JP2012003397A - ドライバ状態検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ドライバの意識喪失状態をより早い段階で検出することができるドライバ状態検出装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るドライバ状態検出装置1では、ドライバの操舵特性であるモデルパラメータを予め算出し、車線と車両の偏差に対して、そのドライバが本来操作すると考えられる推定舵角を算出する。その推定舵角と実舵角とのずれに基づいて見かけ上の目標コースを算出し、意識喪失判定に用いる。見かけ上の目標コースが車線中心から単調に外れた場合には、それは意識喪失状態であると判断する。また、モデルパラメータが小さい場合に発生する誤判定を回避するために、自車両の進行方向の延長線上に見かけ上の目標コースがある場合にのみ意識喪失判定を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両のドライバ状態を検出するドライバ状態検出装置に関する。
従来、ドライバの運転状態を判定する装置として、特許文献1に記載されるように、自車両と車線中心間との偏差と操舵角に基づいてドライバの運転状態を検出する装置が知られている。この装置は判定テーブルを参照し、偏差と操舵角の組み合わせの値が正常範囲に入るか否かにより、正常操舵か否かを判定している。
また、特許文献2で記載されるように、ドライバが運転中に意識喪失状態になった場合には、無操舵状態となることが知られている。
特開2009−73462号公報 特開平5−262162号公報
上記の特許文献1に記載の発明では、自車両と車線中心間の偏差と操舵角との関連性に基づいてドライバの運転状態を判断している。このような偏差と操舵角情報のみを用いたドライバの運転状態検出においては、コースのずれが大きくならないと検出が困難である。そのためドライバの運転状態の検出タイミングが遅くなる恐れがある。
そこで本発明は、ドライバの意識喪失状態をより早い段階で検出することができるドライバ状態検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明に係るドライバ状態検出装置は、ドライバの操舵特性から算出される推定舵角と実舵角の差に基づき見かけ上の目標コースを算出する見かけ上の目標コース算出手段と、見かけ上の目標コースが車線中心から逸れつつあるか否かを判定するコース逸脱判定手段と、車両のハンドルの舵角が所定時間保持されていることを検出する舵角保持検出手段と、コース逸脱判定手段によりコースを逸脱している判定がされ、かつ、舵角保持検出手段により舵角が保持されていることが検出された場合に意識喪失状態と判定する意識喪失判定手段と、を備えて構成されている。
本発明に係るドライバ状態検出装置では、ドライバの操舵特性を予め算出し、車線と車両の偏差に対してそのドライバが本来操作すると考えられる推定舵角を算出する。その推定舵角と実舵角とのずれに基づいて見かけ上の目標コースを算出し、意識喪失判定に用いる。この見かけ上の目標コースが車線中心から逸れつつあるにも拘らず、舵角が保持されている場合に、意識喪失状態と判断する。このように、ドライバが目標としていると推定されるコースが、正常時にはとるはずのないものである場合に意識喪失状態と判定する。これにより意識喪失状態の検出が迅速に行え、瞬間的な意識喪失状態を検出することが可能になる。
また、本発明に係るドライバ状態検出装置は、車両の進行方向と見かけ上の目標コース間の距離が予め設定された所定値以上である場合に意識喪失判定を中止する意識喪失判定制御手段を、更に備えることが好適である。
本発明に係るドライバ状態検出装置では、見かけ上の目標コースを算出する際に、舵角をモデルパラメータで割り算する。その際、モデルパラメータが小さいときにはゼロ割りが発生することによる、誤判定が発生する問題がある。これを回避するために自車両の進行方向の延長線上に見かけ上の目標コースがある場合にのみ意識喪失判定を行う。自車両の進行方向の延長線上に見かけ上の目標コースがあるか否かの判定は、ドライバの前方注視点と見かけ上の目標コースとの距離と予め設定された所定値内を比較することにより行われる。即ち、モデルパラメータが小さいことでゼロ割りが発生していないかをチェックし、ゼロ割り時には意識喪失判定を中止することにより、意識喪失状態の誤検出を防止することが可能になる。
また、コース逸脱判定手段は、見かけ上の目標コースと見かけ上の目標コースの時間微分値を乗じた値が大きいほど車両の見かけ上の目標コースは車線中心から逸れつつあると判断することが好適である。このように構成することで、車両の見かけ上の目標コースが道路外へ逸れていることを精度良く検出することが可能になる。
