００１−２８６４４８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
シートベルトのベルト部分にセンサを設けると、乗員の体格または姿勢に依存してシートベルトの長さが変動するので、該センサの乗員に接触する位置が変動するおそれがある。また、乗員が着座する姿勢の変化により、圧力センサの検出値が変動するおそれもある。さらに、シートベルトを巻き取る場合などに、センサが嵩張り、ひいてはセンサが損なわれるおそれがある。
【０００９】
シートベルトのベルト部分や座席部分にセンサを設けると、センサの検出値が加速度の影響を受けやすい。図１３は、座席の背面に圧力センサを設けた場合の、車速の波形１０１、圧力センサの検出値の波形１０２、および加速度の波形１０３を示す。加速度の変動に応じて圧力センサの検出値も変動することがわかる。このことは、圧力センサの検出値から呼吸成分のみを良好な精度で抽出することを困難にする。
【００１０】
したがって、乗員の体格および姿勢に依存しないで、乗員の覚醒状態を判断することができる装置が必要とされている。さらに、加速度の影響を軽減して、乗員の覚醒状態を良好な精度で判断することができる装置が必要とされている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の一つの側面によると、乗員の覚醒状態を判断する装置は、シートベルトのベルト部分を固定する部分に設けられ、該シートベルトを装着して着座する乗員の呼吸を検出する圧力センサと、圧力センサの検出値に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニットと、を備える。この発明によると、乗員の体格および姿勢に依存することなく、乗員の覚醒状態を判断することができる。また、シートベルトのベルト部分を固定する部分にセンサが設けられるので、加速度の影響を軽減することができる。
【００１２】
この発明の一実施形態においては、圧力センサは、シートベルトの固定用バックルに設けられる。
【００１３】
この発明の他の実施形態においては、圧力センサは、シートベルトの固定用タングに設けられる。
【００１４】
この発明の他の実施形態においては、圧力センサは、シートベルトの固定用ロアアンカーに設けられる。
【００１５】
この発明の他の実施形態においては、圧力センサは、シートベルトの固定用ショルダーアンカーに設けられる。
【００１６】
この発明の一実施形態によると、圧力センサは空気袋を備え、該空気袋内の空気の圧力を検出する。空気袋を用いることで、ひずみゲージやサーミスタに比べて良好なゲインを得ることができる。
【００１７】
この発明の一実施形態においては、上記の制御ユニットは、圧力センサの検出値と、乗員の覚醒状態を示す基準値とを比較する比較器と、該比較結果に基づいて、乗員の覚醒状態のレベルを判断する判断回路と、を備える。
【００１８】
本発明の一実施形態によると、基準値は、乗員が覚醒状態にある時の該乗員の呼吸波形の周期である。比較器は、圧力センサの検出値に基づく呼吸波形の周期と、該基準値とを比較する。周期を比較することにより、より良好な精度で、乗員の覚醒状態のレベルを求めることができる。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、制御ユニットは、さらに、圧力センサの検出値に基づく呼吸波形の周期の安定度を表す指標を算出する安定度算出回路を備える。比較器は、該安定度算出回路によって算出された指標と、基準値の安定度を表す指標とを比較する。周期および該周期の安定度を表す指標の両方を用いることにより、覚醒状態の判断を、より信頼性の高いものとすることができる。さらに、覚醒状態のレベルを、より詳細に求めることができる。
【００２０】
本発明の一実施形態によると、乗員の覚醒状態を判断する装置は、さらに、車両に設けられた衝突センサによって該車両の衝突が検知されたことに応答して、救急センターへの通報を実施する通報手段を備える。救急センターへの通報は、上記の圧力センサの検出値を該救急センターへ送信することを含む。この発明によれば、衝突が起こった際、乗員の身体の状態を即座に救急センターに知らせることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の一実施形態に従う、圧力センサの配置を示す図である。
【００２２】
図１の（ａ）は、乗員がシートベルト２を装着して、座席１に座っている様子を示す。乗員は、シートベルト２のベルト部分に取り付けられたタング３を、バックル４にはめこむことにより、該シートベルト２を装着する。圧力センサは、該固定用バックル４に設けられている。
【００２３】
図１の（ｂ）は、固定用バックル４の拡大図を示す。図１の（ｃ）は、固定用バックル４の側面図を示す。圧力センサ５は、空気袋６および圧力−電気変換器７を備える。空気袋６は密閉されている。乗員が呼吸すると、シートベルトの張力に変化が生じ、これにより、空気袋６内の空気の圧力が変化する。空気袋６は、機密性を有する柔軟な金属、ゴム、プラスチック、布、紙などで製作されることができる。
