JP2002008159A

JP2002008159A - ドライバ状態判定装置

Info

Publication number: JP2002008159A
Application number: JP2000192611A
Authority: JP
Inventors: Akinori Horiguchi; 明伯堀口
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】電極などを使用せず、さらにドライバ個々に基
準値をセットすることなく、誤検知の少ないドライバ状
態判定装置を実現する。【解決手段】シート座面に体圧センサ３を設け、この体
圧センサ３から出力されたデータにより該シート座面１
にかかる座面圧の重心を算出し、この重心の変化の時系
列データと予め記憶したドライバの特徴パターンとを比
較するか、或いは特徴パターンの代わりに標準パターン
の平均値を用いて該時系列データの標準偏差値を求める
ことによりドライバの運転状態を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はドライバ状態判定装
置に関し、特にドライバの運転中の眠気（覚醒度低下）
状態又は疲労（疲労度低下）状態をドライバの姿勢変化
から推定するドライバ状態判定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】このようなドライバ状態判定装置として
は次のような従来技術が既に提案されている。例えば、
特開平11-316884号公報においては、瞬きと瞳孔径を検
知してドライバの覚醒度や疲労度を推定し警報するシス
テムが提案されており、また、同11-105578号公報にお
いては、瞳孔反射を利用して瞬きを検出しドライバの覚
醒度を推定する瞬き検出システムが提案されている。

【０００３】さらに、同11-339200号公報においては、
瞬き状態により覚醒度を判定し、さらに精度を高めるた
め、車線に対する車両位置や運転操作から最終判定する
システムが提案されている。さらに、脳波や心拍数など
を計測することによりドライバの運転状態を検知し、そ
の情報を基に居眠り運転状態などを判断して運転者に警
報を発する車載用の安全システムに関する技術も数多く
提案されている。

【０００４】例えば同5-184558号公報のように、ステア
リングホイールに取り付けられ光学式の心拍センサによ
りドライバがハンドルを把持したときにドライバの心拍
数が計測され、その心拍数の変動に応じたリズムパター
ンにより居眠り運転状態などのドライバの異常を判定
し、ドライバに警報する技術が提案されている。

【０００５】このような従来技術においては、瞬きの状
態や車両のふらつきというような単一の指標では、ドラ
イバの種々の運転状態、例えば眠気状態や疲労状態を判
断することが困難な場合がある。また、ドライバの運転
状態として生理的な指標による判定を行うために電極を
何らかの形でドライバに密着させる必要があり、ドライ
バが煩わしさを感じてしまったりストレスという負担を
与えてしまう欠点がある。

【０００６】一方、圧力が加わると抵抗値などが変化す
る圧電素子をマトリックス状にシート座面に配置して圧
力分布を計測することによりドライバの運転状態を判定
するものがある。すなわち、同5-91936号公報において
は、着座用シートに座面体圧センサ群を設け、これらの
体圧センサ群の各検出値を所定の基準値群と比較して、
それらが正常な状態から大きく逸脱していると判定した
ときには、ディスプレイ上に警告メッセージを表示する
ようにしたシート装置が提案されている。

【０００７】さらに、同8-29308号公報においては、シ
ート座面とシートバック部にそれぞれ複数の圧力センサ
を設けると共に車両床面上に加速度センサを設け、この
加速度センサにより大きな加速度を検出しない時に、シ
ート座面の圧力センサの信号波形から座り直しと座り直
し回数をカウントし、座り直し回数が所定カウント値を
超えてから一定時間内にシートバック部におけるセンサ
の検出信号が小さくなったときには、運転者が前傾した
と判断して警報を出す居眠り運転警報装置を提案してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような特開平5-91
936号公報および同8-29308号公報においては、電極など
を使用せずにドライバの姿勢変化を検出することができ
るが、前者の同5-91936号公報においては、初期状態の
体圧分布による基準の姿勢を記憶し、運転中にその基準
の姿勢から大きく逸脱しているか否かを判定しており、
該基準を各個人に対応したものとしなければならず、ド
ライバが代われば一々基準の体圧をシステムに記憶しな
ければならない煩わしさがある。

