JP2017174058A - Method for estimating inappropriate cognitive load, method for inviting attention of driver, and warning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、運転中のドライバーが不適切な認知的負荷の状態にあることを推定する方法、およびその推定に基づき、事故防止のためにドライバーの注意を喚起する方法、更にはその方法を実行する警告装置に関する。 The present invention relates to a method for estimating that a driving driver is in a state of inappropriate cognitive load, a method for alerting the driver to prevent an accident based on the estimation, and the method. It relates to a warning device.
ドライバーが事故を起こす原因のほとんどは、ヒューマンエラーすなわち意図しない結果を生じる人間の行為にある。例えば、正しくない運転操作であり、あるいは遅すぎる反応などである。そしてそれらは、運転に向けられている注意力が、当該時点の交通状況で運転に必要とされる注意力より低いときに生じる。 Most of the causes of driver accidents are human error, or human action that produces unintended consequences. For example, an incorrect driving operation or a reaction that is too slow. And they occur when the attention directed at driving is lower than the attention required for driving in the traffic situation at that time.
具体的には、空いた高速道路を走行しているときのように周囲に注意を払う必要が少ない状態や、疲れのために寝ているように見える状態(「マイクロスリープ」といい、0.5秒〜1.5秒の短時間に生じる。)、更には、ドライバーが運転以外の何かに注意力を割いている状態が挙げられる。ドライバーが運転以外の何かに注意力を割いている状態として、携帯電話をかけていたり、空想にふけっていたりする場合がある。 Specifically, it is necessary to pay less attention to the surroundings, such as when driving on a vacant highway, or to appear to sleep because of fatigue (referred to as “micro sleep”, 0. It occurs in a short time of 5 to 1.5 seconds.) Furthermore, there is a state where the driver is paying attention to something other than driving. As a state where the driver is paying attention to something other than driving, there is a case where a mobile phone is put on or a person is indulging in fantasies.
上述した運転に向けられる注意力が運転に必要とされる注意力より低くなる状態は、ドライバーが認知的に不適切な状態、すなわち「不適切な認知的負荷」の状態にあることに原因がある。 The situation where the attention directed to driving as described above is lower than the attention required for driving is due to the fact that the driver is in a cognitively improper state, that is, in an “inappropriate cognitive load” state. is there.
不適切な認知的負荷の兆候は、ドライバーの反応遅れとして現れる。従って、運転中の周囲からの刺激に対するドライバーの動作の遅れ量(例えば、ハンドル操作の遅れやブレーキペダルの踏み込みの遅れの量)を計測することによって、認知的負荷が不適切な状態にあることを推定できる。 Signs of inappropriate cognitive burden manifest as driver response delays. Therefore, the cognitive load is in an inappropriate state by measuring the amount of delay in the driver's movement (for example, the amount of delay in the steering wheel operation or the depression of the brake pedal) with respect to the stimulus from the driving environment. Can be estimated.
しかし、ハンドル操作の顕著な遅れやブレーキペダルの踏み込みの遅れは直接事故を引き起こす可能性があるため、ドライバーの動作の遅れ量の直接的な計測が事故の予防になるとはいえない。 However, a significant delay in steering operation or a delay in depressing the brake pedal can directly cause an accident. Therefore, it cannot be said that the direct measurement of the amount of delay in the operation of the driver prevents the accident.
また、居眠り運転を防止するため、上述の方法と同様に、ドライバーの反応遅れを検出する方法が提案されている。例えば、特許文献1では、ドライバーの注意力が低下したときに、車の進行方向の変化に対してハンドル操作が常に遅れることから、ハンドル操作の遅れを検出することにより、ドライバーの注意力の低下を判定している。
Further, in order to prevent a drowsy driving, a method for detecting a driver's reaction delay has been proposed in the same manner as the above-described method. For example, in
具体的には、進行方向センサから出力される進路情報と、ハンドルの操舵センサから出力される操舵角情報とを比較し、車の進行に対してハンドルの操作が遅れている場合に、ドライバーが居眠りをしていると判定して警告を行なっている。 Specifically, the course information output from the traveling direction sensor is compared with the steering angle information output from the steering sensor of the steering wheel. It is judged that the patient is dozing and a warning is given.
特許文献1に記載の方法を用いて、ドライバーの認知的負荷が不適切な状態にあることを推定し、ドライバーの注意を喚起することが考えられる。しかし、交特許文献1に記載の方法は、進路情報と操舵角情報とを一定期間比較する必要があることから、居眠りの状態が一定期間継続することが前提となる。すなわち、この方法で不適切な認知的負荷が推定できたとしても、そのとき既に事故を起こしている可能性がある。
It is conceivable that the method described in
本発明は上述の状況に鑑みてなされたもので、ドライバーが不適切な認知的負荷の状態にあり、緊急の対応を必要とする前に、その初期的兆候を推定すると共に、推定結果に基づいてドライバーの注意を喚起して、事故を未然に防止する方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and estimates the initial signs and the results based on the estimation results before the driver is in an inappropriate cognitive load state and needs emergency response. The purpose is to provide a method to alert the driver and prevent accidents.
