DE102004025895A1

DE102004025895A1 - Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004025895A1
Application number: DE102004025895A
Authority: DE
Inventors: Taiji Kariya Kawachi; Tsuyoshi Kariya Nakagawa; Akiko Kariya Ito; Takeshi Kariya Yoshinori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: FR2855390B1; US7206631B2; KR100563641B1; JP2004350773A; KR20040101941A; CN1572575A; US20040243013A1; FR2855390A1; JP4111062B2; CN100346999C; DE102004025895B4

Abstract

Eine Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) erfasst ein Herzschlagsignal, wenn eine Zeit gleich oder länger als T1 und gleich oder kürzer als T2 seit Beginn des Fahrens verstrichen ist. Das Herzschlagsignal wird einer FFT-Verarbeitung unterzogen, um ein Spektrumsignal zu erhalten. Durch Verwendung einer Spitzenfrequenz des Spektrumsignals wird eine Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz des Fahrers geschätzt. Ein Bewusstseinsniveau-Indexband alpha wird bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt. Ein Müdigkeitsniveau-Indexband beta wird bezüglich einer Frquenz eingestellt, die durch Multiplizieren der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz mit einem vorbestimmten Verhältnis (65 bis 90%) berechnet wird. Ein Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp(=betap/(alphap+betap)) zum Anzeigen des Müdigkeitsniveaus des Fahrers wird unter Verwendung der Stärken alphap und betap der Spektrumsignale berechnet.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Müdigkeitsniveaus einer Versuchsperson, die ein Gerät wie beispielsweise ein Fahrzeug und dergleichen bedient.

Wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 60-15240 (1985) offenbart, berechnet eine Vorrichtung herkömmlicherweise die Herzfrequenz des Fahrers eines Fahrzeugs auf der Basis von zum Beispiel der elektrischen Potentialdifferenz zwischen Elektroden, die an einem Lenkrad des Fahrzeugs vorgesehen sind, um einen Zustand von Anspannung oder Schläfrigkeit des Fahrers auf der Basis der Herzfrequenz zu beurteilen. Insbesondere erfasst die Vorrichtung R-Zacken mit einem hohen Impulshöhenwert und dergleichen des Herzpotentials und wandelt die Zeitabstände des Auftretens der R-Zacken in die Herzfrequenz des Fahrers in einer Herzfrequenzumwandlungsschaltung um. Die Herzfrequenz sinkt während des Schlafs und steigt während der Anspannung, die während eines wachen Zustandes vorherrscht. Daher wird die durch die Herzfrequenzumwandlungsschaltung umgewandelte Herzfrequenz mit einem vorbestimmten Herzfrequenzbereich verglichen, um zu beurteilen, ob die Herzfrequenz ungewöhnlich höher oder niedriger als die vorbestimmte Herzfrequenz ist. Wenn die Herzfrequenz nicht in dem vorbestimmten Herzfrequenzbereich liegt, gibt die Vorrichtung eine Warnung mit einer Alarmlampe, einem Summer oder dergleichen aus und spannt auch einen Sicherheitsgurt, um dem Fahrer eine physikalische Warnung zu geben.

Wie oben beschrieben, bestimmt die herkömmliche Vorrichtung einfach auf der Basis davon, ob die Herzfrequenz in dem vorbestimmten Herzfrequenzbereich liegt oder nicht, ob sich der Fahrer in einem normalen physischen Zustand oder in einem Zustand einer Anspannung oder Schläfrigkeit befindet. Was den Schläfrigkeitszustand des Fahrers des Fahrzeugs angeht, fällt der Fahrer jedoch nicht plötzlich von einem Bewusstseinszustand in den Schlaf, sondern der Fahrer erreicht schließlich den Schläfrigkeitszustand nach einem allmählichen Anstieg eines Müdigkeitsniveaus.

Im Fall des Fahrens des Fahrzeugs oder eines anderen Geräts besitzt der Fahrer weniger Aufmerksamkeit und dergleichen auch in einem Zustand der Erhöhung des Müdigkeitsniveaus im Vergleich zu seinem/ihrem Bewusstseinszustand. Daher ist es wünschenswert, dass der Zustand der größer werdenden Müdigkeit genau erfasst wird. Dies deshalb, weil es, falls das Müdigkeitsniveau des Fahrers einer Fahrzeugs oder eines Bedieners eines Geräts genau erfasst wird, möglich ist, geeignete Maßnahmen wie beispielsweise das Ausgeben einer Warnung entsprechend dem Müdigkeitsniveau oder das Einschränken der Bedienung des Geräts und dergleichen zu ergreifen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In Anbetracht der obigen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung vorzusehen, die das Müdigkeitsniveau einer Versuchsperson genau erfassen kann.

Um die obige Aufgabe zu lösen, weist eine Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung eine Herzschlagsignalerfassungseinrichtung, eine Berechnungseinrichtung und eine Auswerteeinrichtung auf. Die Herzschlagsignalerfassungseinrichtung erfasst den Herzschlag einer Versuchsperson. Die Berechungseinrichtung führt eine Frequenzanalyse an dem Herzschlagsignal aus, um ein Spektrumsignal zu berechnen, das die Verteilung von in dem Herzschlagsignal enthaltenen Frequenzkomponenten angibt. Die Auswerteeinrichtung setzt ein Band mit einer niedrigeren Frequenz als eine Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz als ein Müdigkeitsniveau-Indexband zum Angeben eines Müdigkeitsniveaus in dem Spektrumsignal bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz in einem Bewusstseinszustand der Versuchsperson. Die Auswerteeinrichtung wertet das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson auf der Basis der Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband aus.

