特許 6597582 乗員状態判定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6597582

(24)【登録日】2019年10月11日

(45)【発行日】2019年10月30日

(54)【発明の名称】乗員状態判定装置

(51)【国際特許分類】

   G08G 1/16 20060101AFI20191021BHJP

   A61B 5/18 20060101ALI20191021BHJP

   A61B 5/11 20060101ALI20191021BHJP

   B60K 28/06 20060101ALI20191021BHJP

【ＦＩ】

   G08G1/16 F

   A61B5/18

   A61B5/11 200

   B60K28/06 A

【請求項の数】4

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-242039(P2016-242039)

(22)【出願日】2016年12月14日

(65)【公開番号】特開2018-97642(P2018-97642A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2018年8月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】特許業務法人 英知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三谷 重知

【審査官】 吉村 俊厚

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１３９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２６０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０１８３５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０８Ｇ １／１６

Ａ６１Ｂ ５／１１

Ａ６１Ｂ ５／１８

Ｂ６０Ｋ ２８／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の加速度を取得する車両加速度取得部と、
前記車両の乗員の上半身の加速度を取得する乗員加速度取得部と、
前記車両加速度取得部が取得した加速度が所定の閾値以上か否かの判定を行う車両加速度判定部と、
前記車両加速度取得部が取得した加速度と前記乗員加速度取得部が取得した加速度の相関を演算する相関演算部と、
前記車両加速度判定部が行った判定と前記相関演算部が演算した相関に基づいて乗員の覚醒度を判定する乗員状態判定部と、
を備える乗員状態判定装置。

【請求項2】

前記乗員状態判定部は、前記車両加速度判定部が前記車両加速度取得部により取得された加速度が所定の閾値以上である判定し、前記相関演算部が演算した相関が所定の閾値以上である場合、乗員の覚醒度が低いと判定することを特徴とする請求項１に記載の乗員状態判定装置。

【請求項3】

前記相関演算部は、
前記車両加速度取得部が取得した加速度と前記乗員加速度取得部が取得した加速度を積算し、所定数の積算結果の移動平均を演算する即時演算部と、
前記車両加速度取得部が取得して所定時間遅延させた加速度と前記乗員加速度取得部が取得した加速度を積算し、所定数の積算結果の移動平均を演算する遅延演算部と、
前記即時演算部が演算した値と前記遅延演算部が演算した値の比を算出する応答特性算出部と、
を備え、
前記応答特性算出部が算出した値を前記相関とすることを特徴とする請求項１または２に記載の乗員状態判定装置。

【請求項4】

前記相関演算部は、
前記車両加速度取得部が取得した加速度と前記乗員加速度取得部が取得した加速度の比を算出する加速度伝達率算出部
を備え、
前記加速度伝達率算出部が算出した値を前記相関とすることを特徴とする請求項１または２に記載の乗員状態判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の乗員の居眠りなどに代表される覚醒度を判定する乗員状態判定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、車両の運転者等の乗員の居眠りなどに代表される覚醒度を判定する技術が知られている。例えば、特許文献１は、緊張低下状態、疲労状態、過度な緊張状態等の心身状態を各々別の心身状態として区別して判定することを目的としてドライバの心身状態判定装置を開示する。この心身状態判定装置は、ドライバの緊張感の大きさを反映するドライバの頭部揺動量に関する第１の心身情報、及び第１の心身情報以外の第２の心身情報を検出する心身情報検出手段と、運転環境情報を検出する運転環境情報検出手段と、心身状態判定をドライバ個人に適合させるための個人情報を定める個人適合化手段と、運転環境情報と個人情報とに基づいて判定閾値を決定する判定閾値決定手段と、第１の心身情報及び第２の心身情報を判定閾値と比較し、ドライバの心身状態を判定する心身状態判定手段などから構成されている。

【0003】

この心身状態判定装置は、カメラで撮像したドライバの頭部の画像信号に基づいて、ドライバの頭部揺動量のうち頭部の上下方向の加速度（αｄ（ｔ））を検出すると共に、シートに設けられた加速度センサにより基準部位の上下方向の加速度（αｓ（ｔ））を検出する。心身情報検出手段が第１の心身情報としてこの頭部の上下方向の加速度と基準部位の上下方向の加速度の比（頭部振動伝達率：Ｘ（ｔ））を演算することにより、心身状態判定手段は、ドライバの心身状態を判定する。たとえば、頭部振動伝達率Ｘ（ｔ）は、Ｘ（ｔ）＝αｄ（ｔ）／αｓ（ｔ）として表される。

【0004】

また、特許文献２は、運転者の運転者状態をより詳細に判別できるようにする運転者状態判定装置を開示する。この運転者状態判定装置は、覚醒度を反映する運転者情報、注意集中度を反映する運転者情報、及び運転能力を反映する運転者情報の中から選択された少なくとも２つの運転者情報を検出し、検出された各運転者情報の運転者個人の平均値及び標準偏差と、車両運転状態または外部環境状態を示す車両・運転環境情報とに基づいて、運転者状態を判定するための運転者状態判定閾値を決定し、検出された各運転者情報、及び決定された運転者状態判定閾値に基づいて、運転者状態を判定する。この運転者状態判定装置は、注意集中度を反映する運転者情報として、運転者の頭部の加速度等の頭部動揺量（αｈ（ｔ））とシートで検出される上下加速度（αｓ（ｔ））の比の自然対数により得られる頭部振動伝達率（Ｙ（ｔ））に基づいて運転者の状態を判定する。たとえば、頭部振動伝達率（Ｙ（ｔ））は、Ｙ（ｔ）＝ｌｎ（αｈ（ｔ））−ｌｎ（αｓ（ｔ））と表され、このレベルが高いほど注意集中度が低いことを表している。