上記目的を達成するため、本発明にかかる不適切な認知的負荷の推定方法は、ドライバーによって運転される車の操舵角を検出するステップと、
前記検出信号からドライバー起因性の振動成分を取り出すステップと、
前記取り出された振動成分の値が予め定めた閾値を超えたときに、前記ドライバーの認知的負荷が不適切な状態にあると推定するステップと、を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for estimating an inappropriate cognitive load according to the present invention includes a step of detecting a steering angle of a vehicle driven by a driver, and
Extracting a driver-induced vibration component from the detection signal;
Estimating the driver's cognitive load in an inappropriate state when the value of the extracted vibration component exceeds a predetermined threshold value.
ここで、前記操舵角の代わりに車体の横方向の加速度を検出するようにしてもよい。 Here, instead of the steering angle, the lateral acceleration of the vehicle body may be detected.
また本発明にかかるドライバーの注意喚起方法は、ドライバーによって運転される車の操舵角を検出するステップと、
前記検出信号からドライバー起因性の振動成分を取り出すステップと、
前記取り出された振動成分の値が予め定めた閾値を超えたときに、音声または光の少なくとも一方を用いてドライバーの注意を喚起するステップと、を含むことを特徴とする。
The method for alerting a driver according to the present invention includes a step of detecting a steering angle of a vehicle driven by the driver,
Extracting a driver-induced vibration component from the detection signal;
And a step of calling a driver's attention using at least one of sound and light when the value of the extracted vibration component exceeds a predetermined threshold value.
ここで、前記操舵角の代わりに車体の横方向の加速度を検出するようにしてもよい。 Here, instead of the steering angle, the lateral acceleration of the vehicle body may be detected.
また前記車が走行する車線のうちコーナーの入口もしくは出口において前記ドライバー起因性の振動成分を取り出すことが好ましい。 In addition, it is preferable to extract the driver-induced vibration component at the entrance or exit of a corner of the lane in which the vehicle travels.
また、前記振動成分は、車の種類および速度に応じて周波数特性が変化するフィルタを用いて前記検出信号から取り出されることが好ましい。更に、前記閾値は、前記車の種類および速度に応じて変化することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the vibration component is extracted from the detection signal using a filter whose frequency characteristics change according to the type and speed of the vehicle. Furthermore, it is preferable that the threshold value changes according to the type and speed of the vehicle.
また本発明にかかる警告装置は、ドライバーによって運転される車の操舵角を検出する操舵角センサと、
音声または光の少なくとも一方を用いてドライバーの注意を喚起する報知手段と、
前記操舵角センサの検出信号から所定の周波数の振動成分を取り出すと共に、取り出された振動成分の値を、予めメモリに格納された閾値と比較する演算手段と、
前記演算手段の出力に従って前記報知手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記演算手段において振動成分の値が閾値以上であったときに、前記報知手段を動作させることを特徴とする。
A warning device according to the present invention includes a steering angle sensor that detects a steering angle of a vehicle driven by a driver,
An informing means for alerting the driver using at least one of voice and light;
Calculating means for extracting a vibration component of a predetermined frequency from the detection signal of the steering angle sensor, and comparing the value of the extracted vibration component with a threshold value stored in advance in a memory;
Control means for controlling the operation of the notification means according to the output of the calculation means,
The control means operates the notifying means when a value of a vibration component is equal to or greater than a threshold value in the calculating means.
ここで、前記操舵角センサの代わりに、前記車体の横方向の加速度を検出する加速度センサを用いてもよい。 Here, instead of the steering angle sensor, an acceleration sensor that detects lateral acceleration of the vehicle body may be used.
また、前記メモリとして不揮発性メモリを用い、かつ前記閾値は、前記車の種類および速度に応じて変動することが好ましい。 Preferably, a non-volatile memory is used as the memory, and the threshold value varies according to the type and speed of the vehicle.
本発明にかかる方法を採用すれば、認知的負荷が増大してハンドル操作の遅れが増えつつあるときに、早い段階でドライバーにそのことを知らせて、事故を未然に防止することができる。 By adopting the method according to the present invention, when the cognitive load increases and the delay in the steering operation is increasing, the driver can be informed at an early stage to prevent an accident.
更に、本発明にかかる方法によれば、ハンドル操作の遅れによるドライバー起因性の振動の発生を短時間(2秒以内)に検知できるため、衝突回避などの緊急避難的な措置にも十分対応できる。 Furthermore, according to the method of the present invention, since the occurrence of driver-induced vibration due to a delay in steering operation can be detected in a short time (within 2 seconds), it can sufficiently cope with emergency evacuation measures such as collision avoidance. .
