JP2014013576A - Driver interface system, method of managing driver interface task, and vehicle - Google Patents

Driver interface system, method of managing driver interface task, and vehicle Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vehicle that can facilitate a dialogue between a driver and the vehicle without increasing a driver workload.SOLUTION: A dynamic operation state of a vehicle, a driver input to the vehicle 11 and the like are taken into consideration and thereby one or more measurement values of the driver workload are calculated. Then, in order not to increase the driver workload, execution of a driver interface task is delayed and/or prevented on the basis of the driver workload. As an alternative for the delay an/or the prevention, the driver interface task is schedulable on the basis of the driver workload, and for example, by being executed according to a scheduling, an effect given to the driver workload by the driver interface task can be minimized.

Description

本発明は、運転者インタフェースシステム、及び、運転者インタフェースタスクを管理する方法、並びに、車両に関する技術分野に属する。   The present invention relates to a driver interface system, a method for managing driver interface tasks, and a technical field related to a vehicle.

ある種の車両は、運転エクスペリエンスを向上させるために、インフォテインメント情報、ナビゲーション情報などを提供することがある。   Certain vehicles may provide infotainment information, navigation information, etc. to improve the driving experience.

運転者とこれら車両との対話が増えるにつれて、運転者のワークロードを増すことなく、そのような対話を促進することが有益であり得る。   As the interaction between the driver and these vehicles increases, it may be beneficial to facilitate such interaction without increasing the driver's workload.

運転者ワークロードの測定値は、運転者制御アクション入力情報から決定される。ある種の運転者インタフェースタスクは、決定された運転者ワークロードに基づいて、選択的に遅延又は実行中止され得る。代替として、運転者インタフェースタスクは、決定された運転者ワークロードに基づいてスケジューリングされてから、そのスケジュールに従って実行され得る。   The measured value of the driver workload is determined from the driver control action input information. Certain driver interface tasks may be selectively delayed or aborted based on the determined driver workload. Alternatively, the driver interface task may be scheduled based on the determined driver workload and then executed according to the schedule.

図1は例示的ハイブリッドワークロード推定システムのブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an exemplary hybrid workload estimation system. 図2は車両の速度、トラクション、及びブレーキングプロファイルのグラフである。FIG. 2 is a graph of vehicle speed, traction, and braking profile. 図3Aはヨーレートの例示的な車両の運動状態のグラフである。FIG. 3A is a graph of an exemplary vehicle motion state of yaw rate. 図3Bはヨーレートの例示的な車両の運動状態のグラフである。FIG. 3B is a graph of an exemplary vehicle motion state of yaw rate. 図3Cはサイドスリップ角の例示的な車両の運動状態のグラフである。FIG. 3C is an exemplary vehicle motion graph of side slip angle. 図4Aは例示的なヨーイングの操作限界マージンのグラフである。FIG. 4A is a graph of an exemplary yawing operating limit margin. 図4Bは例示的な縦方向の操作限界マージンのグラフである。FIG. 4B is an exemplary vertical operational limit margin graph. 図4Cは例示的なサイドスリッピングの操作限界マージンのグラフである。FIG. 4C is a graph of an exemplary side slipping operational limit margin. 図5は例示的な車両速度、トラクション及びブレーキングのプロファイルのグラフである。FIG. 5 is a graph of an exemplary vehicle speed, traction and braking profile. 図6Aはヨーレートの例示的な車両の運動状態のグラフである。FIG. 6A is an exemplary vehicle motion graph of yaw rate. 図6Bはヨーレートの例示的な車両の運動状態のグラフである。FIG. 6B is a graph of an exemplary vehicle motion state of yaw rate. 図6Cはサイドスリップ角の例示的な車両の運動状態のグラフである。FIG. 6C is an exemplary vehicle motion graph of side slip angle. 図7Aは例示的なヨーイングの操作限界マージンのグラフである。FIG. 7A is a graph of an exemplary yawing operating limit margin. 図7Bは例示的な縦方向の操作限界マージンのグラフである。FIG. 7B is an exemplary vertical operational limit margin graph. 図7Cは例示的なサイドスリッピングの操作限界マージンのグラフである。FIG. 7C is a graph of an exemplary side slipping operational limit margin. 図8は例示的な最終的操作限界マージン及びリスクのグラフである。FIG. 8 is an exemplary final operational limit margin and risk graph. 図9は例示的な最終的操作限界マージン及びリスクのグラフである。FIG. 9 is an exemplary final operational limit margin and risk graph. 図10は高要求状況について例示的なアクセルペダル位置のグラフである。FIG. 10 is an exemplary accelerator pedal position graph for a high demand situation. 図11は低要求状況について例示的なアクセルペダル位置のグラフである。FIG. 11 is an exemplary accelerator pedal position graph for low demand situations. 図12は図10のアクセルペダル位置の標準偏差のヒストグラムである。FIG. 12 is a histogram of the standard deviation of the accelerator pedal position in FIG. 図13は図11のアクセルペダル位置の標準偏差のヒストグラムである。FIG. 13 is a histogram of the standard deviation of the accelerator pedal position in FIG. 図14は図12及び図13のヒストグラムにあてはめられた曲線のグラフである。FIG. 14 is a graph of a curve fitted to the histograms of FIGS. 図15Aはアクセルペダル位置の例示的グラフである。FIG. 15A is an exemplary graph of accelerator pedal position. 図15Bはハンドル角の例示的グラフである。FIG. 15B is an exemplary graph of handle angle. 図15Cは運転者制御アクション指数(DCA指数)の例示的グラフである。FIG. 15C is an exemplary graph of a driver control action index (DCA index). 図15Dは車両速度の例示的グラフである。FIG. 15D is an exemplary graph of vehicle speed. 図16Aは方向指示器アクティビティの例示的グラフである。FIG. 16A is an exemplary graph of direction indicator activity. 図16Bはエアコン制御アクティビティの例示的グラフである。FIG. 16B is an exemplary graph of air conditioning control activity. 図16Cは計器盤指数(IP指数)の例示的グラフである。FIG. 16C is an exemplary graph of an instrument panel index (IP index). 図17は他の車両の後に続く車両の概略図である。FIG. 17 is a schematic diagram of a vehicle that follows another vehicle. 図18は車両速度の例示的グラフである。FIG. 18 is an exemplary graph of vehicle speed. 図19は近接速度の例示的グラフである。FIG. 19 is an exemplary graph of proximity velocity. 図20は範囲の例示的グラフである。FIG. 20 is an exemplary graph of ranges. 図21は車間時間の例示的グラフである。FIG. 21 is an exemplary graph of inter-vehicle time. 図22は車間指数(HW指数)の例示的グラフである。FIG. 22 is an exemplary graph of an inter-vehicle index (HW index). 図23Aはルールベースの指数の例示的グラフである。FIG. 23A is an exemplary graph of a rule-based index. 図23BはIP指数の例示的グラフである。FIG. 23B is an exemplary graph of the IP index. 図23CはDCA指数の例示的グラフである。FIG. 23C is an exemplary graph of the DCA index. 図23Dは総合ワークロード推定指数(WLE指数)の例示的グラフである。FIG. 23D is an exemplary graph of a total workload estimation index (WLE index). 図23Eは車両速度の例示的グラフである。FIG. 23E is an exemplary graph of vehicle speed. 図24はWLE指数に基づいて運転者要求を特徴付けるメンバーシップ関数の例示的グラフである。FIG. 24 is an exemplary graph of a membership function that characterizes driver demand based on the WLE index.

I. イントロダクション
運転者ワークロード/要求は、運転するという一次行為を超えて、インフォテインメント、電話、事前の推奨などのような二次行為を運転者に対して課す、視覚的、物理的及び認知的な要求を指すことがある。
I. Introduction The driver workload / request is beyond the primary act of driving and imposes secondary actions on the driver, such as infotainment, phone calls, advance recommendations, etc. May refer to a cognitive request.

運転者は、上述の運転の一次行為と二次行為との間で自分の注意を分けることができると、ときどき誤って思い込むことがある。したがって運転要求を推定することは、運転者との通信及び車両システムの相互作用を調整するために利用されるなら、特に価値があることかもしれない。しかし複雑な運転状況では、運転者ワークロードの推定に対する革新的な予測アプローチが要求されるかもしれない。運転者へのヒューマンマシンインタフェース(HMI)出力を調整することにおいては、運転者ワークロードの特定を可能にするインテリジェントシステムの開発が有用かもしれない。   The driver sometimes mistakenly thinks that he can divide his attention between the primary and secondary actions described above. Accordingly, estimating driving demand may be particularly valuable if utilized to coordinate communication with the driver and vehicle system interaction. However, in complex driving situations, an innovative predictive approach to driver workload estimation may be required. In adjusting the Human Machine Interface (HMI) output to the driver, it may be useful to develop an intelligent system that enables identification of the driver workload.

連続的なワークロード推定については、異なる運転コンテキスト及び/又は運転者の下でワークロードを推定する推定器を設計することが有用かもしれない。車両室内通信サービスの構成は、運転要求が予測されるコンテキストと、そのサービスの運転者にとっての価値とに基づき得る。加えて、運転者ワークロードをある期間に渡って特徴付けすること(例えば長期的な特徴付け)が有益かもしれない。運転者ワークロードのそのような推定は、車両室内通信技術が高ワークロード期間内に抑制又は遅延されることを可能にするだけでなく、加えて長期の運転要求に調整されることも可能にするかもしれない。   For continuous workload estimation, it may be useful to design an estimator that estimates the workload under different driving contexts and / or drivers. The configuration of the in-vehicle communication service may be based on the context in which the driving request is predicted and the value for the driver of the service. In addition, it may be beneficial to characterize the driver workload over a period of time (eg, long-term characterization). Such estimation of driver workload not only allows in-vehicle communication technology to be suppressed or delayed within high workload periods, but additionally allows adjustment to long-term driving demands. Might do.

ここで記載されるある種の実施形態は、ワークロード推定(WLE)のための方法及びシステムを提供し得る。このWLEは、適応リアルタイムHMIタスク管理のために、観測可能な車両、運転者、及び環境データから運転者ワークロードの状態推定/分類を実行してもよい。WLEは、ある状況では、別個のリアルタイム技術を使用し、及び/又はワークロード推定のためにリアルタイムのハイブリッドなアプローチを採用し得る。例えばルールベースのアルゴリズムは、運転者、車両、及び環境の相互作用に基づいて運転者ワークロードの追加の連続的な予測によって補充され得る。WLEアルゴリズムは、総合WLE指数(例えば運転者についてのワークロードの負荷推定値を表す連続信号)を計算し予測するための、特化された学習及び計算のインテリジェンス技術を組み込んでもよい。運転者の運転要求は、場合によっては、速度の変動、加速度、ブレーキング、ステアリング、車間距離、計器盤及び/又はセンタースタックインタラクションなどを含む観測可能な車両情報から推測され得る。   Certain embodiments described herein may provide methods and systems for workload estimation (WLE). The WLE may perform driver workload state estimation / classification from observable vehicle, driver, and environmental data for adaptive real-time HMI task management. WLE may use a separate real-time technique and / or employ a real-time hybrid approach for workload estimation in certain situations. For example, rule-based algorithms can be supplemented with additional continuous predictions of driver workload based on driver, vehicle, and environmental interactions. The WLE algorithm may incorporate specialized learning and computational intelligence techniques to calculate and predict an overall WLE index (eg, a continuous signal representing workload load estimates for the driver). The driver's driving requirements may be inferred from observable vehicle information including speed variations, acceleration, braking, steering, inter-vehicle distance, instrument panel and / or center stack interaction, as the case may be.

前記WLE指数は、例えば、機能を向上させるために運転者に提示されるボイスコマンド及び/又は他のタスク/情報を設定、回避、制限、調整するために用いられ得る。運転者のためのある種の情報は、要求が厳しい車両操作操縦の間に、危険な運転環境下で、計器盤の操作が多い期間などは、制限、調整、阻止され得る。   The WLE index can be used, for example, to set, avoid, limit, or adjust voice commands and / or other tasks / information that are presented to the driver to improve functionality. Certain information for the driver can be limited, adjusted, or blocked during demanding vehicle operation maneuvers, such as during periods of heavy instrument panel operation, under dangerous driving conditions.