Da die Herzfrequenz sinkt, wenn die Müdigkeit der Versuchsperson steigt, werden die in dem Herzschlagsignal der Versuchsperson enthaltenen Frequenzkomponenten geringer, wenn das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson steigt. So kann das Müdigkeitsniveaus quantitativ durch die in dem Herzschlagsignal enthaltenen Frequenzkomponenten erfasst werden. Insbesondere wird in dem Spektrumsignal, das die Verteilung der in dem Herzschlagsignal enthalten Frequenzkomponenten angibt, das Band mit der niedrigeren Frequenz als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz als das Müdigkeitsniveau-Indexband bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz in dem Bewusstseinszustand der Versuchsperson gesetzt. Wenn das Bewusstseinsniveau der Versuchsperson hoch ist, sinkt die Herzfrequenz kaum. In diesem Fall ist die in dem Herzschlagsignal enthaltene niedrigere Frequenzkomponente gering, und daher wird die Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband gering. Wenn das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson dagegen steigt, wird ein Abfall der Herzfrequenz auffällig und die in dem Herzschlagsignal enthaltene niedrige Frequenzkomponente steigt. Daher steigt die Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband. Da die Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband mit dem Müdigkeitsniveau korreliert, ist es möglich, das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson durch die Stärke des Spektrumsignals genau auszuwerten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Berechnungseinrichtung das Herzschlagsignal in ein Signal umwandelt, das Spitzenwerte nur an den größten Spitzenpositionen des Herzschlagsignals hat, und eine Frequenzanalyse an dem umgewandelten Signal ausführt. Eine einzelne Signalform des Herzschlagsignals enthält eine P-Zacke, eine Q-Zacke, eine R-Zacke, eine S-Zacke und eine T-Zacke, wobei jede Zacke eine Spitzenwert zeigt. So wird, falls das Herzschlagsignal einer direkten Frequenzanalyse unterzogen wird, ein Spektrumsignal mit Frequenzkomponenten jeder oben beschriebenen Zacke berechnet. In der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Herzfrequenz in dem Herzschlagsignal je Zeiteinheit, mit anderen Worten die der Herzfrequenz zuschreibbaren Frequenzkomponenten analysiert, sodass die Frequenzkomponenten jeder oben beschriebenen Zacke ein Grund eines Fehlers werden. Aus diesem Grund wird das Herzschlagsignal in das Signal mit nur dem größten Spitzenwerten (im Allgemeinen die R-Zacken) des Herzschlagsignals umgewandelt, und dann wird die Frequenzanalyse an dem umgewandelten Signal ausgeführt. Deshalb ist es möglich, das Spektrumsignal zu erhalten, das die der Herzfrequenz zuschreibbaren Frequenzkomponenten genau angezeigt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wertet die Auswerteeinrichtung das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson aus, wenn die Versuchsperson das vorbestimmte Gerät bedient. Es ist bevorzugt, dass die Spitzenfrequenz des Spektrum signals zu einem Zeitpunkt, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, seitdem die Versuchsperson die Bedienung des vorbestimmten Geräts begonnen hat, als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz gesetzt wird. Da die Herzfrequenz (d.h. die Herzschlagfrequenz) sich in dem Bewusstseinszustand individuell unterscheidet, ist es nicht bevorzugt, dass eine feste Frequenz als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt ist. Daher ist es notwendig, die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz für jede Versuchsperson einzustellen. Es ist aus Versuchen der Erfinder der vorliegenden Anmeldung offensichtlich, dass ein Spektrumssignal als Ergebnis einer Frequenzanalyse eines Herzschlagsignals unmittelbar nach dem Bedienungsstart eines Fahrzeugs oder dergleichen durch die Versuchsperson eine von der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz unterschiedliche Spitzenfrequenz besitzt. Dies deshalb, weil die Versuchsperson vorübergehend in einem anderen Zustand als gewöhnlich ist, wie beispielsweise in einem Zustand der Anspannung und dergleichen. Daher wird, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist und die Versuchsperson sich an die Bedienung des Geräts gewöhnt hat, die Spitzenfrequenz des Spektrumsignals zu dieser Zeit als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt. Deshalb ist es möglich, die Genauigkeit der eingestellten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz zu erhöhen.

Um die Genauigkeit der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz weiter zu erhöhen, ist es gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bevorzugt, dass die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz durch Mitteln von Spitzenfrequenzen mehrerer Spektrumsignale berechnet wird. Die mehreren Spektrumsignale werden für eine vorbestimmte Messzeit ab einem Zeitpunkt berechnet, wenn die vorbestimmte Zeit seit dem Bedienungsstart des vorbestimmten Geräts durch die Versuchsperson verstrichen ist. Deshalb ist es möglich, den Effekt eines Rauschens und dergleichen an der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz zu reduzieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass die vorbestimmte Zeit in einem Bereich von 100 Sekunden bis 500 Sekunden ausgewählt ist. Dies deshalb, weil wie oben beschrieben der Effekt der Anspannung, die durch den Beginn der Bedienung verursacht wird, unmittelbar nach dem Start der Bedienung bleibt. Wenn eine übermäßig lange Zeitdauer verstrichen ist, gewöhnt sich dagegen die Versuchsperson an die Bedienung und das Müdigkeitsniveau kann steigen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung ein die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz enthaltendes Band als ein Bewusstseinsniveau-Indexband einstellt und das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson unter Verwendung der Stärken der Spektrumsignale in dem Bewusstseinsniveau-Indexband und dem Müdigkeitsniveau-Indexband auswertet. Mit anderen Worten steigt die Stärke des Spektrumsignals in dem Bewusstseinsniveau-Indexband, wenn das Bewusstseinsniveau der Versuchsperson steigt. Die Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband steigt, wenn das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson steigt. So ist es durch Vergleichen beider Spektrumsignale möglich, zu beurteilen, welches des Bewusstseinsniveaus und des Müdigkeitsniveaus der Versuchsperson höher ist. Deshalb ist es möglich, das Müdigkeitsniveau noch genauer auszuwerten.