以下、本発明の実施の形態にかかる不適切な認知的負荷の推定方法、ドライバーの注意喚起方法および警告装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a method for estimating an inappropriate cognitive load, a driver alerting method, and a warning device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<不適切な認知的負荷の推定方法>
前述したように、ドライバーの認知的負荷が増大して不適切な状態にある場合、その兆候がドライバーの反応の遅れとして現れる。具体的には、ハンドル操作の遅れとして顕在化する。
<Inappropriate cognitive load estimation method>
As previously mentioned, when the driver's cognitive load increases and is in an inappropriate state, the indication appears as a delay in the driver's response. Specifically, this becomes apparent as a delay in steering operation.
しかし、実際に人間のドライバーを使って実験するのは危険が伴い、それ以前に人間の反応遅れを正確に測定することは困難である。 However, it is dangerous to actually perform experiments using human drivers, and it is difficult to accurately measure human reaction delay before that.
そこで、発明者等は、レーシングカーのシミュレータを用いて、認知的負荷の増大に伴ってハンドル操作に遅れが生じたときに、車の走行にどのような影響が出るかシミュレーションを行なった。 Therefore, the inventors performed a simulation using a racing car simulator to determine how the vehicle travels when there is a delay in steering operation as the cognitive load increases.
本実施の形態においては、シミュレータとして、オープンソースであるTORCS(The Open Racing Car Simulator)を用いた。そして人間のドライバーと同様の運転操作が可能な運転エージェント(Driving Agent)を設定すると共に、下記に示すハンドルの操舵角の関数(Steering Angle Function、以降、「SAF」という)に基づいて運転状態のシミュレーションを行なった。 In the present embodiment, TORCS (The Open Racing Car Simulator) which is an open source is used as a simulator. Then, a driving agent (Driving Agent) capable of the same driving operation as a human driver is set, and the driving state based on the steering angle function (hereinafter referred to as “SAF”) of the steering wheel shown below is set. A simulation was performed.
上述の関数SAFの詳細な説明は割愛するが、最適化されたSAFは比例微分(PD)制御のような挙動を示す。 Although the detailed description of the above-described function SAF is omitted, the optimized SAF behaves like proportional differential (PD) control.
図1(a)に、本実施の形態で用いるシミュレータ(TORCS)において設定した車(レーシングカー)の外観を示し、図1(b)にその主な仕様を示す。TORCSを用い、かつ上述の関数SAFを用いてハンドル操作を介した操舵角を算出することにより、図1に示す仕様の車を用いて、実際に道路上を運転したときと同様の運転状態を実現できる。 FIG. 1A shows the appearance of a car (racing car) set in the simulator (TORCS) used in this embodiment, and FIG. 1B shows its main specifications. By using TORCS and calculating the steering angle via the steering wheel operation using the above-described function SAF, the same driving state as when actually driving on the road using the car of the specification shown in FIG. realizable.
次に、上述の関数SAFを用い、仮想の運転エージェントによって運転される車の走行について説明する。図2に、車線の右端を走行中の車1がセンターラインに移動するときの車の軌跡を示す。図1において、車体10の下部には一対の前輪11と一対の後輪12が取り付けられ、運転エージェントがハンドル(図示せず)を操作することによって前輪11の操舵角を変え、車の軌跡を変化させる。
Next, traveling of a vehicle driven by a virtual driving agent using the above-described function SAF will be described. FIG. 2 shows the trajectory of the vehicle when the
図2では、シミュレータを用いて実現される3つのケースについて、車の中心部の走行軌跡を示している。図2において、当初、車は広く真直ぐな車線のセンターラインから右側に8m離れた場所に、センターラインと並行な状態で置かれ、この状態から時速50kmまでゆっくりと加速する。そして単純なフィードバック制御のソフトウェアを用いてアクセルペダルを踏み込んだり緩めたりすることによって、その速度を維持する。 In FIG. 2, the driving | running | working locus | trajectory of the center part of a vehicle is shown about three cases implement | achieved using a simulator. In FIG. 2, initially, the car is placed 8 m to the right from the center line of a wide and straight lane in parallel with the center line, and slowly accelerates from this state to 50 km / h. The speed is maintained by depressing and releasing the accelerator pedal using simple feedback control software.
車の速度が時速50kmに到達すると、実際のドライバーが操作するように関数SAFによって(20msのサンプリング間隔で)車の前輪11の操舵角が算出されてハンドル操作が行われる。
When the vehicle speed reaches 50 km / h, the steering angle of the
図2においてケース1の軌跡(実線で示す)は、正確な操作によって車線のセンターラインに迅速かつ滑らかに戻る場合を示す。 In FIG. 2, the locus of case 1 (indicated by a solid line) indicates a case where the vehicle returns quickly and smoothly to the center line of the lane by an accurate operation.
