JP2007265101A

JP2007265101A - 車両用覚醒度推定装置

Info

Publication number: JP2007265101A
Application number: JP2006090208A
Authority: JP
Inventors: Toru Ihara; 徹伊原; Keiichi Yamamoto; 恵一山本
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】走行中の車両の蛇行率を、車両の長さやステアリングギヤ比、道路のカーブ形状、車速、車線幅を適切に考慮して算出する蛇行状態検出装置を提供する。
【解決手段】車両４１に取り付けられたカメラ４３により撮影された車両前方画像データ２１を元に、走行車線を形成する右および左の白線（４５、４７）の中点ＬＣを車両の相対位置として算出し、この相対位置の所定時間内の標準偏差を蛇行率として算出する。この蛇行率を、車線幅、カーブ形状（操舵角絶対値平均）、車速、ホイールベース長、ステアリングギヤ比を考慮して補正することにより、ホイールベース長、ステアリングギヤ比によらない補正蛇行率を算出する。この補正蛇行率により、運転者の覚醒度を推定し、覚醒度が低下したと評価された場合には運転者に警告を発する。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行中の車両の蛇行状態を算出し、この蛇行状態に基づいて車両の運転者の覚醒度を推定する車両用覚醒度推定装置に関する。

走行中の車両の運転者の覚醒度を、蛇行率や、排気ブレーキ操作、ギヤシフト操作等の運転操作状況に基づいて推定し、覚醒度の低下時には運転者に警告を発する装置が開示されている（特許文献１）。また、車幅やステアリング操舵角に基づいて求めた蛇行率を補正する技術が開示されている（特許文献２）。
特開平９−２６７６６０号公報特開平９−１１７７３３号公報

上記の装置は、車両の蛇行率（車両のふらつきの量）と、ウィンカ、排気ブレーキ、ギヤシフト等の車両操作頻度から求められる単調度（操作機器の操作が少なくなると、運転が単調になり単調度が増す）、ステアリングの修正操舵の積算値から求められる操舵量を元に、ファジィ推論を用いて覚醒度を算出し、その覚醒度を運転者に対して表示したり、覚醒度が低下した場合には警告を発するものである。

上記装置においては、覚醒度の算出の基となる蛇行率、単調度、操舵量の値が適切に求められていることが前提となる。
しかしながら、従来の装置においては、蛇行率（車両のふらつき）の算出において、車両の長さ、ステアリングギヤ比が異なると、蛇行率の算出値が大きく異なってしまい、車両諸元が変わると、蛇行率算出のための計算式を見直さなければならなかった。
また、同じ車両であっても、トラクタ・トレーラのように、車両の長さが変化する車両にあっては、このような変化によって蛇行率算出値が異なってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、車両の長さやステアリングギヤ比が変わっても走行中の車両の蛇行率を適切に算出して、運転車の覚醒度を推定する車両用覚醒度推定装置を提供することである。

前述した課題を解決するための本発明は、車載カメラが撮像した車両前方画像に基づいて車線に対する前記車両の相対位置を算出する車両位置検出手段と、前記車両のステアリング操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記車両位置検出手段によって算出された走行時の前記車両の車線に対する相対位置の所定時間にわたる変化量に基づいて前記車両の蛇行状態を算出する蛇行状態算出手段と、前記操舵角検出手段によって検出されたステアリング操舵角が大きいほど前記蛇行状態算出手段によって算出された蛇行状態を小さくするように補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された蛇行状態に基づいて前記車両の運転者の覚醒度を推定する覚醒度推定手段と、を備えた車両用覚醒度推定装置であって、前記補正手段は、更に前記車両のホイールベース長が短いほど、前記蛇行状態を小さくするように補正することを特徴とする車両用覚醒度推定装置である。

本装置によれば、前記車両のホイールベース長が短いほど、前記蛇行状態を小さくするように補正し、補正された蛇行状態に基づいて車両運転者の覚醒度を推定する。
また、前記補正手段は、更に、前記車両のステアリングギヤ比が小さいほど、前記蛇行状態を大きくするように補正し、補正された蛇行状態に基づいて車両運転者の覚醒度を推定することが望ましい。

本発明によれば、車両の長さやステアリングギヤ比が変わっても走行中の車両の蛇行率を適切に考慮して算出することが可能になるので、運転者の覚醒度をより適切に推定することができる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る車両用覚醒度推定装置のシステム構成図である。

