JP2012234298A - 意識低下判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の操舵状態における外乱の影響を考慮して運転者の意識低下判定を行うことにより、運転者の意識低下状態を精度よく判定できる意識低下判定装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における操舵角分散を通常操舵量として演算する通常操舵量演算部５１、運転者の操舵量と通常操舵量との乖離度を、操舵角を操舵角分散で除すことにより演算する操舵乖離度演算部５５、操舵乖離度が所定値以上であるか否かを判定する操舵乖離度判定部５６、及び、操舵乖離度が所定値以上である場合に、運転者が意識低下状態であると判定する意識低下判定部５７を備えて構成されている意識低下判定装置１を提供する。本装置１によれば、通常の操舵状態における外乱の影響による居眠り運転の誤検出や未検出を減少させることができ、精度よく意識低下判定を行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の運転者の意識低下状態を判定する意識低下判定装置に関するものである。

従来、車両の運転者の意識低下状態を判定する技術として、走行レーンが逸脱しそうな時に警報を行う装置が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１の装置においては、運転者の覚醒度が高い場合は警報を禁止するとともに、運転者がハンドル操作をしていないにも関わらず自車が走行レーンを逸脱しつつある場合、走行レーン逸脱警報の必要性が高いと判断する。

特開平１１−３４７７３号公報

ところで、車両の運転者の意識低下状態を判定する技術としては、通常の操舵状態と比べて現時点の操舵状態が所定以上掛け離れているか否かで判定するという方法も考えられる。この方法において、運転開始時などの特定の時間の操舵状態を通常の操舵状態とした場合には、当該時間内に障害物回避や路面状況、横風などの外乱のために操舵状態が大きく変化すると、通常の操舵状態として適切ではなくなり、精度のよい判定に支障を来たすおそれがある。

そこで、本発明の目的は、通常の操舵状態における外乱の影響を考慮して運転者の意識低下判定を行うことにより、運転者の意識低下状態を精度よく判定できる意識低下判定装置を提供することである。

すなわち、本発明の意識低下判定装置は、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における操舵角分散を通常操舵量として演算する通常操舵量演算手段と、運転者の操舵量と通常操舵量との乖離度を、操舵角を操舵角分散で除すことにより演算する操舵乖離度演算手段と、操舵乖離度が所定値以上であるか否かを判定する操舵乖離度判定手段と、操舵乖離度が所定値以上である場合に、運転者が意識低下状態であると判定する意識低下判定手段と、を備えて構成されている。

上記意識低下判定装置においては、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における操舵角分散を通常操舵量として演算し、運転者の操舵量との乖離度（操舵乖離度）を演算する。これにより、操舵角分散に外乱の混入などの影響の可能性が低くなり、操舵乖離度をより正確に演算できることから、居眠り運転の誤検出や未検出が減少し、精度よく意識低下判定を行うことが可能となる。

本発明において、通常操舵量演算手段は、通常操舵量を一定周期で演算し更新することが好ましい。運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における操舵角分散を一定周期ごとに繰り返し演算し、更新することによって、操舵角分散に外乱の混入などの影響の可能性がより低くなり、操舵乖離度をより正確に演算できる。このため、居眠り運転の誤検出や未検出が減少し、精度よく意識低下判定を行うことが可能となる。

また、本発明に係る意識低下判定装置において、操舵角は車両が走行する走行路に対する相対的な舵角であることが好ましい。操舵角は例えばカーブ路など走行路の形状によって変動することから、走行路に対して相対的な舵角である相対操舵角を用いることによって、運転者の操舵量をより正確に検出することができ、意識低下判定の精度をさらに高くすることが可能となる。

本発明によれば、通常の操舵状態における外乱の影響を考慮して運転者の意識低下判定を行うことにより、運転者の意識低下状態を精度よく判定することができる。

本発明の実施形態に係る意識低下判定装置の概要を示すブロック図である。 操舵角分散（操舵角のばらつき）の説明図である。 操舵角分散（操舵角のばらつき）の説明図である。 通常の操舵状態における外乱の影響を示す説明図である。 通常の操舵状態における外乱の影響を示す説明図である。 図１の意識低下判定装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、同一要素又は同一相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る意識低下判定装置１の概要構成を示すブロック図である。意識低下判定装置１は、車両に搭載され、車両の運転者の意識が低下しているか否かを判定する装置である。