参考として、図3に、図2のケース1で説明した軌跡を通ったとき、すなわち運動エージェントによって最適の操作が行われたときの車の操舵角、センターラインからの偏移および横方向の加速度を示す。図3のグラフは、横方向の加速度が10m/s2以下で、円滑な動きであることを示している。
As a reference, FIG. 3 shows the vehicle steering angle, deviation from the center line, and lateral acceleration when the trajectory described in
一方、図2のケース2の軌跡(破線で示す)は、ハンドル操作が早すぎる場合を示す。戻りが早すぎる場合、動きが不自然であり、センターラインに戻るときに振動が生じる。更に、そのような戻りの軌道は、横方向の加速度によってドライバーや乗客に不快感を与え、安全性にも問題がある。 On the other hand, the locus of case 2 in FIG. 2 (indicated by a broken line) indicates a case where the handle operation is too early. If the return is too early, the movement is unnatural and vibrations occur when returning to the centerline. In addition, such a return trajectory is uncomfortable for the driver and passengers due to the lateral acceleration, and has a problem with safety.
図2のケース3の軌跡(一点差線で示す)は、ハンドル操作が遅すぎる場合を示し、ケース1に比べ、軌跡がセンターラインと重なるまでに時間を要している。実際の運転において、ドライバーの認知的負荷が不適切である場合に、ハンドル操作が遅れることによって、コーナーの入口や出口においてセンターラインから外れることがある。
The trajectory of
<シミュレーションの結果>
次に、ハンドル操作に遅延が生じたときのシミュレーション結果について説明する。前述と同様に、運転エージェントによって車線のセンターライン付近を時速50kmの一定速度で走行し、遅延時間をそれぞれ0、100ms、200ms、400msとしたときの3つのテストケースについて説明する。これらの遅延時間は、もしドライバーが人間であれば、不適切な認知的負荷によって生じるであろう反応遅れに相当する。
<Simulation results>
Next, simulation results when a delay occurs in the steering operation will be described. Similarly to the above, three test cases will be described when the driving agent travels in the vicinity of the center line of the lane at a constant speed of 50 km / h and the delay times are 0, 100 ms, 200 ms, and 400 ms, respectively. These delay times correspond to reaction delays that would be caused by inappropriate cognitive load if the driver is human.
図4に示すように、テストケース1においては車線の直線部分を走行し、テストケース2においてはコーナーの入口を走行し、テストケース3においてはコーナーの出口を走行しているときに、ハンドル操作に遅延が生じたとしてシミュレーションを行なった。
As shown in FIG. 4, the steering wheel is operated when the vehicle runs on the straight part of the lane in the
これら全てのテストケースにおいて、ハンドル操作の遅延は2秒間だけ加えられる。その際、ブレーキを踏むとかハンドルを操作するような緊急の対応が要求されない通常の運転状態に設定される。 In all these test cases, the steering delay is only added for 2 seconds. At that time, the vehicle is set to a normal driving state in which an emergency response such as stepping on a brake or operating a steering wheel is not required.
前述したように、ハンドル操作の遅延は、ドライバーの認知的負荷が不適切なことによって生じる。シミュレーションにおいて遅延時間を2秒としたのは、認知的負荷の最も危険な期間、前述したマイクロスリープが起こり得る期間を想定したものである。典型的なマイクロスリープの期間は0.5秒〜1.5秒である。 As described above, the delay in the steering operation is caused by an inappropriate cognitive load on the driver. The reason for setting the delay time to 2 seconds in the simulation is to assume the most dangerous period of the cognitive load, that is, the period in which the above-described microsleep can occur. A typical microsleep period is 0.5 seconds to 1.5 seconds.
また、シミュレーションでは、実際の車による運転とシミュレーションとの間に生じるギャップを埋めるために、TORCSのソースコードに、2つのタイプのステアリングノイズを導入している。 In the simulation, two types of steering noise are introduced into the source code of the TORCS in order to fill a gap generated between the actual driving by the vehicle and the simulation.
1つは、約50Hz程度の周波数のランダムノイズである。このノイズは道路の表面に存在するマイクロバンプのような不規則性や、車の4つの車輪の回転半径の違いによって回転する車輪が振動することにより生じる。 One is random noise having a frequency of about 50 Hz. This noise is caused by vibrations of the rotating wheels due to irregularities such as micro bumps existing on the surface of the road and differences in the rotation radii of the four wheels of the car.
一方、車線の直進部分では、車のステアリング機構の部材同志を結合するジョイント部分(ステアリングシャフト、ギアボックス、タイロッド、関節部のアーム、キングピン等)に存在する遊びやヒステリシスによる操舵角の変動によって生じる。このもう1つのノイズは、1Hz程度の低い周波数のノイズである。 On the other hand, in the straight part of the lane, it is caused by fluctuations in the steering angle due to play and hysteresis existing in joint parts (steering shaft, gearbox, tie rod, joint arm, kingpin, etc.) that connect the members of the steering mechanism of the car. . This other noise is a low frequency noise of about 1 Hz.