インテリジェントハイブリッドアルゴリズムのアプローチは、短期的な運転者の行動と共に、長期的にも役に立ち得る。WLEハイブリッド方法は、車両を運転者のコミュニケーションに合わせるために、運転者のイベント、状況、及び挙動をキャプチャしてもよい。ここで記載されるこれら及び他の技術は、運転者の増加/減少する認知的状態を予測することを支援し、既存の車両のセンサを使用し得る。   The intelligent hybrid algorithm approach can be useful in the long term as well as short-term driver behavior. The WLE hybrid method may capture driver events, situations, and behaviors to tailor the vehicle to driver communication. These and other techniques described herein assist in predicting a driver's increasing / decreasing cognitive state and may use existing vehicle sensors.

前記WLE指数は、運転要求/ワークロードに基づいて、運転者に通信の階層が提示されるようにしてもよい。メッセージ優先度(例えば低い、高いなど)は、予測された負荷に基づいて、特定の瞬間の間、そのメッセージが運転者に伝えられるかを決定し得る。具体的なHMI情報は、運転者の長期的な運転要求に基づいて、運転者に提示されてもよい。代替としては、ハイブリッドWLEフレームワークは、道路シナリオ状況及び条件を説明するために、GPS及びディジタルマップデータベースを含んでもよい。加えて、心拍数、視線、及び呼吸を含む運転者の生理学的状態についての情報は、異常検出のためにWLEフレームワークに入力として組み込まれてもよい。他の例においては、予測されたWLE指数が運転者に伝えられることによって、ワークロードが高い条件下では運転者に副次的タスクを避けることを促してもよい。他のシナリオも可能である。   The WLE index may present a communication hierarchy to the driver based on the driving request / workload. The message priority (eg, low, high, etc.) can determine whether the message is communicated to the driver for a particular moment based on the predicted load. The specific HMI information may be presented to the driver based on the driver's long-term driving request. Alternatively, the hybrid WLE framework may include GPS and digital map databases to describe road scenario conditions and conditions. In addition, information about the driver's physiological state, including heart rate, line of sight, and breathing, may be incorporated as inputs into the WLE framework for anomaly detection. In another example, the predicted WLE index may be communicated to the driver to encourage the driver to avoid secondary tasks under high workload conditions. Other scenarios are possible.

図1は、車両11のためのWLEシステム10の実施形態のブロック図である。このシステム10は、ルールベースのワークロード指数サブシステム12、車両、運転者及び環境追跡及び計算ワークロード指数サブシステム13、コンテキスト依存ワークロード指数統合サブシステム14、及び総合統合/WLE長期特徴付けサブシステム16を含み得る。サブシステム12,13,14,16は、(別個に、又は組み合わせて)1つ以上のコントローラ/処理装置などによって実現され得る。   FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of a WLE system 10 for a vehicle 11. The system 10 includes a rule-based workload index subsystem 12, a vehicle, driver and environment tracking and calculation workload index subsystem 13, a context sensitive workload index integration subsystem 14, and a total integration / WLE long-term characterization subsystem. A system 16 may be included. Subsystems 12, 13, 14, 16 may be implemented by one or more controllers / processors or the like (separately or in combination).

サブシステム12(セクションVII で後述する)は、車両情報、運転者情報及び/又は環境情報(例えば車両のコントローラエリアネットワーク(CAN)から入手可能である)を入力として受け取り、運転者のワークロードを表す、ルールベースの指数(rule-based index)を出力し得る。サブシステム13(セクションIII 乃至VIで後述する)は、車両情報、運転者情報、及び/又は環境情報(例えば車両のCANから入手可能である)を入力として受け取り、運転者のワークロードを表す1つ以上の連続的指数(例えばハンドリングリミット指数(HL指数)、運転者制御アクション指数(DCA指数)、計器盤指数(IP指数)、車間指数(HW指数))を出力し得る。サブシステム14(セクションVIIIで後述する)は、サブシステム13によって生成された指数/指数群を入力として受け取り、追跡指数(T指数)を出力し得る。サブシステム16(セクションVIIIで後述する)は、ルールベースの指数及びT指数を入力として受け取り、WLE指数及び/又はWLE指数の長期特徴(セクションIXで後述する)を出力し得る。   Subsystem 12 (discussed below in Section VII) receives vehicle information, driver information and / or environmental information (eg, available from the vehicle's controller area network (CAN)) as input and receives the driver's workload. A rule-based index can be output. Subsystem 13 (discussed below in Sections III through VI) receives vehicle information, driver information, and / or environmental information (eg, available from the vehicle's CAN) as input and represents the driver's workload. One or more continuous indices (eg, handling limit index (HL index), driver control action index (DCA index), instrument panel index (IP index), inter-vehicle index (HW index)) may be output. Subsystem 14 (described below in Section VIII) may receive as input an index / index group generated by subsystem 13 and output a tracking index (T index). Subsystem 16 (discussed below in Section VIII) may receive a rule-based index and a T-index as input and output long-term features of WLE index and / or WLE index (discussed below in Section IX).

他の実施形態においては、システム10は、サブシステム12,14,16がなくてもよい。すなわち、ある種の実施形態は、1つ以上のワークロード指数を生成するようにだけ構成されてもよい。例として、システム10は、ある種の車両情報(後述)に基づいてIP指数を生成するようにだけ構成されてもよい。これらの状況では、運転者ワークロードの単一の測定値しかないので、集約統合は必要ない。よってWLE指数は、この例ではIP指数である。これら及び他の実施形態においてディスパッチャー18は、WLE指数の長期特徴を生成するよう構成され得る。他の構成も可能である。   In other embodiments, the system 10 may be free of subsystems 12, 14, and 16. That is, certain embodiments may only be configured to generate one or more workload indices. As an example, the system 10 may only be configured to generate an IP index based on certain vehicle information (described below). In these situations, aggregate consolidation is not necessary because there is only a single measurement of the driver workload. Therefore, the WLE index is an IP index in this example. In these and other embodiments, dispatcher 18 may be configured to generate long-term characteristics of the WLE index. Other configurations are possible.

前記WLE指数は、1つ以上のコントローラ/処理装置などとして実現され得るディスパッチャー18に送られ得る。ディスパッチャー18(セクションXで後述する)は、WLE指数に基づいて、運転者に伝えられるべき情報が運転者に到達しないよう、阻止/遅延するフィルタとして振る舞い得る。例えば、ディスパッチャー18は、もしWLE指数が0.8より大きいなら、運転者に向けて意図された全ての情報をブロックし、もしWLE指数が約0.5であるなら、エンターテイメント用の情報だけをブロックする、などといったように振る舞う。ディスパッチャー18は、WLE指数に基づいて、運転者に伝えられるべき情報の伝達をスケジュールしてもよい。例えば、車両メンテナンス情報、テキスト音声読み上げ、着信などは、ワークロードが高い期間の間は遅延され得る。加えて、ディスパッチャー18は、後で詳述されるように、車両出力が長期WLE指数特徴に基づいて、運転者に合うよう調整されるようにしてもよい。例えば、クルーズコントロール、アダプティブクルーズコントロール、音楽の推奨、設定可能なHMIなどを含むある種の車両システムの出力は、長期運転要求に基づいてもよい。   The WLE index may be sent to a dispatcher 18 that may be implemented as one or more controllers / processors or the like. Based on the WLE index, the dispatcher 18 (described later in section X) can act as a filter that blocks / delays information that should be communicated to the driver from reaching the driver. For example, the dispatcher 18 blocks all information intended for the driver if the WLE index is greater than 0.8, and if the WLE index is about 0.5, only the information for entertainment is sent. It behaves like blocking. The dispatcher 18 may schedule transmission of information to be transmitted to the driver based on the WLE index. For example, vehicle maintenance information, text-to-speech, incoming calls, etc. can be delayed during periods of high workload. In addition, the dispatcher 18 may adjust the vehicle output to suit the driver based on long-term WLE index characteristics, as will be described in detail later. For example, the output of certain vehicle systems, including cruise control, adaptive cruise control, music recommendations, configurable HMI, etc., may be based on long-term driving requirements.

運転者のワークロード状態は、速度の変動、加速度、ブレーキング、ステアリング、車間距離、計器盤インタラクションなどを含む観測可能な車両情報から推測され得る。表1は、運転者ワークロード負荷に関連する例示的な特徴/尺度を示す。   The driver's workload state can be inferred from observable vehicle information including speed fluctuations, acceleration, braking, steering, inter-vehicle distance, instrument panel interaction, and the like. Table 1 shows exemplary features / measures related to driver workload load.

Figure 2014013576
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表2a(CANを介して入手可能である例示的情報)及び表2b(CANを介してアクセス可能である例示的システム情報)は、当該技術で知られているCANを介して入手/アクセス可能であり得る例示的な情報を示す。   Table 2a (exemplary information available via CAN) and Table 2b (exemplary system information accessible via CAN) are available / accessible via CANs known in the art. Possible exemplary information is shown.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

Figure 2014013576
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II. 車両安定性制御の簡単な考察
車両の操作性は、その車両が旋回し、操作する能力を決定する。車両は、その操作性能を最大にするために、4つのタイヤの接触面によって道路に密着する必要がある。密着の限界を超えるタイヤは、スピン、スキッド又はスライドしている。1つ以上のタイヤがその密着の限界を超えている状態は、限界操作条件と呼ばれ得て、密着限界は操作限界と呼ばれ得る。いったんタイヤがその操作限界に達すると、平均的な運転者ならふつうはもはやコントロールできない。いわゆるアンダーステアの場合は、車は、運転者の操舵入力よりも少なく動作し、そのフロントタイヤがそれらの操作限界を超え、車両は運転者の操舵リクエストにもかかわらず直進し続ける。いわゆるオーバーステアの場合は、車は運転者の操舵入力よりも大きく動作し、そのリアタイヤがそれらの操作限界を超え、車両はスピンし続ける。安全のためにたいていの自動車は、その操作限界ではアンダーステアになるよう設計されている。
II. Simple considerations for vehicle stability control Vehicle operability determines the ability of the vehicle to turn and operate. The vehicle needs to be in close contact with the road by the contact surfaces of the four tires in order to maximize the operation performance. Tires that exceed the adhesion limit are spinning, skid or sliding. The condition in which one or more tires exceed their adhesion limit can be referred to as a critical operating condition, and the adhesion limit can be referred to as an operational limit. Once a tire reaches its operating limit, the average driver can usually no longer control it. In the case of so-called understeer, the car operates less than the driver's steering input, its front tires exceed their operating limits, and the vehicle continues straight ahead despite the driver's steering request. In the case of so-called oversteer, the car operates greater than the driver's steering input, its rear tires exceed their operating limits, and the vehicle continues to spin. For safety, most vehicles are designed to be understeered at their operational limits.

操作限界において、又は操作限界を超えて、運転者が車両を制御できない場合に車両制御を補償するために、電子安定制御システム(ESCシステム)は、タイヤの力を再配分することによって、車両を運転者の操舵リクエストと首尾一貫するよう効果的に旋回できるモーメントを発生するよう設計されている。すなわち、車両を制御することは、アンダーステア及びオーバーステアを避けることである。   To compensate for vehicle control when the driver is unable to control the vehicle at or beyond the operating limit, an electronic stability control system (ESC system) redistributes the tire forces to redistribute the vehicle. It is designed to generate a moment that can be effectively turned to be consistent with the driver's steering request. That is, controlling the vehicle is to avoid understeer and oversteer.

