JP3719112B2 - 運転負荷判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転負荷判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、心拍信号から算出される心拍変動ＲＲＶ（R-R Variance）の変化の傾向や、心拍間隔ＲＲＩ（R-R Interval）を周波数解析して得る２つのピーク成分の変化の傾向から運転者の精神的負荷状態を判定する装置や、これら装置の判定結果に応じて警報の提示や車両制御に制限を与える装置が開発されている。
【０００３】
例えば、特開平８−１３１４２４号公報に記載の疲労蓄積判定方法及びシステム及び輸送機器は、運転者の心拍状態を検出し、時系列的に離れた２時点の拍動間隔の変動または分散または標準偏差を比較することによって、運転者の疲労蓄積を判定する方法であり、また運転者の疲労蓄積が大と判定された場合には、車両の速度を低下したり、進行方向を制限したりする装置、及び輸送機器である。
【０００４】
また、特開平８−２８０６３７号公報に記載の精神活動判定装置は、運転者の心拍間隔を検出し、検出した心拍間隔に対して周波数解析を行った上で、抽出した２つの周波数成分を２次元平面状に展開して、その座標上の変化パターンから精神活動の状態を判定する精神活動判定装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した前者の運転者の負荷判定装置では、車両運転中の運転者の精神的負荷の判定を心拍信号の揺らぎＲＲＶのみによって行なっている。しかし、車室内に装備されたモータなど、電気的なノイズを発生する機器が起動した際には、心拍信号に、これら電気的なノイズが混入する可能性があり、一元的な情報源による精神的負荷の判定と、更にはその判定に基づく車両の制御や情報提供は、必ずしも正確に行われる保証はない。
【０００６】
また、上述した後者の運転者の負荷判定装置では、拍動間隔ＲＲＩを周波数解析して得る２つのピーク成分、つまり血圧変動性成分と呼吸変動性成分との描く軌跡より精神的負荷の判定を行っている。しかし、この方法は、前記のように呼吸変動性成分を含んでいる為、高速道路の走行時など、運転者に対する負荷が一定状態に保たれて、ほぼ一定周期の呼吸が実施できる場合にのみ有効な判定手法である。例えば、街中の走行やカーブが連続し、アクセル、ブレーキ、ステアリングの操作が連続するような、いわゆる身体的な負荷が課せられている場合には、通常、運転者は呼吸を一定のリズムで行うことが困難であるため、この方法による精神的負荷の判定結果には、身体的負荷の影響がノイズとして混入している可能性がある。
【０００７】
本発明は、運転者の負荷判定をより正確に行うことのできる運転負荷判定装置の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、運転者の生体信号傾向と運転者の負荷状態とを関連づけて負荷判定法則として保持した判定法則記憶装置と、運転者の複数種類の生体信号を計測し、それぞれの生体信号及び前記判定法則記憶装置に保持されたそれぞれの前記負荷判定法則に基づいて複数の運転者負荷データを出力する運転者状態検出装置と、前記運転者状態検出装置が出力した複数の運転者負荷データに基づいて運転者の負荷状態を判定する総合運転負荷判定手段と、前記複数の運転者負荷データに基づき、運転者の運転負荷状態を精神的負荷と身体的負荷とに区分する総合運転負荷判定法則を保持した総合運転負荷判定法則記憶装置とを有し、前記総合運転負荷判定手段は、前記複数の運転負荷データ及び前記総合運転負荷判定法則に基づいて、運転負荷状態の判定を精神的負荷と身体的負荷とに区分して行う負荷分別手段を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段と、前記拍動間隔検出手段によって検出された拍動間隔とに基づいて所定時間ごとの拍動間隔の分散値を算出する拍動間隔分散値算出手段を有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の拍動間隔分散値に基づき、運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分する拍動間隔分散値負荷判定法則であり、前記拍動間隔分散値算出手段によって算出された拍動間隔の分散値及び前記拍動間隔分散値負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する拍動間隔分散値負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段と、前記拍動間隔検出手段によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間ごとの拍動間隔を周波数解析する拍動周波数解析手段と、前記拍動周波数解析手段による周波数解析の結果から所定周波数を上回る高周波成分と所定周波数を下回る低周波成分との比を算出する拍動周波数比算出手段とを有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の拍動周波数比に基づき、運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分する拍動周波数比負荷判定法則であり、前記拍動周波数比算出手段によって算出された拍動周波数比及び前記拍動周波数比負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する拍動周波数負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の呼吸周波数を検出する呼吸周波数検出手段を有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の呼吸周波数に基づき運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分するための呼吸周波数負荷判定法則であり、前記呼吸周波数検出手段によって検出した呼吸周波数及び前記呼吸周波数負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する呼吸周波数平均値負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の呼吸周波数を検出する呼吸周波数検出手段と、前記呼吸周波数検出手段によって検出した呼吸周波数に基づいて所定時間ごとの呼吸周波数の分散値を算出する呼吸周波数分散値算出手段とを有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の呼吸周波数分散値に基づいた運転者の運転負荷状態を区分するための呼吸周波数分散値負荷判定法則であり、前記呼吸周波数分散値算出手段によって算出した呼吸周波数分散値及び前記呼吸周波数分散値負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する呼吸周波数分散値負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５記載の運転負荷判定装置であって、前記総合運転負荷判定法則記憶装置は、予め複数の運転者にそれぞれ精神的負荷、身体的負荷及び通常状態からなる運転負荷状態を加えた場合の複数種類の運転者負荷データをそれぞれ、精神的負荷データの典型値、身体的負荷データの典型値及び通常負荷データの典型値として記憶し、前記負荷分別手段は、運転者状態検出装置が出力した複数種類の運転者負荷データを入力値として、該入力値から、前記精神的負荷データの典型値、身体的負荷データの典型値及び通常負荷データの典型値までのそれぞれの距離を算出し、これらの距離のうち最も短い典型値に対応する前記精神的負荷、前記身体的負荷及び前記通常状態の何れかを運転者がおかれている負荷状態と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６記載の運転負荷判定装置であって、車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行う運転支援装置と、精神的又は身体的な運転負荷状態に応じた運転支援法則を保持する運転支援法則記憶装置と、前記総合運転負荷判定手段の判定及び前記運転支援法則記憶装置に保持された運転支援法則に基づいて前記運転支援装置の起動と停止及び動作状態を決定する運転支援装置制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７記載の運転負荷判定装置であって、前記運転支援装置は、前記運転支援装置制御手段に基づいて車両運転に必要な動作の全部もしくは一部を自動的に行う車両の自動走行制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいて舵角比の変更が可能である舵角比可変操舵手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいてアクセル操作量に対するスロットルゲインの変更が可能である駆動力特性可変駆動制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいてブレーキ操作量に対する制動力が変更可能である制動特性可変制動制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいて警報情報を提供する情報提供手段との少なくとも１つ以上を有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、運転者状態検出装置によって、運転者の複数種類の生体信号を計測させ、計測した生体信号の傾向と運転者の負荷状態とを関連づけた負荷判定法則を参照することで、運転者の負荷状態を示す運転負荷データを得ることが可能になる。更に、複数の運転者負荷データに基づいて運転者の負荷状態の判定を行う総合運転負荷判定手段を設けることによって、複数の運転者状態検出装置が出力した複数の運転者負荷データに基づく運転者の負荷状態、すなわち複数の生体信号に基づく運転者の負荷状態の判定が可能になる。
また、複数の運転者負荷データを運転者の精神的負荷と身体的負荷とに関連付けた総合運転負荷判定法則を総合運転負荷判定法則記憶装置の内部に保持させることによって、総合運転負荷判定手段においては、複数の運転負荷データの入力に対して、精神的負荷と身体的負荷とに区分した運転負荷の判定を行うことが可能になる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、運転者の拍動間隔を拍動間隔検出手段によって検出させ、拍動間隔分散値算出手段では、所定時間分の拍動間隔を収集させることで、拍動間隔の分散値を算出することが可能になる。更に、判定法則記憶装置に、拍動間隔の分散値と運転負荷の関係を区分して示す拍動間隔分散値負荷判定法則とを保持させることによって、拍動間隔分散値負荷判定手段では、適宜、判定法則規則装置を参照することで、運転者の拍動信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の発明の効果に加え、運転者の拍動間隔を拍動間隔検出手段によって検出させ、拍動周波数解析手段では、所定時間分の拍動間隔を収集することで拍動間隔の周波数解析を行うことが可能になる。周波数解析によって抽出される低周波成分と高周波成分との比は、拍動周波数比算出手段を設けることによって算出することが可能になる。更に、判定法則記憶装置に、拍動周波数比と運転負荷の関係とを区分して示す拍動周波数比負荷判定法則を保持させることによって、拍動周波数比負荷判定手段では、適宜、判定法則記憶装置を参照することで、運転者の拍動信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３の発明の効果に加え、運転者の呼吸周波数を呼吸周波数検出手段によって検出させ、判定法則記憶装置に、呼吸周波数と運転負荷との関係を区分して示す呼吸周波数負荷判定法則を保持させることによって、呼吸周波数負荷判定手段では、適宜、判定法則記憶装置を参照することで、運転者の呼吸信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４の発明の効果に加え、運転者の呼吸周波数を呼吸周波数検出手段によって検出させ、呼吸周波数分散値算出手段では、所定時間分の呼吸周波数を収集させることで呼吸周波数の分散値を算出することが可能になる。更に、判定法則記憶装置に、呼吸周波数の分散値と運転負荷との関係を区分して示す呼吸周波数分散値負荷判定法則を保持させることによって、呼吸周波数分散値負荷判定手段では、適宜、判定法則記憶装置を参照することで、運転者の呼吸信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２３】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至５の発明の効果に加え、負荷分別手段において、運転者負荷データから、精神的負荷データ等の典型値までの距離を算出することによって、運転負荷の精神的負荷と身体的負荷との区分を実現することが可能になる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至６の発明の効果に加え、運転支援法則記憶装置に精神的又は身体的な運転負荷状態に適した運転支援を示す運転支援法則を保持させることによって、運転支援装置制御装置では、適宜、総合運転負荷判定手段の判定に基づいて、車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行う運転支援装置の起動と停止及び動作状態を決定することが可能になる。