この意識低下判定装置１は、前方検知センサ２、車速センサ３、操舵角センサ４、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５、警報部６を備えて構成されている。

前方検知センサ２は、車両の前方を検知する前方検知手段として機能するものであり、例えば車両の前方を撮像するカメラが用いられる。前方検知センサ２はＥＣＵ５と接続され、その出力信号はＥＣＵ５に入力される。前方検知センサ２の撮像画像ないし撮像映像は、走行経路状態（例えば走行経路の曲率）の検知などに用いることができる。

車速センサ３は、車速を検出する車速検出手段として機能するものであり、例えば車輪速センサが用いられる。車速センサ３は、ＥＣＵ５と接続され、その出力信号はＥＣＵ５に入力される。

操舵角センサ４は、車両のハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段として機能するものである。この操舵角センサ４としては、例えば、ステアリングシャフトの回転角を検出する操舵角センサが用いられる。この操舵角センサ４は、ＥＣＵ５と接続され、その出力信号はＥＣＵ５に入力される。なお、操舵角センサ４に代えて、操舵トルクセンサを用いてもよい。この場合、操舵トルクが出力する操舵トルク値に基づいてハンドルの操舵角が演算される。また、ハンドルの操舵角が取得できるものであれば、操舵角センサ４に代えて、いずれのものを用いてもよい。

ＥＣＵ５は、意識低下判定装置の装置全体の制御を行う電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータを主体とし、入力信号回路、出力信号回路、電源回路を含んで構成される。

ＥＣＵ５は、通常操舵量演算部５１、操舵乖離度演算部５５、操舵乖離度判定部５６、意識低下判定部５７及び警報制御部５８を少なくとも有している。

通常操舵量演算部５１は、車両の運転者の通常時の運転における操舵量を演算するものであり、通常操舵量演算手段として機能する。通常操舵量演算部５１は、通常運転時における操舵角分散（操舵角の分散（ばらつき））を通常操舵量として演算する。

具体的に説明すると、通常操舵量は、運転者ごとに運転時のハンドルの操舵角の分散として演算される。例えば、運転時のハンドルの操舵角が複数ないし多数取得され、それらの操舵角データに基づき操舵角分散として通常操舵量が演算される。

図２及び図３は、操舵角分散（操舵角のばらつき）の説明図である。図２に示すように、覚醒時（意識低下していない運転時）の操舵角の分散は、被験者Ａは分散が大きく、被験者ＢはＡよりも分散が小さい。このように、操舵角の分散は運転者ごとに個人差が見られる。このため、閾値を一定にした場合には、操舵角のばらつきが大きい被験者Ａは覚醒時であっても意識低下時であると誤検出されてしまう。一方、図３に示すように、被験者ごとに操舵角の分散に応じた閾値を設定すると、意識低下判定における未検出や誤検出を防止しやすくなる。

本発明において、操舵角分散は、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間において取得された操舵角データが用いられる。図４及び図５は、通常の操舵状態における外乱の影響を示す説明図である。図４に示すように、例えば、操舵角分散を運転開始の一定時間であるｔ１とした場合、ｔ１において路面状況や横風などの外乱が影響すると、通常時と比較して大きな操舵量のデータが混入してしまい、操舵角の分散が大きくなってしまう場合がある。この結果、精度のよい意識低下判定を行うことができなくなってしまう恐れがある。