上述のシミュレータを用い、ハンドル操作における遅延時間を0、100ms、200ms、400msとしたときのシミュレーション結果について説明する。図4において、テストケース1では、直進する車が破線で囲んだエリアを通過する2秒間、ハンドル操作を遅延させたときの車の走行状態をシミュレートした。図5にその結果を示す。
A simulation result when the delay time in the steering wheel operation is set to 0, 100 ms, 200 ms, and 400 ms using the above-described simulator will be described. In FIG. 4, in the
図5(a)において、横軸は走行距離、縦軸は操舵角を示す。図5(a)のグラフにおいて、破線で囲んだ部分は、ハンドル操作に遅延を加えたとき(2秒間)の操舵角の変化を示し、グラフの右上の枠内に示すように、遅延時間によって線の種類を変えている。図5(b)は、図5(a)のグラフの破線で囲った部分(すなわちハンドル操作を遅延させた部分)を切り出して横軸を拡大させたものである。 In FIG. 5A, the horizontal axis represents the travel distance, and the vertical axis represents the steering angle. In the graph of FIG. 5 (a), the part surrounded by a broken line shows the change in the steering angle when a delay is applied to the steering wheel operation (2 seconds). As shown in the upper right frame of the graph, The line type is changed. FIG. 5B is a graph in which a horizontal axis is enlarged by cutting out a portion surrounded by a broken line in the graph of FIG. 5A (that is, a portion where the steering operation is delayed).
一方、図5(c)において、横軸は走行距離、縦軸は車体の横方向(車の進行方向と直交する方向)の加速度を示す。図5(c)のグラフにおいて、破線で囲んだ部分は、図5(a)と同様にハンドル操作を遅延させたとき(2秒間)の加速度の変化を示し、また遅延時間によって線の種類を変えている。図5(d)は、図5(c)のグラフの破線で囲った部分(すなわちハンドル操作を遅延させた部分)を切り出して横軸を拡大させたものである。 On the other hand, in FIG. 5C, the horizontal axis indicates the travel distance, and the vertical axis indicates the acceleration in the lateral direction of the vehicle body (the direction orthogonal to the traveling direction of the vehicle). In the graph of FIG. 5 (c), the portion surrounded by a broken line shows the change in acceleration when the steering wheel operation is delayed (2 seconds) as in FIG. 5 (a), and the type of the line depends on the delay time. It is changing. FIG. 5D is a graph in which the horizontal axis is enlarged by cutting out a portion surrounded by a broken line in the graph of FIG. 5C (that is, a portion where the steering operation is delayed).
図5(a)(c)において、遅延の有無に関係なく、操舵角および加速度のいずれにも周波数の高い(50Hz程度)ノイズ成分が含まれているが、前述したように、このノイズ成分は道路の凹凸や車輪の径の変動によって生じるものである。 5A and 5C, regardless of the presence or absence of a delay, a noise component having a high frequency (about 50 Hz) is included in both the steering angle and the acceleration. As described above, this noise component is It is caused by road irregularities and wheel diameter fluctuations.
また図5(b)(d)のグラフに実線で示したように、ハンドル操作の遅延時間が大きくなると(400ms)、0.5Hz程度の低い周波数の振動成分が含まれるが、その強度は高い周波数のノイズ成分と変わらない。すなわち、直進部分では、ハンドル操作に遅れが生じても、他のノイズ成分と区別できる程度の振動が生じないことを意味する。 Further, as shown by the solid lines in the graphs of FIGS. 5B and 5D, when the delay time of the steering operation is increased (400 ms), vibration components having a low frequency of about 0.5 Hz are included, but the strength is high. It is not different from the noise component of the frequency. That is, in the straight-ahead portion, even if a delay occurs in the steering wheel operation, it means that there is no vibration that can be distinguished from other noise components.
図4に戻って、テストケース2について説明する。テストケース2では、車が車線のカーブした部分に入ったときから2秒間、ハンドル操作に遅延が加わったときの車の走行状態をシミュレートした。図6にその結果を示す。 Returning to FIG. 4, the test case 2 will be described. In test case 2, the running state of the vehicle was simulated when a delay was applied to the steering wheel operation for 2 seconds after the vehicle entered the curved part of the lane. The result is shown in FIG.
図6(a)〜(d)のグラフの内容は、図5(a)〜(d)において説明した内容と変わらない。図5の場合と異なり、図6(a)および(c)では車線のうちコーナーに入ってから出るまでの間の操舵角と加速度を示しているため、それに応じてグラフの形状が変わっている。 The contents of the graphs in FIGS. 6A to 6D are the same as the contents described in FIGS. 5A to 5D. Unlike FIGS. 5A and 5B, FIGS. 6A and 6C show the steering angle and acceleration from entering the corner to the exit of the lane, and the shape of the graph changes accordingly. .
具体的には、コーナーに入るまでおよびコーナーから出た後は、図5(a)および(c)のグラフと変わりがないが、コーナーに入ると操舵角および横方向の加速度が共にマイナスの値を示している。 Specifically, until entering the corner and after leaving the corner, there is no difference from the graphs of FIGS. 5A and 5C, but when entering the corner, both the steering angle and the lateral acceleration are negative values. Is shown.