【０００９】また、状態を体圧分布の基準値から大きく
逸脱したときには疲労が過度になったと判定するので、
インパネのスイッチ操作やシガーライターを使用するた
めに大きく座り直した場合などにおいても誤検知される
可能性がある。さらには、検出のためにシートバック部
も必要としている。

【００１０】また、後者の同8-29308号公報において
は、姿勢変化の回数（座り直し回数）が閾値を超えてか
ら一定時間を危険時間帯としてドライバの前傾姿勢を検
出し、以って居眠り運転状態であると判定しているが、
疲労により姿勢を故意に前傾する場合もあり、その違い
を区別することは難しい。また、この従来技術において
もシートバック部を必要としている。

【００１１】従って、本発明は、電極などを使用せず、
さらにドライバ個々に基準値をセットすることなく、誤
検知の少ないドライバ状態判定装置を実現することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】ドライバが眠気を感じた
とき、無意識の内に様々な行動、仕草をすることが知ら
れている。これは、「あくび」に代表されるように、体
を動かすなどして眠気を回避しようとする行動であり、
ドライバのこのような意識的或いは無意識の姿勢変化を
捉えればドライバの運転状態を推定できることが分か
る。

【００１３】また、疲れた場合などは、伸びをしたりし
て体を動かし、体の各部位の疲れを緩和させようとする
ため、このような場合も同様にして姿勢変化を捉えれば
ドライバの運転状態を推定することができることにな
る。これを図を用いて以下に説明する。

【００１４】まず、図1に示すように、シート座面1とシ
ート背面2とから成る車両シートにおいて、シート座面1
において複数の圧力センサ3を取り付ける。このような
車両シートに、ドライバが着座したときの体圧分布例が
図2に示されており、図1に示した体圧センサ3によって
検出された体圧分布は、シート座面1の中心に向かって
体圧が高くなって行き、網掛け部分4が最も体圧が高い
ことを示している。

【００１５】また、体圧重心の算出手順は次のとおりで
ある。 (1) 体圧データを2次元の配列a_ij（図1参照）に入れ
る。 (2) 体圧データの総和S=Σa_ijを計算する。 (3) x方向の重心位置（左右方向）を求めるために次式
を算出する。

【００１６】Tx=Σa_ij*i (4) Txを体圧データの総和Sで割る。 COFx=Tx/S (5) y方向の重心位置（前後方向）を求めるために次式
を算出する。

【００１７】Ty=Σa_ij*j (6) Tyを体圧データの総和Sで割る。 COFy=Ty/S (7) COFx,COFyが求める重心座標であり、この値にセン
サ間の距離（例えばx方向で25mm、y方向で30mm）を掛け
ればセンサa₁₁からの実際の位置が算出できる。

【００１８】また、図3は、車両走行時のドライバの姿
勢変化による体圧分布例を示しており、通常の運転姿勢
においては同図(1)に示すような体圧分布となり、重心G
は図示のようなシート座面1の中央部より若干後方の位
置（深く着座する位置）になっている。

【００１９】一方、ドライバが前傾姿勢をとった場合や
減速中においては、同図(2)に示すように、体圧分布
は、重心Gが同図(1)よりも後方にずれることになる。ま
た、車両が旋回中には、同図(3)に示すように、シート
座面1の中央部より左右に重心Gがずれることになる。

【００２０】さらに、一般的な姿勢変化としては、同図
(4)に示すように、シート座面1の前方に位置する。この
ような体圧分布の重心の時間変化が図4に示されてお
り、シート座面1における左右方向と前後方向の軌跡は
図示のような折れ線曲線Aとなるが、ドライバの居眠り
運転状態や疲労度が蓄積された場合の姿勢変化について
は、主に、シート座面1の前後方向に発生することが本
発明者の研究により分かった。