一方、本発明では運転者の操舵操作の直近の一定時間における操舵角分散を通常操舵量として演算する。この場合、一定周期ごとに演算し、更新（再学習）を行うことが好ましい。図５に示すように、ｔ１より後のｔ２（更新データ）においては、路面状況や横風などの外乱が影響しておらず、通常時と比較して大きな操舵量も混入していない。よって、直近の一定時間における操舵角分散を通常操舵量として演算することにより、適切な操舵角分散を得ることができ、この操舵角分散を用いて操舵乖離度を演算することによって、居眠り運転の誤検出や未検出が減少し、精度よく意識低下判定を行うことが可能となる。また、直近の一定時間における操舵角分散を一定周期ごとに演算し、更新することによって、より精度よく意識判定を行うこともできる。

本発明において、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間とは、操舵角データが十分に得られる時間であれば特に制限されず、運転者の操舵操作の直近の１０分間でもよく、３分間でもよい。操舵角のばらつきに関するデータを十分に得る点と、できるだけ外乱の混入を防止する点を両立させる観点から、運転者の操舵操作の直近の５分間がもっとも好ましい。また、通常操舵量を演算し、更新する一定周期とは、通常操舵量を適切に演算できる周期であれば特に制限されないが、データ処理負荷を考慮して設定することが好ましい。

操舵角は、車両が走行する走行路に対する相対的な舵角（相対操舵角）であることが好ましい。相対操舵角は、走行路に対する相対的な操舵角である。すなわち、走行路に沿ったハンドル操作の場合には相対操舵角は小さいものとなるが、走行路に沿わないハンドル操作の場合には相対操舵角は大きなものとなる。例えば、曲率の大きいカーブでハンドル操作した場合、ハンドルの操舵角の絶対値は大きくなるが、カーブに沿ってハンドル操作されていれば相対操舵角は小さいものとなる。このように、操舵角（の絶対値）でなく、相対操舵角に基づいて通常操舵量を演算することにより、カーブの多い走行路を走行する場合であっても運転者の操舵操作特性を的確に演算することができる。

なお、通常操舵量は、操舵角分散に加え、運転者の通常のハンドル操舵特性を表せるものであれば、操舵速度、操舵量積算値など、通常運転時におけるハンドルの操舵角のばらつき量以外の数値をさらに用いて演算してもよい。

操舵乖離度演算部５５は、車両の運転者の操舵量と通常操舵量との乖離度（操舵乖離度）を演算する操舵乖離度演算手段として機能するものである。例えば、操舵乖離度演算部５５は、操舵角センサ４により取得される操舵角データを用いて運転者の現時点の操舵量を演算し、次の式（１）に示すように、その現在の操舵量である操舵角（ψ、絶対値）を、通常操舵量演算部５１により演算された通常操舵量である操舵角分散の値（ψｕ_１）で除すことにより操舵乖離度Ｄ_１を演算する。
Ｄ_１＝｜ψ｜／ψｕ_１ ・・・（１）

また、相対操舵角を用いる場合には、操舵乖離度をＤ_２、現時点の相対操舵角をψｒ、通常操舵量である相対操舵角分散の値をψｕ_２とした場合、操舵乖離度Ｄ_２は、次の式（２）に示すように、相対操舵角ψｒの絶対値を通常操舵量である相対操舵角分散の値ψｕ_２で除することより演算される。
Ｄ_２＝｜ψｒ｜／ψｕ_２ ・・・（２）

相対操舵角ψｒは、走行路に対する相対的な操舵角である。この相対操舵角ψｒは、次の式（３）に示すように、実操舵角ψから推定操舵角ψｅを引いて演算される。
ψｒ＝ψ−ψｅ ・・・（３）

推定操舵角ψｅは、走行路のカーブ旋回に必要な操舵角であり、例えば次の式（４）により演算される。
ψｅ＝（１＋Ｋｈ・ｖ^２）・ｌ・ρ・Ｒ_Ｇ ・・・（４）
この式（４）において、Ｋｈは車両のスタビリティファクタ、ｖは車速、ｌは車両のホイルベース、ρは走行路の曲率、Ｒ_Ｇは車両のステアリングギア比である。