【００２５】
請求項８記載の発明によれば、請求項７の発明の効果に加え、運転支援装置に、自動走行制御手段と、舵角比可変操舵手段と、駆動力特性可変駆動制御手段と、制動特性可変制動制御手段と、情報提供手段との少なくとも１つ以上の手段を保持させ、これらを運転者の精神的・身体的な負荷状況とその程度に応じて駆動することによって運転者の運転負荷を軽減することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の構成を示すブロック図である。この図１のように、本発明の運転負荷判定装置は、運転者状態検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの何れかを備えている。又、判定法則記憶装置１０、総合運転負荷判定手段３０、総合運転負荷判定法則記憶装置８０、運転支援装置制御手段５０、運転支援法則記憶装置６０、運転支援装置７０を備えている。
【００２７】
前記判定法則記憶装置１０は、運転者の生体信号傾向と、運転者の負荷状態に関連付けて負荷判定法則すなわち拍動間隔分散値負荷判定法則１１又は拍動周波数比負荷判定法則１２又は呼吸周波数負荷判定法則１３又は呼吸周波数分散値負荷判定法則１４を保持したものである。
【００２８】
前記運転者状態検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、運転者の２種類の生体信号を記憶し、該生体信号及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則１１，１２，１３，１４に基づいて運転者負荷データを出力するものである。
【００２９】
又、前記運転者状態検出装置２０Ａは、拍動間隔検出手段２１１、拍動間隔分散値算出手段２１２、拍動間隔分散値負荷判定手段２１３を備えている。前記拍動間隔検出手段２１１は、運転者の拍動間隔を検出するものである。前記拍動間隔分散値算出手段２１２は、拍動間隔検出手段２１１によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間毎の拍動間隔の分散値を算出するものである。前記拍動間隔分散値負荷判定手段２１３は、前記拍動間隔分散値算出手段２１２によって算出された拍動間隔の分散値及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則としての拍動間隔分散値負荷判定法則１１に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３０】
前記運転者状態検出装置２０Ｂは、拍動間隔検出手段２２１、拍動周波数解析手段２２２、拍動周波数比算出手段２２３、拍動周波数比負荷判定手段２２４を備えている。前記拍動間隔検出手段２１１は、運転者の拍動間隔を検出するものである。前記拍動周波数解析手段２２２は、拍動間隔検出手段２２１によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間毎の拍動間隔を周波数解析するものである。前記拍動周波数比算出手段２２３は、前記拍動周波数解析手段２２２による周波数解析の結果から所定周波数を上回る高周波成分と所定周波数を下回る低周波成分との比を算出するものである。前記拍動周波数比負荷判定手段２２４は、前記拍動周波数比算出手段２２３によって算出された拍動周波数比及び前記判定法則記憶装置に保持された判定負荷法則としての拍動周波数比負荷判定法則１２に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３１】
前記運転者状態検出装置２０Ｃは、呼吸周波数検出手段２３１、呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２を備えている。前記呼吸周波数検出手段２３１は、運転者の呼吸周波数を検出するものである。前記呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２は、前記呼吸周波数検出手段２３１によって検出した呼吸周波数及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則としての呼吸周波数負荷判定法則１３に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３２】
前記運転者状態検出装置２０Ｄは、呼吸周波数検出手段２４１、呼吸周波数分散値算出手段２４２、呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３を備えている。前記呼吸周波数検出手段２４１は、運転者の呼吸周波数を検出するものである。前記呼吸周波数分散値算出手段２４２は、前記呼吸周波数検出手段２４１によって検出した呼吸周波数に基づいて所定時間毎の呼吸周波数の分散値を算出するものである。前記呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３は、前記呼吸周波数分散値算出手段２４２によって算出した呼吸周波数分散値及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則としての呼吸周波数分散値負荷判定法則１４に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３３】
前記総合運転負荷判定手段３０は、負荷分別手段４０を備えている。負荷分別手段４０は、前記呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２と、呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３とによる運転負荷判定の結果に基づき、運転負荷が高いと判定された場合には運転者の運転負荷状態を身体的負荷に区分し、運転負荷が低いと判定された場合には運転者の運転負荷状態を精神的負荷に区分するものである。
【００３４】
前記総合運転負荷判定法則記憶装置８０は、総合運転負荷判定法則８１を備えている。前記総合運転負荷判定法則８１は、複数の運転者負荷データに基づき運転者の運転負荷状態を精神的負荷と身体的負荷とに区分する法則を記述したものである。前記運転支援装置７０は、車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行うものである。前記運転支援法則記憶装置６０は精神的又は身体的な運転負荷状態に応じた運転支援法則６１を保持している。
【００３５】
前記運転支援装置制御手段５０は、総合運転負荷判定手段３０及び運転支援法則記憶装置６０に保持された運転支援法則６１に基づいて、前記運転支援装置７０の起動と停止及び動作状態を決定するものである。
【００３６】
前記運転支援装置７０は、自動走行制御手段７１、舵角比可変操舵手段７２、駆動力特性可変駆動制御手段７３、制動特性可変制動制御手段７４、情報提供手段７５を備えている。前記自動走行制御手段７１は、運転支援装置制御手段５０に基づいて車両運転に必要な動作の全部もしくは一部を自動的に行うものである。前記舵角比可変操舵手段７２は、運転支援装置制御手段５０に基づいて舵角比の変更を行うものである。前記駆動力特性可変駆動制御手段７３は、前記運転支援装置制御手段５０に基づいてアクセル操作量に対するスロットルゲインの変更を行うものである。前記制動特性可変制動制御手段７４は、前記運転支援装置制御手段５０に基づいてブレーキ操作量に対する制動力を変更するものである。前記情報提供手段７５は、前記運転支援装置制御手段に基づいて警報情報を提供するものである。
【００３７】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係るブロック図を示している。この図２のように、第１実施形態の運転負荷判定装置は、心拍信号検出装置１００、拍動間隔分散値算出回路１０１、拍動間隔分散値負荷判定回路１０２、拍動周波数解析回路１０３、拍動周波数比負荷判定回路１０４を備えている。又、呼吸信号検出装置１０５、呼吸周波数平均値算出回路１０６、呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７、呼吸周波数分散値算出回路１０８、呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９を備えている。更に、総合運転負荷判定回路１１０、運転支援装置制御回路１１１、自動走行制御装置１１２、情報提供装置１１３、負荷判定法則記憶装置１１４、運転支援法則記憶装置１１５を備えている。
【００３８】
前記心拍信号検出装置１００は、前記拍動間隔検出手段２１１を構成し、運転者の心拍信号を検出するものである。前記拍動間隔分散値算出回路１０１は、前記拍動間隔分散値算出手段２１２を構成するもので、検出した心拍信号から拍動間隔を求めて分散値を算出するものである。前記拍動間隔分散値負荷判定回路１０２は、前記拍動間隔分散値負荷判定手段２１３を構成するもので、算出した拍動間隔分散値を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。前記拍動周波数解析回路１０３は、前記拍動周波数解析手段２２２を構成するもので、検出した心拍信号から拍動間隔を求めて、これを一定サンプリング周波数のデータに補正した後に周波数解析を行うものである。
【００３９】
前記拍動周波数比負荷判定回路１０４は、前記拍動周波数比算出手段２２３及び拍動周波数比負荷判定手段２２４を構成するもので、周波数解析の結果として得た高周波成分と低周波成分との比を求め、算出した比を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。
【００４０】
前記呼吸信号検出装置１０５は、前記呼吸周波数検出手段２３１を構成するもので、運転者の呼吸信号を検出するものである。前記呼吸周波数平均値算出回路１０６は、前記呼吸周波数検出手段２３１を構成するもので、検出した呼吸信号から呼吸周波数を求めてその平均値を算出するものである。
【００４１】
前記呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７は、前記呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２を構成するもので、算出した呼吸周波数平均値を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。
【００４２】
前記呼吸周波数分散値算出回路１０８は、前記呼吸周波数分散値算出手段２４２を構成するもので、検出した呼吸信号から呼吸周波数を求めてその分散値を算出するものである。前記呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９は、前記呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３を構成するもので、算出した呼吸周波数分散値を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。
【００４３】
前記総合運転負荷判定回路１１０は、前記総合運転負荷判定手段３０を構成するもので、各判定回路１０２，１０４，１０７，１０９の判定結果を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷の種類と程度とを判定するものである。
【００４４】
前記運転支援装置制御回路１１１は、前記運転支援装置制御手段５０を構成するもので、判定された運転負荷の種類と程度とを運転支援法則記憶装置１１５に記憶された支援法則に照らし合わすことで運転者の運転支援の必要性判断、支援方法を決定するものである。
【００４５】
前記自動走行制御装置１１２は、前記自動走行制御手段７１を構成するもので、操舵制御、アクセル制御、ブレーキ制御のそれぞれを自動的に行うものである。前記情報提供装置１１３は、前記情報提供手段７５を構成するもので、警報情報を音声、画像で運転者に提示するものである。
【００４６】