1995年に登場してから、ESCシステムは、さまざまなプラットフォームで実現されてきた。モデルイヤー2010中に始まり、モデルイヤー2012までには完全に装備されることを達成したので、米国連邦自動車安全基準126は、ESCシステムを10,000ポンド未満の総重量の車両全てに要求している。ESCシステムは、アンチロックブレーキシステム(ABS)及び全速度トラクションコントロールシステム(TCS)の拡張として実現され得る。ESCシステムは、運転者の意図の中心付近に位置する車両動的挙動に対しヨー及び横方向安定性支援を提供し得る。このシステムは、ブレーキ圧を個々の車輪(群)に割り当てる(運転者が加えた圧力より上又は下で)ことによって、車両の予期できないヨー及び横方向の滑りの動きを相殺するようなアクティブなモーメントを発生する。これは、ブレーキング、加速、又は惰性走行の間、どのようなトラクション表面についても操作限界において向上したステアリング制御につながる。より具体的には、現在のESCシステムは、運転者の意図した進路を、車上センサから推測される実際の車両応答と比較する。もし車両の応答が意図された進路とは異なる(アンダーステア又はオーバーステアのいずれか)なら、ESCコントローラは、選択された車輪(群)にブレーキングを行い、車両を意図された進路上に維持するために、かつ車両の制御の欠如を最小限にするためにもし必要ならエンジントルクを減少させる。   Since its introduction in 1995, ESC systems have been implemented on various platforms. Starting in model year 2010 and achieved to be fully equipped by model year 2012, the US Federal Automobile Safety Standard 126 requires an ESC system for all vehicles weighing less than 10,000 pounds. Yes. The ESC system can be implemented as an extension of an anti-lock braking system (ABS) and a full speed traction control system (TCS). The ESC system may provide yaw and lateral stability assistance for vehicle dynamic behavior located near the center of the driver's intention. This system is active such that the brake pressure is assigned to the individual wheel (s) (above or below the driver's applied pressure) to offset the vehicle's unexpected yaw and side slip movements. Generate moments. This leads to improved steering control at the operating limit for any traction surface during braking, acceleration or inertial running. More specifically, current ESC systems compare the driver's intended course with the actual vehicle response inferred from on-board sensors. If the vehicle response is different from the intended course (either understeer or oversteer), the ESC controller brakes the selected wheel (s) and keeps the vehicle on the intended course In order to reduce the engine torque, if necessary, and to minimize the lack of control of the vehicle.

限界操作条件は、ESCシステム内に既に存在するデータを用いて検出され得るので、新たなセンサは必要とされないかもしれない。例えば、ヨーレートセンサ、ハンドルセンサ、横方向加速度計、車輪速度センサ、マスターシリンダーブレーキ圧センサ、縦方向加速度計などを用いたESCシステムを備えた車両を考える。車両運動変数は、ISO−8855で定義される座標系で定義され、ここで車体上に固定された座標は、上への鉛直軸、車両ボディの長手方向(縦方向)に沿った軸、及び助手席から運転者席へ延びる横方向の軸を有する。   Since marginal operating conditions can be detected using data already present in the ESC system, a new sensor may not be required. For example, consider a vehicle equipped with an ESC system using a yaw rate sensor, steering wheel sensor, lateral accelerometer, wheel speed sensor, master cylinder brake pressure sensor, longitudinal accelerometer, and the like. Vehicle motion variables are defined in a coordinate system defined by ISO-8855, where the coordinates fixed on the vehicle body are the vertical axis up, the axis along the longitudinal direction (longitudinal direction) of the vehicle body, and It has a lateral axis extending from the passenger seat to the driver seat.

一般的に言って、車両レベルのフィードバック制御は、ヨーレート、サイドスリップ角、又は、これらと、運転者ブレーキング、エンジントルクリクエスト、ABS及びTCSのような他の制御コマンド間での調停との組み合わせのような個々の運動変数から算出できる。   Generally speaking, vehicle level feedback control is a combination of yaw rate, side slip angle, or arbitration between these and other control commands such as driver braking, engine torque request, ABS and TCS. It can be calculated from individual motion variables such as

前記鉛直軸に沿ったそのヨーレートω、そのリアアクスルにおいて定義されるそのサイドスリップ角βrを用いれば、よく知られた自転車のモデルは車両動力学を表現し、次の方程式に従う。 Using its yaw rate ω z along the vertical axis and its side slip angle β r defined at its rear axle, a well-known bicycle model expresses vehicle dynamics and follows the following equation:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、vは、車両の移動速度であり、M及びIは、車両の総質量及び慣性のヨーモーメントであり、c及びcは、フロントタイヤ及びリアタイヤのコーナリングスティフネスであり、b及びbは、車両の重心からフロント及びリアアクスルまでの距離であり、b=b+bであり、Mは、車両に加えられるアクティブモーメントであり、δは、フロントホイールのステアリング角である。 Here, v x is the moving speed of the vehicle, M and I z is yaw moment of the total mass and inertia of the vehicle, c f and c r is a cornering stiffness of the front tire and the rear tire, b f and b r is the distance from the center of gravity of the vehicle to front and rear axle, a b = b f + b r, M z is an active moment applied to the vehicle, [delta] is a steering angle of front wheels It is.

運転者のステアリング意図を反映するために用いられるヨーレートターゲット(目標ヨーレート)ωzt及びサイドスリップ角ターゲット(目標サイドスリップ角)βrtは、入力として測定されたハンドル角δ及び推定移動速度vを用いて式1から算出できる。このような計算において、車両は、通常の路面状態(例えば公称のコーナリングスティフネスc及びcを持つ高摩擦レベル)の道路上を走行すると仮定する。ヨーレートターゲット及びサイドスリップ角ターゲットを微調整するために、定常状態限界コーナリングのための、信号の調整、フィルタリング及び非線形補正が行われてもよい。これらの計算されたターゲット値(目標値)は、通常の路面上で運転者が意図した進路を特徴付ける。 The yaw rate target (target yaw rate) ω zt and the side slip angle target (target side slip angle) β rt used to reflect the driver's steering intention are the steering angle δ and the estimated moving speed v x measured as inputs. And can be calculated from Equation 1. Suppose in such a calculation, the vehicle includes a traveling on a road of the normal road surface condition (e.g., nominal cornering stiffness c high level of friction with the f and c r). To fine tune the yaw rate target and the side slip angle target, signal adjustment, filtering and non-linear correction may be performed for steady state limit cornering. These calculated target values (target values) characterize the course intended by the driver on a normal road surface.

ヨーレートフィードバックコントローラは、本質的にはヨーエラー(測定されたヨーレートとヨーレートターゲットとの差)から計算されるフィードバックコントローラである。もし車両が左折していて、ω≧ωzt+ωzdbos(ここでωzdbosは、時間変化するデッドバンドである)であるか、又は車両が右折していて、ω≦ωzt−ωzdbosであるなら、車両はオーバーステアしており、ESC内のオーバーステア制御機能をオンにしている。例えば、アクティブトルクリクエスト(オーバーステアの傾向を減少させるために車両に適用される)は、次式のように算出されてもよい。 The yaw rate feedback controller is essentially a feedback controller calculated from the yaw error (difference between measured yaw rate and yaw rate target). If the vehicle is turning left and ω z ≧ ω zt + ω zdbo (where ω zdbos is a time-varying dead band) or the vehicle is turning right and ω z ≦ ω zt −ω zdbos If the vehicle is oversteered, the oversteer control function in the ESC is turned on. For example, the active torque request (applied to the vehicle to reduce the oversteer tendency) may be calculated as:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、kosは、以下の式で定義され得る速度依存利得であり、これは次式のように定義されてもよい。 Here, k os is a speed-dependent gain that can be defined by the following equation, which may be defined as:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、パラメータk、kdbl、kdbu、vxdbl、vxdbuは調整可能である。 Here, the parameters k 0 , k dbl , k dbu , v xdbl and v xdbu can be adjusted.

もし車両が左折しているときに、ω≦ω−ωzdbos(ここでωzdbosは、時間変化するデッドバンドである)であるか、又は車両が右折しているときにω≧ω+ωzdbosであるなら、ESC内のアンダーステア制御機能がオンになる。アクティブトルクリクエストは、次式のように算出される得る。 If the vehicle is turning left, ω z ≦ ω z −ω zdbo (where ω zdbos is a time-varying dead band), or ω z ≧ ω when the vehicle is turning right If z + ω zdbos , the understeer control function in the ESC is turned on. The active torque request can be calculated as follows:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、kusは調整可能なパラメータである。 Here, k us is an adjustable parameter.

サイドスリップ角コントローラは、上述のオーバーステアヨーフィードバックコントローラを補足するフィードバックコントローラである。これはサイドスリップ角推定値βをサイドスリップ角ターゲットβrtと比較する。もしその差が閾値βrdbを超えるなら、サイドスリップ角フィードバック制御はオンになる。例えば、左折中のアクティブトルクリクエストは、次式のように計算される。 The side slip angle controller is a feedback controller that supplements the above-described oversteer yaw feedback controller. This compares the side slip angle estimate β r with the side slip angle target β rt . If the difference exceeds the threshold β rdb , side slip angle feedback control is turned on. For example, an active torque request during a left turn is calculated as follows:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、kss及びksscmpは調整可能なパラメータであり、βrcmpの上にドットを付したものは、サイドスリップ角の補償された時間微分である。 Here, k ss and k sscmp are adjustable parameters, and those with a dot on β rmcmp are the time derivatives with compensated side slip angles.

ヨー加速及びサイドスリップ勾配のような変数に基づく他のフィードバック制御項は、同様にして生成され得る。支配的な車両運動変数が、ヨーレート又はサイドスリップ角のいずれかであるとき、上述のアクティブトルクは、必要な制御車輪(群)及び対応する制御車輪(群)に送られるべきブレーキ圧の量を決定するために直接に使用されてもよい。もし車両の動力学が複数の運動変数によって支配されているなら、制御調停及び優先度付けが行われる。最終の調停されたアクティブトルクは、最終制御車輪(群)及び対応するブレーキ圧を決定するためにそれから用いられる。例えば、オーバーステアイベントの間は、フロント外側ホイールが制御車輪として選択され、アンダーステアイベントの間は、リア内側ホイールが制御車輪として選択される。大きなサイドスリップの場合の間は、フロント外側ホイールが制御車輪として常に選択される。サイドスリップ及びオーバーステアヨーイングが同時に起こっているときには、ブレーキ圧の量は、ヨーエラー及びサイドスリップ角制御コマンドの両方を積分することによって計算され得る。   Other feedback control terms based on variables such as yaw acceleration and side slip gradient can be generated in a similar manner. When the dominant vehicle motion variable is either the yaw rate or the side slip angle, the active torque described above determines the amount of brake pressure to be sent to the required control wheel (s) and the corresponding control wheel (s). It may be used directly to determine. If vehicle dynamics are dominated by multiple motion variables, control arbitration and prioritization is performed. The final arbitrated active torque is then used to determine the final control wheel (s) and corresponding brake pressure. For example, during an oversteer event, the front outer wheel is selected as the control wheel, and during the understeer event, the rear inner wheel is selected as the control wheel. During the case of a large side slip, the front outer wheel is always selected as the control wheel. When side slip and oversteer yawing are occurring simultaneously, the amount of brake pressure can be calculated by integrating both yaw error and side slip angle control commands.

運転者の操舵操作によって操作限界が超える上記場合を除けば、車両は、その縦運動方向において、その限界操作条件に達し得る。例えば、積雪があり、凍った道路上でのブレーキングは、車輪がロックされることにつながりえて、これは車両の停止距離を長くする。同様の道路上でスロットルを開けることは、車両を前に動かさずに駆動輪を空回りさせることになり得る。この理由で、操作限界は、これらの非ステアリング運転条件のために使用され得る。すなわちタイヤの縦方向ブレーキング又は駆動力がそれらのピーク値に達する条件も操作限界の定義に含んでもよい。   Except for the above case where the operation limit is exceeded by the driver's steering operation, the vehicle can reach the limit operation condition in the longitudinal movement direction. For example, braking on snowy and frozen roads can lead to wheels being locked, which increases the stopping distance of the vehicle. Opening the throttle on a similar road can cause the drive wheels to idle without moving the vehicle forward. For this reason, operational limits can be used for these non-steering driving conditions. That is, the condition that the longitudinal braking or driving force of the tire reaches the peak value thereof may be included in the definition of the operation limit.

