JP4377331B2 - 自動車運転者の注意レベルを検出するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１および１５の前提部分に記載されている特徴を有し、自動車運転者のステアリング能力をモニタすることによって、自動車運転者の注意レベルを検出するための方法および装置に関する。

自動車運転者の注意レベル（警戒）に特に高い要求があることは一般に知られている。特に疲労および／または単調な運転状況のため、自動車運転者の注意レベルが低下すると、事故の可能性が高まる場合がある。

自動車運転者の注意レベルを改良するための方法および装置は公知である。例えば、独国特許第４４００２０７号には、自動車運転者の心拍情報をステアリング情報と関係づけた装置および方法が開示されている。自動車運転者によるステアリングホイールの作動は、少なくとも１つのステアリング角度センサで検出される。自動車運転者がステアリングホイールを時計回りにまたは反時計回りに回転させる以前の特定の時間がモニタされ、自動車運転者によるステアリングホイールの作動を検出する。本明細書における基礎をなす概念は、運転者は、自動車運転者が警戒しているとき、より頻繁に発生するいわゆる微細ステアリング期間（ｆｉｎｅ−ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄｓ）で、自動車走行を維持する傾向があるということである。この微細ステアリング期間がない場合、またはこの微細ステアリング期間の間の時間間隔がより大きい場合には、自動車運転者の注意レベルが低下していることを示す。

自動車のステアリング能力は、運転者によって意図的に、または外的影響、例えば突風、不良道路状態等によって、影響を受ける場合があり、自動車運転者から走行修正を要求させることが一般に公知である。

自動車に、電子安定化システム（ＥＳＰ）および／または電気ステアリングアシスト（ＥＰＳ）を装備することも公知である。これらのシステムで、能動的な制御システムが、所望の性能と様々な構成要素の実際の性能との間のずれを検出し、そして、適切な対策を自動的に開始することによって、自動車を操縦する際に自動車運転者を補助する。

したがって、本発明の目的は、自動車運転者の注意レベルを容易に検出するための上述の種類の方法および装置を提供することである。

本発明によると、この目的は、請求項１に記載された特徴を有する方法によって解決される。自動車運転者の注意レベルは、自動車の少なくとも１つの操縦可能な車輪のステアリング角度の変化とステアリングホイール角度の変化との間の位相関係を評価することによって、容易にかつ確実に決定することができる。本発明の方法は、外的影響が自動車の操縦に影響を与えるときに、自動車運転者が、所望の自動車走行を修正するためにカウンターステア作用を開始しなければならないという観察結果に基づいている。自動車走行への外的影響が、自動車の少なくとも１つの操縦可能な車輪のステアリング角度に変化を発生させ、すなわち、実際のステアリング角度は、意図されたステアリング角度からずれを生じさせる。自動車運転者は、ステアリングホイールを使用してカウンターステアを行うので、ステアリングホイール角度の変化は、自動車運転者のステアリング動作の尺度になる。避けることができない反応時間のため、少なくとも１つの操縦可能な車輪のステアリング角度とステアリングホイール角度との間の位相関係が、異なる場合もある。したがって、ステアリング角度とステアリングホイール角度の位相関係間のこの差は、自動車運転者が反応する能力（反応速度）の尺度になるため、漸減する反応速度は、自動車運転者の低下した注意レベルを容易に示すことができる。

本発明の有利な特徴によると、自動車のステアリング運動が自動車運転者の意図的なステアリング動作によって引き起こされていない時間間隔中に、位相関係を評価することができる。これは、自動車運転者の注意レベルを識別するための複雑さを著しく低減させる。本発明の注意レベルを識別するための方法は、外的ステアリング影響により自動車のステアリング動作を引き起こした後にのみ、適用される。逆に、本発明の方法は、自動車運転者がステアリング動作を開始するか、またはステアリング動作が外的事象によって影響されない時間間隔中、停止していることが好ましい。

本発明の別の有利な特徴によると、位相関係を、ステアリングホイール角度の変化がステアリング角度の変化の後に続く時間間隔内に評価することができる。好ましくは予め画定された時間ウインドウ内で、時間間隔の長さおよび／またはその時間間隔中のステアリング角度の勾配を評価することができることが好ましい。このようにして、連続して実行することができる異なる評価モードを、任意に有利に選択することができる。

本発明の更に別の有利な特徴によると、時間間隔の長さおよび／または勾配は、少なくとも１つの予め画定された限界値と比較することができ、有利なことに頻度がモニタされ、それによって、予め画定された時間間隔中に少なくとも１つの限界値を超える。これは、注意レベルを、特に時間経過とともに変化する注意レベルを、容易に検出することを可能にさせる。