前記心拍信号検出装置１００は、超音波センサによって心臓の拍動を検出するものであり、検出する心拍信号は心電の正確な波形診断が目的ではないため、図３に示すように、本超音波センサ９１をシート９２に内蔵することで心拍信号の検出が可能である。また、前記呼吸信号検出装置１０５は、胸部に配置した歪みゲージの伸縮で呼吸運動を波形として検出するものであり、図３に示すように、呼吸センサ９３をシートベルト９０に内蔵することで呼吸信号の検出が可能である。
【００４７】
前記拍動間隔分散値算出回路１０１で行われる処理には実時間で行われるＲＲＶ算出手法を用いることができるが、算出方法の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１で、心拍信号検出装置１００によって検出された心拍信号が入力される。ステップＳ１２では、あらかじめ与えられた閾値によって心拍信号のＲ波を検出する。ステップＳ１３では、Ｒ波検知の時間間隔ＲＲＩ（R-R Interval）を算出する。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出したＲＲＩデータを新たに加えた例えば過去３０秒分のＲＲＩデータを回路内のデータ蓄積手段に蓄積する。ステップＳ１５では、蓄積された３０秒分のＲＲＩデータについて、正規化分散ＲＲＶを算出する。この方法によれば、計測開始から３０秒間については正確なＲＲＶを算出できないが、３０秒経過以降はＲ波が検出されるタイミングで３０秒分の心拍信号を基にしたＲＲＶが算出されることになる。ステップＳ１６では、求めたＲＲＶを出力する。
【００４８】
前記拍動間隔分散値負荷判定回路１０２で行われる処理の流れを図５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１７で拍動間隔分散値算出回路１０１によって算出された拍動間隔分散値ｒｒｖが入力される。ステップＳ１８では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、拍動間隔分散値と運転負荷の関係を示す、図６に示すテーブルが記憶されており、例えば、ステップＳ１７で入力された拍動間隔分散値がｒｒｖ＝２×１０-4であった場合、運転負荷段階ＷＬｒｒｖ＝４を得る。なお、本テーブルに示される拍動間隔分散値と運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される拍動間隔分散値と、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ１９では、求めた運転負荷を運転者負荷データＷＬｒｒｖとして出力する。
【００４９】
前記拍動周波数解析回路１０３で行われる処理の流れを図７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２１で、心拍信号検出装置１００によって検出された心拍信号が入力される。ステップＳ２２では、あらかじめ与えられた閾値によって心拍信号のＲ波を検出する。ステップＳ２３では、Ｒ波検知の時間間隔ＲＲＩ（R-R Interval）を算出する。ステップＳ２４では、算出したＲＲＩを新たに加えた、例えば３２秒分のＲＲＩデータを蓄積する。ステップＳ２５では、蓄積された３２秒分のＲＲＩデータについて、例えば４Ｈｚで補間する。これはＲＲＩデータが時系列的に不規則なサンプリングになるためである。ステップＳ２６では、補完されたデータに基づき高速周波数解析ＦＦＴを行う。この方法に依れば、初めの３２秒間については正確な周波数解析を行えないが、３２秒経過以降はＲ波が検知されるタイミングで１２８点のＦＦＴを実施することができる。ステップＳ２７では、周波数解析の結果を出力する。
【００５０】
前記拍動周波数比判定回路１０４で行われる処理の流れを図８に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２８で拍動周波数解析回路１０３によって算出された周波数解析結果が入力される。ステップＳ２９では、解析結果の低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦとを求める。低周波成分ＬＦは血圧変動性の成分であり、０．１Ｈｚ前後に現れることがわかっているので、０．１Ｈｚ前後のピーク点をＬＦとすればよい。高周波成分ＨＦは呼吸変動性の成分であり、車両の運転中であれば、０．２Ｈｚ以降に現れることがわかっている。したがって、０．２Ｈｚ以降のピーク点をＨＦとすればよい。ステップＳ３０では、検出した低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦの比ＬＨ＝ＬＦ／ＨＦを算出する。ステップＳ３１では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、周波数成分比ＬＨと運転負荷の関係を示す図９に示すテーブルが記憶されており、例えば、算出されたＬＨがｌｈ＝２．９であった場合、運転負荷段階ＷＬｌｈ＝３を得る。なお、本テーブルに示される周波数成分比ＬＨと運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される周波数成分比ＬＨと、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ３２では、求めた運転負荷を運転者負荷データＷＬｌｈとして出力する。
【００５１】
前記呼吸周波数平均値算出回路１０６で行われる処理の流れを図１０に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４１で、呼吸信号検出装置１０５によって検出された呼吸信号が入力される。ステップＳ４２では、例えば３２秒分の呼吸信号を蓄積する。ステップＳ４３では、ステップＳ４２で蓄積した３２秒分の呼吸信号を新たに加えた、３２０秒分の呼吸信号を蓄積する。ステップＳ４３で蓄積された呼吸信号に基づき高速周波数解析ＦＦＴを行う。この方法によれば、初めの３２０秒間については正確な周波数解析を行えないが、３２０秒経過以降はステップＳ４２で設定した時間間隔、本例では３２秒間隔で周波数解析を実施することができる。本周波数解析の結果、呼吸周波数が抽出される。ステップＳ４５では、求めた呼吸周波数を出力する。
【００５２】
前記呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７で行われる処理の流れを図１１に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４６で呼吸周波数算回路１０５によって算出された呼吸周波数が入力される。ステップＳ４７では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、呼吸周波数と運転負荷の関係を示す。図１２に示すテーブルが記憶されており、例えば、ステップＳ４６で入力された呼吸周波数がｒ＝０．３３［Ｈｚ］であった場合、運転負荷段階ＷＬｒ＝３を得る。なお、本テーブルに示される呼吸周波数と運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される呼吸周波数と、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ４８では、求めた運転負荷を運転者負荷データＷＬｒとして出力する。
【００５３】
前記呼吸周波数分散値算出回路１０８で行われる処理の流れを図１３に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５１で、呼吸信号検出装置１０５によって検出された呼吸信号が入力される。ステップＳ５２では、例えば３２秒分の呼吸信号を蓄積する。ステップＳ５３では、蓄積された呼吸信号に基づき高速周波数解析ＦＦＴを行う。本周波数解析の結果、呼吸周波数が抽出される。ステップＳ５４では、算出した呼吸周波数を新たに加えた、３２０秒分の呼吸周波数を蓄積する。ステップＳ５５では、蓄積した呼吸周波数の分散値を求める。この方法によれば、初めの３２０秒間については正確な呼吸周波数の分散値を求めることはできないが、３２０秒経過以降はステップＳ２６で設定した時間間隔、３２秒間隔で呼吸周波数の分散値を求めることが可能である。ステップＳ５６では、求めた呼吸周波数分散値を出力する。
【００５４】
前記呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９で行われる処理の流れを図１４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５７で呼吸周波数分散値算出回路１０８によって算出された呼吸周波数分散値が入力される。ステップＳ５８では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、呼吸周波数分散値と運転負荷との関係を示す図１５のテーブルが記憶されており、例えば、ステップＳ５７で入力された呼吸周波数分散値がｒｖ＝０．０１２であった場合、運転負荷段階ＷＬｒｖ＝２を得る。
なお、本テーブルに示される呼吸周波数分散値と運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される呼吸周波数分散値と、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ５９では、求めた運転負荷段階を運転者負荷データＷＬｒｖとして出力する。
【００５５】
前記総合負荷判定回路１１０で行われる処理の流れを図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ６１で拍動間隔分散値負荷判定回路１０２、拍動周波数比負荷判定回路１０４、呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７、呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９の各々で判定された運転者負荷データ（ＷＬｒｒｖ，ＷＬｌｈ，ＷＬｒ，ＷＬｒｖ）が入力される。ステップＳ６２では、入力された各運転者負荷データを負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、「精神的負荷」、「身体的負荷」、「通常」の３種のどの運転負荷種別に属するものであるかを判定する。負荷判定法則記憶装置１１４には、拍動間隔分散値と拍動周波数比と呼吸周波数と呼吸周波数分散値との各運転者負荷データが「精神的負荷」、「身体的負荷」、「通常」のそれぞれが与えられた時に示す典型的な値を図１７に示すテーブルのように記憶されている。そして、運転者負荷データから精神的負荷データの典型値までの距離ＷＬｍは
【数１】
で決定する。同様に運転者負荷データから身体的負荷データまでの距離ＷＬｂは
【数２】
で決定し、運転者負荷データから通常負荷データの典型値までの距離ＷＬｎは
【数３】
で決定する。例えば、ステップＳ６１で入力された運転負荷データが（ＷＬｒｒｖ，ＷＬｌｈ，ＷＬｒ，ＷＬｒｖ）＝（４，３，３，２）であり、テーブルが図１８で与えられた場合、
【数４】
を得る。本手法によれば、算出された各負荷値で最も小さい値を示すものが運転者がおかれている負荷の状態（運転負荷種別）に近い。すなわち、本例の場合、運転負荷種別ＷＬｋは「精神的負荷」と判定される。なお、本テーブルは、複数の被験者（運転者）に対して実験的に「精神的負荷」、「身体的負荷」、「通常」の３種の負荷を与え、この時に示される各運転者負荷データを平均することによって作成できる。ステップＳ６３では、ステップＳ６２の判定結果に基づき運転負荷レベルＷＬｌを算出する。判定結果が「精神的負荷」であれば、その傾向を実験的に最も反映すると認められている拍動周波数比負荷判定による運転負荷データＷＬｌｈの値を運転負荷レベルＷＬｌとする。一方、判定結果が「身体的負荷」であれば、その傾向を実験的に最も反映すると認められている呼吸周波数分散値判定による運転負荷データＷＬｒｒｖの値を運転負荷レベルＷＬｌとする。
判定結果が「通常」であれば、運転負荷レベルの項目は空白でよい。ステップＳ６４では、運転負荷種別ＷＬｋと運転負荷レベルＷＬｌとの組合わせを総合運転負荷値（ＷＬｋ，ＷＬｌ）として出力する。
【００５６】
前記自動走行制御手段１１２は、車両運転に係わる動作に全部または一部を自動的に行うものであり、例えば、車間距離センサ、速度センサ、アクセル、ブレーキを駆動するアクチュエータを搭載し、自動的に先行車両との車間距離を維持したり、車速を維持して走行することを可能とする所謂オートマチッククルーズコントロール（ＡＣＣ）や、カメラ、操舵アクチュエータに搭載して、カメラで検出した走行車線を維持すべく操舵アクチュエータによって自動的に操舵輪を転蛇して走行するレーン追従制御装置などもこれに相当する。なお、本実施形態では、オートマチッククルーズコントロールとレーン追従制御装置を搭載している。
【００５７】
前記情報提供装置１１３は、本実施形態では、図１９に示すように、特定周波数の音を指定した時間で提示する車室内の任意の位置に設置されたブザー９５と任意の画像の提示が可能であるモニタ９６となっている。
【００５８】