【００２４】
圧力センサ５は、固定用バックル４の本体部分１１と、該本体部分１１に対面して設けられた付着部分１２の間に挿入される。圧力センサ５の空気袋６は、本体部分１１および付着部分１２に接するよう設けられる。
【００２５】
空気袋６は、チューブ８を介して圧力−電気変換器７に連結される。圧力−電気変換器７は、空気袋６内の空気の圧力を電気信号として出力し、該電気信号は、電気コード９を介して端子１０に送られる。代替的に、圧力−電気変換器７を空気袋６内に設けてもよい。
【００２６】
図２は、この発明の他の実施形態に従う、圧力センサの配置を示す図である。図２の（ａ）は、乗員がシートベルト２を装着して座席１に着座している様子を示す。圧力センサ５は、ベルト部分に連結されたタング３に設けられている。
【００２７】
図２の（ｂ）は、タング３の拡大図を示す。タング３には、シートベルト２のベルト部分１１が巻き付けられている。圧力センサ５は、空気袋６および圧力−電気変換器７を備える。空気袋６は、ベルト部分１１とタング３の間に設けられる。空気袋６は、図１のものと同様の構成を有することができる。
【００２８】
空気袋６は、チューブ８を介して圧力−電気変換器７に連結される。圧力−電気変換器７は、空気袋６内の空気の圧力を電気信号として出力し、該電気信号は、電気コード９を介して端子１０へと送られる。代替的に、圧力−電気変換器７を空気袋６内に設けてもよい。
【００２９】
図３に示されるように、圧力センサ５を、シートベルト２の固定用ロアアンカー１５または固定用ショルダーアンカー１６に設けてもよい。図１の取り付け手法を用いて、これらのアンカーに圧力センサ５を取り付けることができる。
【００３０】
このように、シートベルトのベルト部分を固定する部分に圧力センサを設けることにより、乗員の体格および姿勢に依存することなく、乗員の呼吸の脈動を検出することができる。
【００３１】
図４は、この発明の一実施形態に従う、圧力センサ５に接続される回路の一例である。図１または図２の端子１０を介して、圧力センサ５からの電気信号は増幅回路１７によって増幅される。増幅された電気信号は、フィルタ１８によって高周波のノイズ等が除去される。
【００３２】
フィルタ１８の出力は制御ユニット１９に渡される。制御ユニット１９は、圧力センサ５の検出値に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する。
【００３３】
図５は、従来手法に従う、サーミスタおよび歪ゲージを用いたセンサによって検出された乗員の呼吸波形２１および２２と、本願発明の一実施形態に従う、空気袋を用いた圧力センサ５によって検出された乗員の呼吸波形２３とを示す。空気袋を用いたセンサによって呼吸の脈動を検出すると、良好なゲインを得られることがわかる。
【００３４】
図６は、この発明の一実施形態に従う、加速度センサによって検出された加速度の波形２４と、フィルタ１８から出力された圧力センサ５の検出値の波形２５を示す。圧力センサ５の検出値への加速度の影響が軽減されていることがわかる。このように、図１〜図３に示されるように圧力センサ５を配置することにより、乗員の呼吸の脈動を、シートベルトの応力の変化を介して、加速度の影響を受けることなく良好に検出することができる。
【００３５】
図６に示される波形２５は、乗員が覚醒状態にある時の、フィルタ１８から出力される圧力センサ５の検出値の波形である。また、図７は、乗員の覚醒度が低下している時の、フィルタ１８から出力される圧力センサ５の検出値の波形２６を示す。波形２５と波形２６とを比較して明らかなように、乗員の覚醒度が低下すると、呼吸波形の周期が長くなる。
【００３６】
図８は、乗員の覚醒状態に応じた、呼吸波形の周期の平均値と、呼吸波形の周期の標準偏差の一例を示す。参照番号３１および３２は、一般道路において乗員が覚醒状態にある時の、呼吸波形の周期の平均値および該周期の標準偏差をそれぞれ示す。平均周期は３．１６秒であり、標準偏差は０．３４である。呼吸は比較的安定しており、よって標準偏差も比較的低い。
【００３７】
参照番号３３および３４は、高速道において乗員の覚醒度が低下している時の、呼吸波形の周期の平均値および該周期の標準偏差をそれぞれ示す。平均周期は３．９５秒であり、覚醒状態における平均周期３１に比べて長い。高速道では、車線変更やブレーキ操作等による緊張状態が発生することがあるので、覚醒度にばらつきが生じる。これにより、標準偏差は０．５８となり、一般道路の標準偏差３２に比べて値が大きくなっている。
【００３８】
参照番号３５および３６は、高速道および一般道路において乗員が居眠り状態にある時の、呼吸波形の周期の平均値および該周期の標準偏差をそれぞれ示す。平均周期は４．３９秒であり、覚醒状態の平均周期３１および覚醒低下状態の平均周期３３に比べてさらに長くなる。居眠り状態にあるので、標準偏差は０．２１となり、バラツキがかなり小さくなる。
【００３９】
このように、覚醒度が低下するにつれ、呼吸波形の周期は長くなる。特に、居眠り状態においては、覚醒状態に比べて平均周期が１秒以上も長い。したがって、周期を観察することにより、覚醒状態を判断することができる。