ABS機能は、車両の移動速度に対する個々の車輪の回転運動をモニタし、これは縦方向スリップ比λによって特徴付けされ得て、i=1,2,3,4は左前輪、右前輪、左後輪、右後輪にそれぞれ対応し、スリップ比は次式のように算出され得る。 The ABS function monitors the rotational movement of the individual wheels with respect to the speed of movement of the vehicle, which can be characterized by a longitudinal slip ratio λ i , where i = 1, 2, 3, 4 are left front wheels, right front wheels, Corresponding to the left rear wheel and the right rear wheel, the slip ratio can be calculated as follows.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、t及びtは、フロント及びリアアクスルについてのハーフトラックであり、ωは、i番目の車輪速度センサの出力であり、κは、i番目の車輪速度スケールファクタであり、vは、車両のその重心位置における横方向速度であり、vminは、許容最小縦方向速度を反映するプリセットパラメータである。式6は、車両が後退運転モードではないときだけ有効であることに注意されたい。ブレーキングを開始した運転者が車輪のスリップを発生し過ぎるとき(例えば−λ≧λbp=20%のとき)、ABSモジュールは、その車輪におけるブレーキ圧を緩める。同様に、i番目の駆動輪に大きなスリップを発生する大きなスロットルが適用されているとき、TCSモジュールは、エンジントルク低減及び/又は同じアクスルにおける反対の車輪に加えられるブレーキ圧をリクエストする。その結果、ABS又はTCSのアクティベーションは、λisがλbp及びλtpからどのくらい近いかをモニタすることによって予測できる。 Here, t f and t r is the half track of the front and rear axle, ω i is the output of the i-th wheel speed sensors, κ i is the i-th wheel velocity scale factor, v y is the lateral velocity at the center of gravity of the vehicle, v min is a preset parameter reflecting the allowable minimum longitudinal velocity. Note that Equation 6 is valid only when the vehicle is not in reverse drive mode. When the driver who started braking generates too much wheel slip (for example, when -λ i ≧ λ bp = 20%), the ABS module relaxes the brake pressure at that wheel. Similarly, when a large throttle is applied that produces a large slip on the i th drive wheel, the TCS module requests engine torque reduction and / or brake pressure applied to the opposite wheel in the same axle. As a result, ABS or TCS activation can be predicted by monitoring how close λ is is to λ bp and λ tp .

III. 限界指数の扱い
前述のESC(ABS及びTCSを含む)は、その安全の目標を達成するには効果的であるが、さらなる高度化が依然として可能である。例えば、ロール安定性制御のために、ESCシステムの拡張が望ましいかもしれない。しかしESCが行おうとする適切な補正は、運転者又は環境状態によって打ち消されるかもしれない。ESCの介在があったとしても、そのタイヤが道路/タイヤのトラクション能力をはるかに超える高速走行中の自動車は、アンダーステア事故を防ぐことができないかもしれない。
III. Handling of critical indices The aforementioned ESCs (including ABS and TCS) are effective in achieving their safety goals, but further sophistication is still possible. For example, an ESC system extension may be desirable for roll stability control. However, the appropriate corrections that the ESC will make may be countered by the driver or environmental conditions. Even with ESC intervention, a high-speed car whose tire far exceeds the road / tire traction capability may not be able to prevent understeer accidents.

一般的に言って、限界条件を扱うことの正確な決定は、道路及びタイヤの特性を直接に測定すること、又は直接の測定が不可能なら多くの関連する変数からの集中的な情報が典型的には伴う。現在、これら方法の双方とも、実時間実現のためには十分には成熟していない。   Generally speaking, an accurate decision to deal with critical conditions is typically measured directly from road and tire characteristics, or intensive information from many related variables if direct measurements are not possible. It is accompanied. Currently, neither of these methods is mature enough for real-time realization.

そのフィードバックの特徴のために、ESCシステムは、先のセクションで説明されたような車両の運動変数(車両操作パラメータ)をモニタすることを通じて、潜在的な限界操作条件を決定するよう構成され得る。運動変数がその参照値から或る量だけ(例えば或るデッドバンドを超えて)ずれるとき、ESCシステムは、差分ブレーキング制御コマンド(群)を計算し、制御車輪(群)を決定し始めてもよい。その後、対応するブレーキ圧(群)は、車両を安定化するために制御車輪(群)に送られる。ESC起動の開始点は、操作限界の開始と考えられる。   Due to its feedback feature, the ESC system can be configured to determine potential critical operating conditions through monitoring vehicle motion variables (vehicle operating parameters) as described in the previous section. When the motion variable deviates from its reference value by a certain amount (eg, beyond a certain dead band), the ESC system may calculate a differential braking control command (s) and begin to determine the control wheel (s) Good. Thereafter, the corresponding brake pressure (s) are sent to the control wheel (s) to stabilize the vehicle. The starting point of ESC activation is considered to be the start of the operating limit.

より具体的には、相対操作限界マージンhは次式のように定義することができる。 More specifically, the relative operating limits margin h x can be defined as:.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、xは運動変数の参照値からのずれであり、[x1,x2](x1はxの下にバーが付された変数を表し、x2はxの上にバーが付された変数を表す)はESC、ABS又はTCSを始動することなく、xが入るデッドバンド区間を定義する。xは、先のセクションで定義した制御変数群のうちの任意のもの(又は任意の他の適切な制御変数)であり得る。   Here, x is a deviation from the reference value of the motion variable, [x1, x2] (x1 represents a variable with a bar under x, and x2 represents a variable with a bar over x. Represents a deadband interval in which x enters without activating ESC, ABS or TCS. x can be any of the control variable groups defined in the previous section (or any other suitable control variable).

式7で定義されたhの利点は、運転条件が、異なるカテゴリーに定量的に特徴付けられ得ることである。例えばh≦10%のときは、運転条件は、運転者が特別な注意を払うか、又は特別な行動(例えば車両の減速)を取らなければならないレッドゾーン条件にカテゴライズされ得て、10%<h<40%のときは、運転条件は、運転者がある程度のレベルの特別な注意を必要とするイエローゾーン条件としてカテゴライズされ得て、40%<h≦100%のときは、運転条件は、ノーマル条件として特徴付けされ得る。ノーマル条件においては、運転者は、そのノーマル運転のための注意を維持するだけでよい。もちろん異なる範囲を用いてもよい。 The advantage of h x defined in Equation 7 is that the operating conditions can be characterized quantitatively into different categories. For example, when h x ≦ 10%, the driving conditions can be categorized into red zone conditions where the driver must take special care or take special action (eg, vehicle deceleration), and 10% When <h x <40%, the driving conditions can be categorized as yellow zone conditions where the driver needs some level of special attention, and when 40% <h x ≦ 100% The condition can be characterized as a normal condition. Under normal conditions, the driver only needs to maintain the caution for that normal driving. Of course, different ranges may be used.

より具体的に、先のセクションで計算された制御変数を用いて、hの計算を議論する。オーバーステア状態の間の車両のヨー操作限界マージンhOS(ここで車両が左折しているときにはω>ωztであり、車両が右折しているときにはω<ωztである)は、x=ω−ωzt及びx2=ωzdbos=−x1と設定することによって、式7から算出できる。ここで、ωzdbosは、式2で定義されたオーバーステアヨーレートデッドバンドである。 More specifically, the calculation of h x will be discussed using the control variables calculated in the previous section. The yaw operation limit margin h OS of the vehicle during the oversteer state (where ω z > ω zt when the vehicle is turning left and ω zzt when the vehicle is turning right) is x By setting = ω z −ω zt and x2 = ω zdbos −−x1, it can be calculated from Equation 7. Here, ω zdbos is an oversteer yaw rate dead band defined by Equation 2.

同様に、アンダーステア状態についての車両のヨー操作限界マージンhUSは、x=ω−ωzt及びx2=ωzdbus=−x1と設定することによって式7から算出できる。ここで、ωzdbusは、式4で定義されたアンダーステアヨーレートデッドバンドである。上述のデッドバンドは、車両速度、ヨーレートターゲットの大きさ、測定されたヨーレートの大きさなどの関数であり得ることに注意されたい。アンダーステア状態(x<0)及びオーバーステア状態(x>0)についてのデッドバンドは互いに異なり、それらは調整可能なパラメータである。 Similarly, the yaw operation limit margin h US of the vehicle for the understeer state can be calculated from Equation 7 by setting x = ω z −ω zt and x2 = ω zdbus = −x1. Here, ω zdbus is an understeer yaw rate dead band defined by Equation 4. Note that the deadband described above can be a function of vehicle speed, yaw rate target magnitude, measured yaw rate magnitude, and the like. The dead bands for the understeer state (x <0) and the oversteer state (x> 0) are different from each other and are adjustable parameters.

車両のサイドスリップ操作限界マージンhSSRAは、x=β−βrt及びx2=βrdb=−x1と設定することによって式7から算出できる。 The side slip operation limit margin h SSRA of the vehicle can be calculated from Expression 7 by setting x = β r −β rt and x2 = β rdb = −x 1.

車両の縦方向操作限界は、タイヤの駆動力又はブレーキング力のいずれかが操作限界に近づく時の状態と関連する。i番目の駆動輪についてのトラクション制御操作限界マージンhTCSiは、x=λ、x1=0及びx2=λtbと設定することによって式7から算出できる。i番目の車輪についてのABS操作限界マージンhABSiも、x=λ、x1=λbp及びx2=0と設定することによって式7から算出できる。最終的なトラクション及びブレーキング操作限界マージンは、 The longitudinal operation limit of the vehicle is related to a state when either the driving force or the braking force of the tire approaches the operation limit. The traction control operation limit margin h TCSi for the i th drive wheel can be calculated from Equation 7 by setting x = λ i , x1 = 0 and x2 = λ tb . The ABS operation limit margin h ABSi for the i-th wheel can also be calculated from Equation 7 by setting x = λ i , x1 = λ bp and x2 = 0. The final margin for traction and braking operation is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって定義できる。 Can be defined by

上述の操作限界マージンを計算する際には、さらなる選択する状態を用いてもよいことに注意されたい。例えば以下の状態のうちの1つ、又はいくつかの組み合わせが満足するときは、操作限界マージンをゼロに設定してもよい。すなわち、ヨーレートターゲットの大きさが或る閾値を超えているとき、測定されたヨーレートが或る閾値より大きいとき、運転者のステアリング入力が或る閾値を超えるとき、又は車両のコーナリング加速度が0.5Gよりも大きい、車両の減速が0.7Gよりも大きい、車両が閾値を超えた速度(例えば100マイル/時)で走行しているなどのような極端な状態である。   Note that further selection states may be used when calculating the operational limit margin described above. For example, the operating margin may be set to zero when one or some combination of the following conditions is satisfied. That is, when the yaw rate target size exceeds a certain threshold, when the measured yaw rate is greater than a certain threshold, when the driver's steering input exceeds a certain threshold, or when the vehicle cornering acceleration is 0. It is an extreme condition such as greater than 5G, vehicle deceleration greater than 0.7G, or the vehicle traveling at a speed exceeding a threshold (eg, 100 miles / hour).

上述の操作限界マージン計算を試験し、既知の運転状態についてそれらの効果を確認するために、フォードモーターカンパニーで開発された研究用ESCシステムを備えた車両が車両試験を行うのに用いられた。   In order to test the operating margin margin calculations described above and confirm their effects on known driving conditions, vehicles equipped with a research ESC system developed by the Ford Motor Company were used to perform vehicle tests.

図2に示された車両速度、スロットリング、及びブレーキングによって表現された運転条件について測定され計算された車両運動変数は、図3A〜図3Cに示される。対応する個別の操作限界マージンhUS、hOS、hTCS、hABS及びhSSRAは、図4A〜図4Cに示される。この試験は、全てのESC計算を実行させながら、スノーパッド上でフリーフォームスラロームとして行われた。ブレーキ圧の印加は、車両が真の限界操作状況に近づくようにするためにオフにされている。 The vehicle motion variables measured and calculated for the driving conditions expressed by the vehicle speed, throttling and braking shown in FIG. 2 are shown in FIGS. 3A-3C. The corresponding individual operating limit margins h US , h OS , h TCS , h ABS and h SSRA are shown in FIGS. 4A-4C. This test was conducted as a freeform slalom on a snow pad with all ESC calculations performed. The application of brake pressure is turned off to bring the vehicle closer to the true limit operating situation.