In diesem Fall ist es gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bevorzugt, dass die Auswerteeinrichtung einen Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter berechnet. Ein Nenner des Müdigkeitsniveau-Auswerteparameters ist die Summe der Stärken der Spektrumsignale in dem Bewusstseinsniveau- und dem Müdigkeitsniveau-Indexband. Ein Zähler des Müdigkeitsniveau-Auswerteparameters ist die Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband. Der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter gibt unter Berücksichtigung sowohl des Bewusstseinsniveaus als auch des Müdigkeitsniveaus der Versuchsperson kontinuierlich das Müdigkeitsniveau zwischen 0 (das maximale Bewusstseinsniveau) und 1 (das maximale Müdigkeitsniveau) an. So ist es möglich, das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson direkt durch einen Wert des Müdigkeitsniveau-Auswerteparameters auszuwerten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Bewusstseinsniveau-Indexband so eingestellt ist, dass es eine Bandbreite von ± 0,05 Hz bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz als Mittelpunkt besitzt. Durch Einstellen des Bewusstseinsniveau-Indexbandes in einer solchen Weise mit dieser Bandbreite von 0,1 Hz kann das Bewusstseinsniveau-Indexband genau die Frequenzkomponenten zum Anzeigen eines Bewusstseinszustandes enthalten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, dass das Müdigkeitsniveau-Indexband so eingestellt ist, dass es irgendeine Frequenz von 65 bis 90% der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz enthält. Aus Versuchsergebnissen von vielen Versuchspersonen wurde bestätigt, dass eine Frequenzkomponente mit einem Verhältnis von 65 bis 90% bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz größer wird, wenn eine Müdigkeit auftritt. Deshalb kann, falls das Müdigkeitsniveau-Indexband so eingestellt ist, dass es irgendeine Frequenz von 65 bis 90% der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz enthält, das Müdigkeitsniveau-Indexband genau eine Frequenzkomponente entsprechend der Müdigkeit enthalten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wertet die Auswerteeinrichtung das Müdigkeitsniveau der Versuchsperson aus, wenn die Versuchsperson das vorbestimmte Gerät bedient. Die Auswerteeinrichtung kann wiederholt die Spitzenfrequenz des Spektrumsignals berechnen, nachdem die Versuchsperson die Bedienung des vorbestimmten Geräts beginnt. Wenn der Unterschied zwischen der maximalen Spitzenfrequenz und der minimalen Spitzenfrequenz in einer vorbestimmten Zeitdauer gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, kann ein Mittelwert der Spitzenfrequenzen in der Zeitdauer als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt werden. Wenn die Versuchsperson in einem Zustand der Anspannung oder in einem Zustand eines hohen Müdigkeitsniveaus ist, wandern oder variieren die Abstände zwischen den Spitzenwerten des Herzschlagsignals. Wenn dagegen eine Schwankung der Spitzenfrequenzen des Spektrumsignals klein ist, wird angenommen, dass die Versuchsperson weder Anspannung noch Müdigkeit fühlt. Deshalb kann ein Schwankungsmaß in den Spitzenfrequenzen durch den Unterschied zwischen der maximalen und der minimalen Spitzenfrequenz beurteilt werden. Die Spitzenfrequenz zu einem Zeitpunkt, wenn das Schwankungsmaß klein ist, kann als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt werden, um die Genauigkeit der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz zu verbessern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Auswerteeinrichtung die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz jedes Mal berechnen, wenn die Versuchsperson die Bedienung des Geräts beginnt. Auch kann die Auswerteeinrichtung eine endgültige Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz auf der Basis der letzten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz und einer vorangegangenen Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz bestimmen. Dies deshalb, weil es einen Fall gibt, bei dem die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz mit der Zeit variiert.

Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgend vorgesehenen detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es ist selbstverständlich, dass die detaillierte Beschreibung und die speziellen Beispiele, während sie das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben, nur Veranschaulichungszwecken dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung einschränken sollen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
1 ein Blockschaltbild des schematischen Aufbaus einer Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ein Flussdiagramm einer Müdigkeitsniveau-Erfassungsverarbeitung, die durch die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung ausgeführt wird, und einer Warnverarbeitung und dergleichen, die ausgeführt wird, wenn eine Müdigkeit erfasst wird;
3 ein Flussdiagramm einer Berechnungsroutine eines Müdigkeitsniveau-Auswerteparameters;
4 eine Signalformdarstellung einer Beispielsignalform eines normalen Herzschlagsignals;
5 eine erläuternde Darstellung, die ein Verarbeitungsverfahren zum Umwandeln des Herzschlagsignals in ein Signal mit Spitzenwerten von nur R-Zacken, welches die größten Spitzenwerte des Herzschlagsignals sind, erläutert;
6 ein Kennliniendiagramm von Spektrumsignalen, die die Verteilung von Frequenzkomponenten des Herzschlagsignals anzeigen;
7 ein Diagramm der Schwankung einer Spitzenfrequenz des Spektrumsignals ab dem Beginn des Fahrens eines Fahrzeugs durch einen Fahrer;
8 ein Diagramm, das das Verhältnis von Fahrern zeigt, deren erfasste Spitzenwerte von ihren Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen entsprechend Zeitdauern seit dem Start des Fahrens verschieden sind;
9 ein Diagramm der Korrelation zwischen der Schwankung eines Maßes einer Querabweichung des Fahrzeugs (d.h. einer Schwankung der Arbeitsleistung (WP)) und einer Schwankung der Signalstärke jeder Frequenz des Spektrumsignals;
10 ein Diagramm des Korrelationskoeffizienten zwischen WP und jedem Frequenzband und der Frequenz einer Anzahl von Fahrern;
11 ein Diagramm des Bereichs von Schwankungen einer Frequenz (Fmax), bei der die Korrelation mit der WP am größten wird, wenn die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) jedes Fahrers auf 1 Hz normiert ist;
12 ein Diagramm der Korrelation zwischen der Stärke des Spektrumsignals zu jedem Frequenzband (0,65 bis 0,70 Hz, 0,70 bis 0,75 Hz, 0,75 bis 0,80 Hz, 0,80 bis 0,85 Hz und 0,85 bis 0,90 Hz) und der WP, wenn die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) auf 1 Hz normiert ist; und
13 ein Zeitdiagramm der Schwankung der Stärke des Spektrumsignals zu dem Frequenzband von 0,80 bis 0,85 Hz sowie der Schwankung in der WP.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist nur von beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Nutzen einschränken. Ein Ausführungsbeispiel einer Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel erläutert einen Fall, bei dem die in einem Fahrzeug eingebaute Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung eine Müdigkeit eines Fahrers während des Fahrens erfasst, aber die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung kann auch zum Erfassen der Müdigkeit eines Bedieners oder eines Kontrolleurs eines Geräts, das von einem Fahrzeug verschieden sein kann, verwendet werden.
1 ist ein Blockschaltbild, das den schematischen Aufbau der Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Bezug nehmend auf 1 weist die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung eine Herzschlagsignal-Erfassungseinheit 10 zum Erfassen eines Herzschlagsignals eines Fahrers eines Fahrzeugs und eine ECU 20 zum Erfassen des Müdigkeitsniveaus des Fahrers auf der Basis des erfassten Herzschlagsignals auf. Die ECU 20 ist mit einer Klimaanlagensteuereinheit 30, einer Warneinheit 40, einer Motorsteuereinheit 50, einer Bremsensteuereinheit 60 und dergleichen verbunden. Daher räumt die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (die ECU 20) bei Erfassung, dass eine Müdigkeit bei dem Fahrer auftritt, im Effekt die Müdigkeit des Fahrers entsprechend dem Müdigkeitsniveau aus und steuert das Fahrzeug, um eine Gesamtsicherheit zu gewährleisten.
Die Herzschlagsignal-Erfassungseinheit 10 besitzt mehrere Elektroden, die an einem Lenkrad vorgesehen sind. Wenn sowohl die rechte als auch die linke Hand des Fahrers die Elektroden kontaktieren, tritt eine Potentialdifferenz entsprechend dem Herzpotential des Fahrers zwischen beiden Elektroden auf. Durch fortlaufendes Erfassen der zwischen beiden Elektroden auftretenden Potentialdifferenz erhält man das Herzschlagsignal des Fahrers.