【0005】

また、特許文献３は、運転者の注意力が低下しているか否かを精度良く検出する乗員検出システムを開示する。この乗員検出システムは、３Ｄカメラによって撮影された三次元画像に基づき運転者の頭部及び手に関する情報を抽出する情報抽出処理部と、情報抽出処理部で抽出された情報に基づき運転者の頭部及び手の位置或いは動作が予め規定された規定状態にあるか否かを検出する検出処理部と、検出処理部における検出結果に基づき運転者の頭部及び手が規定状態を外れている場合は、当該部位が規定状態を外れている時間を積算する積算処理部と、積算処理部によって積算された積算時間に基づいて、当該積算時間が予め設定された設定値を上回る場合、運転者の注意力が低下していると判定し、当該積算時間が設定値以下の場合、運転者の注意力が低下していないと判定する判定処理部を備える。

【0006】

また、特許文献４は、運転者の覚醒状態を高い精度で判断する覚醒状態判断システムを開示する。この覚醒状態判断システムは、運転者の撮像画像に基づいて、運転者の目部の挙動を検出する第１指標検出部と、運転者の頭部の挙動を検出する第２指標検出部とを有する挙動検出部と、取得した道路情報、車両情報及び／又は車間距離情報とから判断した車両の運転が単調となる単調区間における運転者の頭部の挙動に基づいて、運転者の覚醒度合いの判断基準を設定する判断基準設定部と、検出された運転者の頭部の挙動と、設定された判断基準を用いて運転者の覚醒状態を判断する判断部とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−０８０９７０号公報

【特許文献2】特開２００７−２６５３７７号公報

【特許文献3】特開２００８−０８４１４１号公報

【特許文献4】特開２０１０−１２８６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述した従来技術（特に特許文献１および２）では、凸凹がなく平らな道路を走行している場合車両の振動による加速度（分母）が小さくなるが、その場合において、乗員が自発的に頭、肩、胸などの上半身を動かしてこれらの加速度（分子）が大きくなった場合、頭部振動伝達率が大きくなり、乗員の心身状態を誤判定してしまうおそれがある。
そこで、本発明は、車両が平らな道路を走行し車両の振動が小さい場合に乗員の覚醒度の状態を誤判定することを抑制し、乗員の覚醒度の状態を的確に判定する乗員状態判定装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、車両の加速度を取得する車両加速度取得部と、車両の乗員の上半身の加速度を取得する乗員加速度取得部と、車両加速度取得部が取得した加速度が所定の閾値以上か否かの判定を行う車両加速度判定部と、車両加速度取得部が取得した加速度と乗員加速度取得部が取得した加速度の相関を演算する相関演算部と、車両加速度判定部が行った判定と相関演算部が演算した相関に基づいて乗員の覚醒度を判定する乗員状態判定部と、を備える乗員状態判定装置が提供される。
これによれば、車両加速度判定部が行った判定と相関演算部が演算した相関に基づいて乗員の状態を判定することで、道路の凹凸などによって車両が揺れたことによる乗員の上半身の揺れの大小に応じてその乗員の覚醒度の判定を行う乗員状態判定装置を提供することができる。

【0010】

さらに、乗員状態判定部は、車両加速度判定部が車両加速度取得部により取得された加速度が所定の閾値以上である判定し、相関演算部が演算した相関が所定の閾値以上である場合、乗員の覚醒度が低いと判定することを特徴としてもよい。
これによれば、車両の加速度が所定の閾値以上の場合に相関が高ければ乗員の覚醒度が低いと判定することで、道路の凹凸などによる車両の一定以上の揺れがあった場合に相関が高ければ覚醒度が低いと判定でき、乗員の覚醒度の状態を適切に判定することができる。

【0011】

さらに、相関演算部は、車両加速度取得部が取得した加速度と乗員加速度取得部が取得した加速度を積算し、所定数の積算結果の移動平均を演算する即時演算部と、車両加速度取得部が取得して所定時間遅延させた加速度と乗員加速度取得部が取得した加速度を積算し、所定数の積算結果の移動平均を演算する遅延演算部と、即時演算部が演算した値と遅延演算部が演算した値の比を算出する応答特性算出部と、を備え、応答特性算出部が算出した値をその相関とすることを特徴としてもよい。
これによれば、過去の車両加速度に対する現在の乗員の体動を評価する相関を算出することで、乗員の覚醒度の状態を適切に判定することができる。

【0012】

さらに、相関演算部は、車両加速度取得部が取得した加速度と乗員加速度取得部が取得した加速度の比を算出する加速度伝達率算出部を備え、加速度伝達率算出部が算出した値をその相関とすることを特徴としてもよい。
これによれば、即時に相関を算出できるので応答性の良い判定を行うことができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、車両が平らな道路を走行し車両の振動が小さい場合に乗員の覚醒度の状態を誤判定することを抑制し、乗員の覚醒度の状態を的確に判定する乗員状態判定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置を車両の座席に設置した場合の、（Ａ）運転者が座った時の概略図、（Ｂ）斜視図。

【図2】本発明に係る第一実施例の変形例の乗員状態判定装置を車両に設置した場合の概略図。

【図3】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置のブロック図。

【図4】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置の乗員加速度取得部のブロック図。

【図5】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置の相関演算部のブロック図。

【図6】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置の乗員状態判定部のブロック図。

【図7】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における加速度信号と体動信号の時間変化（０秒〜３００秒の間）を示すグラフ。

