JP2018067123A

JP2018067123A - 車両運転者の状態検知装置

Info

Publication number: JP2018067123A
Application number: JP2016204884A
Authority: JP
Inventors: 健司鳴海; Kenji Narumi
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2018-04-26
Also published as: WO2018074249A1; DE112017005314T5; US20200156687A1

Abstract

【課題】運転者の状態（運転姿勢、眠気、運転不能）を確実に検知できる車両運転者の状態検知装置を提供する。【解決手段】車両側である車両１００に装着されて振動を検出する第１振動検出部である車両振動検出部１０と、車両１００のステアリング部１１０に装着されて振動を検出する第２振動検出部であるステアリング振動検出部２０と、車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０からの入力信号を処理、演算する制御部５０と、を有し、制御部５０は、車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０のそれぞれの入力信号の差分に基づいてステアリング部１１０の把持状態を判定するように構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両運転者の状態検知装置に関する。

従来の技術に係る車両運転者の状態検知装置として、心拍ゆらぎ検出システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の心拍ゆらぎ検出システムは、ステアリングホイールに配されることで、該ステアリングホイールを握る運転者の心電波形を検出する２つの電極部と、電極部を介して検出された運転者の心電波形に基づいて、時間領域解析を行うことで、心拍のゆらぎを解析する手段と、解析結果に応じた報知を行う手段とを備える構成とされている。

特許文献１によれば、報知処理部は、心拍間隔検出処理部において算出されたゆらぎ度に基づいて、必要に応じて、表示／操作部に警報メッセージを表示したり、音声出力部を介して警報音を出力したり、ランプ部を点灯または点滅させたりする。これにより、運転者は自身が眠気をもよおしていることを認識することができ、また、対向車や後続車の運転者に対して注意を促すことができる。また、必要に応じて、振動部を振動させることで、運転者の眠気を覚ますことができるとされている。よって、車両を運転する運転者の状態を表す生体情報を検知し、運転者に報知することで、車両事故を未然に防止するとされている。

特開２００８−１０８００４号公報

しかし、特許文献１の心拍ゆらぎ検出システムは、運転者の自律神経機能を定期的に監視することが可能ではあるが、一時的な失神や痙攣では正確に判定することができないという問題があった。

従って、本発明の目的は、運転者の状態（運転姿勢、眠気、運転不能）を確実に検知できる車両運転者の状態検知装置を提供することにある。

［１］本発明は、上記目的を達成するために、車両側に装着されて振動を検出する第１振動検出部と、前記車両のステアリング部に装着されて振動を検出する第２振動検出部と、前記第１振動検出部及び前記第２振動検出部からの入力信号を処理、演算する制御部と、を有し、前記制御部は、前記第１振動検出部及び前記第２振動検出部のそれぞれの前記入力信号の差分に基づいて前記ステアリング部の把持状態を判断することを特徴とする車両運転者の状態検知装置を提供する。

［２］前記第１振動検出部は、前記ステアリング部を支持するステアリングポストに装着されることを特徴とする上記［１］に記載の車両運転者の状態検知装置であってもよい。

［３］また、前記ステアリングポストは、加振部を備えることを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の車両運転者の状態検知装置であってもよい。

本発明によれば、運転者の状態（運転姿勢、眠気、運転不能）を確実に検知できる車両運転者の状態検知装置を提供することができる。

図１は、本発明の形態に係る車両運転者の状態検知装置の各構成要件の配置例を示す全体構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置の構成を示すブロック構成図である。図３は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置において、上から、車両振動検出部による車両振動波形（検出値ａ１）、ステアリング振動検出部２０によるステアリング振動波形（検出値ａ２）である。図４は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置において、振動測定から状態判定までの処理工程を示す図である。図５は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置の、車両振動状態、Ｆｒｅｅ状態、Ｗｅａｋ状態、Ｓｔｒｏｎｇ状態における周波数軸上でのそれぞれの振幅Ａを示す周波数特性図である。図６は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置の動作を示すフローチャート図である。