前記運転支援制御装置制御回路１１１で行われる処理の流れを図２０に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ７１では、前記総合負荷判定回路１１０から出力された運転負荷種別と運転負荷値レベルの組合わせである総合運転負荷値が入力される。ステップＳ７２では、運転支援法則記憶装置１１５を参照して、駆動する運転支援装置の種類と、駆動方法を決定する。運転支援法則記憶装置１１５には、運転負荷種別、運転負荷レベルに対応させて駆動する運転支援装置の関係を示す図２１のテーブルが記憶されており、本テーブルによれば、例えば、ステップＳ７１で入力された運転負荷種別が「精神的負荷」であり、運転負荷レベルＷＬｌ＝３であった場合、自動走行制御装置１１２のオートマチッククルーズコントロールに対して駆動命令を出すことを示している。この時、情報提供装置のモニタにオートマチッククルーズコントロールが起動することを伝える情報を表示することと、情報提示装置のブザーを０．５秒間鳴らすことを示している。また、運転負荷レベルＷＬｌ≧４であった場合には、オートマチッククルーズコントロールに加えてレーン追従制御装置を駆動し、レーン追従装置が起動したことを伝える情報を情報提供装置のモニタに表示すること、情報提供装置のブザーを１秒間鳴らすことを示している。また、運転負荷種別が「身体的負荷」と「通常」である場合には、運転支援装置を駆動しないことを示している。本テーブルに示される運転負荷種別と運転負荷レベルと駆動する運転支援装置の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して精神的負荷および身体的負荷を与えたときの被験者の主観で起動したい支援手段をアンケート調査することによって求められ、さらに運転支援装置を駆動した時の運転負荷種別と運転負荷レベルを計測し、運転支援装置を駆動する前の負荷レベルと比較することによって、その効果を確認することができる。ステップＳ７３ではステップＳ７２で決定された運転支援の方策を実施する。
【００５９】
以上説明したように本実施形態によれば、心拍信号から得る心拍間隔の分散値による負荷判断と、拍動間隔の周波数解析による負荷判断と、呼吸信号から得る呼吸周波数による負荷判断と、呼吸周波数の分散値による負荷判断の、計４種の多元的な負荷判断を行ない、各判断値の出現パターンを記憶装置に記憶されたパターンと比較することによって、多元的な生体信号からの運転負荷の判定ができ、更に、この運転負荷を精神的負荷と身体的負荷に分離することができる。従って、正確な負荷判定を行い、運転支援装置の的確な制御等を行うことができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図２２は、運転者の運転負荷を判定する運転負荷判定装置へ適用した本発明の第２実施形態の構成図である。この実施形態は運転支援を行う上で制御する装置として、舵角比可変操舵装置１１６と駆動特性可変駆動制御装置１１７と制動特性可変制動制御装置１１８を増やした例であり、これにともなって、運転支援装置制御回路１１１’が参照する運転支援法則記憶装置１１５’に記憶されている運転支援法則の内容を変更した例であり、他の構成及び各構成要素における処理の流れは第１実施形態と同じである。
【００６１】
前記舵角比可変操舵制御装置１１６は、運転者の操舵に対する操舵輪の操舵量を決定するステアリングギヤ比を変更可能である操舵制御装置である。
【００６２】
前記駆動特性可変駆動制御装置１１７は、運転者のアクセル操作量に対するスロットルバルブの開度のゲイン、すなわちスロットルゲインを変更可能である駆動制御装置である。
【００６３】
前記制動特性可変制動制御装置１１８は、運転者のブレーキ踏力もしくはブレーキ踏込み量に対して発生させる制動力の変更が可能である制動制御装置であり、いわゆるブレーキアシスト装置である。
【００６４】
前記運転支援制御装置制御回路１１１’で行われる処理の流れを図２３に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ８１では、総合負荷判定回路１１０から出力された運転負荷種別と運転負荷値レベルの組合わせである総合運転負荷値が入力される。ステップＳ８２では、運転支援法則記憶装置１１５’を参照して、駆動する運転支援装置の種類と、駆動方法を決定する。運転支援法則記憶装置１１５’には、運転負荷種別、運転負荷レベルに対応させて駆動する運転支援装置の関係を示す、図２４に示すテーブルが記憶されており、本テーブルによれば、例えば、ステップＳ７１で入力された運転負荷種別が「精神的負荷」であり、運転負荷レベルＷＬｌ＝４であった場合、自動走行制御装置１１２のオートマチッククルーズコントロールに対して駆動命令を出すことを示している。この時、情報提供装置のモニタにオートマチッククルーズコントロールが起動することを伝える情報を表示することと、情報提供装置のブザーを０．５秒間鳴らすことを示している。また、ステアリングギア比を通常時の０．９倍、スロットルゲインを通常時の０．９５倍、ブレーキアシスト量を通常の１．０５倍に設定している。なお、本設定は、精神的な負荷が課せられている時の運転者の心理状態として、急激な挙動の車両特性は煩わしく感じること、通常時と比較して制動動作に遅れが生じることに起因している。
【００６５】
また、例えば、ステップＳ７１で入力された運転負荷種別が「身体的負荷」であり、運転負荷レベルＷＬｌ＝５であった場合、ステアリングギア比を通常時の１．５倍、スロットルゲインを通常時の１．１倍、ブレーキアシスト量を通常の１．１５倍に設定している。なお、本設定は、身体的な負荷が課せられている時の運転者の審理状態として、通常時と比較して各種操作を急いで行いたいこと、操作量を減少させたいことに起因している。更に、通常時である場合には、運転支援装置を駆動しないことを示している。
【００６６】
本テーブルに示される運転負荷種別と運転負荷レベルと駆動する運転支援装置の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して精神的負荷および身体的負荷を与えたときの被験者の主観で起動したい支援手段をアンケート調査することによって求められ、さらに運転支援装置を駆動した時の運転負荷種別と運転負荷レベルを計測し、運転支援装置を駆動する前の負荷レベルと比較することによって、その効果を確認することができる。ステップＳ８３ではステップＳ８２で決定された運転支援の方策を実施する。
【００６７】
以上説明したように本実施形態によれば、心拍信号から得る拍動間隔の分散値による負荷判断と、拍動間隔の周波数解析による負荷判断と、呼吸信号から得る呼吸周波数の分散値による負荷判断の計４種の負荷判断に基づき総合的に判断した結果、運転負荷を精神的負荷と身体的負荷に区別がなされ、更にそれぞれの負荷レベルを算出することで、運転者の負荷状態に適した運転支援手段を選択し、実施することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、心拍、呼吸の双方により判定したが、心拍、呼吸、いずれか一方のみを用いて判定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係り、超音波センサと呼吸センサの取付例を示す説明図である。
【図４】第１実施形態に係り、拍動間隔分散値算出回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係り、拍動間隔分散値負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図７】第１実施形態に係り、拍動周波数解析回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係り、拍動間周波数比負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１０】第１実施形態に係り、呼吸周波数算出回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態に係り、呼吸周波数比負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１３】第１実施形態に係り、呼吸周波数分散値算出回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第１実施形態に係り、呼吸周波数分散値負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１６】第１実施形態に係り、総合負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１８】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１９】第１実施形態に係り、情報提供装置の設置例を示す図である。
【図２０】第１実施形態に係り、運転支援制御装置制御回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】第１実施形態に係り、運転支援法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図２２】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２３】第２実施形態に係り、運転支援制御装置制御回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図２４】第２実施形態に係り、運転支援法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【符号の説明】
１０ 判定法則記憶装置
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 運転者状態検出装置
３０ 総合運転負荷判定手段
４０ 負荷分別手段
５０ 運転支援装置制御手段
６０ 運転支援法則記憶装置
６１ 運転支援法則
７０ 運転支援装置
７１ 自動走行制御手段
７２ 舵角比可変操舵手段
７３ 駆動力特性可変駆動制御手段
７４ 制動特性可変制動制御手段
７５ 情報提供手段
８０ 総合運転負荷判定法則記憶装置
８１ 総合運転負荷判定法則
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転負荷判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、心拍信号から算出される心拍変動ＲＲＶ（R-R Variance）の変化の傾向や、心拍間隔ＲＲＩ（R-R Interval）を周波数解析して得る２つのピーク成分の変化の傾向から運転者の精神的負荷状態を判定する装置や、これら装置の判定結果に応じて警報の提示や車両制御に制限を与える装置が開発されている。
【０００３】
例えば、特開平８−１３１４２４号公報に記載の疲労蓄積判定方法及びシステム及び輸送機器は、運転者の心拍状態を検出し、時系列的に離れた２時点の拍動間隔の変動または分散または標準偏差を比較することによって、運転者の疲労蓄積を判定する方法であり、また運転者の疲労蓄積が大と判定された場合には、車両の速度を低下したり、進行方向を制限したりする装置、及び輸送機器である。
【０００４】
また、特開平８−２８０６３７号公報に記載の精神活動判定装置は、運転者の心拍間隔を検出し、検出した心拍間隔に対して周波数解析を行った上で、抽出した２つの周波数成分を２次元平面状に展開して、その座標上の変化パターンから精神活動の状態を判定する精神活動判定装置である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した前者の運転者の負荷判定装置では、車両運転中の運転者の精神的負荷の判定を心拍信号の揺らぎＲＲＶのみによって行なっている。しかし、車室内に装備されたモータなど、電気的なノイズを発生する機器が起動した際には、心拍信号に、これら電気的なノイズが混入する可能性があり、一元的な情報源による精神的負荷の判定と、更にはその判定に基づく車両の制御や情報提供は、必ずしも正確に行われる保証はない。
【０００６】
また、上述した後者の運転者の負荷判定装置では、拍動間隔ＲＲＩを周波数解析して得る２つのピーク成分、つまり血圧変動性成分と呼吸変動性成分との描く軌跡より精神的負荷の判定を行っている。しかし、この方法は、前記のように呼吸変動性成分を含んでいる為、高速道路の走行時など、運転者に対する負荷が一定状態に保たれて、ほぼ一定周期の呼吸が実施できる場合にのみ有効な判定手法である。例えば、街中の走行やカーブが連続し、アクセル、ブレーキ、ステアリングの操作が連続するような、いわゆる身体的な負荷が課せられている場合には、通常、運転者は呼吸を一定のリズムで行うことが困難であるため、この方法による精神的負荷の判定結果には、身体的負荷の影響がノイズとして混入している可能性がある。
【０００７】