【図8】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における、（Ａ）加速度信号と体動信号の時間変化（１００秒〜１２０秒の間）を示すグラフ、（Ｂ）加速度信号と体動信号を積算した信号の時間変化（１００秒〜１２０秒の間）を示すグラフ。

【図9】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における遅延演算部と即時演算部が出力する信号の時間変化（１００秒〜１２０秒の間）を示すグラフ。

【図10】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における応答特性算出部が出力する相関信号の時間変化（１００秒〜１２０秒の間）を示すグラフ。

【図11】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における、（Ａ）段差路面での加速度信号と体動信号の時間変化（１５５秒〜１７５秒の間）を示すグラフ、（Ｂ）対応する時間帯において乗員が覚醒状態の時の相関信号を示すグラフ。

【図12】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における、（Ａ）段差路面での加速度信号と体動信号の時間変化（２２０秒〜２５０秒の間）を示すグラフ、（Ｂ）対応する時間帯において乗員が居眠り状態の時の相関信号を示すグラフ。

【図13】（Ａ）本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における平らな路面（衝撃等がない状態）で乗員が覚醒状態の時に体動が発生した時（１０秒〜３０秒の間）の加速度信号と体動信号の時間変化を示すグラフ、（Ｂ）対応する時間帯において本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における平らな路面（衝撃等がない状態）で乗員が覚醒状態の時に体動が発生した時の相関信号を示すグラフ、（Ｃ）従来技術における平らな路面（衝撃等がない状態）で乗員が覚醒状態の時に体動が発生した時の伝達率評価を示すグラフ。

【図14】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における応答特性検出部が出力する応答特性信号と相関特性算出部が出力する相関応答特性信号の時間変化（２００秒〜３００秒の間）を示すグラフ。

【図15】本発明に係る第一実施例の乗員状態判定装置における判定部が出力する覚醒状態判定情報の時間変化を示すグラフ。

【図16】本発明に係る第一実施例の変形例の乗員状態判定装置の相関演算部のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。本発明に係る乗員状態判定装置は、車両の乗員の身体表面に電波や光などの電磁波ＥＭＷを照射し、その反射波に含まれる身体の揺動や振動などの体動を抽出し、その体動と車両の振動や衝撃との相関から乗員の覚醒度の状態を判定するものである。なお、電磁波ＥＭＷとは、空間の電場と磁場の変化によって形成される波（波動）のことであり、いわゆる光（赤外線、可視光線、紫外線）や電波（マイクロ波など）を含む。

【0016】

＜第一実施例＞
図１乃至図６を参照し、本実施例における乗員状態判定装置１００を説明する。乗員状態判定装置１００は、図１に示すように、ハンドルＷＬを使用する乗員である運転者ＤＲが座る車両のシートＳＴに設置される。乗員状態判定装置１００は、その車両の乗員の上半身の一部が直接的または間接的に接する面を有するシートＳＴの背もたれＢＫやヘッドレストＨＲに設置され、乗員の上半身の体動を検知する。

【0017】

乗員の体動とは、本明細書においては、車両が道路を走行することにより、シートＳＴを介して伝わる振動／衝撃や加速度の変化により乗員の上半身が受動的に振動したり揺動したりする動きと、ハンドルを回したり左右を確認するために乗員自らが能動的に上半身を動かしたり、また、咳やくしゃくみなどの生理現象により上半身を動かしたときの動きの両方を含む。

【0018】

乗員状態判定装置１００は、乗員の上半身に電磁波である電波ＥＭＷを照射波として照射し、照射した電波ＥＭＷが上半身で反射して戻ってきた電波信号を反射波として受信するセンサユニットＳＵを備える電波式の乗員状態判定装置である。乗員状態判定装置１００では、センサユニットＳＵは、シートＳＴに埋め込まれ、乗員の上半身の後方から電波ＥＭＷを照射し、その上半身からの反射波を取得する。

【0019】

なお、乗員状態判定装置１００は、シートＳＴに設けられ、照射した電波の反射波を受信することで乗員の上半身の体動を取得するものであるが、これに限定されない。たとえば、図２に示すように、乗員の顔を中心とした上半身に光を照射し、その反射光から乗員の上半身の体動を取得する光学式の乗員状態判定装置１００’であってもよい。乗員状態判定装置１００’では、センサユニットＳＵ’は、ハンドルＷＬの奥のたとえばハンドル軸部や、インパネ部分やバックミラーなどに設置され、シートＳＴに座る運転者ＤＲの前方から光ＥＭＷを照射し、その反射光を受光する。もちろん、検出精度を高めるため、電波式のセンサユニットＳＵと光学式のセンサユニットＳＵ’の両方を用いてもよい。

【0020】

乗員状態判定装置１００における電波式のセンサユニットＳＵであれ、乗員状態判定装置１００’における光学式のセンサユニットＳＵ’であれ、照射した電磁波とその反射波の位相のズレに基づいて測定対象物までの距離を測定できるという電磁波としての共通の特性を利用する点では同じである。電波式のセンサユニットＳＵは、電波を発振し照射する照射部ＳＵＳと、その電波が生体表面で反射した反射波を受信し、照射した電磁波の信号と受信した反射信号を乗算したＩ信号とそのＩ信号を所定の位相（たとえばπ／２）だけ遅らせたＱ信号を出力する受信部ＳＵＲを有する所謂ドップラーセンサである。センサユニットＳＵにおけるドップラーセンサは、電波を照射すると共に、受信した反射波を演算し、ＤＣ領域に近いベースバンド成分と変調成分を含むＩ信号を出力し、反射波の位相をπ／２だけずらした反射波を演算し、同様のＱ信号を出力する。