図6(a)および(c)の点線内を拡大した図6(b)および(d)に示すように、ハンドルの操舵角および車体の加速度のそれぞれにおいて、遅延時間が大きくなるに従って低周波(約0.5Hz)の振動成分の値が大きくなっており、道路の表面状態やタイヤの径の違いによって生じるノイズ成分とは波形が明確に異なっている。このことは、コーナーの入り口においてドライバーのハンドル操作に一定以上の遅れが生じた場合(図では400msの遅延)、ハンドルが回転方向に振動し、また車体が横方向に振動することを意味している。すなわちドライバー起因性の(driver-induced)振動が発生する。 As shown in FIGS. 6 (b) and 6 (d), which are enlarged views within the dotted lines in FIGS. 6 (a) and 6 (c), as the delay time increases, the low frequency ( The value of the vibration component of about 0.5 Hz) is large, and the waveform is clearly different from the noise component caused by the road surface condition and the tire diameter difference. This means that if the driver's handle operation is delayed more than a certain amount at the entrance of the corner (400 ms delay in the figure), the handle vibrates in the rotational direction and the vehicle body vibrates laterally. Yes. That is, driver-induced vibration occurs.
図4に戻って、テストケース3について説明する。テストケース3では、車が車線のカーブした部分から出たときから2秒間、ハンドル操作を遅延させたときの車の走行状態をシミュレートした。図7にその結果を示す。
Returning to FIG. 4, the
図7(a)〜(d)のグラフの内容は、図5(a)〜(d)において説明した内容と変わらない。また図6と同様に、図7(a)および(c)ではコーナーに入ってから出るまでの間の操舵角と横方向の加速度を示しているため、それに応じてグラフの形状が変わっている。 The contents of the graphs in FIGS. 7A to 7D are the same as the contents described in FIGS. 5A to 5D. Similarly to FIG. 6, FIGS. 7A and 7C show the steering angle and the acceleration in the lateral direction from entering the corner to exiting, and the shape of the graph changes accordingly. .
図7(a)および(c)の点線内を拡大した図7(b)および(d)に示すように、ハンドルの操舵角および車体の横方向の加速度のそれぞれにおいて、遅延時間が大きくなるに従って低周波(約0.5Hz)のドライバー起因性の振動成分の値が大きくなっている。このことは、コーナーの入口と同様にコーナーの出口においても、ドライバーのハンドル操作に一定以上の遅れが生じた場合(図では400msの遅延)、ハンドルが回転方向に振動し、また車体が横方向に振動することを意味している。 As shown in FIGS. 7 (b) and 7 (d), which are enlarged within the dotted lines in FIGS. 7 (a) and 7 (c), as the delay time increases in each of the steering angle of the steering wheel and the lateral acceleration of the vehicle body, The value of the low frequency (about 0.5 Hz) driver-induced vibration component is large. This means that the steering wheel vibrates in the direction of rotation when the driver's steering wheel operation is delayed more than a certain amount (400 ms delay in the figure) at the corner exit as well as the corner entrance. It means to vibrate.
PD制御系などの一般のフィードバック制御系においても、遅延が発生するとナイキスト条件が崩れ、系が振動することが知られているが、人間による車操作に近い関数SAFを有する制御系においても、同様な現象が生じ得る。 Even in a general feedback control system such as a PD control system, it is known that the Nyquist condition breaks down when a delay occurs, and the system vibrates. However, the same applies to a control system having a function SAF that is similar to a human vehicle operation. May occur.
上述した3つのテストケースにおけるシミュレーションの結果から明らかなように、ドライバーの認知的負荷が不適切な状態にあるためハンドル操作に所定値以上の遅れが生じたときに、操舵角に振動が生じ、更に車体に横方向の振動が生じる。従って、このドライバー起因性の振動を検出することにより、ドライバーが不適切な認知的負荷の状態にあることを推定することができる。 As is apparent from the simulation results in the three test cases described above, when the driver's cognitive load is in an inappropriate state, when a delay of a predetermined value or more occurs in the steering operation, vibration occurs in the steering angle. Furthermore, lateral vibrations occur in the vehicle body. Therefore, by detecting the driver-induced vibration, it can be estimated that the driver is in an inappropriate cognitive load.
更に、振動の強さは認知的負荷の大きさに比例していると考えられるため、振動の強さが一定値を超えたときに、音声や光を用いてドライバーの注意を喚起することにより、事故の発生を未然に防止することができる。 Furthermore, since the vibration intensity is thought to be proportional to the magnitude of the cognitive load, when the vibration intensity exceeds a certain value, the driver's attention is given by using voice or light. The occurrence of accidents can be prevented in advance.