本発明は、運転者の負荷判定をより正確に行うことのできる運転負荷判定装置の提供を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、運転者の生体信号傾向と運転者の負荷状態とを関連づけて負荷判定法則として保持した判定法則記憶装置と、運転者の複数種類の生体信号を計測し、それぞれの生体信号及び前記判定法則記憶装置に保持されたそれぞれの前記負荷判定法則に基づいて複数の運転者負荷データを出力する運転者状態検出装置と、前記運転者状態検出装置が出力した複数の運転者負荷データに基づいて運転者の負荷状態を判定する総合運転負荷判定手段と、前記複数の運転者負荷データに基づき、運転者の運転負荷状態を精神的負荷と身体的負荷とに区分する総合運転負荷判定法則を保持した総合運転負荷判定法則記憶装置とを有し、前記総合運転負荷判定手段は、前記複数の運転負荷データ及び前記総合運転負荷判定法則に基づいて、運転負荷状態の判定を精神的負荷と身体的負荷とに区分して行う負荷分別手段を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段と、前記拍動間隔検出手段によって検出された拍動間隔とに基づいて所定時間ごとの拍動間隔の分散値を算出する拍動間隔分散値算出手段を有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の拍動間隔分散値に基づき、運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分する拍動間隔分散値負荷判定法則であり、前記拍動間隔分散値算出手段によって算出された拍動間隔の分散値及び前記拍動間隔分散値負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する拍動間隔分散値負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段と、前記拍動間隔検出手段によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間ごとの拍動間隔を周波数解析する拍動周波数解析手段と、前記拍動周波数解析手段による周波数解析の結果から所定周波数を上回る高周波成分と所定周波数を下回る低周波成分との比を算出する拍動周波数比算出手段とを有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の拍動周波数比に基づき、運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分する拍動周波数比負荷判定法則であり、前記拍動周波数比算出手段によって算出された拍動周波数比及び前記拍動周波数比負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する拍動周波数負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の呼吸周波数を検出する呼吸周波数検出手段を有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の呼吸周波数に基づき運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分するための呼吸周波数負荷判定法則であり、前記呼吸周波数検出手段によって検出した呼吸周波数及び前記呼吸周波数負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する呼吸周波数平均値負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４記載の運転負荷判定装置であって、前記運転者状態検出装置は、運転者の呼吸周波数を検出する呼吸周波数検出手段と、前記呼吸周波数検出手段によって検出した呼吸周波数に基づいて所定時間ごとの呼吸周波数の分散値を算出する呼吸周波数分散値算出手段とを有し、前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の呼吸周波数分散値に基づいた運転者の運転負荷状態を区分するための呼吸周波数分散値負荷判定法則であり、前記呼吸周波数分散値算出手段によって算出した呼吸周波数分散値及び前記呼吸周波数分散値負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する呼吸周波数分散値負荷判定手段を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５記載の運転負荷判定装置であって、前記総合運転負荷判定法則記憶装置は、予め複数の運転者にそれぞれ精神的負荷、身体的負荷及び通常状態からなる運転負荷状態を加えた場合の複数種類の運転者負荷データをそれぞれ、精神的負荷データの典型値、身体的負荷データの典型値及び通常負荷データの典型値として記憶し、前記負荷分別手段は、運転者状態検出装置が出力した複数種類の運転者負荷データを入力値として、該入力値から、前記精神的負荷データの典型値、身体的負荷データの典型値及び通常負荷データの典型値までのそれぞれの距離を算出し、これらの距離のうち最も短い典型値に対応する前記精神的負荷、前記身体的負荷及び前記通常状態の何れかを運転者がおかれている負荷状態と判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６記載の運転負荷判定装置であって、車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行う運転支援装置と、精神的又は身体的な運転負荷状態に応じた運転支援法則を保持する運転支援法則記憶装置と、前記総合運転負荷判定手段の判定及び前記運転支援法則記憶装置に保持された運転支援法則に基づいて前記運転支援装置の起動と停止及び動作状態を決定する運転支援装置制御手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７記載の運転負荷判定装置であって、前記運転支援装置は、前記運転支援装置制御手段に基づいて車両運転に必要な動作の全部もしくは一部を自動的に行う車両の自動走行制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいて舵角比の変更が可能である舵角比可変操舵手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいてアクセル操作量に対するスロットルゲインの変更が可能である駆動力特性可変駆動制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいてブレーキ操作量に対する制動力が変更可能である制動特性可変制動制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいて警報情報を提供する情報提供手段との少なくとも１つ以上を有することを特徴とする。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、運転者状態検出装置によって、運転者の複数種類の生体信号を計測させ、計測した生体信号の傾向と運転者の負荷状態とを関連づけた負荷判定法則を参照することで、運転者の負荷状態を示す運転負荷データを得ることが可能になる。更に、複数の運転者負荷データに基づいて運転者の負荷状態の判定を行う総合運転負荷判定手段を設けることによって、複数の運転者状態検出装置が出力した複数の運転者負荷データに基づく運転者の負荷状態、すなわち複数の生体信号に基づく運転者の負荷状態の判定が可能になる。
また、複数の運転者負荷データを運転者の精神的負荷と身体的負荷とに関連付けた総合運転負荷判定法則を総合運転負荷判定法則記憶装置の内部に保持させることによって、総合運転負荷判定手段においては、複数の運転負荷データの入力に対して、精神的負荷と身体的負荷とに区分した運転負荷の判定を行うことが可能になる。
【００１９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、運転者の拍動間隔を拍動間隔検出手段によって検出させ、拍動間隔分散値算出手段では、所定時間分の拍動間隔を収集させることで、拍動間隔の分散値を算出することが可能になる。更に、判定法則記憶装置に、拍動間隔の分散値と運転負荷の関係を区分して示す拍動間隔分散値負荷判定法則とを保持させることによって、拍動間隔分散値負荷判定手段では、適宜、判定法則規則装置を参照することで、運転者の拍動信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２の発明の効果に加え、運転者の拍動間隔を拍動間隔検出手段によって検出させ、拍動周波数解析手段では、所定時間分の拍動間隔を収集することで拍動間隔の周波数解析を行うことが可能になる。周波数解析によって抽出される低周波成分と高周波成分との比は、拍動周波数比算出手段を設けることによって算出することが可能になる。更に、判定法則記憶装置に、拍動周波数比と運転負荷の関係とを区分して示す拍動周波数比負荷判定法則を保持させることによって、拍動周波数比負荷判定手段では、適宜、判定法則記憶装置を参照することで、運転者の拍動信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３の発明の効果に加え、運転者の呼吸周波数を呼吸周波数検出手段によって検出させ、判定法則記憶装置に、呼吸周波数と運転負荷との関係を区分して示す呼吸周波数負荷判定法則を保持させることによって、呼吸周波数負荷判定手段では、適宜、判定法則記憶装置を参照することで、運転者の呼吸信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２２】
請求項５記載の発明によれば、請求項１乃至４の発明の効果に加え、運転者の呼吸周波数を呼吸周波数検出手段によって検出させ、呼吸周波数分散値算出手段では、所定時間分の呼吸周波数を収集させることで呼吸周波数の分散値を算出することが可能になる。更に、判定法則記憶装置に、呼吸周波数の分散値と運転負荷との関係を区分して示す呼吸周波数分散値負荷判定法則を保持させることによって、呼吸周波数分散値負荷判定手段では、適宜、判定法則記憶装置を参照することで、運転者の呼吸信号の入力に対する運転負荷の判定が可能になる。
【００２３】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至５の発明の効果に加え、負荷分別手段において、運転者負荷データから、精神的負荷データ等の典型値までの距離を算出することによって、運転負荷の精神的負荷と身体的負荷との区分を実現することが可能になる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、請求項１乃至６の発明の効果に加え、運転支援法則記憶装置に精神的又は身体的な運転負荷状態に適した運転支援を示す運転支援法則を保持させることによって、運転支援装置制御装置では、適宜、総合運転負荷判定手段の判定に基づいて、車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行う運転支援装置の起動と停止及び動作状態を決定することが可能になる。
【００２５】
請求項８記載の発明によれば、請求項７の発明の効果に加え、運転支援装置に、自動走行制御手段と、舵角比可変操舵手段と、駆動力特性可変駆動制御手段と、制動特性可変制動制御手段と、情報提供手段との少なくとも１つ以上の手段を保持させ、これらを運転者の精神的・身体的な負荷状況とその程度に応じて駆動することによって運転者の運転負荷を軽減することが可能になる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の構成を示すブロック図である。この図１のように、本発明の運転負荷判定装置は、運転者状態検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの何れかを備えている。又、判定法則記憶装置１０、総合運転負荷判定手段３０、総合運転負荷判定法則記憶装置８０、運転支援装置制御手段５０、運転支援法則記憶装置６０、運転支援装置７０を備えている。
【００２７】
前記判定法則記憶装置１０は、運転者の生体信号傾向と、運転者の負荷状態に関連付けて負荷判定法則すなわち拍動間隔分散値負荷判定法則１１又は拍動周波数比負荷判定法則１２又は呼吸周波数負荷判定法則１３又は呼吸周波数分散値負荷判定法則１４を保持したものである。
【００２８】
前記運転者状態検出装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、運転者の２種類の生体信号を記憶し、該生体信号及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則１１，１２，１３，１４に基づいて運転者負荷データを出力するものである。
【００２９】