【００２１】これを、高速道路上で2時間程度の長時間
走行実験を実施して得られた図5(1)〜(5)に示すような
重心位置変化の時系列データである姿勢変化パターンで
説明する。なお、図中の縦軸は上方に向かってシート前
方の位置を示している。まず、通常運転時のドライバの
姿勢変化パターンとしては、同図(1)に示すように、シ
ート座面1の前後方向に余り変化が無いことが分かる
が、同図(2)に示される眠気の代表的な姿勢変化パター
ンにおいては、ドライバが眠気を自覚したとき、自ら
深く座り直した結果、重心が後方に移動したことを示す
データ波形が示されており、姿勢変化の後、徐々に元の
姿勢に戻るパターンが、この長時間運転の間に数回見ら
れることが分かった。

【００２２】また、眠気がある場合に素直に体を前傾さ
せた場合には、同図(3)に示すように、シート前方に重
心が移動した姿勢変化パターンになることが分かっ
た。さらに、上記の姿勢変化パターン及びよりも眠
気が強い場合のドライバの姿勢変化が同図(4)に示すパ
ターンで示されており、短い時間の間に盛んに体を動
かして睡魔と格闘している様子が現れている。

【００２３】一方、眠気ではなく身体的な疲労を感じて
座り直す場合もあり、背筋を伸ばしたり、ちょっと体を
曲げたり傾けたりして部分的な疲労や痺れをほぐそうと
している姿勢変化が同図(5)のパターンに示されてい
る。この例では、姿勢変化させた後、一定時間その姿勢
を保持し、また姿勢を変えるという姿勢変化パターンを
示している。

【００２４】従って、本発明における演算装置では、こ
のような姿勢変化の代表的なパターンを予め記憶してお
き、これらの記憶したパターンと、体圧センサから出力
されたデータによりシート座面にかかるドライバの座面
圧の重心の変化の時系列データと、を比較することによ
り該ドライバの運転状態を判定することが可能となる。

【００２５】なお、上記の演算装置は、該時系列データ
と該特徴パターンとの相関係数を算出し、この相関係数
が所定値を超えたときにドライバが眠気状態（すなわち
覚醒度が低下したこと）、又は疲労状態（すなわち疲労
度が蓄積したこと）に有ると判定することができる。

【００２６】さらに上記の演算装置は、該相関係数が所
定値以下のとき、上記の特徴パターンの代わりに標準的
な姿勢変化パターンの平均値を予め記憶すると共に、該
平均値を基準にして該重心の標準偏差値を算出し、この
標準偏差値に応じて眠気状態又は疲労状態と判定しても
よい。

【００２７】さらに、このような眠気状態又は疲労状態
の警報装置を設けることも可能である。

【００２８】

【発明の実施の形態】図6は、本発明に係るドライバ状
態判定装置の構成の一実施例を示したもので、図1に示
した体圧センサ1は、図7に示す処理アルゴリズムを有す
る演算装置10に接続されている。なお、上記の体圧セン
サ1は複数の圧力センサから構成されるものであればど
のようなセンサでも構わない。

【００２９】演算装置10は、体圧センサ1の出力データ
から出力されるデータ（図7のステップS1）によりシー
ト座面1にかかる座面圧の重心を算出する体圧重心算出
部11（同S2）と、ドライバの図5に示したような運転状
態の代表的な特徴パターン又は標準的な姿勢変化パター
ンの平均値を予め記憶したメモリ12と、体圧重心算出部
11で算出された体圧重心の時系列データと特徴パターン
又は標準パターン平均値からそれぞれ相関係数又は標準
偏差値を求める算出部13（同S3〜同S5）と、この算出部
13の算出結果から、ドライバが眠気、すなわち覚醒度の
低下を起こしているか、或いは疲労を感じているかとい
うドライバの運転状態を判定するドライバ状態判定部14
（同S6）とで構成されている。

【００３０】この演算装置10は、さらに出力装置として
のドライバ注意喚起部21及びドライバ状態記録部22に接
続されている。なお、ドライバ注意喚起部21は、ドライ
バの運転状態によってドライバに音声や警報などで注意
を喚起するものであり、ドライバ状態記録部22はドライ
バの運転状態を運行管理として記憶しておくものである
（同S7）。