（本発明の第１の実施の形態）
図１は、本発明の形態に係る車両運転者の状態検知装置の各構成要件の配置例を示す全体構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置の構成を示すブロック構成図である。本発明の第１の実施の形態は、ステアリングポスト１２０に加振部３０が装着された構成として、以下説明する。

本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置１は、車両側である車両１００に装着されて振動を検出する第１振動検出部である車両振動検出部１０と、車両１００のステアリング部１１０に装着されて振動を検出する第２振動検出部であるステアリング振動検出部２０と、車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０からの入力信号を処理、演算する制御部５０と、を有し、制御部５０は、車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０のそれぞれの入力信号の差分に基づいてステアリング部１１０の把持状態を判定するように構成されている。車両振動検出部１０は、車両１００のステアリングポスト１２０に装着され、また、加振部３０がステアリングポスト１２０に装着された構成とされている。

本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置１は、車両１００の走行に伴い、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０に固有振動（共振）が生じることを利用する。この固有振動数ｆ_０（共振）における振幅Ａは、運転者２００がステアリング部１１０を把持する状態により変化する。すなわち、運転者２００がステアリング部１１０を強く把持していると固有振動数ｆ_０（共振）における振幅Ａは大きく減衰し、運転者２００がステアリング部１１０を把持していない場合には振幅Ａの減衰は小さい、等の現象を検出することにより、運転者２００の状態検知を行なうものである。

図１に示すように、車両１００にはステアリングポスト１２０が取付けられている。このステアリングポスト１２０は、ステアリングシャフト１３０を回転可能に支持している。ステアリングシャフト１３０の端部にはステアリング部１１０が取付けられている。

ステアリングポスト１２０には、車両振動検出部１０が装着されている。また、ステアリング部１１０には、ステアリング振動検出部２０が装着されている。さらに、ステアリングポスト１２０には、加振部３０が装着されている。加振部３０は、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０の固有振動（共振）の発生を補助するためのものである。

図１において、車両１００の走行中は、エンジンや路面からの振動が、車両１００からステアリングポスト１２０及びステアリング部１１０に伝達する。車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０は、この振動、及び、この振動又は加振部３０による振動により発生する固有振動（共振）の振動の強さ、振幅を検出する。

図２に示すように、車両振動検出部１０、ステアリング振動検出部２０、加振部３０は、それぞれ、制御部５０に接続されている。

（車両振動検出部１０）
車両振動検出部１０は、加速度センサを使用することができる。加速度センサは、加速度の測定を目的とした慣性センサである。加速度を測定し、適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。加速度センサには多くの種類があるが、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を応用したＭＥＭＳ加速度センサが使用できる。ＭＥＭＳ型加速度センサは、加速度を検出する検出素子部と、検出素子からの信号を増幅、調整して出力する信号処理回路で構成されている。例えば、静電容量検出方式の加速度センサは、センサ素子可動部と固定部の間の静電容量変化を検出するものである。

（ステアリング振動検出部２０）
ステアリング振動検出部２０は、車両振動検出部１０と同様に、加速度センサを使用することができる。加速度センサは、加速度の測定を目的とした慣性センサである。加速度を測定し、適切な信号処理を行うことによって、傾きや動き、振動や衝撃といったさまざまな情報が得られる。加速度センサには多くの種類があるが、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を応用したＭＥＭＳ加速度センサが使用できる。ＭＥＭＳ型加速度センサは、加速度を検出する検出素子部と、検出素子からの信号を増幅、調整して出力する信号処理回路で構成されている。例えば、静電容量検出方式の加速度センサは、センサ素子可動部と固定部の間の静電容量変化を検出するものである。

（加振部３０）
加振部３０は、意図的に振動を起こさせる装置のことであり、加振装置には機械式、油圧式、動電型、圧電型などがある。種々の加振装置が使用可能であるが、例えば、モータによる加振装置、磁歪素子による加振装置等が使用できる。加振する加振信号は任意に設定可能であるが、本実施の形態では、広帯域の加振波形を含むインパルス信号を使用する。これにより、前述のステアリング部１１０とステアリングポスト１２０の固有振動（共振）が励起されることになる。