もう一つの試験については、車両は、高い摩擦レベルを持つ路面上を走行した。この試験のための車両速度、トラクション、及びブレーキングのプロファイルは、図5に示される。車両運動状態は、図6A〜図6Cに示される。対応する個別の操作限界マージンhUS、hOS、hTCS、hABS及びhSSRAは、図7A〜図7Cに示される。 For another test, the vehicle ran on a road surface with a high friction level. The vehicle speed, traction and braking profiles for this test are shown in FIG. The vehicle motion state is shown in FIGS. 6A to 6C. The corresponding individual operating limit margins h US , h OS , h TCS , h ABS and h SSRA are shown in FIGS. 7A-7C.

全ての個別の操作限界マージンの総合変動は、   The total variation of all individual operating margins is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

のように定義される。総合操作限界マージンの急な変化が信号ノイズによるかもしれないことを考慮して、henvを平滑化するためにローパスフィルタF(z)が用いられ、それにより最終的な操作限界指数(HL指数)又はマージンを得ることができる。 Is defined as follows. Taking into account that a sudden change in the overall operating limit margin may be due to signal noise, a low-pass filter F (z) is used to smooth h env and thereby the final operating limit index (HL index). ) Or a margin can be obtained.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

図2及び図3A〜3Cに示される車両試験データについては、最終的な操作限界マージンは、図8に示され、一方、図5及び図6A〜6Cに示される車両試験データについては、最終的な操作限界マージンは、図9に示される。   For the vehicle test data shown in FIGS. 2 and 3A-3C, the final operating limit margin is shown in FIG. 8, while for the vehicle test data shown in FIGS. 5 and 6A-6C, the final A critical operating margin is shown in FIG.

HL指数は、0及び1の間の連続的な変数を提供し得て、運転者がその車両操作限界にどのくらい近いかを示す(1の値は運転者が車両の操作限界にあることを示す)。このモデルベースのHL指数は、例えば、低μ路面運転条件の間に、特に重要な運転要求情報を提供し得る。   The HL index can provide a continuous variable between 0 and 1, indicating how close the driver is to its vehicle operating limit (a value of 1 indicates that the driver is at the vehicle operating limit) ). This model-based HL index may provide particularly important driving requirement information, for example, during low μ road surface driving conditions.

車両がその操作限界に近づくにつれて、車両制御を維持するためには、より視覚的で、物理的で、かつ認知的な注意が要求されることを想定すれば、運転者のワークロード情報は、HL指数から推測され得る。運転者に対するワークロードが増すにつれ、HL指数も増す。運転者に対するワークロードが減るにつれ、HL指数も減る。   As the vehicle approaches its operating limits, assuming that more visual, physical and cognitive attention is required to maintain vehicle control, the driver's workload information is It can be inferred from the HL index. As the workload on the driver increases, so does the HL index. As the workload on the driver decreases, so does the HL index.

IV. 運転者制御アクション指数
運転者制御アクション指数(DCA指数)は、例えば、加速、ブレーキング、及びステアリングについての運転者の制御アクションの総合的な変動を示す、0及び1の間の連続的な変数を提供し得る。運転者の標準的な運転からの変動が増していることは、運転要求が増していることを反映することもあり得て、その逆もあり得る。よって、DCA指数は、車両制御アクションの異なる標準を有する異なる運転者に関連付けられた変動(運転要求)の尺度を提供し得る。
IV. Driver Control Action Index The Driver Control Action Index (DCA Index) is a continuous between 0 and 1 indicating the total variation of the driver's control action for acceleration, braking and steering, for example. Variable can be provided. An increase in the driver's variation from standard driving may reflect an increase in driving demand and vice versa. Thus, the DCA index may provide a measure of variability (driving demand) associated with different drivers having different standards of vehicle control action.

例えば、アクセルペダル変動の運転要求に対する影響を考えてみる。図10及び図11を参照すれば、例えば高要求及び低要求の状況の時間に対する実時間のアクセルペダル位置がそれぞれプロットされている。低要求の場合に比べて高要求の場合においては、アクセルペダルの変動が相当に大きいことが明らかである。   For example, consider the effect of accelerator pedal variation on driving requirements. Referring to FIGS. 10 and 11, for example, real time accelerator pedal positions are plotted versus time for high demand and low demand situations, respectively. It is clear that the accelerator pedal variation is considerably greater in the case of high demand than in the case of low demand.

図10及び図11のアクセルペダル位置の標準偏差は、図12及び図13にそれぞれプロットされている。   The standard deviations of the accelerator pedal positions in FIGS. 10 and 11 are plotted in FIGS. 12 and 13, respectively.

図14を参照して、図12及び図13の分布への確率あてはめは、標準形のガンマ関数   Referring to FIG. 14, probability fitting to the distributions of FIGS.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

を用いて生成される。 Is generated using

ここで、aはスケールファクタであり、bはシェープファクタである。図14の破線は低運転要求の標準偏差分布を表し、実線は高運転要求の標準偏差分布を表す。アクセルペダル変動のこれら確率分布は、運転要求カテゴリー及び現在の分類機会の間の差異のレベルを示す。例えば、2%の標準偏差は、低運転要求の特徴である可能性がより高くなり、一方、10%の標準偏差は、高運転要求の特徴である可能性がより高くなる、などである。この手法は、ブレーキペダル位置、ハンドル角、及び/又は他の運転者の制御アクションパラメータについても同様に応用できる。よって、DCA指数は、アクセルペダル、ブレーキペダル、ステアリングホイールなどに対する運転者アクションの変動に基づいて、運転要求を推定することができる。   Here, a is a scale factor, and b is a shape factor. The broken line in FIG. 14 represents the standard deviation distribution of the low driving request, and the solid line represents the standard deviation distribution of the high driving request. These probability distributions of accelerator pedal variation indicate the level of difference between the driving requirement category and the current classification opportunity. For example, a standard deviation of 2% is more likely to be a feature of low driving demand, while a standard deviation of 10% is more likely to be a characteristic of high driving demand. This approach is equally applicable to brake pedal position, steering wheel angle, and / or other driver control action parameters. Therefore, the DCA index can estimate a driving request based on a change in driver action with respect to an accelerator pedal, a brake pedal, a steering wheel, and the like.

図14に示される標準偏差変化の平均は、運転者が異なれば、変化し得る。DCA指数の算出は、これらの変化する平均値を考慮して、相対的変化を算出してもよい。予期されるアクションをキャプチャするために、運転者入力の導関数も組み込んでよい。この分散計算は、それぞれのファクタ(例えばアクセルペダル位置/速度、ブレーキペダル位置/速度、ハンドル角位置/速度など)の共分散の行列式の解析から得ることができる。   The average of the standard deviation changes shown in FIG. 14 can change if the driver is different. In calculating the DCA index, relative changes may be calculated in consideration of these changing average values. A driver input derivative may also be incorporated to capture the expected action. This variance calculation can be obtained from a determinant analysis of the covariance of each factor (eg, accelerator pedal position / speed, brake pedal position / speed, steering wheel angle position / speed, etc.).

DCA指数は、或る種の実施形態では以下の式に基づいて、運転要求に影響する共分散の行列式をそれぞれのファクタについて反復して計算することによって算出される。   The DCA index is calculated by iteratively calculating for each factor a covariance determinant that affects driving demands in certain embodiments based on the following equation:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

Figure 2014013576
Figure 2014013576

Figure 2014013576
Figure 2014013576

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、xは運転者制御アクション及びその導関数(時刻kにおける)のそれぞれについての2次元ベクトルであり、xの上にバーが付された変数は、平均であり(それぞれの運転サイクルの間に連続的にアップデートされ、それぞれの運転サイクル後はリセットされてもよい)、αは較正された忘却係数であり、Gは推定された逆共分散行列であり、Iは単位行列であり、Pは推定された共分散行列であり、Δx は式12のΔxの転置である。 Where x k is a two-dimensional vector for each of the driver control action and its derivative (at time k), and the variable with a bar on x k is the average (each driving cycle). May be continuously updated during each operation cycle and reset after each driving cycle), α is the calibrated forgetting factor, G k is the estimated inverse covariance matrix, and I is the identity matrix Yes, P k is the estimated covariance matrix, and Δx k T is the transpose of Δx k in Equation 12.

共分散行列の反復して計算された行列式detは、   The determinant det calculated by iterating the covariance matrix is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられる。 Given by.

ここで、nはベクトルxのサイズである。これは、運転者の加速、ブレーキング、及び/又はステアリングパフォーマンスの、これらパラメータについての特定の運転者の平均値に対する、推定された変動の尺度を与える。また、これは、運転者制御アクションの総合された変動の顕著な変化をキャプチャするために追跡され得る、全分散の単一次元の尺度を与える。 Here, n is the size of the vector x k. This gives a measure of the estimated variation of the driver's acceleration, braking and / or steering performance relative to the average value of the particular driver for these parameters. This also provides a single dimensional measure of total variance that can be tracked to capture significant changes in the overall variation of driver control actions.

最終的なDCA指数(DCA Index)は、0及び1の間の連続的な信号にスケーリングされ、   The final DCA index is scaled to a continuous signal between 0 and 1,

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられ得る。 Can be given by.

ここで、APVはアクセルペダル変動であり、BPVはブレーキペダル変動であり、SVはステアリング変動である。   Here, APV is accelerator pedal variation, BPV is brake pedal variation, and SV is steering variation.

図15Aにプロットされたアクセルペダル位置及び図15Bにプロットされたハンドル角は、前記の手法を用いて分析された。図15Cは、図15A及び図15Bの入力に基づいたDCA指数についての例示的出力を示す。共分散行列(式16)の行列式は、この例では、運転者の加速及びステアリングパフォーマンスの推定された変動の尺度を与える。それぞれの変動は、正規化され、それぞれの最大値を選ぶことによって集約統合され、図15CにプロットされたDCA指数を生成している。図15Dには車両速度が参考までにプロットされている。増加変動は、DCA指数のスケール上では1に近い数値(比較的高い運転要求を表す)としてキャプチャされ、一方、減少変動は、例えば0及び0.2の間の数値(比較的低い運転要求を表す)としてスケール上ではキャプチャされている。   The accelerator pedal position plotted in FIG. 15A and the handle angle plotted in FIG. 15B were analyzed using the technique described above. FIG. 15C shows an exemplary output for the DCA index based on the inputs of FIGS. 15A and 15B. The determinant of the covariance matrix (Equation 16), in this example, provides a measure of estimated variation in driver acceleration and steering performance. Each variation is normalized and aggregated by choosing the respective maximum value to produce the DCA index plotted in FIG. 15C. In FIG. 15D, the vehicle speed is plotted for reference. Increasing fluctuations are captured as numbers close to 1 on the DCA index scale (representing relatively high driving demand), while decreasing fluctuations are figures between 0 and 0.2 (relatively low driving demand). It is captured on the scale.

V. 計器盤指数
運転者の、計器盤及び/又はその他のタッチ/音声関連のインタフェースとのインタラクションは、運転者アクティビティの指標を与えるかもしれない。そのような運転者アクティビティレベルが増えると、運転者に対する認知的要求も増えることがある。表1に示したように、運転者のボタン押下アクティビティが増えると、運転者のワークロードも増えることがある。ワイパー制御部、エアコン制御部、音量制御部、方向指示器、センタースタックコンソール、ウィンドウ制御部、パワーシート制御部、音声コマンドインタフェースなどを含む車内制御部とのインタラクションの頻度は、複合指数に集約統合できる。よって、計器盤指数(IP指数)は、運転者の、計器盤、電子装備品、及び/又は任意の他のHMIとのインタラクションを表す連続的な出力(0及び1の間)を提供する。
V. Instrument Panel Index The driver's interaction with the instrument panel and / or other touch / voice related interfaces may provide an indication of driver activity. As such driver activity levels increase, cognitive demands on the driver may also increase. As shown in Table 1, as the driver's button press activity increases, the driver's workload may also increase. Frequency of interaction with in-vehicle control unit including wiper control unit, air conditioner control unit, volume control unit, turn indicator, center stack console, window control unit, power seat control unit, voice command interface, etc. it can. The instrument panel index (IP index) thus provides a continuous output (between 0 and 1) that represents the driver's interaction with the instrument panel, electronics, and / or any other HMI.