【0021】

光学式のセンサユニットＳＵ’は、２つの異なる波長の光を発光し顔等の生体に照射する照射部ＳＵＳと、その反射光と背景光などの外乱光を受光する受信部ＳＵＲを有する所謂光センサである。照射部ＳＵＳは、一般的に所定の２波長（たとえば赤外光）を出力する発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）であり、受信部ＳＵＲは、受信した光信号を電気信号に復調する受光素子であるフォトダイオードである。受信部ＳＵＲは、それぞれの波長に対応して復調した電気信号（Ｒ１信号、Ｒ２信号）を出力する。受信部ＳＵＲが出力した電気信号は、乗員状態判定装置１００／１００’に乗員の体動を示す信号として入力される。なお、照射部ＳＵＳが２波長の照射波を照射するのは例示である。たとえば、照射部ＳＵＳは、１波長を２つの時点で取得し、２時点の受信強度（受光強度）の差を２時点における距離の差として評価してもよい。

【0022】

乗員状態判定装置１００は、図３に示すように、車両の加速度を取得する車両加速度取得部１０と、車両の乗員の上半身の加速度をセンサユニットＳＵから取得する乗員加速度取得部２０と、車両加速度取得部１０が取得した加速度が所定の閾値以上か否かの判定を行う車両加速度判定部３０と、車両加速度取得部１０が取得し、車両加速度判定部３０が所定の閾値以上であると判定した加速度信号と乗員加速度取得部２０が取得した加速度信号の相関を演算する相関演算部５０と、車両加速度判定部３０が行った判定および／または相関演算部５０が演算した相関に基づいて乗員の覚醒度を判定する乗員状態判定部４０と、車両加速度取得部１０とセンサユニットＳＵを制御する制御部６０と、を備える。

【0023】

車両加速度取得部１０は、車両に設けられた加速度センサから車両に加えられている加速度を取得する。車両加速度取得部１０は、加速度センサが検出する、車両が走行する道路の凸凹等から受ける上下方向の振動や衝撃などの加速度、車両の加速や減速に伴う前後方向の加速度、ならびにハンドルを操作することで受ける左右方向の加速度を取得する。

【0024】

制御部６０は、車両加速度取得部１０が加速度センサから取得するタイミングを制御する共に、センサユニットＳＵの照射部ＳＵＳが電磁波ＥＭＷを照射するタイミングを制御する。制御部６０は、厳密に２つのタイミングを同じにする必要はないが、後述するように、車両が受ける加速度と乗員の体動の相関を演算するものであるから概ね同じタイミングで車両加速度取得部１０および照射部ＳＵＳを制御する。または、制御部６０は、両者を短い周期で継続的に制御してもよい。

【0025】

車両加速度判定部３０は、車両加速度取得部１０が取得した加速度が所定の閾値以上か否かの判定を行う。所定の閾値とは、車両が道路面の凸凹や段差を走行する際に乗員が座るシートＳＴが受ける程度の振動や衝撃の加速度を言う。車両加速度判定部３０は、車両加速度取得部１０が取得した加速度が所定の閾値以上の場合に、その取得した加速度を加速度信号として相関演算部５０に伝える。ただし、これに限定されず、車両加速度取得部１０が取得した加速度をそのまま相関演算部５０に伝え、後述する乗員状態判定部４０は、乗員状態を判定する際に車両加速度判定部３０の判定結果を考慮してもよい。

【0026】

乗員加速度取得部２０は、図４に示すように、受信した反射波を電気信号に変換し受信部ＳＵＲが出力した受信信号を入力信号として受けるローパスフィルタ２１およびバンドパスフィルタ２２と、ローパスフィルタ２１およびバンドパスフィルタ２２の出力信号を入力信号として受けてアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを含む信号取得部２３と、信号取得部２３からの信号を入力信号として受け角速度ωを算出する角速度算出部２４と、を備える。

【0027】

ローパスフィルタ２１は、受信部ＳＵＲが受信し復調したアナログの電気信号を入力され、その信号を平滑化する平滑化フィルタである。ローパスフィルタ２１は、受信部ＳＵＲが出力する受信信号から高周波成分のノイズを除去しベースバンド成分のみを通過させ、受光信号を平滑化した信号を出力する。なお、本明細書では、電波式のセンサユニットＳＵを用いる場合の受信信号はＩ信号／Ｑ信号と、光学式のセンサユニットＳＵ’を用いる場合の受信信号はＲ１信号／Ｒ２信号と言う。いずれであっても、２つ信号を複素平面の２軸として角速度ωを求めるため方式の違いでしかない。なお、乗員状態判定装置１００は、車両の乗員の上半身の体動情報を取得することを目的としているので、ローパスフィルタ２１は、たとえば１０Ｈｚ以上の高周波は除去するフィルタである。

【0028】

バンドパスフィルタ２２は、受信部ＳＵＲが受信し復調したアナログの電気信号を入力され、平滑化すると共に微分処理を行う平滑微分フィルタである。バンドパスフィルタ２２は、ローパスフィルタ２１と同様に受信信号を平滑化すると共に受信信号からＤＣ成分を除去し、信号の微分値を出力する。なお、バンドパスフィルタ２２による微分値（ΔＩ／ΔＱまたはΔＲ１／ΔＲ２）は近似値であり、これに限定されず、後述のように計算により求めてもよい。