操舵乖離度判定部５６は、操舵乖離度が所定値以上か否かを判定する操舵乖離度判定手段として機能するものである。例えば、操舵乖離度判定部５６は、上述した操舵乖離度演算部５５により演算される操舵乖離度が予めＥＣＵ５に設定される設定値以上か否かを判定する。

意識低下判定部５７は、操舵乖離度が所定値以上と判定された場合に、運転者が意識低下状態であると判定する意識低下判定手段として機能するものである。この意識低下判定部５７は、例えば、運転者が意識低下状態であると判定した場合に意識低下フラグをオンとして運転者が意識低下状態であることを認識し、運転者が意識低下状態でないと判定した場合に意識低下フラグをオフとして運転者が意識低下状態でないことを認識する。

警報制御部５８は、運転者が意識低下状態である場合に警報部６に対し警報制御信号を出力制御するものであって、警報制御手段として機能するものである。

上述した通常操舵量演算部５１、操舵乖離度演算部５５、操舵乖離度判定部５６、意識低下判定部５７及び警報制御部５８は、これらの機能ないし処理を実行するプログラムなどのソフトウェアをＥＣＵ５に導入することにより構成されている。

なお、通常操舵量演算部５１、操舵乖離度演算部５５、操舵乖離度判定部５６、意識低下判定部５７及び警報制御部５８は、それらの機能ないし処理が実行できるものであれば、個別のハードウェアによって構成されていてもよい。

警報部６は、車両の運転者に警報を与える警報手段であって、ＥＣＵ５から出力される警報制御信号に応じて作動する。この警報部６としては、運転者の聴覚、視覚、触覚を通じて運転者に警報を与えるものが用いられる。例えば、警報部６としては、スピーカ、ブザー、ナビゲーションシステムのモニタ、ディスプレイ、ランプ、ＬＥＤ、ハンドル又はシートに設置される振動装置などが用いられる。

次に、本実施形態に係る意識低下判定装置１の動作について説明する。

図６は、意識低下判定装置１の動作を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の制御処理は、例えばＥＣＵ５によって予め設定された周期（例えば１００ｍｓ）で繰り返し実行される。

このフローチャートの制御処理は、例えば車両のイグニッションオンによって開始され、まずステップＳ１０（以下、「Ｓ１０」という。他のステップにおいても同様とする。）にて、センサ情報の読み込み処理が行われる。このセンサ情報の読み込み処理は、前方検知センサ２、車速センサ３、操舵角センサ４の出力信号に含まれるセンサ情報をそれぞれ読み込む処理である。

次に、Ｓ１２に処理が移行し、通常操舵量演算処理が行われる。通常操舵量演算処理は、車両の運転者の通常時の運転における操舵量を演算する処理であり、通常操舵量演算部５１により実行され、通常運転時における操舵角のばらつき量（分散）が通常操舵量として演算される。

具体的に説明すると、通常操舵量は、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における相対操舵角の分散として演算される。例えば、操舵操作の直近の５分間のハンドルの操舵角の相対操舵角が複数ないし多数取得され、それらの相対操舵角データに基づき相対操舵角の分散として通常操舵量が演算される。操舵操作の直近の一定時間における操舵角分散は一定周期ごとに演算され、更新（再学習）されることが好ましい。相対操舵角は、上述したように、走行路に対する相対的な操舵角である。なお、このＳ１２の通常操舵量演算処理は、図６に示す一連の制御処理とは別の処理として実行されてもよい。

次に、Ｓ１４に処理が移行し、操舵乖離度演算処理が行われる。操舵乖離度演算処理は、車両の運転者の操舵量と通常操舵量との乖離度（掛け離れ度）を演算する処理であり、操舵乖離度演算部５５により実行される。例えば、操舵角センサ４により取得される操舵角データに基づき運転者の現時点の操舵量が演算され、その現在の操舵量を、Ｓ１２にて演算された、現在の操舵量の直近の５分間の相対操舵角の分散（相対操舵角分散）で除すことによって操舵乖離度が演算される。操舵乖離度は、通常操舵量に対する現時点の操舵角の掛け離れ度として演算されるものであって、現時点の操舵角と通常操舵量との距離として把握されるものである。具体的には、上述した式（１）又は（２）を用いて、操舵乖離度が演算される。