本発明によれば、見かけ上の目標コースのコース逸脱を判定し、コース逸脱をしているにも拘らず舵角が保持されている場合に、意識喪失状態と判断することにより、ドライバの意識喪失状態の検出を迅速に行うことができる。
本発明の第1の実施形態に係るドライバ状態検出装置のブロック構成図である。 本発明の第1の実施形態に係るドライバ状態検出装置の動作についてのフローチャートである。 モデルパラメータ算出についてのフローチャートである。 偏差εを説明するための模式的説明図である。 見かけ上の目標コースを説明するための模式的説明図である。 本発明のドライバ状態検出装置で得られる出力波形の例である。 本発明の第2の実施形態に係るドライバ状態検出装置のブロック構成図である。 本発明の第2の実施形態に係るドライバ状態検出装置の動作についてのフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るドライバ状態検出装置を示すブロック図である。図1において、本実施形態に係るドライバ状態検出装置1は、被験者の意識喪失状態を検出する装置であって、例えば車両のドライバが居眠りをしているか否かの検出を行う。
このドライバ状態検出装置1は、操舵角センサ11、カメラ12、車速センサ13、ドライバ状態検出ECU(Electronic Control Unit)2、および出力部14を備えている。
ドライバ状態検出ECU2には、操舵角センサ11、カメラ12、車速センサ13等からなる車両状態を計測するための各種センサが接続されている。
操舵角センサ11は、ハンドルの操舵角を検出するセンサであって、例えば車両の図示しないステアリングシャフトに取り付けられている。操舵角センサ11はステアリングの回転角を検出し、ドライバ状態検出ECU2に回転角信号を出力する。
カメラ12は、自車両の前部もしくは後部に取り付けられて、自車両前方もしくは後方の所定範囲を撮像し、道路の画像データを生成する。カメラ12による撮像および画像データの生成は所定時間ごとに行なわれ、生成された画像データは車線認識部21へ逐次出力される。
車速センサ13は、車両の速度を検出するセンサであって、例えば車両の図示しない車輪に取り付けられており、例えば車輪の回転速度を検出してドライバ状態検出ECU2に速度信号を出力している。
ドライバ状態検出ECU2は、例えばCPU、ROM、及びRAM等から構成され、車線認識部21、見かけ上の目標コース算出部22、コース逸脱判定部23、舵角保持検出部24及び意識喪失判定部25を有している。車線認識部21は、カメラ12から取得した画像データに基づき、白線等から車線を認識する。車線認識は、路面と白線の輝度差を用いた二値化やエッジ抽出など様々な方法が知られているが、いずれの方法を用いても良い。車線認識により自車両の車線中心からのずれY及び車線に対する向きθが計算される。
見かけ上の目標コース算出部22はドライバが、車両の車線中心からの偏差に対して、どの程度の舵角でその偏差を補正したかを記憶する。この偏差と舵角の関係は、ドライバが正常状態のときに一定時間に渡り記憶され、その履歴からドライバに応じたモデルパラメータGが算出される。モデルパラメータGは、偏差に対するドライバの舵角操作量の関係を表す比例定数である。車両の車線中心からの偏差をε、ドライバが操作する舵角をδとした場合には、モデルパラメータGは(1)式となる。
G=δ/ε ・・・(1)
ある偏差εが与えられた際に、舵角を大きく操作してその偏差を修正するドライバの場合には、モデルパラメータGは大きく算出される。逆に舵角を小さく操作し、ゆっくりと偏差を修正するドライバの場合には、算出されるモデルパラメータGは小さくなる。
また、見かけ上の目標コース算出部22は、算出されたモデルパラメータGに基づき、見かけ上の目標コースの算出を行う。見かけ上の目標コースは、ドライバの操舵特性から推定される、ドライバが目標としていると推定されるコースである。モデルパラメータGは、車線中心を目標コースとし、車線中心からの偏差εと舵角δの関係性から算出されている。ここで、ドライバが正常状態であることを前提にすれば、車線中心からの偏差εに対する推定舵角と実舵角との間に差がある場合、ドライバは車線中心を目標としておらず、別の位置を目標としていることになる。この別の位置を見かけ上の目標位置とする。見かけ上の目標位置は目標コース算出部22により逐次的に算出され、その時系列の結果を見かけ上の目標コースz(t)として出力する。