【0029】

信号取得部２３は、たとえば、マイクロコンピュータに実装されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータを含むＡＤポートである。ＡＤポートでは、適宜Ｉ信号／Ｑ信号またはＲ１信号／Ｒ２信号から高周波成分を除去して受け入れる。また、信号取得部２３は、受け入れたＩ信号／Ｑ信号またはＲ１信号／Ｒ２信号に基づいて、単位時間当たりの変化量であるΔＩ／ΔＱまたはΔＲ１／ΔＲ２を算出してもよい。なお、このマイクロコンピュータは、制御部６０や、角速度算出部２４等の構成要素を実装されてもよい。

【0030】

角速度算出部２４は、信号取得部２３が取得したＩ信号／Ｑ信号またはＲ１信号Ｒ２信号、および、これらの信号の変化量のΔＩ／ΔＱまたはΔＲ１／ΔＲ２に基づいて、Ｉ信号／Ｑ信号またはＲ１信号／Ｒ２信号の角速度ωを算出する。たとえば、Ｉ−Ｑ座標平面（複素平面）における角速度ωは、
ω＝ｄθ／ｄｔ
なお、θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｉ−Ｉ_{ｏｆｆｓｅｔ}）／（Ｑ−Ｑ_{ｏｆｆｓｅｔ}）
Ｉ_{ｏｆｆｓｅｔ}：センサユニットの設置条件により定まる定数
Ｑ_{ｏｆｆｓｅｔ}：センサユニットの設置条件により定まる定数
と表すことができるので、角速度ωは、式（１）で表すことができる。

【数1】

・・・（１）

【0031】

乗員の上半身の体動によりセンサユニットＳＵ／ＳＵ’と生体表面との距離が変動するので、Ｉ−Ｑ座標平面またはＲ１−Ｒ２座標平面にプロットされる点は、体動に応じて変動する。この時の変動量を位相Δθで表すと、その角速度ωは、Δθ／Δｔとなる。この角速度ωを評価することで、受信信号の強度の変動により生体表面との距離の変動を評価することができる。すなわち、たとえば、角速度ωが揺動している場合には、乗員の上半身とセンサユニットＳＵ／ＳＵ’との距離も増減しているので、乗員の上半身自体が揺動していると評価できる。このように、角速度算出部２４は、角速度ωを乗員の体動信号として相関演算部５０に出力する。

【0032】

相関演算部５０は、図５に示すように、車両加速度判定部３０からの加速度信号を平滑化する車両加速度信号バンドパスフィルタ５６と、乗員加速度取得部２０からの体動信号を平滑化する体動信号バンドパスフィルタ５５と、所定時間信号を遅延させる遅延器５４と、遅延された加速度信号ＡＳと体動信号ＢＳを積算した信号ＡＢＳ⁻に基づき二乗平均平方根の演算を行う遅延演算部５２と、遅延しない加速度信号ＡＳと体動信号ＢＳを積算した信号ＡＢＳ^＋に基づき二乗平均平方根の演算を行う即時演算部５１と、遅延演算部５２の出力値ＡＢＰ⁻と即時演算部の出力値ＡＢＰ^＋に基づき相関信号ＳＣを算出する応答特性算出部５３と、を備える。

【0033】

車両加速度信号バンドパスフィルタ５６は、車両の大きな衝撃に伴う加速度を除外し、平らな路面を定速直進していて加速度がほぼない状態から、路面に凸凹があったり、加速／減速があったり、カーブを回っていたりなど通常の走行において付加される加速度信号を通過させる。体動信号バンドパスフィルタ５５は、車両の上記加速度信号による振動や衝撃により乗員に与えられる周波数帯域の体動信号を抽出する。たとえば、１〜５Ｈｚを通過帯域としてもよい。遅延器５４は、車両加速度信号バンドパスフィルタ５６が出力した加速度信号ＡＳを、例えば３秒程度遅延させる電気回路である。

【0034】

即時演算部５１は、車両加速度信号バンドパスフィルタ５６を通過したサンプリング時（t）の加速度信号ＡＳ[t]と、体動信号バンドパスフィルタ５５を通過したサンプリング時（t）の体動信号ＢＳ[t]とを積算器で加算した信号ＡＢＳ^＋[t]に基づき、式（２）に示すような二乗平均平方根の演算を行い、ＡＢＰ^＋[t]を求める。ここで、ＡＢＳ^＋[t]は、ＡＢＳ^＋[t]＝ＡＳ[t]＊ＢＳ[t]である。即時演算部５１は、車両加速度取得部１０が取得した車両の加速度と乗員加速度取得部２０が取得した乗員の加速度を積算する。

【0035】

遅延演算部５２は、車両加速度信号バンドパスフィルタ５６を通過した後遅延器５４で遅延されたサンプリング時（t）の加速度信号ＡＳ[t]と、体動信号バンドパスフィルタ５５を通過したサンプリング時（t）の体動信号ＢＳ[t]とを積算器で加算した信号ＡＢＳ⁻[t]に基づき、式（２）に示すような二乗平均平方根の演算を行い、ＡＢＰ⁻[t]を求める。ここで、ＡＢＳ⁻[t]は、ＡＢＳ⁻[t]＝ＡＳ[t−φ]＊ＢＳ[t]である。なお、φは、遅延器５４での遅延時間である。遅延演算部５２は、車両加速度取得部１０が取得して所定時間遅延させた車両の加速度と乗員加速度取得部２０が取得した乗員の加速度を積算する。

【数2】

・・・（２）

【0036】

なお、Ｎは、二乗平均平方根を算出する窓の幅である。たとえば、１秒間の二乗平均平方根を算出する場合、２０Ｈｚのサンプリングを行うと、Ｎは２０である。なお、本実施例では、二乗平均平方根を求めているが、これに限定されず、所定数のサンプルの平均を求める他の一般的手法によってもよい。時間ｔが経過すると共に、二乗平均平方根を算出する窓が移動し、即時演算部５１および遅延演算部５２は、所定数Ｎの積算結果の移動平均を演算する。