本実施の形態の車両用覚醒度推定装置は、電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）１と、情報表示制御回路３、表示装置５、音声警報制御回路７、および、スピーカ９からなる。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）１は、例えば操舵パルス１１、操舵中立パルス１３、ウィンカ信号１５、排気ブレーキ信号１７、クラッチ信号１９、車両前方画像データ２１等の情報を入力とし、蛇行状態等の運転者の車両運転状態、覚醒度に関するデータを算出する。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）１は、プログラムの実行を行うＣＰＵ(central processing unit)１０９、プログラム命令あるいはデータ等を格納するためのＲＯＭ(read only
memory)１０５、ＲＡＭ(random access memory)１０７等のメモリ、上記の各入力等を電子制御ユニット（ＥＣＵ）１に取り入れるための入力インタフェース１０１、ＥＣＵ１内で算出された蛇行状態等の情報を出力するための出力インタフェース１０３、タイマ１１１等より成る。

そしてＥＣＵ１は、例えば蛇行状態を示すデータが所定の値よりも低い場合には覚醒度が低いと判断して、情報表示制御回路３を介して表示装置５に表示することにより運転者に注意を促し、また、音声警報等を、音声警報制御回路７を駆動してスピーカ９から出力する。
表示装置５は、例えば、車両の運転席の前部に設置されているインスツルメント・パネルに組み込まれたカラー液晶ディスプレイである。さらに、スピーカ９は、例えば、運転席の天井に組み込まれている。

また、ＥＣＵ１に入力される各種信号（１１、１３、１５、１７、１９、２１）は、車両に組み込まれた各種信号用センサで検出され、ＥＣＵ１に送られる。
例えば、ウィンカ信号１５、排気ブレーキ信号１７、クラッチ信号１９は、それぞれ、車両の操縦操作手段であるウィンカ、排気ブレーキ、クラッチペダルに組み込まれたスイッチ等によりその操作が検出され、それぞれの信号が検出される。また、操舵パルス１１および操舵中立パルス１３はステアリング操作の情報であり、ステアリングハンドル機構に組み込まれた操舵角センサにより検出される。

さらに、車両前方画像データ２１は、例えばフロントガラス中央上部に取り付けられたカメラにより撮像された車両前方の画像データである。ＥＣＵ１は、この画像データから道路の白線を識別し、車両の車線内の位置を検出し、車両のふらつきである蛇行状態に関する情報を算出する。これについては後で詳述する。

図２は、蛇行状態算出概念を説明する図である。
同図(ａ)に示すように、車両４１の例えばフロントガラス中央上部にカメラ４３が取り付けられており、このカメラ４３により走行時の車両前方の車線が撮影される。今、車両４１は右線４５および左線４７（どちらも一般に白線）に挟まれた右の車線を走行しているものとする。

同図（ｂ）は、カメラ４３で撮影したある１時点の画像データを説明する図である。
例えば、横方向（ｘ方向）が２５６画素、縦方向(ｙ方向)が２５６画素の方形のグレースケール画像データが車両前方画像データ２１として得られ、ＥＣＵ１に入力される。
ＥＣＵ１は、この画像データから右線４５と左線４７を識別し、縦方向（ｙ方向）の特定の位置（例えばｙ_Ｓ）での右線４５と左線４７のｘ座標（それぞれＸ_ＲとＸ_Ｌ）を抽出する。ｙ方向の特定の位置ｙ_Ｓを規定するのは、常に車両から等距離の位置での白線の座標を得るためである。
そして、車線の中心位置として点ＬＣ（５５）のｘ座標Ｘ_Ｃ＝（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｒ）/２を求める。

走行中、車両が車線内を道路幅方向にふらつくと、車線に対する車両の相対位置が変化して画像データ２１内における車線の中心位置とした点ＬＣ５５も左右にふらつく。このふらつきの度合いを元に、車両の蛇行状態を算出することができる。
すなわち、点ＬＣ５５の座標Ｘ_Ｃの所定時間内での標準偏差を、蛇行状態を表すデータ、すなわち蛇行率ＳＤ_Ｃとする。
蛇行率ＳＤ_Ｃが大きいほど、走行中の車両がふらついていることを示しており、運転者の注意力あるいは覚醒度が低下していることを示す。