（制御部５０）
制御部５０は、例えば、記憶されたプログラムに従って、取得したデータに演算、加工等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、半導体メモリであるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などから構成されるマイクロコンピュータである。ＲＯＭには、例えば、制御部５０が動作するためのプログラム、閾値等が格納されている。ＲＡＭは、例えば、一時的に演算結果などを格納する記憶領域として用いられる。

制御部５０は、記憶されたプログラムに従って、運転者２００の状態検知を行なうための判定部５１を有している。また、ＲＯＭには、閾値５２として状態検知の基準となるＡ_１、Ａ_２が適宜参照可能な状態で記憶されている。

制御部５０には、車両振動検出部１０から車両振動の検出値ａ１が入力される。制御部５０には、ステアリング振動検出部２０からステアリング振動の検出値ａ２が入力される。また、制御部５０からは、加振部３０に加振信号Ｓｄが出力される。

（振動波形と信号処理）
図３は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置において、上から、車両振動検出部による車両振動波形（検出値ａ１）、ステアリング振動検出部２０によるステアリング振動波形（検出値ａ２）である。ステアリング振動波形（検出値ａ２）は、運転者によるステアリング部１１０の把持状態、すなわち、把持しないＦｒｅｅ状態によるＦｒｅｅ波形、軽い握りのＷｅａｋ波形、強い握りのＳｔｒｏｎｇ波形である。

制御部５０は、ステアリング部１１０の把持状態を判定するために、図３に示す振動波形を信号処理する。図４は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置において、振動測定から状態判定までの処理工程を示す図である。

図４に示すように、車両振動検出部１０による車両振動波形（検出値ａ１）、ステアリング振動検出部２０によるステアリング振動波形（検出値ａ２）は、まず、ＦＦＴ（高速フーリエ変換、Fast Fourier Transform）により周波数軸上の信号に変換する。それぞれの検出値ａ１、検出値ａ２は、差分として振幅Ａが算出（縦軸）される。このＦＦＴの計算結果は、後述する図５のように求められる。この算出結果に基づいて、制御部５０は、ピーク検出を行ない、そのレベル判定によって運転者によるステアリング部１１０の把持状態を判定する。

図５は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置の、車両振動状態、Ｆｒｅｅ状態、Ｗｅａｋ状態、Ｓｔｒｏｎｇ状態における周波数軸上でのそれぞれの振幅Ａを示す周波数特性図である。この振幅Ａは、検出値ａ１、検出値ａ２の差分に基づく値である。

図５に示すように、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０の固有振動（共振）は、固有振動数ｆ_０において発生する。図５は、エンジンや路面からの振動による振動３００の中に、固有振動数ｆ_０における振幅の大きな共振を示すスペルクトルが検出される。これは、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０の固有振動（共振）によるものであり、検出値ａ１、検出値ａ２の差分に基づいて生成される。

図５において、振動のピークＰ_１は、運転者がステアリング部１１０を把持しないＦｒｅｅ状態のスペルクトルを示す。運転者がステアリング部１１０を軽く握るＷｅａｋ状態の場合は、共振が少し減衰することにより、振動のピーク値がＰ_２となる。運転者がステアリング部１１０を強く握るＳｔｒｏｎｇ状態の場合は、共振がさらに減衰することにより、振動のピーク値がＰ_３となる。

なお、図５に示すように、エンジンや路面からの振動による振動３００はノイズとして作用するので、予め計算により求められる固有振動数ｆ_０より低い周波数ｆ_１以下の帯域は、フィルタによりカットしておくのが好ましい。

また、振動のピークＰ_１、Ｐ_２、Ｐ_３は、ステアリング部１１０の把持状態により固有振動の周波数が若干シフトするので、ピーク検出（ピークホールド）によりレベルＡを検出することが好ましい。

（把持状態の判定動作）
図６は、本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置の動作を示すフローチャート図である。以下、このフローチャートに従って車両運転者の状態検知動作を説明する。