コース逸脱判定部23は、見かけ上の目標コース算出部22により算出された見かけ上の目標コースが、車線中心から逸れつつあるか否かの判定を行う。例えば、見かけ上の目標コースと見かけ上の目標コースの傾きを乗算し、その値を所定のしきい値と比較することによりコース逸脱を判定する。
舵角保持検出部24は、操舵角センサ11から取得された操舵角情報から、一定時間に渡り舵角が保持されているか否かを検出する。例えば、舵角保持検出部24は、舵角の時間微分の絶対値|dδ(t)/dt|が、一定時間に渡り、所定のしきい値より小さい場合に舵角が保持されていると判断する。
意識喪失判定部25は、車両のドライバが意識喪失状態であるか否かの判定を行う。コース逸脱判定部23によりコース逸脱判定がされ、かつ、舵角保持検出部24により舵角保持状態が継続して検出された場合に、意識喪失判定部25はドライバが意識喪失状態という判定をする。判定結果は出力部14に逐次的に出力される。意識喪失状態と判定された場合には、出力部14は例えば警告音を発するなどの方法により、ドライバに警告を行う。
次に、本実施形態に係るドライバ状態検出装置1の動作について説明する。
図2は、本実施形態に係るドライバ状態検出装置1の動作についてのフローチャートである。この図2の制御処理は、例えばドライバ状態検出ECU2によって実行される。S10〜S21までの一連の処理は、例えば一定時間毎に繰り返し実行される。
図2に示すように、まず、ドライバ状態検出装置1は、見かけ上の目標コース算出部22によりモデルパラメータGの算出を行う(S10)。モデルパラメータGは、例えばドライバ状態検出処理開始の直近の設定時間(例えば30秒間)に渡る、自車両の車線中心からの偏差ε及びドライバの操舵角δに基づき算出される。
図3はモデルパラメータGの算出についてのフローチャートである。モデルパラメータGの算出では、まずS100において自車両の舵角δ、車線内位置Yおよび車線に対する向きθが取得される。ここで、舵角δは操舵角センサ11より取得される。車線内位置Yおよび車線に対する向きθは、カメラ12により撮像された画像データに基づき、車線認識部21により算出される。
次に、車両の車線中心との偏差εが求められる(S101)。図4の模式図を用いて偏差εの算出例を説明する。本実施例では図4に示すように前方注視点Lとコース中心との距離を偏差εとしている。この場合、偏差εは(2)式で近似される。ここで前方注視点Lは例えば、現在の車線内位置Yおよび車線に対する向きθにおける将来(例えば1秒後)の車両位置とする。
ε=Y+L・θ ・・・(2)
次に、舵角δと偏差εに基づきモデルパラメータGを算出する(S102)。モデルパラメータGは(1)式を満たす定数として定義される。即ち、モデルパラメータGは、偏差εとドライバの舵角操作量δの関係を表す比例定数である。
本実施形態においては偏差εと、それに対応した舵角δの複数の計測値の組み合わせから、最小二乗法を用いてモデルパラメータGを求める。偏差εと舵角δの関係を(3)式のように仮定する。ここで、GとGはパラメータ値であり、L=G/Gを満たす定数である。このように定義すると、残差の二乗和errorは(4)式となる。errorが最小になるようにGとGを求めると、それぞれ(5)式、(6)式となる。算出されたモデルパラメータGはドライバ状態検出ECU2内のRAM等に記憶される。
δ=G・ε=G・Y+G・θ ・・・(3)
error=Σ(δ―G・Y−G・θ) ・・・(4)
=−{Σ(Y・θ)・Σ(δ・θ)+Σ(Y・δ)・Σ(θ)}
/{Σ(Y)・Σ(θ)−Σ(Y・θ)} ・・・(5)
=−{Σ(Y)・Σ(δ・θ)+Σ(Y・δ)・Σ(Y・θ)}
/{Σ(Y)・Σ(θ)−Σ(Y・θ)} ・・・(6)
上述のようにモデルパラメータGが算出されると、次に図2のS11に処理が移行する。S11では車線認識部21により、ドライバ状態検出実行時における実舵角δ、車線内位置Yおよび車線に対する向きθが取得される。これらの値の取得には図3のS100と同様に、操舵角センサ11及びカメラ12により撮像された画像データに基づき取得される。また、図3のS101と同様に(2)式を用いて車両の車線中心からの偏差εが求められる(S12)。
次に、偏差εに対する推定舵角δが算出される(S13)。推定応答舵角δは、既にS10において算出されたドライバのモデルパラメータGを用い、(7)式のように求められる。
δ=G・ε ・・・(7)
S14の処理では、推定舵角δと実舵角δの差による偏差εが計算される。図5の模式図を用いて偏差εの算出例を説明する。偏差εは実舵角δで走行した場合の前方注視点Lと、推定舵角δで走行した場合の車両の軌跡の偏差である。偏差εは、推定応答舵角δによる車両の軌跡を基準とする偏差であるであるため、(8)式のように求められる。