具体的には、本実施の形態では、操舵角または車体の横方向の加速度を検出すると共に、検出信号から所定の周波数の振動成分を取り出し、その値が一定値(閾値)を超えたときにドライバー起因性の振動と判断し、不適切な認知的負荷の状態にあると推定して、ドライバーの注意を喚起している。 Specifically, in the present embodiment, when the steering angle or the lateral acceleration of the vehicle body is detected, a vibration component having a predetermined frequency is extracted from the detection signal, and the value exceeds a certain value (threshold value). Judging by the driver-induced vibration, the driver is alerted by assuming that the driver is in an inappropriate cognitive load.
なお、基準となる振動成分の強さは、車の仕様(大きさや重量)および走行速度によって変動するため、予め車の種類および速度に応じて振動成分の閾値を設定し、そのデータをメモリに格納しておく必要がある。 Note that the strength of the vibration component used as a reference varies depending on the vehicle specifications (size and weight) and travel speed. Therefore, the vibration component threshold value is set in advance according to the vehicle type and speed, and the data is stored in the memory. Must be stored.
<警告装置の構成と動作>
次に、図8および図9を参照して、上述したドライバーの注意喚起方法を実現する警告装置について説明する。図8は、警告装置の構成を示すブロック図、図9は、同装置の操舵角センサの取り付け位置を説明する概略斜視図である。
<Configuration and operation of warning device>
Next, with reference to FIG. 8 and FIG. 9, a warning device that realizes the above-described driver alert method will be described. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the warning device, and FIG. 9 is a schematic perspective view for explaining the mounting position of the steering angle sensor of the device.
警告装置3は、インターフェース31、CPU32、ROM33、RAM34、フラッシュメモリ35および報知手段36で構成されており、車1の操舵角を検出する操舵角センサ21の出力信号から振動成分を抽出し、その強さが一定値を超えたときに、ドライバーの認知的負荷が不適切な状態にあると推定し、報知手段36を用いてドライバーの注意を喚起している。
The
図9に示すように、操舵角センサ21は、ハンドル13の回転を、ステアリングシャフト14を介して前輪11に伝えるステアリング機構16の近傍に取り付けられており、前輪11の操舵角を検出する。
As shown in FIG. 9, the
インターフェース31は、操舵角センサ21からの信号を受信し、その信号を内蔵のA/Dコンバータを用いてデジタル信号に変換した後、CPU32に転送する。
The
CPU32は、ROM33に記憶されたソフトウェアを読み出して演算を行うと共に、その結果に基づいて報知手段36の動作を制御するもので、演算手段321と制御手段322の機能を実現する。なおRAM34はワーキングメモリとして機能し、またフラッシュメモリ35には演算の際の閾値データが格納されている。
The
報知手段36は、音声と光を用いてドライバーの注意を喚起するものであり、スピーカとLEDで構成されている。演算手段321の演算結果に基づいて、ドライバーが不適切な認知的負荷の状態にある推定された場合、スピーカから警告音を発し、またLEDを点滅してドライバーに知らせる。 The notification means 36 uses a sound and light to alert the driver, and is composed of a speaker and an LED. When it is estimated that the driver is in an inappropriate cognitive load based on the calculation result of the calculation means 321, a warning sound is emitted from the speaker, and the LED is blinked to notify the driver.
次に、警告装置3の動作を説明する。演算手段321はフィルタおよびコンパレータの機能を実現し、操舵角の検出信号から振動成分を取り出し、その値をフラッシュメモリ35から読み出された閾値と比較し、振動成分が閾値を超えている場合は、制御手段322に通知して報知手段36を動作させ、ドライバーの注意を喚起する。
Next, the operation of the
前述したように、車の仕様および速度によって、操舵角の検出信号に含まれる振動成分の周波数および強さが異なるため、フラッシュメモリ35には、車の種類と速度に対応した閾値のデータが格納されている。
As described above, since the frequency and strength of the vibration component included in the steering angle detection signal differ depending on the vehicle specification and speed, the
フラッシュメモリ35に格納する閾値のデータは、シミュレータを用いて算出する。閾値のデータを、実際の車を運転して測定することも可能であるが、実際の運転において不適切な認知的負荷の状態を実現することは難しく、またそのような状態は危険を伴うため、シミュレータを用いて算出することが好ましい。
The threshold data stored in the
なお、図8に示した警告装置では、操舵角センサ21の出力信号に基づいて、ドライバーが不適切な認知的負荷の状態にあるか否かを推定したが、図10に示すように、加速度センサ22の出力信号に基づいて、ドライバーが不適切な認知的負荷の状態にあるか否かを推定してもよい。
In the warning device shown in FIG. 8, it is estimated whether or not the driver is in an inappropriate cognitive load based on the output signal of the
この場合、図11に示すように、加速度センサ22を車の車体10に取り付ける。図11では、加速度センサ22をダッシュボードに取り付けているが、加速度センサ22の取り付け位置は、車体10の横方向の振動を検出できる場所であれば、どこでもかまわない。
In this case, the
加速度センサ22の出力に基づいて認知的負荷の状態を推定する場合、フラッシュメモリ35に格納される閾値のデータは、加速度センサ22の出力に対応した値にする必要がある。
When estimating the state of the cognitive load based on the output of the
また本実施の形態では、報知手段36において音声と光によりドライバーの注意を喚起したが、音声と光のいずれか一方のみを用いてドライバーの注意を喚起してもよい。 In the present embodiment, the notification means 36 alerts the driver with sound and light. However, the driver's attention may be alerted using only one of sound and light.