【0037】

応答特性算出部５３は、遅延演算部５２の出力値ＡＢＰ⁻[t]と即時演算部の出力値ＡＢＰ^＋[t]に基づき、式（３）に示すような相関信号ＳＣ[t]を算出する。

【数3】

・・・（３）

【0038】

なお、本実施例では、相関信号ＳＣ[t]は、ＡＢＰ^＋[t]とＡＢＰ⁻[t]の比の対数であるが、これに限定されず、両者の相関を得るための他の一般的手法によってもよい。

【0039】

相関信号ＳＣ[t]は、現在（即時）の体動信号と現在の加速度信号を積算した信号に対して、現在の体動信号と過去（上記例で言えば３秒前の過去）の加速度信号を積算した信号の相関を示すものである。すなわち、相関信号ＳＣ[t]は、過去の加速度に対する現在の体動の相関を示す指標であり、相関信号ＳＣ[t]の値が大きいということは、過去の加速度に対して現在も体動が生じていることを示している。したがって、乗員が居眠りしているなど覚醒度が低い状態で車両から振動や衝撃などの加速度を受けると、その加速度により大きく長めに体動が発生するので、相関信号ＳＣ[t]の値が大きい場合には、乗員の覚醒度が低い状態にあると考えることができる。逆に、相関信号ＳＣ[t]の値が小さい場合、すなわち車両からの振動等と体動との相関が低い場合には、車両からの振動等に意識的または無意識に対応して体動を小さくしており、乗員の覚醒度は高いと考えられる。このように、過去の車両の加速度に対する現在の乗員の体動を評価する相関信号ＳＣ[t]を算出することで、乗員の覚醒度の状態を適切に判定することができる。

【0040】

乗員状態判定部４０は、図６に示すように、相関演算部５０が演算した相関信号ＳＣ[t]に基づいて、より安定的に乗員の覚醒度を判定する。乗員状態判定部４０は、相関信号ＳＣの内所定の閾値（Ｔｈ）を超える応答特性信号ＳＲ[t]を検出する応答特性検出部４１と、応答特性検出部４１が検出した応答特性信号ＳＲ[t]について移動平均値である相関応答特性信号ＳＰ[t]を算出する相関特性算出部４２と、相関応答特性信号ＳＰ[t]に基づき乗員状態の判定を行う判定部４３とを有する。

【0041】

応答特性検出部４１は、相関信号ＳＣ[t]の内所定の閾値を超える相関信号ＳＣ_ｔｈ[t]を式（４）により求める。すなわち、応答特性検出部４１は、所定の閾値（Ｔｈ）を超えた相関信号ＳＣのみを抽出し、所定の閾値以下の相関信号ＳＣ[t]を後述する乗員状態判定を行う情報から除外することで、車両の振動等による生じた可能性の高い体動を抽出する。たとえば、所定の閾値（Ｔｈ）は、０．３とすることができる。

【数4】

・・・（４）

【0042】

そして、応答特性検出部４１は、所定の閾値を超える相関信号ＳＣ_ｔｈ[t]の移動平均値を式（５）に示すように応答特性信号ＳＲとして算出する。なお、本実施例では、相加平均を求めているが、これに限定されず、所定数のサンプルの平均を求める他の一般的手法によってもよい。なお、Ｍは、相加平均を算出する窓の幅である。たとえば、１秒間の相加平均を算出する場合、２０Ｈｚのサンプリングを行うと、Ｍは２０である。

【数5】

・・・（５）

【0043】

相関特性算出部４２は、応答特性検出部４１が検出した応答特性信号ＳＲ[t]について、式（６）に示すように移動平均値である相関応答特性信号ＳＰ[t]を算出する。

【数6】

・・・（６）

【0044】

なお、Ｐは、相加平均を算出する窓の幅である。たとえば、３分間の相加平均を算出する場合、２０Ｈｚのサンプリングを行うと、Ｐは３６００である。本実施例では、より安定した相関応答特性信号ＳＰを求めるために、応答特性検出部４１に加えて平均値を求めているが、いずれかの平均値の算出を省略してもよい。

【0045】

判定部４３は、相関応答特性信号ＳＰ[t]に基づき乗員の状態の判定を行う。相関応答特性信号ＳＰが小さいということは、乗員は車両からの振動等に起因する体動は抑制されているので車両からの振動等に対して耐えている状態と考えられるため、乗員の覚醒度は高いと判定することができる。逆に、相関応答特性信号ＳＰが大きいということは、乗員は車両からの振動等に起因する体動は抑制されていないので車両からの振動等に対して耐えていない状態と考えられるため、乗員の覚醒度は低いと判定することができる。

【0046】

ここで、図７乃至図１５を参照し、上式で求められる各信号について説明する。図７は、車両の振動等を表している車両加速度信号バンドパスフィルタ５６を通過した加速度信号ＡＳ[t]と、乗員の体動を表している体動信号バンドパスフィルタ５５を通過した体動信号ＢＳ[t]の時間変化（tが０秒〜３００秒の間）を示すグラフである。本図に示される加速度信号ＡＳ[t]と体動信号ＢＳ[t]を見る限り、両者において相関があるのか否かについて明確な知見は得られないと言ってよい。