同図（ｃ）は、車両が右カーブにさしかかった場合を説明する図である。
車両が走行している右車線を形成する右線４５および左線４７はどちらも前方で右にカーブしているが、カメラ４３は現在の走行位置から前方を撮影しており、画像データは同図（ｄ）に示すようなものになる。
すなわち、画像データのｙ方向の特定の位置ｙ_Ｓにおける右線５１と左線４７は右カーブにより右へ移動しており、よって、画像データ２１内における車両前方の車線中央位置を示す点ＬＣ５５の座標Ｘ_Ｃ'も同図（ｂ）の点ＬＣ５５の座標Ｘ_Ｃよりも右に移動する。
すなわち、車線に沿って車両を運転していても、上述のように車両前方画像の画像内における車線中心位置の変化から車両のふらつきを検出しようとすると、単に車両がカーブを走行するだけで車線中心位置が変動し、車両のふらつきとして検出されてしまう。したがって、車両がカーブを走行している場合には、車線中心位置Ｘ_Ｃの変化を車両のふらつきとして検出しないようにする必要がある。
本実施の形態においては、後述するように、ステアリングの操舵角から車両がカーブを走行していることを検知し、ステアリング操舵角が大きいほど車両が走行しているカーブが急であり、カーブによる車線中心位置の変動量が大きくなることを考慮して、このときの操舵角に応じて車両の蛇行率（蛇行状態）が小さくなるように補正している。すなわち、ステアリング操舵角の大きさから、カーブの緩急を推定し、蛇行率の補正量を決めている。ところが、このように操舵角に応じて蛇行率を補正しても、車両のホイールベースが変化すると補正しきれない場合がある。これについて図３を用いて説明する。

図３(ａ)は、車速９０ｋｍ/ｈで走行中の車両の直線およびカーブにおける蛇行率（点ＬＣの標準偏差）の測定値であり、補正は行っていない。同図は、車両長の長い長尺車（ホイールベース長７ｍ）と、車両長の短い短尺車（ホイールベース長３ｍ）についてのデータを示している。
長尺車、短尺車共に、直線よりカーブの方が蛇行率が大きく算出されることが分かる。これは前述したとおり、カーブにより、車両前方画像の画像内における車両中心位置が変動することに起因する。一方、図３（ｂ）は、ステアリングの操舵角に応じて蛇行率を補正した場合を示す。詳細は後述するが、操舵角により車両がカーブを走行していることを検知し、補正を行うことで、蛇行率をカーブ・直線路を問わず適切に算出することができる。

図４は、覚醒度推定処理の流れを示すフローチャートである。この処理の流れはプログラムとしてＥＣＵ１内のＲＯＭ１０５に格納されており、ＣＰＵ１０９がそれを処理することにより、蛇行率が算出され、蛇行率に基づいて運転者の覚醒度が推定される。また、算出の過程で使用される係数値は、予めＲＯＭ１０５やＲＡＭ１０７に格納される。さらに、算出過程のデータは、ＲＡＭ１０７に一時的に格納される。

まず、車線中心点ＬＣ５５の座標Ｘ_Ｃ(ｎ)を式（１）により算出する（ステップ１０１）。ここで、ｎはデータ番号(ｎ=１〜Ｎ)であり、Ｎ個の中心点ＬＣの座標Ｘ_Ｃ（ｎ）を元に蛇行率ＳＤ_Ｃを求めるものとする。例えば、１秒ごとのＸ_Ｃ（ｎ）データ１分間分（Ｎ＝６０）から蛇行率ＳＤ_Ｃを求める。

次に、ステップ１０２〜１０４においては、蛇行率ＳＤ_Ｃを求めても覚醒度（注意力）の推定判断基準として意味を持たない場合には蛇行率の算出は行わず、処理を終了する。すなわち、車速が所定の車速（例えば２０ｋｍ/ｈ）未満の場合（ステップ１０２のｙｅｓ）、操舵角が３０度以上の場合（ステップ１０３のｙｅｓ）、車線変更中の場合（ステップ１０４のｙｅｓ）には、蛇行率ＳＤ_Ｃの算出処理を終了する。
車線変更中であることは、元の前方車線画像データの１本または複数の白線の位置の変化によって判別できる。

車速が所定の値以上（ステップ１０２のｎｏ）で、かつ、操舵角が３０度未満（ステップ１０３のｎｏ）で、かつ車線変更中でない（ステップ１０４のｎｏ）の場合に、以降の覚醒度推定処理を行う。
まず、ＥＣＵ１は、車線中心点ＬＣの座標Ｘ_Ｃ(ｎ)の所定時間（例えば１分間）内の標準偏差ＳＤ_Ｃを式（２）により求め、蛇行率とする（ステップ１０５）。ここで、Ｘｃ_ＡＶは所定時間（例えば１分間）の車線中心点の座標Ｘ_Ｃ(ｎ)の平均値であり、式（３）で表される。