又、前記運転者状態検出装置２０Ａは、拍動間隔検出手段２１１、拍動間隔分散値算出手段２１２、拍動間隔分散値負荷判定手段２１３を備えている。前記拍動間隔検出手段２１１は、運転者の拍動間隔を検出するものである。前記拍動間隔分散値算出手段２１２は、拍動間隔検出手段２１１によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間毎の拍動間隔の分散値を算出するものである。前記拍動間隔分散値負荷判定手段２１３は、前記拍動間隔分散値算出手段２１２によって算出された拍動間隔の分散値及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則としての拍動間隔分散値負荷判定法則１１に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３０】
前記運転者状態検出装置２０Ｂは、拍動間隔検出手段２２１、拍動周波数解析手段２２２、拍動周波数比算出手段２２３、拍動周波数比負荷判定手段２２４を備えている。前記拍動間隔検出手段２１１は、運転者の拍動間隔を検出するものである。前記拍動周波数解析手段２２２は、拍動間隔検出手段２２１によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間毎の拍動間隔を周波数解析するものである。前記拍動周波数比算出手段２２３は、前記拍動周波数解析手段２２２による周波数解析の結果から所定周波数を上回る高周波成分と所定周波数を下回る低周波成分との比を算出するものである。前記拍動周波数比負荷判定手段２２４は、前記拍動周波数比算出手段２２３によって算出された拍動周波数比及び前記判定法則記憶装置に保持された判定負荷法則としての拍動周波数比負荷判定法則１２に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３１】
前記運転者状態検出装置２０Ｃは、呼吸周波数検出手段２３１、呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２を備えている。前記呼吸周波数検出手段２３１は、運転者の呼吸周波数を検出するものである。前記呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２は、前記呼吸周波数検出手段２３１によって検出した呼吸周波数及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則としての呼吸周波数負荷判定法則１３に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３２】
前記運転者状態検出装置２０Ｄは、呼吸周波数検出手段２４１、呼吸周波数分散値算出手段２４２、呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３を備えている。前記呼吸周波数検出手段２４１は、運転者の呼吸周波数を検出するものである。前記呼吸周波数分散値算出手段２４２は、前記呼吸周波数検出手段２４１によって検出した呼吸周波数に基づいて所定時間毎の呼吸周波数の分散値を算出するものである。前記呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３は、前記呼吸周波数分散値算出手段２４２によって算出した呼吸周波数分散値及び前記判定法則記憶装置１０に保持された負荷判定法則としての呼吸周波数分散値負荷判定法則１４に基づいて運転者の負荷状態を判定するものである。
【００３３】
前記総合運転負荷判定手段３０は、負荷分別手段４０を備えている。負荷分別手段４０は、前記呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２と、呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３とによる運転負荷判定の結果に基づき、運転負荷が高いと判定された場合には運転者の運転負荷状態を身体的負荷に区分し、運転負荷が低いと判定された場合には運転者の運転負荷状態を精神的負荷に区分するものである。
【００３４】
前記総合運転負荷判定法則記憶装置８０は、総合運転負荷判定法則８１を備えている。前記総合運転負荷判定法則８１は、複数の運転者負荷データに基づき運転者の運転負荷状態を精神的負荷と身体的負荷とに区分する法則を記述したものである。前記運転支援装置７０は、車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行うものである。前記運転支援法則記憶装置６０は精神的又は身体的な運転負荷状態に応じた運転支援法則６１を保持している。
【００３５】
前記運転支援装置制御手段５０は、総合運転負荷判定手段３０及び運転支援法則記憶装置６０に保持された運転支援法則６１に基づいて、前記運転支援装置７０の起動と停止及び動作状態を決定するものである。
【００３６】
前記運転支援装置７０は、自動走行制御手段７１、舵角比可変操舵手段７２、駆動力特性可変駆動制御手段７３、制動特性可変制動制御手段７４、情報提供手段７５を備えている。前記自動走行制御手段７１は、運転支援装置制御手段５０に基づいて車両運転に必要な動作の全部もしくは一部を自動的に行うものである。前記舵角比可変操舵手段７２は、運転支援装置制御手段５０に基づいて舵角比の変更を行うものである。前記駆動力特性可変駆動制御手段７３は、前記運転支援装置制御手段５０に基づいてアクセル操作量に対するスロットルゲインの変更を行うものである。前記制動特性可変制動制御手段７４は、前記運転支援装置制御手段５０に基づいてブレーキ操作量に対する制動力を変更するものである。前記情報提供手段７５は、前記運転支援装置制御手段に基づいて警報情報を提供するものである。
【００３７】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係るブロック図を示している。この図２のように、第１実施形態の運転負荷判定装置は、心拍信号検出装置１００、拍動間隔分散値算出回路１０１、拍動間隔分散値負荷判定回路１０２、拍動周波数解析回路１０３、拍動周波数比負荷判定回路１０４を備えている。又、呼吸信号検出装置１０５、呼吸周波数平均値算出回路１０６、呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７、呼吸周波数分散値算出回路１０８、呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９を備えている。更に、総合運転負荷判定回路１１０、運転支援装置制御回路１１１、自動走行制御装置１１２、情報提供装置１１３、負荷判定法則記憶装置１１４、運転支援法則記憶装置１１５を備えている。
【００３８】
前記心拍信号検出装置１００は、前記拍動間隔検出手段２１１を構成し、運転者の心拍信号を検出するものである。前記拍動間隔分散値算出回路１０１は、前記拍動間隔分散値算出手段２１２を構成するもので、検出した心拍信号から拍動間隔を求めて分散値を算出するものである。前記拍動間隔分散値負荷判定回路１０２は、前記拍動間隔分散値負荷判定手段２１３を構成するもので、算出した拍動間隔分散値を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。前記拍動周波数解析回路１０３は、前記拍動周波数解析手段２２２を構成するもので、検出した心拍信号から拍動間隔を求めて、これを一定サンプリング周波数のデータに補正した後に周波数解析を行うものである。
【００３９】
前記拍動周波数比負荷判定回路１０４は、前記拍動周波数比算出手段２２３及び拍動周波数比負荷判定手段２２４を構成するもので、周波数解析の結果として得た高周波成分と低周波成分との比を求め、算出した比を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。
【００４０】
前記呼吸信号検出装置１０５は、前記呼吸周波数検出手段２３１を構成するもので、運転者の呼吸信号を検出するものである。前記呼吸周波数平均値算出回路１０６は、前記呼吸周波数検出手段２３１を構成するもので、検出した呼吸信号から呼吸周波数を求めてその平均値を算出するものである。
【００４１】
前記呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７は、前記呼吸周波数平均値負荷判定手段２３２を構成するもので、算出した呼吸周波数平均値を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。
【００４２】
前記呼吸周波数分散値算出回路１０８は、前記呼吸周波数分散値算出手段２４２を構成するもので、検出した呼吸信号から呼吸周波数を求めてその分散値を算出するものである。前記呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９は、前記呼吸周波数分散値負荷判定手段２４３を構成するもので、算出した呼吸周波数分散値を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷を判定するものである。
【００４３】
前記総合運転負荷判定回路１１０は、前記総合運転負荷判定手段３０を構成するもので、各判定回路１０２，１０４，１０７，１０９の判定結果を負荷判定法則記憶装置１１４に記憶された判定法則に照らし合わすことで運転者の運転負荷の種類と程度とを判定するものである。
【００４４】
前記運転支援装置制御回路１１１は、前記運転支援装置制御手段５０を構成するもので、判定された運転負荷の種類と程度とを運転支援法則記憶装置１１５に記憶された支援法則に照らし合わすことで運転者の運転支援の必要性判断、支援方法を決定するものである。
【００４５】
前記自動走行制御装置１１２は、前記自動走行制御手段７１を構成するもので、操舵制御、アクセル制御、ブレーキ制御のそれぞれを自動的に行うものである。前記情報提供装置１１３は、前記情報提供手段７５を構成するもので、警報情報を音声、画像で運転者に提示するものである。
【００４６】
前記心拍信号検出装置１００は、超音波センサによって心臓の拍動を検出するものであり、検出する心拍信号は心電の正確な波形診断が目的ではないため、図３に示すように、本超音波センサ９１をシート９２に内蔵することで心拍信号の検出が可能である。また、前記呼吸信号検出装置１０５は、胸部に配置した歪みゲージの伸縮で呼吸運動を波形として検出するものであり、図３に示すように、呼吸センサ９３をシートベルト９０に内蔵することで呼吸信号の検出が可能である。
【００４７】
前記拍動間隔分散値算出回路１０１で行われる処理には実時間で行われるＲＲＶ算出手法を用いることができるが、算出方法の一例を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１で、心拍信号検出装置１００によって検出された心拍信号が入力される。ステップＳ１２では、あらかじめ与えられた閾値によって心拍信号のＲ波を検出する。ステップＳ１３では、Ｒ波検知の時間間隔ＲＲＩ（R-R Interval）を算出する。ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出したＲＲＩデータを新たに加えた例えば過去３０秒分のＲＲＩデータを回路内のデータ蓄積手段に蓄積する。ステップＳ１５では、蓄積された３０秒分のＲＲＩデータについて、正規化分散ＲＲＶを算出する。この方法によれば、計測開始から３０秒間については正確なＲＲＶを算出できないが、３０秒経過以降はＲ波が検出されるタイミングで３０秒分の心拍信号を基にしたＲＲＶが算出されることになる。ステップＳ１６では、求めたＲＲＶを出力する。
【００４８】
前記拍動間隔分散値負荷判定回路１０２で行われる処理の流れを図５に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１７で拍動間隔分散値算出回路１０１によって算出された拍動間隔分散値ｒｒｖが入力される。ステップＳ１８では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、拍動間隔分散値と運転負荷の関係を示す、図６に示すテーブルが記憶されており、例えば、ステップＳ１７で入力された拍動間隔分散値がｒｒｖ＝２×１０-4であった場合、運転負荷段階ＷＬｒｒｖ＝４を得る。なお、本テーブルに示される拍動間隔分散値と運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される拍動間隔分散値と、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ１９では、求めた運転負荷を運転者負荷データＷＬｒｒｖとして出力する。
【００４９】