【0047】

図８（Ａ）は、ｔが１００秒〜１２０秒の間における車両加速度信号バンドパスフィルタ５６を通過した加速度信号ＡＳ[t]と体動信号バンドパスフィルタ５５を通過した体動信号ＢＳ[t]を示している。図８（Ｂ）は、同じ時間帯における、加速度信号ＡＳ[t]と体動信号ＢＳ[t]とを積算器で加算した信号ＡＢＳ^＋[t]と、車両加速度信号バンドパスフィルタ５６を通過した後遅延器５４で遅延されたサンプリング時（t）の加速度信号ＡＳ[t]と体動信号ＢＳ[t]とを積算器で加算した信号ＡＢＳ⁻[t]を示す。加算した信号ＡＢＳ^＋[t]は、現在（即時）の車両の振動等に関連する体動信号を示すものであり、加算した信号ＡＢＳ⁻[t]は、過去の車両の振動等に関連する体動信号を示すものである。本図に示される加算された信号ＡＢＳ^＋[t]／ＡＢＳ⁻[t]を見る限り、両信号は非常に細かく変動しており、両者における相関の有無について明確な知見は得られないと言ってよい。

【0048】

図９は、同じ時間帯における、加算した信号ＡＢＳ^＋[t]に基づき遅延演算部５２が二乗平均平方根の演算を行った値ＡＢＰ^＋[t]と、加算した信号ＡＢＳ⁻[t]に基づき即時演算部５１が二乗平均平方根の演算を行った値ＡＢＰ⁻[t]を示している。ＡＢＰ^＋[t]は、現在（即時）の車両の振動等に関連する体動信号の大きさを示すものであり、ＡＢＰ⁻[t]は、過去の車両の振動等に関連する体動信号の大きさを示すものである。ＡＢＰ^＋[t]とＡＢＰ⁻[t]を比べると、二乗平均平方根を算出する窓の幅により両信号の細かい変動が捨象されて、現在の車両の振動等に関連する体動と過去の車両の振動等に関連する体動との関係に関する知見が得られようとしている。たとえば、ｔが１０４〜１０８秒の間では両者は大きく異なっているが、ｔが１１２〜１１６秒の間では大きな違いは見られない。

【0049】

図１０は、同じ時間帯におけるＡＢＰ^＋[t]とＡＢＰ⁻[t]に基づき、応答特性算出部５３が出力する相関信号ＳＣ[t]を示している。相関信号ＳＣ[t]が大きい場合は、車両から振動等の加速度を受けて乗員が揺動し体動が発生していることを示すので、乗員の覚醒度が低い状態にある場合である。逆に、相関信号ＳＣ[t]が小さい場合は、車両から振動等の加速度を受けて乗員が揺動せず体動が発生していないことを示すので、乗員の覚醒度が高い状態にある場合である。たとえば、ｔが１０４〜１０８秒の間では、相関信号ＳＣ[t]は比較的大きいので、乗員の覚醒度が低い状態にある。また、ｔが１１２〜１１６秒の間では、相関信号ＳＣ[t]は比較的小さい（絶対値がゼロに近い）ので、乗員の覚醒度が高い状態にある。

【0050】

ここで、図１１に示す乗員の覚醒度が高い状態と、図１２に示す乗員の覚醒度が低い状態を比較して説明する。図１１では、ｔが１５５〜１７５秒における、加速度信号ＡＳ[t]および体動信号ＢＳ[t]と、相関信号ＳＣ[t]を示す。この時間帯では、車両は段差のある路面を走行しており、乗員は覚醒度が高い状態であった。この時間帯における相関信号ＳＣ[t]は、ほぼ０を中心に大半は−０．３〜＋０．３の間に収まっており絶対値が小さく、車両から振動等の加速度を受けて乗員が揺動せず体動が発生していないことを示し、よって、乗員は覚醒度が高い状態であることを示している。

【0051】

逆に、図１２では、ｔが２２０〜２５０秒における、加速度信号ＡＳ[t]および体動信号ＢＳ[t]と、相関信号ＳＣ[t]を示しており、この時間帯では、車両は段差のある路面を走行しており、乗員は居眠りし覚醒度が低い状態であった。そうすると、この時間帯における相関信号ＳＣ[t]は、安定しておらず、−０．８から＋０．５の間で大きく変動しており、車両から振動等の加速度を受けて乗員が揺動し体動が発生していることを示し、よって、乗員は覚醒度が低い状態であることを示している。

【0052】

また、図１３を参照し、本発明に相関信号ＳＣ[t]と従来技術の振動伝達率Ｘ(t)を比較して説明する。図１３（Ａ）は、ｔが１０〜３０秒における、加速度信号ＡＳ[t]および体動信号ＢＳ[t]、図１３（Ｂ）は、相関信号ＳＣ[t]を、図１３（Ｃ）は、上述した従来技術における振動伝達率Ｘ(t)を示す。この時間帯においては、加速度信号ＡＳ[t]は小さく、車両の加速度はあまり生じていないので、いわゆる平らな道路を走行している状態である。それに対して、体動信号ＢＳ[t]は、ｔが１４〜１５秒、１７秒前後、２３〜２４秒辺りで大きい値を示しているが、乗員が道路からの振動等とは無関係に上半身を動かした体動であると考えられる。

【0053】

このような体動を、本発明における相関信号ＳＣ[t]により評価すると、本図（Ｂ）に示すようにいずれの時点でもゼロ近辺であり、道路からの振動等により生じた体動があったことを示していない。一方、同じ体動を、従来技術の振動伝達率Ｘ(t)により評価すると、本図（Ｃ）に示すように、振動伝達率Ｘ(t)の値は大きく変動しており、すなわち、体動があったことを示している。しかし、この体動は、道路からの振動等により生じた体動ではないので、値が大きくなっても乗員の覚醒度の低さを表しているものではない。したがって、従来技術の振動伝達率Ｘ(t)では、車両の振動等がない時の体動を誤検知してしまう恐れがあったが、本願発明における相関信号ＳＣ[t]では、そのような恐れがなくなった。