【００４０】
また、居眠り状態は、覚醒状態に比べて周期が長く、かつ標準偏差が小さいことがわかる。さらに、覚醒状態に比べて周期が長く、かつ標準偏差が高いと、覚醒度がすでに低下している可能性があることがわかる。このように、呼吸波形の周期および標準偏差を観察することにより、居眠り状態および覚醒度が低下した状態を判断することができる。
【００４１】
図９は、この発明の一実施形態に従う、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニット１９の機能ブロック図である。機能ブロックは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実現されることができる。
【００４２】
アナログ／デジタル変換器２１は、フィルタ１８からの出力信号をデジタル値に変換する。周期検出回路２２は、圧力センサ５の検出値の極大値（または極小値）を検出することにより、該圧力センサ５の検出値の周期を算出する。平均回路２３は、所定時間にわたって検出された周期の平均値を算出する。平均値を算出する手法として、移動平均法を用いてもよい。
【００４３】
メモリ２９には、乗員が覚醒している時に圧力センサ５によって予め検出された呼吸波形の周期の平均値が、基準周期として記憶されている。第１の比較器２４は、平均回路２３から受け取った検出周期と、メモリ２９に記憶された基準周期とを比較する。
【００４４】
判断回路２７は、第１の比較器２４の比較結果に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する。具体的には、検出された平均周期が基準周期よりも長く、両者の差が所定値（例えば、図８の例では１秒）以上ならば、居眠り状態と判断する。検出された平均周期が基準周期よりも長く、両者の差が該所定値未満ならば、覚醒度が低下した状態と判断する。
【００４５】
警報部２８は、居眠り状態または覚醒度が低下した状態と判断された場合、乗員に警報を発することができる。警報は、たとえば音または振動等を用いて発することができる。居眠り状態と覚醒度が低下した状態とで、異なる警報を発するようにしてもよい。
【００４６】
図１０は、この発明の他の実施形態に従う、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニット１９の機能ブロック図である。図９と異なる部分についてのみ説明する。
【００４７】
安定度算出回路２５が設けられ、該安定度算出回路２５は、検出周期に基づく安定度を算出する。安定度は、検出周期のばらつきの程度を表しており、この実施例では、標準偏差を用いて安定度を表す。代替的に、他の指標（たとえば、標準偏差の二乗で表される分散等）を用いて安定度を表してもよい。メモリ２９には、基準周期に基づいて算出された標準偏差が、基準標準偏差として記憶されている。第２の比較器２６は、安定度算出回路２５から受け取った標準偏差と、基準標準偏差とを比較する。
【００４８】
判断回路２７は、第１の比較器２４および第２の比較器２６の比較結果に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する。具体的には、検出された平均周期が基準周期よりも長く、かつ該検出された周期の標準偏差が基準標準偏差よりも低ければ、乗員が居眠りしている状態と判断する。また、検出された平均周期が基準周期よりも長く、かつ該検出された周期の標準偏差が基準標準偏差よりも高ければ、乗員の覚醒度がすでに低下している可能性があると判断する。
【００４９】
他の実施形態では、判断回路２７は、乗員の呼吸波形の平均周期を監視することができる。平均周期が徐々に長くなっている場合には、乗員の覚醒度が徐々に低下している状態と判断することができる。同様に、判断回路２７は、乗員の呼吸波形の周期の標準偏差を監視することができる。標準偏差が徐々に低下していっている場合には、乗員の覚醒度が徐々に低下している状態と判断することができる。このような監視により、乗員が居眠り状態に入る前に、警報を発して乗員の注意を促すことができる。
【００５０】
さらに他の実施形態においては、判断回路２７は、平均周期および標準偏差を用いて、覚醒度のレベルを設定することができる。警報部２８は、設定された覚醒度のレベルに応じて、異なる警報を発することができる。
【００５１】
一例として、乗員の呼吸波形の平均周期が基準周期よりも所定値以上長く、かつ標準偏差が基準標準偏差よりも低ければ、居眠り状態を示すレベルとして値「４」を設定する。平均周期が基準周期よりも長く、かつ標準偏差が基準標準偏差よりも高ければ、覚醒度がすでに低下している可能性を示しており、レベル値「３」を設定する。標準偏差にかかわらず、周期が徐々に長くなっていっている場合には、覚醒度が徐々に低下している状態を示し、レベル値「２」を設定する。周期が基準周期に近く、かつ標準偏差も基準標準偏差に近い場合には、乗員が覚醒している状態を示しており、レベル値「１」を設定する。
【００５２】