車両運転者の状態検知装置の動作がスタートすると、加振部３０は、加振動作を行なう（Ｓｔｅｐ１）。加振部３０は、インパルス信号によりステアリングポスト１２０を加振することにより、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０に振動を加える。これにより、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０の固有振動（共振）が励起されることになる。なお、加振のタイミングは、車両振動検出部１０、ステアリング振動検出部２０による信号取得時のタイミングに合わせて行なうことができる。

次に、制御部５０は、車両振動検出部１０からの車両振動の検出値ａ１を取得して、振動検出を行なう（Ｓｔｅｐ２）。

また、制御部５０は、ステアリング振動検出部２０からの車両振動の検出値ａ２を取得して、振動検出を行なう（Ｓｔｅｐ３）。

Ｓｔｅｐ２、Ｓｔｅｐ３における車両振動の検出値ａ１、ａ２の取得は、図２に示すような２チャンネル入力の場合は、並行して実行することが可能である。

制御部５０は、図４で示した信号処理（ＦＦＴ、ピーク検出）を行なう（Ｓｔｅｐ４）。

制御部５０は、車両振動検出部１０による検出値ａ１とステアリング振動検出部２０による検出値ａ２に基づく差分Ａが、Ａ＞Ａ_１かどうかを判断する（Ｓｔｅｐ５）。Ａ＞Ａ_１の場合はＳｔｅｐ６へ進み（Ｓｔｅｐ５：Ｙｅｓ）、Ａ＞Ａ_１でない場合はＳｔｅｐ７へ進む（Ｓｔｅｐ５：Ｎｏ）。

なお、Ａ_１は、Ｆｒｅｅ状態かＷｅａｋ状態かを判断するための振幅の閾値である。また、後述するＡ_２は、Ｗｅａｋ状態かＳｔｒｏｎｇ状態かを判断するための振幅の閾値である。振幅の閾値は、Ａ_１＞Ａ_２に設定されている。すなわち、閾値Ａ_１とＡ_２は、振幅の差分ＡがＡ_１より大きい場合はＦｒｅｅ状態であり、振幅の差分ＡがＡ_１からＡ_２の範囲であればＷｅａｋ状態であり、振幅の差分ＡがＡ_２より小さい場合はＳｔｒｏｎｇ状態であると判定できるように設定されている。

制御部５０は、判定部５１により、振幅の差分ＡがＡ＞Ａ_１の場合であるので、運転者がステアリング部１１０を把持しないＦｒｅｅ状態であると判定することができる（Ｓｔｅｐ６）。

制御部５０は、車両振動検出部１０による検出値ａ１とステアリング振動検出部２０による検出値ａ２に基づく差分Ａが、Ａ＜Ａ_２かどうかを判断する（Ｓｔｅｐ７）。Ａ＜Ａ_２の場合はＳｔｅｐ８へ進み（Ｓｔｅｐ７：Ｙｅｓ）、Ａ＜Ａ_２でない場合はＳｔｅｐ９へ進む（Ｓｔｅｐ７：Ｎｏ）。

制御部５０は、判定部５１により、振幅の差分ＡがＡ＜Ａ_２の場合であるので、運転者がステアリング部１１０を強く把持するＳｔｒｏｎｇ状態であると判定することができる（Ｓｔｅｐ８）。

制御部５０は、判定部５１により、振幅の差分ＡがＡ_１以下かつＡ_２以上の場合であるので、運転者がステアリング部１１０を軽く把持するＷｅａｋ状態であると判定することができる（Ｓｔｅｐ９）。

上記の一連の動作は、それぞれＳｔｅｐ１へ戻って、繰り返して実行することができる。これにより、運転者がステアリング部１１０を把持しないＦｒｅｅ状態であるか、ステアリング部１１０を強く把持するＳｔｒｏｎｇ状態であるか、また、運転者がステアリング部１１０を軽く把持するＷｅａｋ状態であるかの運転者２００の状態検知を行なうことが可能となる。さらに、これらのＦｒｅｅ状態、Ｓｔｒｏｎｇ状態、Ｗｅａｋ状態の検知結果に基づいて、運転者の状態（運転姿勢、眠気、運転不能）を確実に検知することが可能になる。