ε=δ/G ・・・(8)
次に、S15の処理では、偏差εを見かけ上の目標位置zに変換する。図5に示すように、見かけ上の目標位置zは車線中心を基準とするため、見かけ上の目標地点zは(9)式のように求められる。見かけ上の目標位置zは、見かけ上の目標コース算出部22により逐次的に算出され、その時系列の結果を見かけ上の目標コースz(t)として出力される。
z=ε−δ/G ・・・(9)
S16の処理では、コース逸脱判定部23により、見かけ上の目標コースz(t)が車線中心から逸れつつあるか否かの判定がされる。例えば、見かけ上の目標コースz(t)のコース逸脱は(10)式のように、見かけ上の目標コースz(t)と見かけ上の目標コースz(t)の時間微分を乗算し、その値を所定のしきい値Mと比較することによりコース逸脱を判定する。
z(t)・(dz(t)/dt)>M ・・・(10)
コース逸脱判定部23は、(10)式の左辺がしきい値Mよりも小さい場合には、見かけ上の目標コースz(t)は車線中心から逸れていないと判定する。このように、見かけ上の目標コースz(t)が車線中心から逸れていない場合には、ドライバは適切な操舵を行っていると判断し、正常状態として判定される(S21)。一方、左辺がしきい値M以上である場合には、コース逸脱判定部23は、見かけ上の目標コースz(t)が車線中心から逸れつつあると判定する。
S16において見かけ上の目標コースz(t)が車線中心から逸れつつあると判定された場合には、舵角保持検出部24により、舵角が保持されているか否かが判定される(S17)。舵角が保持されているか否かは、例えば、(11)式のように、舵角の時間微分の絶対値と所定のしきい値Nを比較することにより行われる。
|dδ(t)/dt|<N ・・・(11)
舵角保持検出部24は、(10)式の左辺がしきい値N以上の場合、舵角変化があったと判断し、正常状態と判定する(S21)。一方、左辺がしきい値Nよりも小さい場合には、見かけ上の目標コースz(t)が車線中心から逸れているにも拘らず、舵角が保持されていると判断し、コース逸れ判定がされる(S18)。
コース逸れ判定がされた後にもS16、S17の判定は行われ続け、コース逸れ判定が設定時間(例えば2秒間)以上継続された場合には意識喪失判定部25により、意識喪失状態の判定がされる(S20)。設定時間より早くz(t)が車線中心に戻るか、舵角に変化があった場合には正常状態判定が行われる(S21)。S20もしくはS21の判定を終了すると一連の処理を終了し、判定結果に応じた制御信号が出力部14へ送信される。出力部14が意識喪失状態検出止の信号を受信した場合には、例えば警告音を鳴らすなどの方法により危険回避の措置を行う。
図6は、ドライバ状態検出装置1によって得られる、時間に依存した自車両の車線中心からのずれY、車線に対する向きθ、操舵角δ及び見かけ上の目標コースz(t)の出力波形の一例である。図6の出力波形の例では、時刻t付近から見かけ上の目標コースz(t)が車線中心から逸れるコースに設定され、かつ継続してコース中心から外れていることから、意識喪失判定がなされる。一方、同時刻tにおける自車両の車線中心からのずれYは0付近であり、自車両は車線中心付近にある状態である。このように、本発明により、迅速な意識喪失検出を行うことが可能になる。
本実施形態におけるドライバ状態検出装置は、ドライバの操舵特性であるモデルパラメータを予め算出し、車線と車両の偏差に対して、そのドライバが本来操作すると考えられる推定舵角を算出する。その推定舵角と実舵角とのずれに基づいて見かけ上の目標コースを算出し、意識喪失判定に用いる。この見かけ上の目標コースが車線中心から逸れつつあるにも拘らず、舵角が保持されている場合に、意識喪失状態と判断する。このように、ドライバが目標としていると推定されるコースが、正常時にはとるはずのないものである場合に意識喪失状態と判定する。これにより意識喪失状態の検出が迅速に行え、瞬間的な意識喪失状態を検出することが可能になる。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2の実施形態に係るドライバ状態検出装置を示すブロック図である。図7に示すように、ドライバ状態検出ECU2aは、第1の実施形態におけるドライバ状態検出ECU2に加えて、意識喪失判定制御部26を備える。意識喪失判定制御部26は、見かけ上の目標コースと車線中心の間の距離が所定値以上の場合に、意識喪失判定を中止する。その他は、上記第1の実施形態と同様の構成を備えている。本実施形態に係るドライバ状態検出装置1aは、自車両の進行方向の延長線上に、見かけ上の目標コースがある場合にのみ、意識喪失判定を行うことにより誤作動を減少させる。