警報部２８は、設定された覚醒度レベルに応じて、異なる警報を発することができる。例えば、レベルの値が４または３ならば、比較的強い警報（たとえば、強い振動、または大きな音）を発することができる。また、レベルの値が２ならば、音声によって乗員の注意を促し、乗員が覚醒度低下状態に陥らないようにすることができる。
【００５３】
図１１は、本願発明の他の実施形態に従う、制御ユニット１９の機能ブロック図である。制御ユニット１９がナビゲーションシステムと連携して動作する点で、図１０と異なる。メモリ４１には、乗員が覚醒状態で一般道路を運転している時の平均周期および標準偏差が、一般道路用基準値として記憶されている。さらに、メモリ４１には、乗員が覚醒状態で高速道路を運転している時の平均周期および標準偏差が、高速道路用基準値として記憶されている。
【００５４】
基準値抽出部４３は、ナビゲーションシステム４２からの情報を用いて、現在走行している道路が一般道路か高速道路かを判断する。一般道路ならば、メモリ４１から一般道路用基準値を抽出し、第１および第２の比較器２４および２６にそれぞれ渡す。高速道路ならば、メモリ４１から高速道路用基準値を抽出し、第１および第２の比較器２４および２６にそれぞれ渡す。
【００５５】
判断回路２７は、前述したように、第１および第２の比較器の比較結果に基づいて、乗員の覚醒状態を判断する。このように、道路の状態に応じて基準値が設定されるので、乗員の覚醒度をより適切に判断することができる。
【００５６】
他の実施形態では、ナビゲーションシステム４２からの情報に基づいて、道路状況に応じて基準値を変更することができる。例えば、潜在的な危険がある道路（たとえば、山道等）を走行していると判断された場合、平均周期に対する基準値を短めに設定し、標準偏差に対する基準値を高めに設定することができる。これにより、乗員に対してより厳しい覚醒度を促すことができる。
【００５７】
本願発明に従う覚醒状態判断装置を、緊急時における乗員の状態を検出するのに用いることができる。図１２は、このような緊急通報装置の一例を示す。
【００５８】
制御ユニット１９から、乗員の覚醒状態を示す信号を受け取る。一方、車両には、衝突センサ５１が設けられており、衝突センサ５１は、何らかの物体への車両の衝突を検知する。衝突が検知されたならば、衝突処理部５２により、エアバッグの起動等の処理が実施される。
【００５９】
通報部５３は、エアバッグが起動したこと等に応答して、自動的に救急センターへの通報を実施する。この時、通報部５３は、乗員の呼吸波形データを制御ユニット１９から取得し、該呼吸波形データを救急センターに送信する。これにより、救急センターは、乗員の怪我の程度を事前に知ることができる。また、通報部５３は、メモリに予め記憶されている乗員の個人データ（名前、住所等）を救急センターおよび警察等に通報することができる。さらに、ナビゲーションシステムが搭載されている場合には、現在の車両の位置に関するデータを、救急センターおよび警察等に通報することができる。
【００６０】
通報は、任意の適切な手段によって実施されることができる。たとえば、予め記憶装置に登録された救急センターに無線を介して電話することにより、通報することができる。
【００６１】
【発明の効果】
この発明によれば、乗員の覚醒状態を、より良好な精度で判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に従う、圧力センサの配置および構造を示す図。
【図２】この発明の他の実施形態に従う、圧力センサの配置および構造を示す図。
【図３】この発明の他の実施形態に従う、圧力センサの配置を示す図。
【図４】この発明に一実施形態に従う、圧力センサに接続される回路の構成図。
【図５】サーミスタ、ひずみゲージ、および本発明の一実施形態に従う空気袋を用いた圧力センサの出力波形を示す図。
【図６】車両の加速度の波形、および乗員が覚醒状態にあるときの呼吸波形を示す図。
【図７】乗員の覚醒状態が低下している時の呼吸波形を示す図。
【図８】乗員の覚醒状態に応じた、呼吸波形の平均周期および標準偏差を示す図。
【図９】この発明の一実施形態に従う、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニットの機能ブロック図。
【図１０】この発明の他の実施形態に従う、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニットの機能ブロック図。
【図１１】この発明の他の実施形態に従う、ナビゲーションシステムと連携した、乗員の覚醒状態を判断する制御ユニットの機能ブロック図。
【図１２】この発明の一実施形態に従う覚醒状態判断装置と連携した、緊急通報装置の機能ブロック図。
【図１３】圧力センサを座席の背部に設けた場合の、加速度の影響を受けている圧力センサの検出値の波形を示す図。
【符号の説明】
３  タング        ４バックル
５  圧力センサ    ６  空気袋
１５  ロアアンカー
１６  ショルダーアンカー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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