Da die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung in diesem Ausführungsbeispiel in dem Fahrzeug eingebaut ist, ist die Herzschlagsignal-Erfassungseinheit 10 aus den an dem Lenkrad vorgesehenen Elektroden aufgebaut. Das Herzschlagsignal kann jedoch auch durch eine andere Einrichtung erfasst werden. Zum Beispiel ist ein Impulswellensensor als andere Einrichtung zum Erfassen des Herzschlagsignals verwendbar. Der Impulswellensensor hat ein Paar eines Lichtemissions- und eines Lichtempfangselements. Das Lichtemissionselement bestrahlt die Oberfläche der Haut des Fahrers mit Licht. Ein Teil des Lichts gelangt durch die Haut und wird durch durch ein Blutgefäß strömendes Blut gestreut. So variiert eine durch das Lichtempfangselement empfangene Lichtmenge gemäß einer Menge des durch das Blutgefäß strömenden Blutes. Deshalb ist es auch in dem Fall der Verwendung des Impulswellensensors möglich, ein Signal entsprechend den Bewegungen des Herzens eines Fahrers, d.h. ein Signal entsprechend dem Herzschlagsignal zu erfassen.
Es ist bevorzugt, dass der Impulswellensensor in einer solchen Weise verwendet wird, dass das Lichtempfangselement zur Vermeidung der Effekte von Störlicht einen engen Kontakt mit der Hautoberfläche des Fahrers macht. Deshalb kann das Lichtempfangselement des Impulswellensensors in dem Lenkrad an einer für den Griff durch den Fahrer geeigneten Position vorgesehen sein. Sonst kann, wie verschiedentlich vorgeschlagen, der Impulswellensensor in der Form zum Beispiel einer Armbanduhr, eines Fingerrings oder dergleichen an den Fahrer gesteckt sein, um das Herzschlagsignal (das Signal entsprechend dem Herzschlagsignal) zu erfassen.
Dann werden die Müdigkeitsniveau-Erfassungsverarbeitung, die Warnverarbeitung und dergleichen basierend auf einem Flussdiagramm von 2 beschrieben. Die Müdigkeitsniveau-Erfassungsverarbeitung wird durch die ECU 20 ausgeführt. Die Warnverarbeitung wird ausgeführt, wenn eine Müdigkeit erfasst wird. Zuerst nimmt die ECU 20 das von der Herzschlagsignal-Erfassungseinheit 10 ausgegebene Herzschlagsignal in Schritt S100 auf. Bei der Aufnahme des Herzschlagsignals tastet die ECU 20 das Herzschlagsignal in einem Zyklus von etwa 100 Hz ab und setzt ein analoges Signal in ein digitales Signal um. Eine QRS-Welle des Herzschlagsignals dauert im Allgemeinen etwa 0,1 Sekunden an. Demgemäß macht es die obige Abtastung im Zyklus von etwa 100 Hz möglich, die Spitzenwerte des Herzschlagsignals sicher aufzunehmen.
Dann wird in Schritt S200 ein Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp zum Auswerten des Müdigkeitsniveaus des Fahrers auf der Basis des aufgenommenen Herzschlagsignals berechnet. Ein Berechnungsverfahren des Müdigkeitsniveau-Auswerteparameters Sp wird später im Detail beschrieben.
Nachdem der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp in Schritt S200 berechnet ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S300 und der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp wird mit dem ersten Kriterium C1 verglichen. Wenn der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp bei diesem Vergleich als kleiner als das erste Kriterium C1 beurteilt wird, wird angenommen, dass bei dem Fahrer keine Müdigkeit vorhanden ist, und daher kehrt die Verarbeitung zu Schritt S100 zurück. Wenn der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp in Schritt S300 als gleich oder größer als das erste Kriterium C1 beurteilt wird, geht die Verarbeitung dagegen weiter zu Schritt S400.
In Schritt S400 wird der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp weiter mit dem zweiten Kriterium C2 verglichen, welches größer als das erste Kriterium C1 ist. Wenn der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp als kleiner als das zweite Kriterium C2 beurteilt wird, wird das Müdigkeitsniveau des Fahrers als gering eingeschätzt, die Verarbeitung geht weiter zu Schritt S500. In Schritt S500 gibt die ECU 20 ein Steuersignal an die Klimaanlagensteuereinheit 30 aus, um die Klimaanlagensteuereinheit 30 eine Müdigkeitsverbesserungssteuerung ausführen zu lassen. Bei der Müdigkeitsverbesserungssteuerung wird durch Verwendung einer in dem Fahrzeug vorgesehenen Klimaanlage kalte Luft auf den Fahrer geblasen oder ein Duft mit der Wirkung der Verringerung von Müdigkeit wird aus einem Auslass der Klimaanlage freigesetzt. Deshalb kann, falls das Niveau der Müdigkeit niedrig ist, die Müdigkeit durch die Müdigkeitsverbesserungssteuerung abgebaut werden.
Wenn der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp in Schritt S400 als gleich oder größer als das zweite Kriterium C2 beurteilt wird, geht die Verarbeitung dagegen weiter zu Schritt S600. In Schritt S600 wird der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp mit dem dritten Kriterium C3 verglichen, das größer als das zweite Kriterium C2 ist. Wenn der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp in der Beurteilung von Schritt S600 als kleiner als das dritte Kriterium C3 beurteilt wird, wird das Müdigkeitsniveau des Fahrers auf ein mittleres Niveau geschätzt. Daher gibt die ECU 20 in Schritt S700 ein Warnsignal an die Warneinheit 40 aus. Die Warneinheit 40 gibt einen Warnton von relativ großer Lautstärke oder eine Warnmeldung aus, um den Fahrer aufmerksam zu machen. Wenn der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp in Schritt S600 als gleich oder größer als das dritte Kriterium C3 beurteilt wird, wird das Müdigkeitsniveau des Fahrers dagegen als hoch eingeschätzt. In diesem Fall geht die Verarbeitung weiter zu Schritt S800 und die ECU 20 gibt ein Steuersignal an die Bremsensteuereinheit 60 und/oder die Motorsteuereinheit 50 aus, um sie eine Fahrzeugsteuerung ausführen zu lassen. Bei der Fahrzeugsteuerung wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs reduziert oder das Fahrzeug angehalten, indem zum Beispiel die Ausgangsleistung eines Motors reduziert oder die Bremsen zwangsweise betätigt werden.
Eine Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter-Berechnungsroutine, die oben beschrieben ist, wird nachfolgend basierend auf dem Flussdiagramm von 3 erläutert. Zuerst wird in Schritt S210 das in Schritt S100 des Flussdiagramms von 2 aufgenommene Herzschlagsignal in ein Signal mit Spitzenwerten der R-Zacken umgewandelt.