次に、本実施形態に係るドライバ状態検出装置の動作について説明する。
図8は、本実施形態に係るドライバ状態検出装置の動作についてのフローチャートである。この図8の制御処理は、例えばドライバ状態検出ECU2aによって実行される。図8に描かれている一連の処理は、例えば一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ドライバ状態検出を実行するに当たり、ECU2aはモデルパラメータG及び距離しきい値Dの算出を行う(S30)。モデルパラメータGは、第1の実施形態と同様に、例えば、ドライバ状態検出の直近の所定時間(例えば30秒)に渡る誤差εと、それに対応した舵角δの計測値の結果から算出される。距離しきい値Dは、モデルパラメータGと距離しきい値Dを対応させる参照テーブルにより決定される。モデルパラメータGと距離しきい値Dとの対応は車両毎の適合値とすれば良い。
次に、見かけ上の目標コースz(t)が算出される(S31)。これは上記第1の実施形態における、図2のS11〜S15に相当する一連の処理である。
意識喪失判定制御部26は、S31により算出される偏差εと距離しきい値Dとの比較を行う(S32)。偏差εは(8)式により算出されるが、モデルパラメータGがごく小さい値の場合には、ゼロ割りが発生することからεは非常に大きい値になり、誤検出が発生する。そこで、偏差εが距離しきい値D以上の場合には、ゼロ割りが発生していると判断し、意識喪失判定制御部26は意識喪失判定を中止する(S34)
偏差εが距離しきい値Dよりも小さい場合には、自車両の進行方向の延長線上に見かけ上の目標コースが存在すると判断し、ECU2aにより意識喪失判定が行われる(S33)。S33の意識喪失判定は上記第1の実施形態における、図2のS16〜S20またはS21に相当する。S33もしくはS34を終えたら一連の処理を終了する。
本実施形態においては、モデルパラメータが小さいときに発生する、ゼロ割りを原因とする誤判定を回避するために、自車両の進行方向の延長線上に見かけ上の目標コースがある場合にのみ意識喪失判定を行う。自車両の進行方向の延長線上に見かけ上の目標コースがあるか否かの判定は、ドライバの前方注視点と見かけ上の目標コースとの距離と予め設定された所定値内を比較することにより行われる。即ち、モデルパラメータが小さいことでゼロ割りが発生していないかをチェックし、ゼロ割り時には意識喪失判定を中止することにより、意識喪失状態の誤検出を防止することが可能になる。
なお、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態において、モデルパラメータGの算出は、最小二乗法を用いて算出しているが、その他の収束計算手法を用いて算出を行っても良い。
1…ドライバ状態検出装置、2…ドライバ状態検出ECU、11…操舵角センサ、12…カメラ、13…車速センサ、14…出力部、21…車線認識部、22…見かけ上の目標コース算出部、23…コース逸脱判定部、24…舵角保持検出部、25…意識喪失判定部、26…意識喪失判定制御部。

Claims (3)

  1. 車両のドライバが意識喪失状態であることを検出するドライバ状態検出装置であって、
    前記ドライバの操舵特性から算出される推定舵角と実舵角の差に基づき見かけ上の目標コースを算出する見かけ上の目標コース算出手段と、
    前記見かけ上の目標コースが車線中心から逸れつつあるか否かを判定するコース逸脱判定手段と、
    前記車両のハンドルの舵角が所定時間保持されていることを検出する舵角保持検出手段と、
    前記コース逸脱判定手段によりコースを逸脱している判定がなされ、かつ、前記舵角保持検出手段により舵角が保持されていることが検出された場合に意識喪失状態と判定する意識喪失判定手段と、
    を備える、ドライバ状態検出装置。
  2. 前記車両の進行方向と前記見かけ上の目標コース間の距離が予め設定された所定値以上である場合に意識喪失判定を中止する意識喪失判定制御手段を更に備える、請求項1に記載のドライバ状態検出装置。
  3. 前記コース逸脱判定手段は、前記見かけ上の目標コースと前記見かけ上の目標コースの時間微分値を乗じた値が大きいほど前記車両の見かけ上の目標コースは車線中心から逸れつつあると判断する、請求項1又は請求項2に記載のドライバ状態検出装置。
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