前記拍動周波数解析回路１０３で行われる処理の流れを図７に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２１で、心拍信号検出装置１００によって検出された心拍信号が入力される。ステップＳ２２では、あらかじめ与えられた閾値によって心拍信号のＲ波を検出する。ステップＳ２３では、Ｒ波検知の時間間隔ＲＲＩ（R-R Interval）を算出する。ステップＳ２４では、算出したＲＲＩを新たに加えた、例えば３２秒分のＲＲＩデータを蓄積する。ステップＳ２５では、蓄積された３２秒分のＲＲＩデータについて、例えば４Ｈｚで補間する。これはＲＲＩデータが時系列的に不規則なサンプリングになるためである。ステップＳ２６では、補完されたデータに基づき高速周波数解析ＦＦＴを行う。この方法に依れば、初めの３２秒間については正確な周波数解析を行えないが、３２秒経過以降はＲ波が検知されるタイミングで１２８点のＦＦＴを実施することができる。ステップＳ２７では、周波数解析の結果を出力する。
【００５０】
前記拍動周波数比判定回路１０４で行われる処理の流れを図８に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ２８で拍動周波数解析回路１０３によって算出された周波数解析結果が入力される。ステップＳ２９では、解析結果の低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦとを求める。低周波成分ＬＦは血圧変動性の成分であり、０．１Ｈｚ前後に現れることがわかっているので、０．１Ｈｚ前後のピーク点をＬＦとすればよい。高周波成分ＨＦは呼吸変動性の成分であり、車両の運転中であれば、０．２Ｈｚ以降に現れることがわかっている。したがって、０．２Ｈｚ以降のピーク点をＨＦとすればよい。ステップＳ３０では、検出した低周波成分ＬＦと高周波成分ＨＦの比ＬＨ＝ＬＦ／ＨＦを算出する。ステップＳ３１では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、周波数成分比ＬＨと運転負荷の関係を示す図９に示すテーブルが記憶されており、例えば、算出されたＬＨがｌｈ＝２．９であった場合、運転負荷段階ＷＬｌｈ＝３を得る。なお、本テーブルに示される周波数成分比ＬＨと運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される周波数成分比ＬＨと、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ３２では、求めた運転負荷を運転者負荷データＷＬｌｈとして出力する。
【００５１】
前記呼吸周波数平均値算出回路１０６で行われる処理の流れを図１０に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４１で、呼吸信号検出装置１０５によって検出された呼吸信号が入力される。ステップＳ４２では、例えば３２秒分の呼吸信号を蓄積する。ステップＳ４３では、ステップＳ４２で蓄積した３２秒分の呼吸信号を新たに加えた、３２０秒分の呼吸信号を蓄積する。ステップＳ４３で蓄積された呼吸信号に基づき高速周波数解析ＦＦＴを行う。この方法によれば、初めの３２０秒間については正確な周波数解析を行えないが、３２０秒経過以降はステップＳ４２で設定した時間間隔、本例では３２秒間隔で周波数解析を実施することができる。本周波数解析の結果、呼吸周波数が抽出される。ステップＳ４５では、求めた呼吸周波数を出力する。
【００５２】
前記呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７で行われる処理の流れを図１１に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ４６で呼吸周波数算回路１０５によって算出された呼吸周波数が入力される。ステップＳ４７では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、呼吸周波数と運転負荷の関係を示す。図１２に示すテーブルが記憶されており、例えば、ステップＳ４６で入力された呼吸周波数がｒ＝０．３３［Ｈｚ］であった場合、運転負荷段階ＷＬｒ＝３を得る。なお、本テーブルに示される呼吸周波数と運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される呼吸周波数と、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ４８では、求めた運転負荷を運転者負荷データＷＬｒとして出力する。
【００５３】
前記呼吸周波数分散値算出回路１０８で行われる処理の流れを図１３に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５１で、呼吸信号検出装置１０５によって検出された呼吸信号が入力される。ステップＳ５２では、例えば３２秒分の呼吸信号を蓄積する。ステップＳ５３では、蓄積された呼吸信号に基づき高速周波数解析ＦＦＴを行う。本周波数解析の結果、呼吸周波数が抽出される。ステップＳ５４では、算出した呼吸周波数を新たに加えた、３２０秒分の呼吸周波数を蓄積する。ステップＳ５５では、蓄積した呼吸周波数の分散値を求める。この方法によれば、初めの３２０秒間については正確な呼吸周波数の分散値を求めることはできないが、３２０秒経過以降はステップＳ２６で設定した時間間隔、３２秒間隔で呼吸周波数の分散値を求めることが可能である。ステップＳ５６では、求めた呼吸周波数分散値を出力する。
【００５４】
前記呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９で行われる処理の流れを図１４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ５７で呼吸周波数分散値算出回路１０８によって算出された呼吸周波数分散値が入力される。ステップＳ５８では、負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、運転負荷の程度を算出する。負荷判定法則記憶装置１１４には、呼吸周波数分散値と運転負荷との関係を示す図１５のテーブルが記憶されており、例えば、ステップＳ５７で入力された呼吸周波数分散値がｒｖ＝０．０１２であった場合、運転負荷段階ＷＬｒｖ＝２を得る。
なお、本テーブルに示される呼吸周波数分散値と運転負荷の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して負荷を与えたときに示される呼吸周波数分散値と、その負荷の程度を被験者の主観で、例えば５段階で評価した結果を統計的に解析したものを用いることが可能である。ステップＳ５９では、求めた運転負荷段階を運転者負荷データＷＬｒｖとして出力する。
【００５５】
前記総合負荷判定回路１１０で行われる処理の流れを図１６に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ６１で拍動間隔分散値負荷判定回路１０２、拍動周波数比負荷判定回路１０４、呼吸周波数平均値負荷判定回路１０７、呼吸周波数分散値負荷判定回路１０９の各々で判定された運転者負荷データ（ＷＬｒｒｖ，ＷＬｌｈ，ＷＬｒ，ＷＬｒｖ）が入力される。ステップＳ６２では、入力された各運転者負荷データを負荷判定法則記憶装置１１４を参照して、「精神的負荷」、「身体的負荷」、「通常」の３種のどの運転負荷種別に属するものであるかを判定する。負荷判定法則記憶装置１１４には、拍動間隔分散値と拍動周波数比と呼吸周波数と呼吸周波数分散値との各運転者負荷データが「精神的負荷」、「身体的負荷」、「通常」のそれぞれが与えられた時に示す典型的な値を図１７に示すテーブルのように記憶されている。そして、運転者負荷データから精神的負荷データの典型値までの距離ＷＬｍは
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
判定結果が「通常」であれば、運転負荷レベルの項目は空白でよい。ステップＳ６４では、運転負荷種別ＷＬｋと運転負荷レベルＷＬｌとの組合わせを総合運転負荷値（ＷＬｋ，ＷＬｌ）として出力する。
【００５６】
前記自動走行制御手段１１２は、車両運転に係わる動作に全部または一部を自動的に行うものであり、例えば、車間距離センサ、速度センサ、アクセル、ブレーキを駆動するアクチュエータを搭載し、自動的に先行車両との車間距離を維持したり、車速を維持して走行することを可能とする所謂オートマチッククルーズコントロール（ＡＣＣ）や、カメラ、操舵アクチュエータに搭載して、カメラで検出した走行車線を維持すべく操舵アクチュエータによって自動的に操舵輪を転蛇して走行するレーン追従制御装置などもこれに相当する。なお、本実施形態では、オートマチッククルーズコントロールとレーン追従制御装置を搭載している。
【００５７】
前記情報提供装置１１３は、本実施形態では、図１９に示すように、特定周波数の音を指定した時間で提示する車室内の任意の位置に設置されたブザー９５と任意の画像の提示が可能であるモニタ９６となっている。
【００５８】
前記運転支援制御装置制御回路１１１で行われる処理の流れを図２０に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ７１では、前記総合負荷判定回路１１０から出力された運転負荷種別と運転負荷値レベルの組合わせである総合運転負荷値が入力される。ステップＳ７２では、運転支援法則記憶装置１１５を参照して、駆動する運転支援装置の種類と、駆動方法を決定する。運転支援法則記憶装置１１５には、運転負荷種別、運転負荷レベルに対応させて駆動する運転支援装置の関係を示す図２１のテーブルが記憶されており、本テーブルによれば、例えば、ステップＳ７１で入力された運転負荷種別が「精神的負荷」であり、運転負荷レベルＷＬｌ＝３であった場合、自動走行制御装置１１２のオートマチッククルーズコントロールに対して駆動命令を出すことを示している。この時、情報提供装置のモニタにオートマチッククルーズコントロールが起動することを伝える情報を表示することと、情報提示装置のブザーを０．５秒間鳴らすことを示している。また、運転負荷レベルＷＬｌ≧４であった場合には、オートマチッククルーズコントロールに加えてレーン追従制御装置を駆動し、レーン追従装置が起動したことを伝える情報を情報提供装置のモニタに表示すること、情報提供装置のブザーを１秒間鳴らすことを示している。また、運転負荷種別が「身体的負荷」と「通常」である場合には、運転支援装置を駆動しないことを示している。本テーブルに示される運転負荷種別と運転負荷レベルと駆動する運転支援装置の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して精神的負荷および身体的負荷を与えたときの被験者の主観で起動したい支援手段をアンケート調査することによって求められ、さらに運転支援装置を駆動した時の運転負荷種別と運転負荷レベルを計測し、運転支援装置を駆動する前の負荷レベルと比較することによって、その効果を確認することができる。ステップＳ７３ではステップＳ７２で決定された運転支援の方策を実施する。
【００５９】
以上説明したように本実施形態によれば、心拍信号から得る心拍間隔の分散値による負荷判断と、拍動間隔の周波数解析による負荷判断と、呼吸信号から得る呼吸周波数による負荷判断と、呼吸周波数の分散値による負荷判断の、計４種の多元的な負荷判断を行ない、各判断値の出現パターンを記憶装置に記憶されたパターンと比較することによって、多元的な生体信号からの運転負荷の判定ができ、更に、この運転負荷を精神的負荷と身体的負荷に分離することができる。従って、正確な負荷判定を行い、運転支援装置の的確な制御等を行うことができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図２２は、運転者の運転負荷を判定する運転負荷判定装置へ適用した本発明の第２実施形態の構成図である。この実施形態は運転支援を行う上で制御する装置として、舵角比可変操舵装置１１６と駆動特性可変駆動制御装置１１７と制動特性可変制動制御装置１１８を増やした例であり、これにともなって、運転支援装置制御回路１１１’が参照する運転支援法則記憶装置１１５’に記憶されている運転支援法則の内容を変更した例であり、他の構成及び各構成要素における処理の流れは第１実施形態と同じである。
【００６１】
前記舵角比可変操舵制御装置１１６は、運転者の操舵に対する操舵輪の操舵量を決定するステアリングギヤ比を変更可能である操舵制御装置である。
【００６２】
前記駆動特性可変駆動制御装置１１７は、運転者のアクセル操作量に対するスロットルバルブの開度のゲイン、すなわちスロットルゲインを変更可能である駆動制御装置である。
【００６３】
前記制動特性可変制動制御装置１１８は、運転者のブレーキ踏力もしくはブレーキ踏込み量に対して発生させる制動力の変更が可能である制動制御装置であり、いわゆるブレーキアシスト装置である。
【００６４】