以下、以上で算出された蛇行率ＳＤ_Ｃに、車線幅やカーブの大きさ、速度、ホイールベース長、ステアリングギヤ比による補正を加える。
まず、蛇行率ＳＤ_Ｃに対して、車線幅を考慮した補正を施し、車線幅補正蛇行率ＳＤ_ＷＤを算出する（ステップ１０６）。すなわち、所定の時間（例えば１分間）における車線幅ＷＤの平均値ＷＤ_ＡＶにより蛇行率ＳＤ_Ｃを補正する（式（４））。ここで、車線幅ＷＤは右線４５および左線４７のｘ座標（Ｘ_Ｒ、Ｘ_Ｌ）の差（式（６））、車線幅平均ＷＤ_ＡＶは所定時間の車線幅ＷＤ（ｎ）の平均値（式（５））である。

さらに、カーブの大きさ、車速、ホイールベース長、ステアリングギヤ比を考慮した補正を次に実行する（ステップ１０７）。
図３（ａ）に示したように、カーブでは蛇行率の値が大きくなってしまうため、カーブが大きいほど蛇行率が低くなるよう補正する。ここで、カーブの大きさは、操舵角の絶対値平均ＳＡ_ＡＶで表し、それに係数ｋａを乗じた補正値α（式（７））により蛇行率を補正する。
操舵角絶対値平均ＳＡ_ＡＶは、所定時間における操舵角ＳＡ(ｎ)の絶対値｜ＳＡ（ｎ）｜の平均値である（式（８））。係数ｋａは、予め走行試験により、操舵角絶対値と蛇行率との関係から設定される値である。

さらに、車速による補正を補正値αに加える。同じカーブを低速で走行する場合、高速で走行する場合よりもハンドルを大きくきる必要がある。これを考慮して、低速ほど操舵角絶対値平均ＳＡ_ＡＶによる補正値αを大きくする補正を、式（９）により行う。式中のＶ_ＡＶは所定時間（例えば１分間）における平均車速であり、式（１０）により求める。また、式（９）中の９０は、補正対象の基準速度であり、９０ｋｍ/ｈよりも低速の場合に、補正値βは補正値αよりも大きくなる。また係数ｋｂは、予め走行試験により、車速と操舵角の関係から設定される値である。

図３（ｂ）は、補正値βにより車線幅補正蛇行率ＳＤ_ＷＤを補正した補正蛇行率ＭＲ_１（式１３）の走行試験結果である。同図(ａ)と比較し、カーブにおいて、長尺車の補正蛇行率ＭＲ_１（≒１．９５）が適切に補正されている。一方、短尺車の場合、補正蛇行率ＭＲ_１（≒２）であり、直線における蛇行率（≒１．７５）に対して適切な補正が行われていないことが分かる。
上述の方法では、操舵角からカーブの径をいわば推定し、蛇行率を補正していたが、車両のホイールベース長によって、同じ操舵角でも車両の旋回半径は異なるから、操舵角のみによっては正確にカーブ径を推定することができないことに起因すると考えられる。

このことは図３（ｃ）からも説明できる。図３（ｃ）は、３種類の車速（６０ｋｍ/ｈ、８０ｋｍ/ｈ、９０ｋｍ/ｈ）の場合の操舵角絶対値平均の値を示す図である。
同図から、短尺車では、同じステアリング比ＧＲである場合に、カーブ走行における操舵角絶対値平均の値が小さいことが分かる。これは、同じカーブを走行する場合に、短尺車の方が長尺車よりもハンドルを切る量が少なくても曲がれること表している。

車両の走行する道路のカーブ径を推定するという観点から更に詳細に蛇行率の補正手法について検討すると、旋回幾何学的に旋回半径は次式で表すことができ、
旋回半径Ｒ＝ステアリングギヤ比ＧＲ×ホイールベース長ＷＢ÷操舵角θ
・・・式（１６）
ステアリングギヤ比ＧＲと操舵角θが同一ならば、旋回半径Ｒはホイールベース長ＷＢに応じて変わる。
よって、図４に示すように、補正値βにさらにホイールベース長ＷＢを考慮した補正を加え、補正値γを得る（式（１１））。
ここで、式（１１）は、ホイールベース長ＷＢが短いほど、同じ操舵角ＳＡ_ＡＶであっても旋回半径、すなわちカーブ径が小さいと推定して補正の効果を大きくする（すなわち、蛇行率がより小さくなるように補正する）。ここで、ｋｃは予め定めた補正の基準となる定数値である。