4 zeigt ein Beispiel einer Signalform eines normalen Herzschlagsignals. Wie in 4 dargestellt, enthält das Herzschlagsignal einen P-Zacken, einen Q-Zacken, einen R-Zacken, einen S-Zacken und einen T-Zacken in einer einzelnen Signalform, und jede Signalform zeigt einen Spitzenwert. Falls das Herzschlagsignal einer direkten Frequenzanalyse unterzogen wird, erhält man daher ein Spektrumsignal, das jede oben beschriebene Frequenzkomponente enthält. Die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel dient jedoch der Analyse einer Herzfrequenz in dem Herzschlagsignal je Zeiteinheit, mit anderen Worten der Analyse der der Herzfrequenz zuschreibbaren Frequenzkomponenten, sodass die Frequenzkomponenten jedes oben beschriebenen Zackens ein Grund für einen Fehler werden. Aus diesem Grund wird das Herzschlagsignal, wie in 5 dargestellt, in ein Signal mit Spitzenwerten nur der R-Zacken umgewandelt, welche die größten Spitzenwerte des Herzschlagsignals sind, und dann wird die Frequenzanalyse an dem umgewandelten Signal ausgeführt.
Eine Einheit der Messzeit beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 10 Sekunden. Alle 10 Sekunden wird das in dem Zyklus von 100 Hz abgetastete Herzschlagsignal wie oben beschrieben umgewandelt und einer Frequenzanalyse durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) unterzogen, wie später beschrieben, um ein Spektrumsignal zu erhalten, das die Verteilung der in dem Herzschlagsignal enthaltenen Frequenzkomponenten angibt.
Falls das Herzschlagsignal in einem Zyklus von 100 Hz alle 10 Sekunden abgetastet wird, beträgt die Anzahl der Abtastungen 1.000 (10 Sekunden × 100 Hz). Die Frequenzauflösung des durch die FFT-Verarbeitung erhaltenen Spektrumsignals wird mit diesem Abtastzyklus und dieser Anzahl von Abtastungen gering. Daher wird eine Verarbeitung zur Verbesserung der Frequenzauflösung ausgeführt. Mit andern Worten beträgt die Frequenzauflösung des Spektrumsignals 0,1 Hz (Abtastzyklus 100 Hz/Anzahl Abtastungen 1.000), wenn das Herzschlagsignal in dem Zyklus von 100 Hz alle 10 Sekunden abgetastet wird. Normalerweise beträgt die Herzfrequenz etwa 60 Schläge pro Minute und eine Herzschlagfrequenz beträgt 1 Hz, sodass die Frequenzauflösung von 0,1 Hz einer ziemlich hohen Herzfrequenz, d.h. 6 Schlägen entspricht.
Deshalb werden, wie in 5 dargestellt, Informationen (62, 127, ...) bezüglich der Positionen von abgetasteten R-Zacken um einen Faktor 10 reduziert, um die Abtastfrequenz (von 100 Hz auf 10 Hz) zu reduzieren. In diesem Fall wird jedoch auch die Anzahl Abtastungen um einen Faktor 10 reduziert und die Frequenzauflösung wird nicht verbessert, sodass 924 Dummydaten (0 – Daten) der Anzahl Abtastungen hinzugefügt werden. Gemäß dieser Verarbeitung ist es möglich, die Frequenzauflösung des Spektrumsignals zu verbessern (die Frequenzauflösung um einen Faktor von etwa 10 zu erhöhen).
Dann wird in Schritt S220 die FFT-Verarbeitung an dem in Schritt S210 berechneten umgewandelten Signal durchgeführt, um das Spektrumsignal zu berechnen, das die Verteilung der Frequenzkomponenten in dem Herzschlagsignal anzeigt. 6 zeigt ein Beispiel von berechneten Spektrumsignalen. Wie in 6 dargestellt, erhält man, wenn ein Bewusstseinsniveau des Fahrers hoch ist, ein Spektrumsignal mit einem Spitzenwert in einem relativ hohen Frequenzbereich. Wenn das Müdigkeitsniveau des Fahrers hoch ist, erhält man ein Spektrumsignal mit einem Spitzenwert in einem relativ niedrigen Frequenzbereich. Dies deshalb, weil die in dem Herzschlagsignal des Fahrers enthaltenen Frequenzkomponenten entsprechend einem Anstieg des Müdigkeitsniveaus des Fahrers abfallen, weil die Herzfrequenz sinkt, wenn die Müdigkeit der Fahrers steigt.
Dann wird in Schritt S230 die Länge der verstrichenen Zeit seit Beginn des Fahrens des Fahrzeugs durch den Fahrer beurteilt. Wenn die verstrichene Zeit bei dieser Beurteilung kürzer als T1 ist und beurteilt wird, dass das Fahren gerade begonnen hat, endet die Verarbeitung dieser Routine. Wenn beurteilt wird, dass die verstrichene Zeit gleich oder länger als T1 und gleich oder kürzer als T2 ist, wird in Schritt 240 eine Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz des Fahrers erfasst. Dann werden in Schritt S250 ein Bewusstseinsniveau-Indexband α und ein Müdigkeitsniveau-Indexband β auf der Basis der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt. Wenn die verstrichene Zeit als länger als T2 beurteilt wird, wird die Ver arbeitung der Schritte S260 bis S280 durchgeführt, um den Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp zu berechnen, der das Müdigkeitsniveau des Fahrers angibt.
Ein Grund, warum entsprechend der verstrichenen Zeit seit dem Beginn des Fahrens eine unterschiedliche Verarbeitung ausgeführt wird, wie oben beschrieben, wird nachfolgend beschrieben. 7 ist ein Diagramm einer Schwankung einer Spitzenfrequenz eins Spektrumsignals, das man durch Unterziehen eines Herzschlagsignals einer FFT-Verarbeitung ab Beginn des Fahrens eines Fahrzeugs durch einen Fahrer erhält. Wie in 7 dargestellt, ist die unmittelbar nach Beginn des Fahrens erfasste Spitzenfrequenz von einer normalen Spitzenfrequenz in einem Zustand, in dem der Fahrer weder eine Anspannung noch Müdigkeit fühlt (nachfolgend "Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz" genannt) stark verschieden. Die erfasste Spitzenfrequenz neigt dazu, die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz mit der Zeit zu erreichen. Diesbezüglich überprüfte der Erfinder der vorliegenden Anmeldung, ob andere Fahrer ein ähnliche Tendenz haben oder nicht. Das Ergebnis der Überprüfung ist in einem Diagramm von 8 gezeigt.