そして、Ｓ１６に処理が移行し、操舵乖離度が所定値以上か否かが判定される。この判定処理は、操舵乖離度判定部５６により実行される。例えば、操舵乖離度判定処理において、Ｓ１４により演算される操舵乖離度が予めＥＣＵ５に設定される設定値以上か否かが判定される。

Ｓ１６にて操舵乖離度が所定値未満と判定された場合には、意識低下判定部５７における判定処理により、運転者が意識低下状態でないと判断され、Ｓ１８に処理が移行する。

Ｓ１８では意識低下でないとの認識処理が意識低下判定部５７により行われる。例えば、運転者の意識低下状態を認識するためのフラグがオフとされる。

一方、Ｓ１６にて操舵乖離度が所定値以上と判定された場合には、意識低下判定処理が行われる（Ｓ２０）。例えば、運転者の意識低下状態を認識するためのフラグがオンとされ、そのフラグにより運転者が意識低下状態であることが認識される。

そして、Ｓ２２に処理が移行し、警報処理が行われる。警報処理は、警報部６に対し警報制御信号を出力する処理である。この警報処理により、警報部６が運転者に対し警報動作、例えば音声もしくは警報音を発したり、モニタもしくはディスプレイに警報表示を行ったり、ハンドルもしくはシートに警報振動を与えたりする。これにより、運転者は意識低下状態から覚醒状態となる。Ｓ１８又はＳ２２の処理を終えたら、一連の制御処理が終了する。

以上のように、本実施形態に係る意識低下判定装置は、運転者の操舵量と通常操舵量との乖離度を、運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における操舵角分散で操舵角を除すことによって演算し、操舵乖離度が所定値以上であるか否かを判定し、操舵乖離度が所定値以上である場合には、運転者が意識低下状態であると判定する。これにより、路面状況や横風などの外乱の影響を抑え、運転者の意識低下状態を精度よく判定することができる。

なお、上述した実施形態は本発明に係る意識低下判定装置の実施形態を説明したものであり、本発明に係る意識低下判定装置は本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る意識低下判定装置は、各請求項に記載した要旨を変更しないように実施形態に係る意識低下判定装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、図６の一連の制御処理において、本実施形態に係る意識低下判定装置の作用効果が得られれば、その一部の処理を省略し又は追加の処理を行って実行してもよい。

また、走行経路の曲率は、上述したカメラ映像による検知に特に限定されるものではない。例えば、意識低下判定装置１が備えることができるナビゲーションシステムが格納するデータベースから読み出した道路経路情報や、路車間通信等によるインフラ情報から取得した道路形状情報をもとに検知することもできる。

１…意識低下判定装置、２…前方検知部、３…車速センサ、４…操舵角センサ、５…ＥＣＵ、６…警報部、５１…通常操舵量演算部、５５…操舵乖離度演算部、５６…操舵乖離度判定部、５７…意識低下判定部、５８…警報制御部。

Claims (3)

1. 車両の運転者が意識低下状態であるか否かを判定する意識低下判定装置において、
   前記運転者が操舵操作を行うまでの直近の一定時間における操舵角分散を通常操舵量として演算する通常操舵量演算手段と、
   前記運転者の操舵量と前記通常操舵量との乖離度を、操舵角を前記操舵角分散で除すことによって演算する操舵乖離度演算手段と、
   前記操舵乖離度が所定値以上であるか否かを判定する操舵乖離度判定手段と、
   前記操舵乖離度が所定値以上である場合に、前記運転者が意識低下状態であると判定する意識低下判定手段と、を備えたことを特徴とする意識低下判定装置。
2. 前記通常操舵量演算手段は、前記通常操舵量を一定周期で演算し更新する、請求項１記載の意識低下判定装置。
3. 前記操舵角は、前記車両が走行する走行路に対する相対的な舵角である、請求項１又は２記載の意識低下判定装置。

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