例えば任意の時刻kにおいてボタン/インタフェースデバイスが押下/オンされると、その出力は、   For example, if a button / interface device is pressed / on at any time k, its output is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられる。 Given by.

ボタン/インタフェースデバイスが押下/オンされないと、その出力は、   If the button / interface device is not pressed / on, its output is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられる。 Given by.

ここで、BPは、追跡されているそれぞれのボタン/インタフェースについての、押下/オンされたボタン/インタフェースの追跡値であり、αは、較正可能な忘却係数である。 Where BP i is the pressed / on button / interface tracking value for each button / interface being tracked and α is a calibratable forgetting factor.

IP指数(IP Index)は、   The IP index is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられ得る。 Can be given by.

ここで、nは、追跡されているボタン/インタフェースの個数である。IP指数は、ここで説明されている統合手法の任意のものを用いて決定され得る。例としては、式28及び式29を参照して後に説明されているものと同様の手法が用いられ得る。   Where n is the number of buttons / interfaces being tracked. The IP index may be determined using any of the integration techniques described herein. As an example, a technique similar to that described later with reference to equations 28 and 29 may be used.

例示的な方向指示器及びエアコンのアクティビティ入力は、それぞれ図16A及び図16Bにプロットされている。結果として生じるIP指数は、式18、式19及び式20に従って決定され、図16Cにプロットされている。この例では、立ち上がり時間及び定常状態値は、アクティビティの持続期間に基づいている。   Exemplary direction indicators and air conditioner activity inputs are plotted in FIGS. 16A and 16B, respectively. The resulting IP index is determined according to Equation 18, Equation 19, and Equation 20, and is plotted in FIG. 16C. In this example, the rise time and steady state values are based on the duration of the activity.

VI. 車間指数
車間指数は、0及び1の間の連続的な変数を提供し、運転されている車両がどのくらいその前方(又は側方)の車両(又は他の物体)に近いかを示す。表1に示されるように、ワークロード負荷が増えていることが、平均車間時間が減っていること、及び/又は最小間隔が減っていることから推測できる。
VI. Vehicle-to-vehicle index The vehicle-to-vehicle index provides a continuous variable between 0 and 1, indicating how close the vehicle being driven is to its front (or side) vehicle (or other object). As shown in Table 1, it can be inferred that the workload load has increased because the average inter-vehicle time has decreased and / or the minimum interval has decreased.

現在の速度依存の間隔(車間時間)は、次式から得られる。   The current speed-dependent interval (inter-vehicle time) is obtained from the following equation.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、r(k)は、任意の時刻kにおける先行車両の位置であり、r(k)は、後続車両の位置であり、v(k)は、後続車両の速度である。 Here, r p (k) is the position of the preceding vehicle at an arbitrary time k, r f (k) is the position of the following vehicle, and v f (k) is the speed of the following vehicle.

平均間隔HW(k)は、 The average interval HW m (k) is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

から得られる。 Obtained from.

ここで、αは、指数フィルタリングのための時定数であって、適宜、選択することができる。   Here, α is a time constant for exponential filtering, and can be appropriately selected.

そして、HW指数(HW Index)は、   And HW index (HW Index) is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

から得られる。 Obtained from.

ここで、γは、HW指数の感度利得であり、HWMAXは、較正された値である。この利得は、最大指数1を満足するのに必要とされる車間時間に依存して選択/適応され得る。 Here, γ is the sensitivity gain of the HW index, and HW MAX is a calibrated value. This gain can be selected / adapted depending on the inter-vehicle time required to satisfy the maximum index of 1.

他の実施形態において感度利得は、例えば運転者のタイプに基づいて選択/適応され得る。もし「若年者」、「高齢者」、「10代」、「初心者」、「熟練者」などの運転者のタイプが既知であるなら、感度利得がそれに応じて調整されてもよい。この技術分野で知られるように、運転者は、本人によって携帯されるトークンに基づいて「若年者」、「高齢者」、「10代」などと特定できる。トークンは、車両によって検出され、運転者のタイプを特定するのに用いられ得る。代替として、車両は、運転者が自分のタイプを特定できるようにする選択ボタンを設けてもよい。しかし、運転者をタイプによって区分するための任意の適切な/既知の手法が用いられ得る。「若年者」及び「10代」についての感度利得は高くされ、一方、「熟練者」の運転者についての感度は低くされるなどのようであってもよい。他の実施形態においては、「10代」及び「初心者」の運転者についての感度利得は、より高くなるよう選択され、「熟練者」の運転者についてはより低くなるよう選択されるなどのようであってもよい。よって、同じ車間距離(車間時間)が与えられても、HW指数は、「10代」の運転者についてはより高くなり、「熟練者」の運転者については低くなる、などのようであってもよい。   In other embodiments, the sensitivity gain may be selected / adapted based on, for example, the type of driver. If the type of driver is known, such as “young”, “elderly”, “teen”, “beginner”, “expert”, the sensitivity gain may be adjusted accordingly. As known in the art, a driver can be identified as “young”, “elderly”, “teen”, etc. based on the token carried by the person. The token can be detected by the vehicle and used to identify the type of driver. Alternatively, the vehicle may be provided with a selection button that allows the driver to identify his type. However, any suitable / known technique for classifying drivers by type can be used. The sensitivity gain for “young” and “teen” may be increased while the sensitivity for a “skilled” driver may be decreased. In other embodiments, the sensitivity gains for “teen” and “beginner” drivers are chosen to be higher, for “expert” drivers, etc., etc. It may be. Therefore, even if the same inter-vehicle distance (inter-vehicle time) is given, the HW index becomes higher for a “teen” driver, lower for a “skilled” driver, and so on. Also good.

代替として(又はそれに加えて)、感度利得は、環境状態に基づいて選択/適応されてもよい。ホイールスリップの検出を通してなどのように、任意の適切な/既知の手法によって決定された、濡れた又は凍った路面状態は、感度利得が増えることにつながり得る。乾いた路面状態は、感度利得が低くなり得る。交通量密度、地理的位置などを含む任意の適切な環境状態は、感度利得を選択する/変化させるのに用いられ得る。   Alternatively (or in addition), the sensitivity gain may be selected / adapted based on environmental conditions. Wet or icy road conditions determined by any suitable / known technique, such as through detection of wheel slip, can lead to increased sensitivity gain. In dry road conditions, the sensitivity gain can be low. Any suitable environmental conditions, including traffic density, geographic location, etc. can be used to select / change the sensitivity gain.

交差点、道路工事、高要求道路構造などを含むインフラストラクチャへの近接も、式21、式22及び式23で計算されたのと同様に計算され得る。そのような場合、HW指数は、   Proximity to infrastructure, including intersections, road works, high demand road structures, etc., can also be calculated in the same way as calculated by Equation 21, Equation 22 and Equation 23. In such a case, the HW index is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられ得る。 Can be given by.

ここで、nは、追跡されている、高運転要求の近接項目の個数である。式24のための重み付けされた関数が用いられてもよい。   Here, n is the number of proximity items that are being tracked and that require high driving. A weighted function for Equation 24 may be used.

他の実施形態においては、隣接するレーンでの交通量が増すことによる増加した間隔の戻り値は、HW指数に入力されるバイアスとして用いられ得る(表1に示されるように増加した交通量密度は、運転要求を高くし得る)。   In other embodiments, the increased spacing return due to increased traffic in adjacent lanes can be used as a bias input to the HW index (increased traffic density as shown in Table 1). Can increase driving demand).

更に他の実施形態においては、衝突までの時間が1000ms未満の領域で追跡されてもよい。潜在的な切迫した衝突状況では、HW指数出力は、最大値の1に設定されてもよい。   In yet other embodiments, the time to collision may be tracked in an area that is less than 1000 ms. In a potential impending crash situation, the HW index output may be set to a maximum value of 1.

図17を参照して、衝突までの時間tは、次式のように算出され得る。 Referring to FIG. 17, the time t c until the collision can be calculated as follows.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、vは近接速度であり、Aは相対加速度であり、Xは車両間の距離である。この距離及び近接速度の情報は、任意の適切な/既知のレーダーシステム、ビジョンシステム、ライダーシステム、車両対車両通信システムなどから獲得され得る。 Here, v x is a proximity speed, A x is a relative acceleration, and X is a distance between vehicles. This distance and proximity velocity information may be obtained from any suitable / known radar system, vision system, rider system, vehicle-to-vehicle communication system, etc.

以下のシナリオの例示的な車両におけるHW指数の計算を考慮し、図18〜図20は、ホスト車両速度、車両間近接速度及びシナリオ中の範囲を示す。図21及び図22は、平均間隔(式22から計算される)及びHW指数(式23から計算される)をそれぞれ示す。   Considering the calculation of the HW index in an exemplary vehicle for the following scenario, FIGS. 18-20 show the host vehicle speed, the inter-vehicle proximity speed, and the range in the scenario. 21 and 22 show the average interval (calculated from Equation 22) and the HW index (calculated from Equation 23), respectively.

VII. ルールベースのサブシステム
図1を再び参照すると、ルールベースのサブシステム12は、イベントバイナリ出力フラグを決定するための知識ベース及び事実を含んでもよい。サブシステム12は、システム10の他の要素を補充するための、特定のエキスパートエンジニアリング及び車両・運転者・環境インタラクションルールを備えてもよい。知識は、ルール群のセットとして表現されてもよい。車両システムの特定のアクティベーションが組み込まれてもよい。
VII. Rule-Based Subsystem Referring back to FIG. 1, the rule-based subsystem 12 may include a knowledge base and facts for determining event binary output flags. Subsystem 12 may include specific expert engineering and vehicle / driver / environment interaction rules to supplement other elements of system 10. Knowledge may be expressed as a set of rules. A specific activation of the vehicle system may be incorporated.

それぞれのルールは、出力ワークロードの推奨を特定し、IF(条件)、THEN(アクション)構造を有する。ルールの条件部が満たされると、アクション部が実行される。それぞれのルールは、出力ワークロード(0又は1)の推奨を特定してもよい。縦方向加速度、横方向加速度、ハンドル角、ボタンの使用など(例えば表2a及び表2bを参照)を含むいくつかの車両パラメータは、サブシステム12によって任意の適切な/既知のやり方で、例えば車両のCANバスからモニタ/獲得され得る。これらパラメータと関連付けられた事実及びそれらの組み合わせは、条件ルールを設定するのに用いられ得る。   Each rule specifies an output workload recommendation and has an IF (condition) and THEN (action) structure. When the condition part of the rule is satisfied, the action part is executed. Each rule may specify a recommendation for the output workload (0 or 1). Several vehicle parameters, including longitudinal acceleration, lateral acceleration, steering angle, button usage, etc. (see, eg, Table 2a and Table 2b) can be performed by subsystem 12 in any suitable / known manner, eg, vehicle Can be monitored / acquired from the CAN bus. The facts associated with these parameters and combinations thereof can be used to set up conditional rules.

サブシステム12によって実現される一般的なルールは、次のような形式であってもよい。   The general rules realized by the subsystem 12 may be in the following format.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

イベント中のインフォテインメント又は車両キャビンシステムの具体的な遅延又は制限は、エキスパートルールからイネーブルされる。ルールベースの出力は、特定の特徴の使用及び条件に対する運転要求のエキスパート見解の使用に基づいて、相対出力統合を提供するために更に処理されてもよい。   Specific delays or limitations of infotainment or vehicle cabin systems during events are enabled from expert rules. The rule-based output may be further processed to provide relative output integration based on the use of specific features and the use of expert views of driving requirements for conditions.