図３（ｄ）は、ホイールベース長ＷＢを考慮した補正値γによる補正蛇行率ＭＲ_２（式（１４））の実験結果である。
同図に示すように、長尺車、短尺車の両者とも、カーブ走行時の蛇行率が直線の場合の蛇行率とほぼ同等となるように補正されたことが分かる。
以上のように、ホイールベース長ＷＢを考慮した式（１１）および式（１４）による蛇行率の補正により、運転者の注意力の指標となる蛇行率の補正が適切に行うことが可能になった。
尚、式（１６）においては、車両の動的な特性は考慮されていないが、補正の対象となる車両のふらつきが所定時間（本実施の形態においては１分間）にわたるものなので、動的特性を考慮しなくても適切に蛇行率を推定できる。

さらに、前述の式（１６）によれば、ホイールベース長ＷＢと操舵角θが同一であってもステアリングギヤ比ＧＲが異なれば旋回半径Ｒは変わってくる。すなわち、ステアリングギヤ比ＧＲが小さいほど、同じ操舵角でも急なカーブを回れることを表す。
よって、図４に示すように、補正値γにさらにステアリングギヤ比ＧＲを考慮した補正を加え、補正値λを得る（式（１２））。この補正値λを使用した補正蛇行率ＭＲ_３は式（１５）で表される。

ステアリングギヤ比ＧＲは、大型車では例えば２５、あるいは２０程度であり、車種によって異なることは周知である。係数ｋｄは予め定めた補正の基準となる定数値である。
最後に、ステップ１０７において補正された蛇行率ＭＲに基づいて、運転者の覚醒度を推定する（ステップ１０８）。ここで、覚醒度推定の方法については種々の技術が公開されているが、ここでは説明を省略する。蛇行率に限らず、他の情報も加味して運転者の覚醒度を推定してもよい。

以上のように、覚醒度推定のため所定時間にわたる車線中心点ＬＣの座標の標準偏差ＳＤ_Ｃを元とした蛇行率を、車線幅、カーブ形状、車速、および、ホイールベース長やステアリングギヤ比で表される車両の種類によって補正し、適切な蛇行率を算出することが可能になる。
また、所定時間にわたる適切な蛇行率が算出されることにより、運転者の覚醒度の状態を適切にとらえることが可能になり、注意力低下時の警告を適切に発することが可能になる。

尚、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能であり、それらも、本発明の技術範囲に含まれる。例えば、本実施の形態の説明では、蛇行率を１分間の所定時間の各種のデータの平均値から求めたが、この所定時間はこれに限るものではない。また、平均値の算出に１秒ごとの６０個の各種データを用いたが、この個数もこれに限るものではない。

本実施形態に係る蛇行状態検出装置のシステム構成図蛇行状態算出概念を説明する図長尺車および短尺車の直線およびカーブにおける蛇行率と、車速と操舵角絶対値平均の関係、蛇行率の補正の実験結果を説明する図覚醒度推定処理の流れを示すフローチャート

符号の説明

１………ＥＣＵ（電子制御ユニット）
５………表示装置
９………スピーカ
２１………車両前方画像データ
４１………車両
４３………カメラ
４５………右線
４７………左線

Claims

車載カメラが撮像した車両前方画像に基づいて車線に対する前記車両の相対位置を算出する車両位置検出手段と、
前記車両のステアリング操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記車両位置検出手段によって算出された走行時の前記車両の車線に対する相対位置の所定時間にわたる変化量に基づいて前記車両の蛇行状態を算出する蛇行状態算出手段と、
前記操舵角検出手段によって検出されたステアリング操舵角が大きいほど前記蛇行状態算出手段によって算出された蛇行状態を小さくするように補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された蛇行状態に基づいて前記車両の運転者の覚醒度を推定する覚醒度推定手段と、
を備えた車両用覚醒度推定装置であって、
前記補正手段は、更に前記車両のホイールベース長が短いほど、前記蛇行状態を小さくするように補正することを特徴とする車両用覚醒度推定装置。
前記補正手段は、前記車両のステアリングギヤ比が小さいほど、前記蛇行状態を大きくするように補正することを特徴とする請求項１記載の車両用覚醒度推定装置。