【００３１】次に、この実施例において、一例として図
5(2)に示した眠気状態の姿勢変化パターンの検出方法
について説明する。まず、図3にも示したように、左右
方向の体圧重心位置は旋回などの車両挙動に影響される
ことが多く、該車両挙動に関係なく眠気状態や疲労状態
の姿勢変化パターンを示すのは前後方向の車両重心位置
であるから、前後方向の車両重心位置の時系列データを
取り扱うものとする。

【００３２】そこで、図5(2)の姿勢変化パターンに対
応した図8に示す特徴パターンにおいて、算出部13
は、体重重心算出部11で得られた重心位置の時刻データ
の内の2つの部分パターン-1及び-2を取り出して、
それぞれ図9(1)に示す眠気の特徴パターンP1との相関係
数を次式により求める。

【００３３】

【数1】

【００３４】

【数２】

【００３５】なお、図9に示した代表的な特徴パターンP
1〜P4の時間間隔T₀はおよそ90〜180秒程度が妥当であ
る。このようにして、図8の例では部分パターン-1及
び-2に対してそれぞれ相関係数ρ=0.2及び0.9が得ら
れた（同図(1)及び(2)）。

【００３６】そして、図10に示す如く、常に過去の時間
T₀の時系列データと予め記憶した特徴パターンの相関係
数を求めていけば、特徴パターンが現れる毎にその時の
相関係数の高い値を検出することができる。この相関係
数で約0.9以上あればその特徴パターンと見なすことが
可能であるので、同図(1)に示す3箇所の凹パターン部分
に対応して同図(2)に示すように相関係数が0.9以上の部
分が3箇所現れている。

【００３７】従って、図8(1)の場合には相関係数ρ=0.2
であり、体圧重心算出部11で得られた重心データは、図
9(1)に示すような予め求めた特徴パターンP1との相関係
数が小さく、眠気のパターンであるとは見なされない
が、図8(2)に示す場合には相関係数ρ=0.9であるので、
この場合のデータは眠気のパターンであると推定する
ことができる。

【００３８】なお、図8の例では、図5(2)に示す眠気の
ある姿勢変化パターンについて相関係数を求めたが、
同様にして同図(3)の姿勢変化パターンについても図9
(2)の特徴パターンP2を用いて相関係数を求めればよく
（図7のステップS3）、さらに図5(5)に示す疲労度の姿
勢変化のパターンについても図9(3)又は(4)のパター
ンP3, P4を用いて相関係数を求めれば（同S4）、疲労感
をドライバが感じているか否かを同様にして推定するこ
とが可能である。

【００３９】一方、図5(4)に示した眠気のある姿勢変化
パターンの場合は強い眠気が襲い常に体を短い周期で
動かすような姿勢変化パターンであり、重心位置の変化
が激しいので、上記のパターン, 及びとは別の
手法を用いる必要がある。この場合は、まず、予めドラ
イバが着座して姿勢変化をしていない状況での走行中の
標準的な重心時系列データから算出された平均値を求め
るそして、この平均値を基準として、図11(1)に示す眠
気状態の姿勢変化パターンにおける単位時間(1〜2分
程度)のデータの標準偏差値を求める（同S5）と同図(2)
に示すようになる。

【００４０】すなわち、短い周期で体を動かす場合が増
えれば標準偏差値は大きくなり、それは眠気の強さとも
相関関係にある。従って、標準偏差値のレベルを図示の
ように段階的に区切れば眠気の度合いを推定することが
可能となる。これは、疲労度についても同様である。

【００４１】従って、図6の算出部13では、相関係数を
用いるか標準偏差値を用いるかを決めるため、相関係数
が小さかった時にのみ標準偏差値を求めるようにすれば
よい。そしてドライバ状態判定部14は相関係数又は標準
偏差値によって状態判定することとなる（同S6）。