ルールは、例えば表2a及び表2bに挙げた情報に基づいてもよい。例えば、もしハンドル角が105度よりも大きいならば、Event_Flag =1とする。他のルールももちろん構築され得る。   The rules may be based on the information listed in Tables 2a and 2b, for example. For example, if the handle angle is greater than 105 degrees, Event_Flag = 1. Other rules can of course be constructed.

VIII. 統合
HW指数(HW Index)、DCA指数(DCA Index)、IP指数(IP Index)及びHL指数(HL Index)の1つ以上が、以下に説明される手法を用いて、サブシステム14により集約統合されることによって、追跡指数(T指数)を形成してもよい。しかし1つの指数だけが使用/算出/決定される実施形態においては、統合は必要ではないかもしれない。
VIII. Integration One or more of the HW Index, DCA Index, DCA Index, IP Index, and HL Index are determined by subsystem 14 using the techniques described below. A tracking index (T index) may be formed by being consolidated. However, in embodiments where only one index is used / calculated / determined, integration may not be necessary.

ある種の実施形態においては、短期の統合を用いて、運転者に伝えられるべき情報/タスクを予定/遅延/抑制してもよい。推定された最高の運転要求が必要とされる状況については、T指数(T Index、又は式29ではTracking_Index)は、   In certain embodiments, short-term integration may be used to schedule / delay / suppress information / tasks to be communicated to the driver. For situations where the highest estimated driving demand is required, the T index (T Index, or Tracking_Index in Equation 29) is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられ得る。 Can be given by.

他の実施形態においては、以下に説明されるように、指数値の平均/最大出力の組み合わせについては、コンテキスト依存の統合が採用される。例えば図1を参照して、DCA指数、IP指数、HL指数及びHW指数がサブシステム14によって組み合わされることで、   In other embodiments, context dependent integration is employed for the average / maximum output combination of exponent values, as described below. For example, referring to FIG. 1, the DCA index, the IP index, the HL index, and the HW index are combined by the subsystem 14 such that

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられるT指数を生成してもよい。 The T index given by may be generated.

ここで、wは、入力に課せられる運転要求値に依存する、コンテキスト依存の重みである。式28を展開すれば、 Here, w i is a context-dependent weight that depends on the driving requirement value imposed on the input. If Equation 28 is expanded,

Figure 2014013576
Figure 2014013576

となる。ここで、WLEDCA、WLEIP、WLEHL及びWLEHWは、それぞれDCA指数、IP指数、HL指数、及びHW指数出力である。対応する重みはwDCA、wIP、wHL及びwHWによって与えられる。 It becomes. Here, WLE DCA , WLE IP , WLE HL, and WLE HW are DCA index, IP index, HL index, and HW index outputs, respectively. The corresponding weight is given by w DCA , w IP , w HL and w HW .

表3及び表4において、統合のための例示的ルールを挙げる。   Tables 3 and 4 list exemplary rules for integration.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

Figure 2014013576
Figure 2014013576

サブシステム16は、サブシステム14を参照して、前記手法を用いて、ルールベース指数(Rule-Based Index)及びT指数をWLE指数に統合してもよい。例として、WLE指数(WLE Index)は、   The sub-system 16 may refer to the sub-system 14 and integrate the rule-based index and the T-index into the WLE index using the above technique. As an example, the WLE index is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

によって与えられ得る。 Can be given by.

例示的なルールベース指数、IP指数及びDCA指数は、それぞれ図23A〜図23Cにプロットされる。これら指数は、推定された最も高い運転要求の状況が考慮される条件について、ここで説明された手法を用いて統合され、図23Dにプロットされている。車両速度は、図23Eに参考のためにプロットされている。   Exemplary rule-based indices, IP indices, and DCA indices are plotted in FIGS. 23A-23C, respectively. These indices are integrated using the techniques described herein for conditions that take into account the highest estimated driving demand situation and are plotted in FIG. 23D. Vehicle speed is plotted for reference in FIG. 23E.

IV. 長期的な特徴付け
他の実施形態において、WLE指数は、サブシステム16及び/又はディスパッチャー18(構成に依存する)によって、HMI推奨を提供するために、或る期間に亘って特徴付けられてもよい。長期的WLE特徴付けによって、或る期間に亘る運転要求に基づいて、HMIを運転者に合わせることができる。rは、例えば、運転者についてのWLE指数値(任意の時刻kにおける)を反映する変数であることを考える。運転要求が、図24で定義されるようにファジィメンバーシップ関数μ、μ、μによって、{a,b,c}のように3クラスにカテゴライズされると仮定する。すると、運転挙動dは、次の例示的計算から推測され得る。
IV. Long-term characterization In other embodiments, the WLE index is characterized over time to provide HMI recommendations by subsystem 16 and / or dispatcher 18 (depending on the configuration). May be. Long term WLE characterization allows the HMI to be tailored to the driver based on driving requirements over a period of time. r k, for example, consider that a variable that reflects the WLE index values for the driver (at an arbitrary time k). Suppose that the driving requirements are categorized into three classes as {a, b, c} by fuzzy membership functions μ a , μ b , μ c as defined in FIG. The driving behavior d k can then be inferred from the following exemplary calculation.

Figure 2014013576
Figure 2014013576

もし例えばrが0.4の値を有するなら、dは、[0.18,0.62,0]として表現され得る(図24に従えば)。運転挙動のフィルタリングされた(長期の)ものdfkは、次式で表現され得る。 If, for example, r k has a value of 0.4, d k can be expressed as [0.18, 0.62, 0] (according to FIG. 24). A filtered (long term) d fk of driving behavior may be expressed as:

Figure 2014013576
Figure 2014013576

ここで、αは、較正可能な忘却係数である(よって運転挙動の長期のものdfkが評価される期間を特定/決定する)。 Where α is a calibratable forgetting factor (thus identifying / determining the period during which the long dfk of driving behavior is evaluated).

クラス群のそれぞれについての長期確率(pは、 The long-term probability (p k ) i for each class group is

Figure 2014013576
Figure 2014013576

から得られる。 Obtained from.

式33によれば、クラス群のそれぞれについての運転挙動のフィルタリングされたもの(dfkは、クラス群の全てについての運転挙動のフィルタリングされたものの和によって除される。もし例えばdfkが[0,0.16,0.38]によって表されるなら、(pは、0を(0+0.16+0.38)によって除した値に等しくなり((pは0に等しくなる)、(pは、0.16を(0+0.16+0.38)によって除した値に等しくなり((pは0.29になる)、(pは、0.38を(0+0.16+0.38)によって除した値に等しくなる((pは0.71になる)。 According to Equation 33, the filtered driving behavior (d fk ) i for each of the class groups is divided by the sum of the filtered driving behavior for all of the class groups. For example, if d fk is represented by [0, 0.16, 0.38], (p k ) a is equal to 0 divided by (0 + 0.16 + 0.38) ((p k ) a is equal to 0), (p k ) b is equal to 0.16 divided by (0 + 0.16 + 0.38) ((p k ) b is 0.29), and (p k C equals 0.38 divided by (0 + 0.16 + 0.38) ((p k ) c becomes 0.71).

運転要求の最終的な長期WLE指数の特徴付けiは、 Characterization i k of the final long WLE index operation request,

Figure 2014013576
Figure 2014013576

から推測され得る。前記の例を用いて、(pの最大値は0.71(つまり(pの値)である。したがって、式34から運転挙動は、現在は「高要求」クラスであることが推測され得る。 Can be inferred from Using the above example, the maximum value of (p k ) i is 0.71 (that is, the value of (p k ) c ). Therefore, it can be inferred from Equation 34 that the driving behavior is currently in the “high demand” class.

X. ディスパッチャー
ディスパッチャー18は、算出されたWLE指数若しくはWLE指数の長期特徴付け、又はDCA指数、IP指数、HL指数及びHW指数のうちの任意の一つを適用することによって(単一の指数だけが使用/計算/決定される実施形態において)、インフォテインメント及び/又は他の対話システムと運転者との間のインタラクションを変調する。WLE指数は、機能性及び安全性を向上させるために、運転者に提示されるべきボイスコマンド及び他のタスクを設定/回避/調節/制限/スケジューリングするのに用いられる推測されたワークロード負荷を提供する。
X. Dispatcher Dispatcher 18 may apply a long term characterization of the calculated WLE index or WLE index, or any one of DCA index, IP index, HL index and HW index (only a single index). In the embodiment where is used / calculated / determined), the interaction between the infotainment and / or other interaction system and the driver is modulated. The WLE index represents the estimated workload load used to set / avoid / adjust / limit / schedule voice commands and other tasks to be presented to the driver to improve functionality and safety. provide.

運転者との例示的なインタラクションは、テキスト・音声の情報を生成すること、アバター通信を生成すること、着信した電話に関する通知を生成すること、事前対応のパワートレインコマンドを生成すること、事前対応の音声による推奨を生成すること、例えば触知できるハンドルを介して触知できる応答を生成すること、又は、他の音声、視覚及び/又は触知による出力などを生成することを含んでもよい。これら例示的運転者インタフェースタスクのそれぞれは、それに関連付けられた優先度を有してもよい。例えば、着信した電話に関する通知を生成することは、優先度が高いかもしれないが、一方、事前対応の音声による推奨は、優先度が低いかもしれない。   Exemplary interactions with the driver include generating text and voice information, generating avatar communications, generating notifications about incoming calls, generating proactive powertrain commands, proactive Generating an audible recommendation, for example, generating a tactile response via a tactile handle, or generating other audible, visual and / or tactile output, etc. Each of these exemplary driver interface tasks may have a priority associated with it. For example, generating a notification about an incoming call may have a high priority, whereas a proactive voice recommendation may have a low priority.

与えられた運転者インタフェースのタスクに対して、或る優先度のタイプを割り当てるためには、任意の適切な/既知の手法が用いられ得る。例として、ディスパッチャー18は、着信した電話に関して生成されるべき通知には、高い優先度が割り当てられ、運転者に伝えられるべき、車両が発する推奨には、低い優先度が割り当てられるという、高/低優先度の決まりを実現してもよい。しかし、他の優先度スキームが用いられてもよい。例として、0及び1.0の間の数は、タスクの優先度を表現し得る。すなわち、或る種のタスクには0.3の優先度が割り当てられ、一方、他のタスクには0.8の優先度が割り当てられるなどのようにである。他の実施形態においては、運転者インタフェースタスクと関連付けられた優先度タイプは、この技術で知られるようにそのタスクを生成したコントローラ/プロセッサ/サブシステム(不図示)によって割り当てられてもよい。   Any suitable / known technique can be used to assign a certain priority type to a given driver interface task. By way of example, the dispatcher 18 may assign a high priority to notifications to be generated for incoming calls and a low priority to vehicle-generated recommendations to be communicated to the driver. A low priority rule may be implemented. However, other priority schemes may be used. As an example, a number between 0 and 1.0 may represent the priority of the task. That is, certain tasks are assigned a priority of 0.3, while other tasks are assigned a priority of 0.8, and so on. In other embodiments, the priority type associated with the driver interface task may be assigned by the controller / processor / subsystem (not shown) that created the task as is known in the art.

