Development of a driver's physical condition prediction model that can consider dynamic changes in the thermal environment inside the vehicle

开发考虑车内热环境动态变化的驾驶员身体状况预测模型

基本信息

批准号：
21K03954
负责人：
金子成彦
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

近年，国内における交通事故の発生件数や死者数は減少傾向にあるが，健康起因事故は増加傾向にある．このような事故を防止するためには，ドライバーの覚醒度を「検知」し，居眠り運転の危険性がある際には，覚醒状態を維持するための「対策」を行う必要がある．覚醒状態を維持するための対策には，車室内空調制御によるドライバーへの温熱刺激が有効であるとされている．人体が寒冷環境に曝されると，体温を保持する目的で抹消血管が収縮(交感神経活動が高進)し，覚醒度の低下を妨げる効果が期待される．しかしながら，温熱環境-自律神経系-心臓血管系間の定量的な関係性は明らかになっていない．また，人間の温熱環境への快適性評価は定性的なものである．問題の解決の糸口を見つけるために，人の快適性評価をも織り込んだ温熱環境を考慮することのできる数理モデルを開発することが目的の一つである．2021年度の研究では，心臓系と血管系の相互作用の数理モデルへの人体温熱モデルの組み込みを行った．その後，このモデルを用いて車室内温度と覚醒度の変化の関係をモデルによって計算し，被験者による実験結果と比較した．その結果，被験者の感じている変化をモデルで表現できていることは明らかになった．2022年度は、体調モニタリングセンサーの原理に関する研究を実施した．ドライバーの運転を妨げないシートバックなどに取り付け可能な非侵襲の脈波センサーが開発されている．このセンサーでは，1-20Hzの周波数帯域の信号が増幅されるという特徴がある．しかしながら，その測定原理は未解明である．そこで，本年度は，このセンサーを構成している3次元立体編み物（3D-net）の繊維構造と2本の繊維同士が擦れあう現象に着目し，数値解析と実験から，摩擦が振動特性に及ぼす影響を明らかにし，センサーの測定原理について検討した．

近年来，日本的交通事故和死亡人数一直在下降，但与健康相关的事故却呈上升趋势。为了防止此类事故的发生，需要“检测”驾驶员的警觉程度，并在存在疲劳驾驶风险时采取“对策”保持警觉。作为保持警觉性的措施，通过车内空调控制对驾驶员进行热刺激据说是有效的。当人体暴露在寒冷的环境中时，末梢血管会收缩（交感神经活动增加）以维持体温，预计可起到防止警觉性下降的效果。然而，热环境、自主神经系统、心血管系统之间的定量关系尚未明确。此外，热环境中人体舒适度的评估是定性的。为了找到解决问题的线索，我们的目标之一是开发一种能够考虑热环境的数学模型，其中还包含人体舒适度评估。在 2021 年的研究中，我们将人体温度模型纳入心脏和血管系统之间相互作用的数学模型中。然后使用该模型计算车内温度与警觉性变化之间的关系，并将结果与受试者进行的实验结果进行比较。结果表明，该模型能够表达受试者感受到的变化。 2022年，我们进行了身体状况监测传感器原理的研究。已经开发出一种非侵入式脉搏波传感器，可以安装在座椅靠背等上，而不会干扰驾驶员的驾驶。该传感器具有放大1-20Hz频段信号的特点。然而，其测量原理仍然未知。因此，今年我们重点研究了构成该传感器的三维针织物（3D-net）的纤维结构以及两根纤维相互摩擦的现象，通过数值分析和实验发现摩擦力影响阐明了振动特性的影响并讨论了传感器的测量原理。