以上説明したように、本発明は、レーシングカーのシミュレータを用いて車の運転のシミュレーションを行った結果、ハンドル操作の遅れが大きくなると、操舵角にドライバー起因性の振動が生じ、更に車体が横方向に振動することを見出したこと基づいてなされたものである。本発明はこの現象を利用し、実際のドライバーの認知的負荷が不適切な状態にあることの初期的兆候を、ハンドル操作の遅れに基づいて推定し、ドライバーにそれを知らせて、事故を未然に防止するものである。 As described above, according to the present invention, as a result of the simulation of the driving of the vehicle using the racing car simulator, if the delay in the steering operation becomes large, the driver-induced vibration occurs in the steering angle, and the vehicle It was made based on finding that it vibrates in the direction. The present invention makes use of this phenomenon to estimate the initial sign that the actual driver's cognitive load is in an inappropriate state based on the delay in steering, and informs the driver of the accident before it occurs. It is something to prevent.
本発明の方法によれば、ハンドル操作の遅れによるドライバー起因性の振動の発生を短時間(2秒以内)に検知できるため、衝突回避などの緊急避難的な措置にも十分対応できる。 According to the method of the present invention, since the occurrence of driver-induced vibration due to a delay in steering operation can be detected in a short time (within 2 seconds), it can sufficiently cope with emergency evacuation measures such as collision avoidance.
なお、上述のシミュレーションでは、オープンソースであるシミュレータ(TORCS)を用いて認知的負荷とハンドルの回転方向の振動または車体の横方向の振動との関係について解析を行ったが、シミュレータはこれに限定されるものではない。市販されている他のシミュレータを用いて解析を行なってもよいことは云うまでもない。 In the above simulation, an open source simulator (TORCS) was used to analyze the relationship between the cognitive load and the vibration in the rotational direction of the steering wheel or the lateral vibration of the vehicle body. However, the simulator is not limited to this. Is not to be done. Needless to say, the analysis may be performed using another commercially available simulator.
1 車(レーシングカー)
3 警告装置
10 車体
11 前輪
12 後輪
21 操舵角センサ
22 加速度センサ
31 インターフェース
32 CPU
33 ROM
34 RAM
35 フラッシュメモリ
36 報知手段
321 演算手段
322 制御手段
1 car (racing car)
3
33 ROM
34 RAM
35
Claims (11)
前記検出信号からドライバー起因性の振動成分を取り出すステップと、
前記取り出された振動成分の値が予め定めた閾値を超えたときに、前記ドライバーの認知的負荷が不適切な状態にあると推定するステップと、を含むことを特徴とする不適切な認知的負荷の推定方法。 Detecting a steering angle of a vehicle driven by a driver;
Extracting a driver-induced vibration component from the detection signal;
Estimating that the driver's cognitive load is in an inappropriate state when the value of the extracted vibration component exceeds a predetermined threshold value, comprising: Load estimation method.
前記検出信号からドライバー起因性の振動成分を取り出すステップと、
前記取り出された振動成分の値が予め定めた閾値を超えたときに、音声または光の少なくとも一方を用いてドライバーの注意を喚起するステップと、を含むことを特徴とするドライバーの注意喚起方法。 Detecting a steering angle of a vehicle driven by a driver;
Extracting a driver-induced vibration component from the detection signal;
A method of alerting the driver, comprising: a step of alerting the driver using at least one of sound and light when the value of the extracted vibration component exceeds a predetermined threshold value.
音声または光の少なくとも一方を用いてドライバーの注意を喚起する報知手段と、
前記操舵角センサの検出信号から所定の周波数の振動成分を取り出すと共に、取り出された振動成分の値を、予めメモリに格納された閾値と比較する演算手段と、
前記演算手段の出力に従って前記報知手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記演算手段において振動成分の値が閾値以上であったときに、前記報知手段を動作させることを特徴とする警告装置。 A steering angle sensor for detecting the steering angle of a vehicle driven by a driver;
An informing means for alerting the driver using at least one of voice and light;
Calculating means for extracting a vibration component of a predetermined frequency from the detection signal of the steering angle sensor, and comparing the value of the extracted vibration component with a threshold value stored in advance in a memory;
Control means for controlling the operation of the notification means according to the output of the calculation means,
The control unit operates the notification unit when the value of the vibration component in the calculation unit is equal to or greater than a threshold value.
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JP2016058245A JP2017174058A (en) | 2016-03-23 | 2016-03-23 | Method for estimating inappropriate cognitive load, method for inviting attention of driver, and warning device |
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- 2016-03-23 JP JP2016058245A patent/JP2017174058A/en active Pending
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