或る種の実施形態は、ワークロード及び優先度に基づいて、運転者インタフェースタスクを調整して提示することを可能にし得る。もし例えばWLE指数(又は場合によっては上記指数のうちの任意の一つ)が0.4及び0.6の間の値を有するなら、ディスパッチャー18は、優先度が高い運転者インタフェースタスクだけが実行されるようにしてもよい。ディスパッチャー18は、後でWLE指数が0.4未満の値になったら実行するよう条件付けられるように、低優先度タスクをスケジューリングしてもよい。もし例えばWLE指数が0.7及び1.0の間の値を有するなら、ディスパッチャー18は、全ての運転者インタフェースタスクが実行されないようにしてもよい。高いワークロードのこれらの期間の間は、ディスパッチャー18は、高優先度タスクについては、WLE指数が0.7未満の値を持つようになった後で実行するようスケジューリングし、低優先度タスクについては、WLE指数が0.4未満の値を持つようになった後で実行するようスケジューリングする。   Certain embodiments may allow driver interface tasks to be adjusted and presented based on workload and priority. If, for example, the WLE index (or possibly any one of the above indices) has a value between 0.4 and 0.6, the dispatcher 18 will only execute the high priority driver interface tasks. You may be made to do. The dispatcher 18 may schedule a low priority task so that it is later conditioned to run if the WLE index is less than 0.4. For example, if the WLE index has a value between 0.7 and 1.0, the dispatcher 18 may prevent all driver interface tasks from being performed. During these periods of high workload, dispatcher 18 schedules for high priority tasks to run after the WLE index has a value less than 0.7, and for low priority tasks. Schedules to run after the WLE index has a value less than 0.4.

同様に、もし長期運転挙動が「高要求」と特徴付けられるなら、或る種の/全てのタスクは、それらの優先度に関係なく、長期運転挙動が「中要求」又は「低要求」と特徴付けられるまで、中断/遅延/スケジューリングされてもよい。代替として、もし長期運転挙動が、例えば「高要求」クラスに入る可能性が少しでもあるなら、或る種の/全てのタスクは、「高要求」に入る可能性がゼロになるまで、中断/遅延/スケジューリングされてもよい。もちろん他のシナリオも可能である。例えばタスクをカテゴライズするために優先度の種類が用いられない実施形態においては、推測されたワークロードによっては全てのタスクが中断/遅延/スケジューリングされてもよい。   Similarly, if long-term driving behavior is characterized as “high demand”, certain / all tasks may have a long-term driving behavior of “medium demand” or “low demand” regardless of their priority. It may be interrupted / delayed / scheduled until characterized. Alternatively, if there is any chance that long-term driving behavior is in the “high demand” class, for example, certain / all tasks will be suspended until the possibility of entering “high demand” is zero / Delay / scheduled. Of course, other scenarios are possible. For example, in embodiments where priority types are not used to categorize tasks, all tasks may be suspended / delayed / scheduled depending on the inferred workload.

高いワークロードの期間の間に着信した電話の場合は、ディスパッチャー18は、その電話をボイスメールシステムに転送してもよい。WLE指数が適当な値になってから、ディスパッチャー18は、電話が着信したことを示す通知を生成してもよい。   For calls that arrive during periods of high workload, dispatcher 18 may forward the call to a voice mail system. After the WLE index reaches an appropriate value, the dispatcher 18 may generate a notification indicating that a call has arrived.

ここで開示されたアルゴリズムは、システム12,13,14,16,18のうちの任意の処理装置/全ての処理装置に送られてもよい。システム12,13,14,16,18は、以下には限定されないが、ROMデバイスのような書き込み不可能な記憶媒体上に永久的に記憶された情報、及びフロッピーディスク、磁気テープ、CD、RAMデバイスのような書き込み可能な記憶媒体、及び他の磁気及び光学媒体上に改変可能に記憶された情報を含む、多くの形態をとる任意の既存の電子制御ユニット又は専用電子制御ユニットを含み得る。このアルゴリズムは、ソフトウェアで実行可能なオブジェクトにおいてインプリメントされてもよい。代替として、このアルゴリズムは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、ステートマシン、コントローラ、又は他のハードウェア要素又はデバイスのような適切なハードウェア要素、又はハードウェア、ソフトウェア及びファームウェア要素の組み合わせを全体的又は部分的に用いて実現してもよい。   The algorithm disclosed herein may be sent to any processing device / all processing devices of the system 12, 13, 14, 16, 18. The systems 12, 13, 14, 16, 18 include, but are not limited to, information permanently stored on non-writable storage media such as ROM devices, and floppy disks, magnetic tapes, CDs, RAMs It may include any existing or dedicated electronic control unit that takes many forms, including writable storage media such as devices, and information stored modifiable on other magnetic and optical media. This algorithm may be implemented in a software executable object. Alternatively, the algorithm may be any suitable hardware element, such as an application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA), state machine, controller, or other hardware element or device, or hardware, A combination of software and firmware elements may be implemented in whole or in part.

本発明の実施形態が図示され説明されてきたが、これら実施形態は本発明の全ての可能な形態を図示し説明するようには意図されていない。本明細書で用いられる用語は、限定ではなく説明のための用語であり、さまざまな改変が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解されよう。   While embodiments of the invention have been illustrated and described, these embodiments are not intended to illustrate and describe all possible forms of the invention. It will be understood that the terminology used herein is for the purpose of description, not limitation, and that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (17)

車両であって、
(i)運転者制御アクション入力を或る時間に亘ってモニタし、かつ、
(ii)特定の運転者についての前記運転者制御アクション入力の平均値に対する前記運転者制御アクション入力の変動を求め、かつ、
(iii)実行されるべき複数の運転者インタフェースタスクを受け取り、かつ、
(iv)前記変動に基づいて前記複数の運転者インタフェースタスクの実行をスケジューリングし、かつ、
(v)前記スケジューリングされた運転者インタフェースタスクを実行する、
ように構成された少なくとも1つのプロセッサを備えることを特徴とする車両。
A vehicle,
(i) monitoring driver control action input over a period of time; and
(ii) obtaining a variation of the driver control action input with respect to an average value of the driver control action input for a specific driver; and
(iii) receive a plurality of driver interface tasks to be performed; and
(iv) scheduling execution of the plurality of driver interface tasks based on the variation; and
(v) execute the scheduled driver interface task;
A vehicle comprising: at least one processor configured as described above.
前記運転者制御アクション入力は、アクセルペダル位置、ブレーキペダル位置又はハンドル角を含むことを特徴とする請求項1に記載の車両。   The vehicle according to claim 1, wherein the driver control action input includes an accelerator pedal position, a brake pedal position, or a steering wheel angle. 前記複数の運転者インタフェースタスクのそれぞれは、優先度を含み、
前記少なくとも1つのプロセッサは、更に前記優先度に基づいて、前記複数の運転者インタフェースタスクの実行をスケジューリングするよう構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両。
Each of the plurality of driver interface tasks includes a priority,
The vehicle of claim 1, wherein the at least one processor is further configured to schedule execution of the plurality of driver interface tasks based on the priority.
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記運転者制御アクション入力の共分散の行列式を反復して計算することによって、前記運転者制御アクション入力の前記変動を求めるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の車両。   The at least one processor is configured to determine the variation of the driver control action input by iteratively calculating a covariance determinant of the driver control action input. The vehicle according to claim 1. 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記行列式をスケーリングすることによって、運転者ワークロードを表す指数を求めるように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の車両。   The vehicle of claim 4, wherein the at least one processor is configured to determine an index representative of a driver workload by scaling the determinant. 前記複数の運転者インタフェースタスクは、音声出力を生成すること、視覚的出力を生成すること、及び、触覚的出力を生成することのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の車両。   The plurality of driver interface tasks includes at least one of generating an audio output, generating a visual output, and generating a haptic output. The vehicle described. 車両のための運転者インタフェースシステムであって、
(i)運転者制御アクション入力を或る時間に亘ってモニタし、かつ、
(ii)特定の運転者についての前記運転者制御アクション入力の平均値に対する前記運転者制御アクション入力の変動を求め、かつ、
(iii)前記変動に基づいて運転者ワークロードを求め、かつ、
(iv)実行されるべき複数の運転者インタフェースタスクを受け取り、かつ、
(v)前記運転者ワークロードに基づいて、前記複数の運転者インタフェースタスクのうちの少なくともいくつかが実行されるのを選択的に遅延又は防止する、
ように構成された少なくとも1つのプロセッサを備えることを特徴とする運転者インタフェースシステム。
A driver interface system for a vehicle,
(i) monitoring driver control action input over a period of time; and
(ii) obtaining a variation of the driver control action input with respect to an average value of the driver control action input for a specific driver; and
(iii) obtaining a driver workload based on said variation; and
(iv) receive a plurality of driver interface tasks to be performed; and
(v) selectively delaying or preventing at least some of the plurality of driver interface tasks from being performed based on the driver workload;
A driver interface system comprising: at least one processor configured as described above.
前記少なくとも1つのプロセッサは、前記運転者制御アクション入力の共分散の行列式を反復して計算することによって、前記運転者制御アクション入力の前記変動を求めるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の運転者インタフェースシステム。   The at least one processor is configured to determine the variation of the driver control action input by iteratively calculating a covariance determinant of the driver control action input. The driver interface system according to claim 7. 前記運転者制御アクション入力は、アクセルペダル位置、ブレーキペダル位置又はハンドル角を含むことを特徴とする請求項7に記載の運転者インタフェースシステム。   The driver interface system according to claim 7, wherein the driver control action input includes an accelerator pedal position, a brake pedal position, or a steering wheel angle. 前記複数の運転者インタフェースタスクのそれぞれは、優先度を含み、
前記少なくとも1つのプロセッサは、更に前記優先度に基づいて、前記複数の運転者インタフェースタスクのうちの少なくともいくつかが実行されるのを選択的に遅延又は防止するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の運転者インタフェースシステム。
Each of the plurality of driver interface tasks includes a priority,
The at least one processor is further configured to selectively delay or prevent at least some of the plurality of driver interface tasks from being performed based on the priority. The driver interface system according to claim 7.
前記複数の運転者インタフェースタスクは、音声出力を生成すること、視覚的出力を生成すること、及び、触覚的出力を生成することのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項7に記載の運転者インタフェースシステム。   The plurality of driver interface tasks includes at least one of generating an audio output, generating a visual output, and generating a haptic output. Driver interface system as described. 運転者インタフェースタスクを管理する方法であって、
運転者制御アクション入力を或る時間に亘ってモニタする工程と、
特定の運転者についての前記運転者制御アクション入力の平均値に対する前記運転者制御アクション入力の変動を求める工程と、
実行されるべき複数の運転者インタフェースタスクを受け取る工程と、
前記変動に基づいて、前記複数の運転者インタフェースタスクのうちの少なくともいくつかが実行されるのを選択的に遅延又は防止する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
A method for managing driver interface tasks, comprising:
Monitoring driver control action inputs over a period of time;
Obtaining a variation of the driver control action input relative to an average value of the driver control action input for a specific driver;
Receiving a plurality of driver interface tasks to be performed;
Selectively delaying or preventing at least some of the plurality of driver interface tasks from being performed based on the variation;
A method comprising the steps of:
前記運転者制御アクション入力の前記変動を求める工程は、前記運転者制御アクション入力の共分散の行列式を反復して計算する工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the step of determining the variation of the driver control action input comprises iteratively calculating a covariance determinant of the driver control action input. 前記運転者制御アクション入力は、アクセルペダル位置、ブレーキペダル位置又はハンドル角を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein the driver control action input includes an accelerator pedal position, a brake pedal position, or a steering wheel angle. 前記複数の運転者インタフェースタスクのそれぞれは、優先度を含み、
前記複数の運転者インタフェースタスクのうちの少なくともいくつかは、更に前記優先度に基づいて、実行されるのが選択的に遅延又は防止されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
Each of the plurality of driver interface tasks includes a priority,
The method of claim 12, wherein at least some of the plurality of driver interface tasks are further selectively delayed or prevented from being performed based on the priority.
前記複数の運転者インタフェースタスクは、着信している電話に関する通知を生成することを含み、
前記複数の運転者インタフェースタスクのうちの少なくともいくつかが実行されるのを選択的に遅延又は防止することは、前記着信している電話をボイスメールシステムに転送することを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
The plurality of driver interface tasks includes generating a notification about an incoming phone call;
Selectively delaying or preventing at least some of the plurality of driver interface tasks from being performed includes forwarding the incoming call to a voice mail system. The method of claim 12.
前記複数の運転者インタフェースタスクは、音声出力を生成すること、視覚的出力を生成すること、及び、触覚的出力を生成することのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。   13. The plurality of driver interface tasks includes at least one of generating an audio output, generating a visual output, and generating a haptic output. The method described.
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