【００４２】上記のように、眠気のパターン〜の指
標が大きくなれば、ドライバが覚醒度低下状態又は疲労
状態にあると判定されるので、演算装置10は、ドライバ
注意喚起部21を介してドライバに対して音声警報やエア
コンによる強制冷風などで注意喚起を実施し、必要なら
ばドライバ状態記録部22によりドライバレコーダに記録
するようにしている（同S7）。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るドライ
バ状態判定装置によれば、シート座面に体圧センサを設
け、この体圧センサから出力されたデータにより該シー
ト座面にかかる座面圧の重心を算出し、この重心の変化
の時系列データと予め記憶したドライバの特徴パターン
とを比較するか、或いは特徴パターンの代わりに標準パ
ターンの平均値を用いて該時系列データの標準偏差値を
求めることによりドライバの運転状態を判定するように
構成したので、電極などを使用せずにドライバの姿勢変
化や手足の挙動といった比較的大きな動作或いは体動か
らドライバの覚醒度や疲労度をドライバへの負担無く判
定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るドライバ状態判定装置において用
いられるシート座面と圧力センサとの配置例を示した図
である。

【図２】ドライバ着座時の体圧分布例を示した図であ
る。

【図３】車両走行時のドライバの姿勢変化による体圧分
布例を示した図である。

【図４】座面圧力分布の重心点の時間変化を示した図で
ある。

【図５】長時間実車走行実験で得られた姿勢変化パター
ンを示した図である。

【図６】本発明に係るドライバ状態判定装置の実施例を
示したブロック図である。

【図７】本発明に係るドライバ状態判定装置における演
算装置の処理アルゴリズムを示したフローチャート図で
ある。

【図８】本発明に係るドライバ状態判定装置における相
関係数の算出法を説明するための図である。

【図９】本発明のドライバ状態判定装置に予め記憶され
た代表的なドライバの特徴パターン例を示した図であ
る。

【図10】本発明に係るドライバ状態判定装置により眠気
のある姿勢変化パターンに対する相関係数を求めたと
きの推移を示した図である。

【図11】本発明に係るドライバ状態判定装置において眠
気のある姿勢変化パターンにおける標準偏差値の時間
変化例を示した図である。

【符号の説明】

1 シート座面 2 シート背面 3 体圧センサ 10 演算装置 11 体圧重心算出部 12 メモリ 13 算出部 14 ドライバ状態判定部 21 ドライバ注意喚起部 22 ドライバ状態記録部図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６０Ｒ 21/00 ６２６Ｂ６０Ｒ 21/00 ６２６Ｚ６２８６２８ＺＧ０８Ｂ 21/06 Ｇ０８Ｂ 21/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート座面に設けられた体圧センサと、該体圧センサから出力されたデータにより該シート座面
にかかるドライバの座面圧の重心を算出し、該重心の変
化の時系列データと予め記憶したドライバの運転状態に
おける特徴パターンとを比較することにより該ドライバ
の運転状態を判定する演算装置と、を備えたことを特徴とするドライバ状態判定装置。
【請求項２】請求項１において、該時系列データが、該重心の前後方向の時間的な変化で
あることを特徴としたドライバ状態判定装置。
【請求項３】請求項１又は２において、該特徴パターンが、眠気又は疲労感の特徴パターンであ
ることを特徴としたドライバ状態判定装置。
【請求項４】請求項３において、該演算装置が、該時系列データと該特徴パターンとの相
関係数を算出し、該相関係数が所定値を超えたときに眠
気状態又は疲労状態と判定することを特徴としたドライ
バ状態判定装置。
【請求項５】請求項４において、該演算装置は、該相関係数が所定値以下のとき、該特徴
パターンの代わりに標準的な該時系列データの平均値を
予め記憶しておき、該平均値を基準にして該重心の標準
偏差値を算出し、該標準偏差値に応じて眠気状態又は疲
労状態を判定することを特徴としたドライバ状態判定装
置。
【請求項６】請求項５乃至６のいずれかにおいて、該眠気状態又は疲労状態に対する警報装置をさらに設け
たことを特徴とするドライバ状態判定装置。