【0054】

図１４は、応答特性検出部４１が出力する応答特性信号ＳＲと相関特性算出部４２が出力する相関応答特性信号ＳＰの時間変化（２００秒〜３００秒の間）を示す。応答特性信号ＳＲは、所定の閾値を超えた相関信号ＳＣ[t]のみを抽出して１秒間の相加平均を算出したものであるから、相関信号ＳＣ[t]の変動の傾向に比べると、ある程度車両の振動等により生じた体動がまとまって現れる傾向にある。すなわち、ｔが２９５秒前後や２１９秒前後では、車両の振動等により生じた体動を検出している。相関応答特性信号ＳＰは、応答特性信号ＳＲの３分間の移動平均を算出した値である。したがって、相関応答特性信号ＳＰは、車両の振動等により生じた体動を累積させて、体動が車両の振動等により生じている傾向が強くなってきているのか、弱くなってきているのかを時系列的に評価できる。たとえば、３分間に応答特性信号ＳＲを検出すれば相関応答特性信号ＳＰは徐々に高くなり、検出しなければ相関応答特性信号ＳＰは徐々に低くなる。

【0055】

図１５は、判定部４３が出力する覚醒状態判定情報の時間変化を示す。判定部４３は、相関応答特性信号ＳＰの時系列的な変動から、乗員の覚醒状態を判定する。乗員の覚醒状態は、秒単位で明確に覚醒状態と居眠り状態が入れ替わるものではなく、その境界は非常にあいまいであり、また、乗員の個人的な特性によっても異なるものである。そうすると、本図に示すように、乗員の覚醒状態を判定する判定部４３における覚醒状態から居眠り状態への移行は、ある乗員に対してある程度の時間経過の中で判定していくことが好ましい。

【0056】

すなわち、本図では、ｔが２００〜４００秒の範囲では、相関応答特性信号ＳＰは比較的低い状態であるが、ｔが４５０秒以降は相関応答特性信号ＳＰが高い状態となっている。このように、判定部４３は、相関応答特性信号ＳＰが低い状態から高い状態になった時に、覚醒状態から居眠り状態になったと判定する。また、逆に、判定部４３は、相関応答特性信号ＳＰが高い状態から低い状態になった時に、居眠り状態から覚醒状態になったと判定する。なお、車両加速度取得部１０が取得した加速度をそのまま相関演算部５０に伝える場合、判定部４３は、車両加速度判定部３０の判定結果を考慮し、車両に加えられている加速度が所定の閾値未満の場合には各状態の判定を行わなくともよい。

【0057】

上述したように、車両加速度判定部３０が行った判定と相関演算部５０が演算した相関に基づいて乗員の覚醒状態を判定することで、道路の凹凸などによって車両が揺れたり振動したり衝撃したことによる乗員の上半身の揺れなどの体動の大小に応じて、その乗員の覚醒度の判定を行う乗員状態判定装置１００を提供することができる。

【0058】

また、乗員状態判定装置１００では、乗員状態判定部４０は、車両加速度判定部３０が車両加速度取得部１０により取得された加速度信号が所定の閾値以上である判定し、相関演算部５０が演算した相関信号ＳＣ[t]が所定の閾値以上である場合、乗員の覚醒度が低いと判定する。このように、道路の凹凸などによる車両の一定以上の揺れ等があった場合に相関が高ければ覚醒度が低いと判定でき、乗員の覚醒度の状態を適切に判定することができる。

【0059】

＜第一実施例の変形例＞
図１６を参照し、本変形例における乗員状態判定装置１００Ａを説明する。なお、上記実施例と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複記載を避けるために説明を省略する。乗員状態判定装置１００Ａは、本図に示す相関演算部５０Ａを備え、その他の構成要素は上記実施例と同じである。相関演算部５０Ａは、車両加速度判定部３０からの加速度信号を平滑化する車両加速度信号バンドパスフィルタ５６と、乗員加速度取得部２０からの体動信号を平滑化する体動信号バンドパスフィルタ５５と、車両加速度信号バンドパスフィルタ５６が出力した加速度信号ＡＳと、体動信号バンドパスフィルタ５５が出力した体動信号ＢＳの比を算出する加速度伝達率算出部５７を備える。加速度伝達率算出部５７は、相関信号ＳＣを以下の式により算出する。
ＳＣ[t]＝ＢＳ[t]／ＡＳ[t]
これによれば、即時に相関を算出できるので応答性の良い判定を行うことができる。

【0060】

なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。

【符号の説明】

【0061】

１００ 乗員状態判定装置
１０ 車両加速度取得部
２０ 乗員加速度取得部
２１ ローパスフィルタ
２２ バンドパスフィルタ
２３ 信号取得部
２４ 角速度算出部
３０ 車両加速度判定部
４０ 乗員状態判定部
４１ 応答特性検出部
４２ 相関特性算出部
４３ 判定部
５０ 相関演算部
５１ 即時演算部
５２ 遅延演算部
５３ 応答特性算出部
５４ 遅延器
５５ 体動信号バンドパスフィルタ
５６ 車両加速度信号バンドパスフィルタ
５７ 加速度伝達率算出部
６０ 制御部
ＳＵ センサユニット
ＳＵＳ 照射部
ＳＵＲ 受信部
ＳＴ シート
ＷＬ ハンドル
ＢＫ 背もたれ
ＥＭＷ 電磁波
ＤＲ 運転者

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】