（本発明の第２の実施の形態）
第１の実施の形態で示した構成において、車両運転者の状態検知を車両の運転中に限れば、加振部３０は必須のものではない。車両走行中は、エンジンや路面からの振動により、ステアリング部１１０やステアリングポスト１２０は加振される。これにより、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０は固有振動数で共振する。したがって、図５に示した周波数特性図において、固有振動数ｆ_０でのピークは検出が可能である。

よって、図１、図２で示した加振部３０を備えない構成で、図６で説明したＳｔｅｐ１の加振部３０による加振動作を省略する構成の第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、車両運転者の状態検知動作が可能である。

（本発明の実施の形態の効果）
（１）本発明の実施の形態に係る車両運転者の状態検知装置１は、車両側である車両１００に装着されて振動を検出する第１振動検出部である車両振動検出部１０と、車両１００のステアリング部１１０に装着されて振動を検出する第２振動検出部であるステアリング振動検出部２０と、車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０からの入力信号を処理、演算する制御部５０と、を有し、制御部５０は、車両振動検出部１０及びステアリング振動検出部２０のそれぞれの入力信号の差分に基づいてステアリング部１１０の把持状態を判定するように構成されている。これにより、運転者がステアリング部１１０を把持しないＦｒｅｅ状態であるか、ステアリング部１１０を強く把持するＳｔｒｏｎｇ状態であるか、また、運転者がステアリング部１１０を軽く把持するＷｅａｋ状態であるかの運転者２００の状態検知を行なうことが可能となる。
（２）上記示したＦｒｅｅ状態、Ｓｔｒｏｎｇ状態、Ｗｅａｋ状態の検知結果に基づいて、制御部５０は、運転者の状態（運転姿勢、眠気、運転不能）を推定することが可能となる。これにより、安全運転のための警告や、自動停止へ応用することが可能となる。なお、制御部５０は、Ｆｒｅｅ状態、Ｓｔｒｏｎｇ状態、Ｗｅａｋ状態の検知結果を車載機器等に出力することができるので、車載機器側において、このＦｒｅｅ状態、Ｓｔｒｏｎｇ状態、Ｗｅａｋ状態の検知結果に基づいて、種々の推定、判断等を行なうことが可能となる。
（３）加振部３０を備えた第１の実施の形態では、広帯域の加振波形を含むインパルス信号でステアリング部１１０とステアリングポスト１２０を加振するので、ステアリング部１１０とステアリングポスト１２０の固有振動（共振）の励起を確実にすることができる。
（４）加振部３０を備えない第２の実施の形態の構成でも、エンジンや路面からの振動により、ステアリング部１１０やステアリングポスト１２０は加振されるので、固有振動数ｆ_０でのピークは検出が可能である。したがって、簡単な構成により車両運転者の状態検知動作が可能となる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、この実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、この実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…車両運転者の状態検知装置
１０…車両振動検出部
２０…ステアリング振動検出部
３０…加振部
５０…制御部
５１…判定部
５２…閾値
１００…車両
１１０…ステアリング部
１２０…ステアリングポスト
１３０…ステアリングシャフト
２００…運転者
３００…振動

Claims

車両側に装着されて振動を検出する第１振動検出部と、
前記車両のステアリング部に装着されて振動を検出する第２振動検出部と、
前記第１振動検出部及び前記第２振動検出部からの入力信号を処理、演算する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記第１振動検出部及び前記第２振動検出部のそれぞれの前記入力信号の差分に基づいて前記ステアリング部の把持状態を判定することを特徴とする車両運転者の状態検知装置。
前記第１振動検出部は、前記ステアリング部を支持するステアリングポストに装着されることを特徴とする請求項１に記載の車両運転者の状態検知装置。
前記ステアリングポストは、加振部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両運転者の状態検知装置。