8 zeigt den Anteil der Fahrer von allen Fahrern, die Ziele der Überprüfung sind, deren erfasste Spitzenfrequenzen von ihren Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen in einem Bereich gleich oder weniger als ein vorbestimmter Wert (± 0,05 Hz) verschieden sind, entsprechend Zeitdauern seit Beginn des Fahrens. Wie in 8 dargestellt, ist der Anteil der Fahrer, deren erfasste Spitzenfrequenzen von ihren Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen stark verschieden sind, von unmittelbar nach Beginn des Fahrens bis etwa 100 Sekunden groß. Jedoch steigt der Anteil der Fahrer, deren erfasste Spitzenfrequenzen nahe an ihren Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen liegen, allmählich ab einem Zeitpunkt nach 100 Sekunden. Zum Beispiel wird der Unterschied zwischen der erfassten Spitzenfrequenz und der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz bei jedem Fahrer zwischen 300 Sekunden und 400 Sekunden gering. Der Anteil der Fahrer, deren erfasste Spitzenfrequenzen von ihren Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen leicht unterschiedlich sind, bleibt bis etwa 500 Sekunden groß. Jedoch steigt der Anteil der Fahrer, deren erfasste Spitzenfrequenzen von ihren Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen stark verschieden sind, nach 500 Sekunden an.
Gemäß dem obigen Ergebnis der Überprüfung ist es offensichtlich, dass die Spitzenfrequenz des erfassten Spektrumsignals in einer Zeitdauer zwischen einem Verstreichen von T1 (100 Sekunden, und bevorzugt 300 Sekunden) und einem Verstreichen von T2 (500 Sekunden, und bevorzugt 400 Sekunden) nicht unmittelbar nach Beginn des Fahrens sich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz jedes Fahrers annähert. Deshalb geht in diesem Ausführungsbeispiel die Verarbeitung weiter zu Schritt S240, wenn die verstrichene Zeit seit Beginn des Fahrens gleich oder länger als T1 und gleich oder kürzer als T2 ist. Die Spitzenfrequenz des in Schritt S220 berechneten Spektrumsignals wird extrahiert und als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz des Fahrers geschätzt. Es ist bevorzugt, dass T1 und T2 so eingestellt sind, dass das Spektrumsignal mehrere Male in der Zeitdifferenz zwischen T1 und T2 berechnet wird. In Schritt S240 ist es bevorzugt, dass die Spitzenfrequenz jedes Spektrumsignals extrahiert wird und die mehreren Spitzenfrequenzen gemittelt werden, um eine gemittelte Spitzenfrequenz als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz abzuschätzen.
Außerdem kann die in der Vergangenheit berechnete Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz gespeichert werden. Die letzte und die vorangegangene Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz können mit oder ohne einem Gewichtungsfaktor gemittelt werden, um die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz zu aktualisieren. In diesem Fall wird die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz auf der Basis der Spitzenfrequenzen über eine lange Zeitdauer mit einer hohen Genauigkeit geschätzt. Falls der Unterschied zwischen der gespeicherten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz und der letzten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, kann eine zu einer Anomalie des physischen Zustands des Fahrers gehörende Warnung ausgegeben werden. Außerdem kann unter Berücksichtigung eines Falls, bei dem zum Beispiel mehrere Fahrer fahren, eine Anzahl Schalter oder dergleichen vorgesehen sein, um zwischen den Fahrern zu unterscheiden, und die obigen Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenzen können für jeden Fahrer gespeichert werden.
In dem anschließenden Schritt S250 werden das Bewusstseinsniveau-Indexband α und das Müdigkeitsniveau-Indexband β auf der Basis der in Schritt S240 geschätzten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt. Das Bewusstseinszustands- Indexband α wird so eingestellt, dass es eine Bandbreite von ± 0,05 Hz bezüglich der geschätzten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz besitzt. Nimmt man zum Beispiel den Fall von 6, hat ein Bewusstseinszustands-Indexband α, da eine Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz auf 1,07 Hz geschätzt wird, eine untere Grenzfrequenz von 1,02 Hz und eine obere Grenzfrequenz von 1,12 Hz. Da das Bewusstseinsniveau-Indexband α die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz enthält, wird die Stärkte des zu dem Bewusstseinsniveau-Indexband α gehörenden Spektrumsignals hoch, wenn das Bewusstseinsniveau des Fahrers hoch ist. Mit anderen Worten ist die Stärke des Spektrumsignals in dem Bewusstseinszustands-Indexband α ein Index für das Bewusstseinsniveau des Fahrers.
Eine Einstellung des Müdigkeitsniveau-Indexbandes β wird beschrieben. Da wie oben beschrieben die Herzfrequenz des Fahrers sinkt, wenn das Müdigkeitsniveau des Fahrers steigt, bewegt sich der Spitzenwert des Spektrumssignals, der die Verteilung der Frequenzkomponenten des Herzschlagsignals anzeigt, zu den niedrigen Frequenzen. Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung führte die folgenden Messungen aus, um ein Frequenzband zu bestimmen, das das Müdigkeitsniveau jedes Fahrers am Genauesten anzeigt.
Zuerst ließ der Erfinder eine Anzahl Fahrer einen Fahrsimulator bedienen und maß das Maß der Querabweichung eines Fahrzeugs während der Bedienung. Das Maß der Querabweichung, bezeichnet als Betriebsverhalten (WP), wurde als ein objektiver Index des Müdigkeitsniveaus der Fahrers verwendet. Außerdem wurde das Herzschlagsignal des Fahrers zur gleichen Zeit gemessen, und das Herzschlagsignal wurde der FFT-Verarbeitung unterzogen, um ein Spektrumssignal zu berechnen. Die Korrelation zwischen der Abweichung eines Maßes der Querabweichung des Fahrzeugs (d.h. der Abweichung des WP) und der Schwankung der Signalstärke in jeder Frequenz des Spektrumsignals wurde untersucht. 9 zeigt das Ergebnis der Untersuchung. 9 ist ein Diagramm der Korrelation zwischen der Schwankung eines Maßes der Querabweichung des Fahrzeugs (d.h. einer Schwankung des Betriebsverhaltens WP) und einer Schwankung der Signalstärke jeder Frequenz des Spektrumsignals.
Bezug nehmend auf 9 ist ein Korrelationskoeffizient mit dem WP bei einer Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) minimiert. Dies bedeutet, dass die Signalstärke der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz sinkt, wenn das Maß der Querabweichung groß wird (das WP klein ist), und die Signalstärke der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz steigt, wenn das Maß der Querabweichung klein wird (das WP groß ist).