前記運転支援制御装置制御回路１１１’で行われる処理の流れを図２３に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ８１では、総合負荷判定回路１１０から出力された運転負荷種別と運転負荷値レベルの組合わせである総合運転負荷値が入力される。ステップＳ８２では、運転支援法則記憶装置１１５’を参照して、駆動する運転支援装置の種類と、駆動方法を決定する。運転支援法則記憶装置１１５’には、運転負荷種別、運転負荷レベルに対応させて駆動する運転支援装置の関係を示す、図２４に示すテーブルが記憶されており、本テーブルによれば、例えば、ステップＳ７１で入力された運転負荷種別が「精神的負荷」であり、運転負荷レベルＷＬｌ＝４であった場合、自動走行制御装置１１２のオートマチッククルーズコントロールに対して駆動命令を出すことを示している。この時、情報提供装置のモニタにオートマチッククルーズコントロールが起動することを伝える情報を表示することと、情報提供装置のブザーを０．５秒間鳴らすことを示している。また、ステアリングギア比を通常時の０．９倍、スロットルゲインを通常時の０．９５倍、ブレーキアシスト量を通常の１．０５倍に設定している。なお、本設定は、精神的な負荷が課せられている時の運転者の心理状態として、急激な挙動の車両特性は煩わしく感じること、通常時と比較して制動動作に遅れが生じることに起因している。
【００６５】
また、例えば、ステップＳ７１で入力された運転負荷種別が「身体的負荷」であり、運転負荷レベルＷＬｌ＝５であった場合、ステアリングギア比を通常時の１．５倍、スロットルゲインを通常時の１．１倍、ブレーキアシスト量を通常の１．１５倍に設定している。なお、本設定は、身体的な負荷が課せられている時の運転者の審理状態として、通常時と比較して各種操作を急いで行いたいこと、操作量を減少させたいことに起因している。更に、通常時である場合には、運転支援装置を駆動しないことを示している。
【００６６】
本テーブルに示される運転負荷種別と運転負荷レベルと駆動する運転支援装置の関係は、実験的に複数の被験者（運転者）に対して精神的負荷および身体的負荷を与えたときの被験者の主観で起動したい支援手段をアンケート調査することによって求められ、さらに運転支援装置を駆動した時の運転負荷種別と運転負荷レベルを計測し、運転支援装置を駆動する前の負荷レベルと比較することによって、その効果を確認することができる。ステップＳ８３ではステップＳ８２で決定された運転支援の方策を実施する。
【００６７】
以上説明したように本実施形態によれば、心拍信号から得る拍動間隔の分散値による負荷判断と、拍動間隔の周波数解析による負荷判断と、呼吸信号から得る呼吸周波数の分散値による負荷判断の計４種の負荷判断に基づき総合的に判断した結果、運転負荷を精神的負荷と身体的負荷に区別がなされ、更にそれぞれの負荷レベルを算出することで、運転者の負荷状態に適した運転支援手段を選択し、実施することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態では、心拍、呼吸の双方により判定したが、心拍、呼吸、いずれか一方のみを用いて判定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係り、超音波センサと呼吸センサの取付例を示す説明図である。
【図４】第１実施形態に係り、拍動間隔分散値算出回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態に係り、拍動間隔分散値負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図７】第１実施形態に係り、拍動周波数解析回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係り、拍動間周波数比負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１０】第１実施形態に係り、呼吸周波数算出回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】第１実施形態に係り、呼吸周波数比負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１３】第１実施形態に係り、呼吸周波数分散値算出回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】第１実施形態に係り、呼吸周波数分散値負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１６】第１実施形態に係り、総合負荷判定回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１７】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１８】第１実施形態に係り、負荷判定法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図１９】第１実施形態に係り、情報提供装置の設置例を示す図である。
【図２０】第１実施形態に係り、運転支援制御装置制御回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】第１実施形態に係り、運転支援法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【図２２】本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２３】第２実施形態に係り、運転支援制御装置制御回路における演算処理手順を示すフローチャートである。
【図２４】第２実施形態に係り、運転支援法則記憶装置に収められた情報の説明図である。
【符号の説明】
１０ 判定法則記憶装置
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 運転者状態検出装置
３０ 総合運転負荷判定手段
４０ 負荷分別手段
５０ 運転支援装置制御手段
６０ 運転支援法則記憶装置
６１ 運転支援法則
７０ 運転支援装置
７１ 自動走行制御手段
７２ 舵角比可変操舵手段
７３ 駆動力特性可変駆動制御手段
７４ 制動特性可変制動制御手段
７５ 情報提供手段
８０ 総合運転負荷判定法則記憶装置
８１ 総合運転負荷判定法則
Claims (8)
- 運転者の生体信号傾向と運転者の負荷状態とを関連づけて負荷判定法則として保持した判定法則記憶装置と、
運転者の複数種類の生体信号を計測し、それぞれの生体信号及び前記判定法則記憶装置に保持されたそれぞれの前記負荷判定法則に基づいて複数の運転者負荷データを出力する運転者状態検出装置と、
前記運転者状態検出装置が出力した複数の運転者負荷データに基づいて運転者の負荷状態を判定する総合運転負荷判定手段と、
前記複数の運転者負荷データに基づき、運転者の運転負荷状態を精神的負荷と身体的負荷とに区分する総合運転負荷判定法則を保持した総合運転負荷判定法則記憶装置とを有し、
前記総合運転負荷判定手段は、前記複数の運転負荷データ及び前記総合運転負荷判定法則に基づいて、運転負荷状態の判定を精神的負荷と身体的負荷とに区分して行う負荷分別手段を有することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項１記載の運転負荷判定装置であって、
前記運転者状態検出装置は、運転者の拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段と、
前記拍動間隔検出手段によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間ごとの拍動間隔の分散値を算出する拍動間隔分散値算出手段とを有し、
前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の拍動間隔分散値に基づき、運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分する拍動間隔分散値負荷判定法則であり、
前記拍動間隔分散値算出手段によって算出された拍動間隔の分散値及び前記拍動間隔分散値負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する拍動間隔分散値負荷判定手段を有することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項１又は２記載の運転負荷判定装置であって、
前記運転者状態検出装置は、運転者の拍動間隔を検出する拍動間隔検出手段と、前記拍動間隔検出手段によって検出された拍動間隔に基づいて所定時間ごとの拍動間隔を周波数解析する拍動周波数解析手段と、前記拍動周波数解析手段による周波数解析の結果から所定周波数を上回る高周波成分と所定周波数を下回る低周波成分の比を算出する拍動周波数比算出手段とを有し、
前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の拍動周波数比に基づき、運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分する拍動周波数比負荷判定法則であり、
前記拍動周波数比算出手段によって算出された拍動周波数比及び前記拍動周波数比負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する拍動周波数比負荷判定手段を有することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項１乃至請求項３記載の運転負荷判定装置であって、
前記運転者状態検出装置は、運転者の呼吸周波数を検出する呼吸周波数検出手段を有し、
前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の呼吸周波数に基づき運転者の運転負荷状態をその度合いに応じて区分するための呼吸周波数負荷判定法則であり、
前記呼吸周波数検出手段によって検出した呼吸周波数及び前記呼吸周波数負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する呼吸周波数平均値負荷判定手段を有することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項１乃至請求項４記載の運転負荷判定装置であって、
前記運転者状態検出装置は、運転者の呼吸周波数を検出する呼吸周波数検出手段と、前記呼吸周波数検出手段によって検出した呼吸周波数に基づいて所定時間ごとの呼吸周波数の分散値を算出する呼吸周波数分散値算出手段とを有し、
前記判定法則記憶装置に保持された負荷判定法則は、運転者の呼吸周波数分散値に基づいた運転者の運転負荷状態を区分するための呼吸周波数分散値負荷判定法則であり、
前記呼吸周波数分散値算出手段によって算出した呼吸周波数分散値及び前記呼吸周波数分散値負荷判定法則に基づいて、運転者の負荷状態を判定する呼吸周波数分散値負荷判定手段を有することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項１乃至請求項５記載の運転負荷判定装置であって、
前記総合運転負荷判定法則記憶装置は、予め複数の運転者にそれぞれ精神的負荷、身体的負荷及び通常状態からなる運転負荷状態を加えた場合の複数種類の運転者負荷データをそれぞれ、精神的負荷データの典型値、身体的負荷データの典型値及び通常負荷データの典型値として記憶し、
前記負荷分別手段は、運転者状態検出装置が出力した複数種類の運転者負荷データを入力値として、該入力値から、前記精神的負荷データの典型値、身体的負荷データの典型値及び通常負荷データの典型値までのそれぞれの距離を算出し、これらの距離のうち最も短い典型値に対応する前記精神的負荷、前記身体的負荷及び前記通常状態の何れかを運転者がおかれている負荷の状態と判定することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項１乃至請求項６記載の運転負荷判定装置であって、
車両運転に必要な行動の全部もしくは一部を行う運転支援装置と、
精神的又は身体的な運転負荷状態に応じた運転支援法則を保持する運転支援法則記憶装置と、
前記総合運転負荷判定手段の判定及び前記運転支援法則記憶装置に保持された運転支援法則に基づいて前記運転支援装置の起動と停止及び動作状態を決定する運転支援装置制御手段とを有することを特徴とする運転負荷判定装置。 - 請求項７記載の運転負荷判定装置であって、
前記運転支援装置は、前記運転支援装置制御手段に基づいて車両運転に必要な動作の全部もしくは一部を自動的に行う車両の自動走行制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいて舵角比の変更が可能である舵角比可変操舵手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいてアクセル操作量に対するスロットルゲインの変更が可能である駆動力特性可変駆動制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいてブレーキ操作量に対する制動力が変更可能である制動特性可変制動制御手段と、前記運転支援装置制御手段に基づいて警報情報を提供する情報提供手段との少なくとも１つ以上を有することを特徴とする運転負荷判定装置。
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