In einem in 9 dargestellten Beispiel ist entgegen der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) der Korrelationskoeffizient mit dem WP bei einer Frequenz Fmax) von etwa 0,91 Hz maximiert. Das Müdigkeitsniveau-Indexband β wird so eingestellt, dass es eine vorbestimmte Bandbreite bezüglich 0,91 Hz aufweist, und daher ist die Stärke des zu dem Müdigkeitsniveau-Indexband β gehörenden Spektrumsignals ein Indiz des Müdigkeitsniveaus des Fahrers.
Die Untersuchung der obigen Korrelation zwischen dem WP und der Signalstärke in jeder Frequenz des Spektrumssignals bezüglich mehrerer Fahrer macht es, wie in 10 dargestellt, offensichtlich, dass die Frequenz (Fmax), bei welcher der Korrelationskoeffizient mit dem WP sein Maximum erreicht, stark schwankt (1,03 ± 0,12 Hz). Falls ein bestimmtes Band einfach als das Müdigkeitsniveau-Indexband β eingestellt wird, schwankt somit die Genauigkeit des Indizes des Müdigkeitsniveaus stark von Fahrer zu Fahrer. 10 ist ein Diagramm der Kennlinien einer Anzahl von Fahrern, wobei jede Kurve die Korrelation zwischen der Schwankung eines Maßes der Querabweichung des Fahrzeugs und einer Schwankung der Signalstärke jeder Frequenz des Spektrumssignals angibt.
Um die Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximal wird, wie oben beschrieben, direkt zu erhalten, ist es notwendig, das WP zu messen. Mit anderen Worten kann ein System zum Messen nur des Herzschlagsignals, wie dieses Ausführungsbeispiel, nicht direkt die Frequenz (Fmax) erhalten, bei welcher die Korrelation mit dem WP ihr Maximum erreicht. Deshalb ist es notwendig, die Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, mit einer hohen Genauigkeit durch das messbare Herzschlagsignal indirekt zu erhalten. Zu diesem Zweck untersuchte der Erfinder der vorliegenden Anmeldung den Schwankungsbereich der Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximal wird, wenn die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) jedes Fahrers auf 1 Hz normiert wurde. In diesem Fall wurde offensichtlich, dass der Schwankungsbereich der Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, eng wurde. In einem Beispiel von 11 gehört jede Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, zu einem Bereich von 0,83 ± 0,03 Hz.
Deshalb wird die Frequenz bei einem vorbestimmten Verhältnis der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz als die obige Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, eingestellt. Dann wird ein Frequenzband bezüglich der Frequenz als das Müdigkeitsniveau-Indexband β eingestellt.
12 zeigt die Korrelation zwischen der Stärke der zu jedem Frequenzband (0,65 bis 0,70 Hz, 0,70 bis 0,75 Hz, 0,75 bis 0,80 Hz, 0,80 bis 0,85 Hz und 0,85 bis 0,90 Hz) gehörenden Spektrumsignale und dem WP, wenn die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) auf 1 Hz normiert ist. Selbst die Korrelation zwischen der Stärke des zu dem Frequenzband von 0,65 bis 0,70 Hz gehörenden Spektrumsignals und dem WP übersteigt 0,84. Besonders in den Frequenzbändern von 0,75 bis 0,90 Hz übersteigt die Korrelation mit dem WP 0,9, und die Korrelation mit dem WP ist in dem Frequenzband von 0,80 bis 0,85 Hz maximiert. 13 ist ein Zeitdiagramm, das eine Schwankung der Stärke des zu dem Frequenzband von 0,80 bis 0,85 Hz gehörenden Spektrumsignals und eine Schwankung des WP zeigt. Es ist aus 13 offensichtlich, dass sowohl die Stärke als auch das WP beinahe die gleiche Schwankungstendenz haben.
Basierend auf den Ergebnissen von 12 und 13 wird ein Wert in einem Bereich von 65 bis 90%, bevorzugt 75 bis 90% und bevorzugter 80 bis 85% als das vorbestimmte Verhältnis zum Berechnen der Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, zu der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz (Fmin) verwendet. So ist es möglich, die Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, genau zu erhalten. Nachdem die Frequenz (Fmax), bei welcher die Korrelation mit dem WP maximiert ist, auf diese Weise berechnet ist, wird ein Frequenzband mit einer Bandbreite von ± 0,05 Hz bezüglich dieser Frequenz als das Müdigkeitsniveau-Indexband β eingestellt. Das Müdigkeits niveau-Indexband β kann in einer solchen Weise eingestellt werden, dass die obere und die untere Grenzfrequenz des Müdigkeitsniveau-Indexbandes β durch Multiplizieren der oberen bzw. der unteren Grenzfrequenz des Bewusstseinsniveau-Indexbandes α mit dem vorbestimmten Verhältnis berechnet werden.
Bezug nehmend auf das Flussdiagramm von 3 geht die Verarbeitung, wenn die verstrichene Zeit seit Beginn des Fahrens in Schritt S230 als länger als T2 beurteilt wird, weiter zu Schritt S260, um die Stärke αp eines zu dem Bewusstseinsniveau-Indexband α, das wie oben beschrieben eingestellt ist, gehörenden Spektrumsignals zu berechnen. Dann wird in Schritt S270 die Stärke βp eines zu dem Müdigkeitsniveau-Indexband β gehörenden Spektrumsignals berechnet. Dann wird in Schritt S280 der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp mit der folgenden Gleichung berechnet: Sp = βp/(αp + βp)
Der mit dieser Gleichung berechnete Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp berücksichtigt sowohl das Bewusstseinsniveau als auch das Müdigkeitsniveau des Fahrers. Der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp gibt das Müdigkeitsniveau kontinuierlich zwischen 0 (das maximale Bewusstseinsniveau) und 1 (das maximale Müdigkeitsniveau) an. Daher ist es möglich, das Müdigkeitsniveau des Fahrers durch einen Wert des Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp direkt auszuwerten.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Die Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, und verschiedene Modifikationen sind daran möglich.
In dem obigen Ausführungsbeispiel wird zum Beispiel der Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter Sp durch die Stärken αp und βp der Spektrumsignale, welche zu dem Bewusstseinsniveau-Indexband α und dem Müdigkeitsniveau-Indexband β gehören, berechnet. Das Müdigkeitsniveau des Fahrers kann auch auf der Basis nur der Stärke βp des Spektrumsignals, welches zu dem Müdigkeitsniveau-Indexband β gehört, erfasst werden. Wenn das Bewusstseinsniveau des Fahrers hoch ist, sinkt der Herzschlag kaum. Die in dem Herzschlagsignal enthaltene niedrige Frequenzkomponente ist gering, und daher wird die Stärke βp des zu dem Müdigkeitsniveau-Indexband β gehörenden Spektrumsignals niedrig. Wenn das Müdigkeitsniveau des Fahrers steigt, wird dagegen ein Abfall der Herzfrequenz auffallend, und die in dem Herzschlagsignal enthaltene niedrige Frequenzkomponente steigt an. Daher steigt die Stärke βp des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband β an. Da die Stärke βp des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband β zu dem Müdigkeitsniveau korreliert, ist es möglich, das Müdigkeitsniveau des Fahrers nur durch die Stärke βp des Spektrumsignals, welches zu dem Müdigkeitsniveau-Indexband β gehört, zu erfassen.
In dem obigen Ausführungsbeispiel haben das Bewusstseinsniveau-Indexband α und das Müdigkeitsniveau-Indexband β die Bandbreite von 0,1 Hz, aber die Bandbreite davon ist nicht auf 0,1 Hz beschränkt. Außerdem wird in dem obigen Ausführungsbeispiel die Spitzenfrequenz des in einer Zeitdauer, in welcher eine Zeit gleich oder länger als T1 und gleich oder kürzer als T2 seit Beginn des Fahrens durch den Fahrer verstrichen ist, erfassten Spektrumssignals als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz geschätzt. Die Spitzenfrequenzen des Spektrumsignals können jedoch auch wiederholt berechnet werden, nachdem der Fahrer zu fahren beginnt. Wenn der Unterschied zwischen den Maximal- und den Minimalwerten der Spitzenfrequenz in einer vorbestimmten Zeitdauer gleich oder niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, kann ein Mittelwert der Spitzenfrequenz in der Zeitdauer als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt werden. Wenn sich der Fahrer in einem Zustand der Anspannung oder der Müdigkeit befindet, wandern oder ändern sich die Abstände zwischen den Spitzenwerten des Herzschlagsignals. Wenn dagegen eine Schwankung der Spitzenfrequenz des Spektrumssignals klein ist, wird angenommen, dass der Fahrer weder Anspannung noch Müdigkeit fühlt. Deshalb kann ein Schwankungsmaß der Spitzenfrequenz durch den Unterschied zwischen ihren Maximal- und ihren Minimalwerten beurteilt werden. Wenn das Schwankungsmaß klein ist, kann die Spitzenfrequenz als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz gesetzt werden.
Die Beschreibung der Erfindung ist nur von beispielhafter Natur und daher verlassen Variationen, die nicht den Geist der Erfindung verlassen, nicht den Schutzumfang der Erfindung. Solche Variationen sollen nicht als Verlassen des Schutzumfangs der Erfindung angesehen werden.

Claims

Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60), mit einer Einrichtung zum Erfassen eines Herzschlagsignals (101 einer Testperson; einer Berechnungseinrichtung zum Durchführen einer Frequenzanalyse (20) an dem Herzschlagsignal und Berechnen eines Spektrumssignals, das die Verteilung von in dem Herzschlagsignal enthaltenen Frequenzkomponenten angibt; und einer Auswerteeinrichtung zum Einstellen eines Bandes (20) in dem Spektrumsignal, das bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz in einem Bewusstseinszustand der Testperson eine niedrigere Frequenz als eine Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz hat, als ein Müdigkeitsniveau-Indexband zum Anzeigen eines Müdigkeitsniveaus und Auswerten des Müdigkeitsniveaus der Testperson auf der Basis der Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 1, bei welcher die Berechnungseinrichtung (20) das Herzschlagsignal in ein Signal umwandelt, das Spitzenwerte nur an den größten Spitzenpositionen des Herzschlagsignals aufweist, und eine Frequenzanalyse an dem umgewandelten Signal durchführt.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Auswerteeinrichtung (20) das Müdigkeitsniveau der Testperson auswertet, wenn die Testperson ein vorbestimmtes Gerät bedient, und die Spitzenfrequenz des Spektrumsignals zu einer Zeit, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit Beginn der Bedienung des vorbestimmten Geräts durch die Testperson verstrichen ist, als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt wird.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 3, bei welcher die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz durch Mitteln von Spitzenfrequenzen von mehreren Spektrumsignalen berechnet wird, die für eine vorbestimmte Messzeit ab einem Zeitpunkt berechnet werden, nachdem eine vorbestimmte Zeit seit Beginn der Bedienung des vorbestimmten Geräts durch die Testperson verstrichen ist.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 3 oder 4, bei welcher die vorbestimmte Zeit in einem Bereich von 100 Sekunden bis 500 Sekunden ausgewählt ist.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die Auswerteeinrichtung (20) ein Band mit der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz als ein Bewusstseinsniveau-Indexband einstellt und das Müdigkeitsniveau der Testperson unter Verwendung der Stärke der Spektrumsignale in dem Bewusstseinsniveau-Indexband und dem Müdigkeitsniveau-Indexband auswertet.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 6, bei welcher die Auswerteeinrichtung (20) einen Müdigkeitsniveau-Auswerteparameter berechnet, dessen Nenner die Summe der Stärken der Spektrumsignale in dem Bewusstseinsniveau- und dem Müdigkeitsniveau-Indexband ist und dessen Zähler die Stärke des Spektrumsignals in dem Müdigkeitsniveau-Indexband ist.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher das Bewusstseinsniveau-Indexband so eingestellt wird, dass es eine Bandbreite von ± 0,05 Hz bezüglich der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz als Mittelpunkt besitzt.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung 110, 20, 30, 40, 50, 60) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welcher das Müdigkeitsniveau-Indexband so eingestellt wird, dass es irgendeine Frequenz von 65 bis 90% der Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz enthält.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Auswerteeinrichtung (20) das Müdigkeits niveau der Testperson auswertet, wenn die Testperson das vorbestimmte Gerät bedient, und die Auswerteeinrichtung wiederholt die Spitzenfrequenz des Spektrumsignals berechnet, nachdem die Testperson die Bedienung des vorbestimmten Geräts startet, und wenn der Unterschied zwischen der maximalen Spitzenfrequenz und der minimalen Spitzenfrequenz in einer vorbestimmten Zeitdauer gleich oder geringer als ein vorbestimmter Wert ist, ein Mittelwert der Spitzenfrequenzen in der Zeitdauer als die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz eingestellt wird.
Müdigkeitsniveau-Erfassungsvorrichtung (10, 20, 30, 40, 50, 60) nach Anspruch 3 oder 10, bei welcher die Auswerteeinrichtung (20) die Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz jedes Mal berechnet, wenn die Testperson die Bedienung des Geräts startet, und die Auswerteeinrichtung eine endgültige Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz auf der Basis der letzten Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz und einer vorangegangenen Bewusstseinszustands-Spitzenfrequenz bestimmt.