更に、本発明の有利な特徴によると、少なくとも１つの限界値が予め画定された許容限度内に到達したとき、少なくとも１つの限界値を超えたとき、および／または所定の頻度よりも多い頻度で少なくとも１つの限界値を超えたとき、少なくとも１つの措置を開始することができる。措置は、具体的には、自動ステアリング介入、および／または少なくとも１つの聴覚、視覚、および／または触覚メッセージの生成を含むことができる。それによって、自動車運転者に自分の注意レベルの低下を警告することができるか、または注意レベルの低下を自動的に補償することができる。これは、自動車運転者の注意レベルの低下による事故の確率を効果的に低減する。任意に、検出された注意レベルに依存して、特に、注意レベルの検出された低下の重大性に依存して、段階的措置を開始することができる。このように、警告メッセージの強度を、自動車運転者の低下する注意レベルに関係づけることができ、自動車運転者にタイミングよく警告を与えて、例えば移動を中断して短い休憩を取らせるなどである。

本発明の更に別の有利な特徴によると、ステアリング角度およびステアリングホイール角度は、電気ステアリングアシストのサーボモータのロータの角度位置および／または回転速度、およびステアリングカラムの角度位置を評価することによって、決定することができる。これらの信号は、他の測定および制御作業のために、電気ステアリングサポート（ＥＰＳ）が装備された自動車では既に利用可能であり、したがって、ステアリング角度とステアリングホイール角度との間の位相関係を測定し評価するために追加センサを設置する必要性を排除する。

有利なことに、位相差は、電気ステアリングアシストのステアリングトルクを評価することによって決定することができ、それによって既存のセンサおよび／またはその測定された値を、間接的に有利に使用することができる。ステアリングトルクに対応する信号は、ステアリング角度とステアリングホイール角度との間の差に依存し、それによって注意レベルを識別するための冗長な信号を提供する。これに応じて、単一信号を使用して位相差を評価することができ、方法の正確度および実施を有意に簡略化する。

本発明の目的は、請求項１５に記載された特徴を有する装置によっても解決される。有利なことに、自動車のステアリング能力を検出し、かつ、注意レベルに対応する信号を生成することができる信号測定および評価ユニットに協働する少なくとも１つのセンサ装置を提供することによって、生成された信号は、自動車の少なくとも１つの操縦可能な車輪のステアリング角度とステアリングホイール角度との間の位相関係に依存するとともに、装置は容易に自動車に組み込み可能となる。特に、装置は、自動車の制御装置の一部であってもよい。

本発明の更なる有利な実施態様は、従属請求項の更なる特徴として記載される。

本発明の実施態様は、添付の図面を参照して、下記に詳細に説明される。

図１は、自動車のステアリングアセンブリ１０を概略的に示す。ステアリングアセンブリ１０は、ステアリングシャフト１４が接続されているステアリングホイール１２を含み、ステアリングボックス１６に配置されたステアリングラック１７に作用する。ステアリングラック１７は、ステアリングアーム２０に作用するタイロッド１８に接続される。ステアリングアーム２０は、自動車の操縦可能な車輪２２を、特に自動車の前輪を支持する。ステアリングアセンブリ１０は、ステアリングを補助する電気サーボモータ２４を含む。トーションロッド２６はステアリングシャフト１４と一体化される。ステアリングシャフト１４には、ステアリング角度センサ２８も設けられる。

概略的に描かれたステアリングアセンブリ１０の設計および操作は、一般に公知であり、したがって、本明細書中では詳細に論じない。

ステアリングアセンブリ１０が作動するときには、車輪２２の画定されたステアリング角度βは、ステアリングホイール１２および操縦可能な車輪２２の間の能動的な接続によって、ステアリングホイール１２の各ステアリングホイール角度αに関連するという点にも注意が必要である。

図２は、本発明の方法に基づいて、曲線２２’の形態でステアリング角度βの時間依存性を、および曲線１２’の形態でステアリングホイール角度αの時間依存性を示す。ステアリング角度βおよびステアリングホイール角度αは、自動車運転者によって意図的に変えられないが、これらの変化は、外的影響、例えば、突風、道路の障害物、不良道路状態、自動車の不良トラッキングアビリティ等によって引き起こされることに注意することが重要である。

これらの外的影響は、共通して、最初にステアリング角度β（曲線２２’）を変化させる。図２に例示されるように、ステアリング角度βは、外的影響のために時刻ｔ_１で変化する。設計に依存して、ステアリング角度βの変化に続き、時刻ｔ_２でステアリングホイール角度αが変化し、ここでは曲線１２’として示される。ｔ_１からｔ_２への時間間隔は、ステアリング機構によって決定され、例えば、ステアリングアセンブリ１０の遊びによって、またトーションロッド２６の応答等によって決定される。本発明の方法は、ステアリングホイール角度αの変化がステアリング角度βの変化によって引き起こされるときのみに適用されることを覚えておくことが重要である。自動車運転者は、ステアリング角度βの変化を検出し、時間遅れｔ_２−ｔ_１でステアリングホイール角度αを修正する。別の言い方をすると、理想的には、時刻ｔ_２で、自動車運転者は、ステアリング角度βが、すなわち、実際のステアリング角度が、所望のステアリング角度βとは異なることに気がつく。これによって、自動車運転者は、実際のステアリング角度βを所望のステアリング角度βに一致させるように試みることによって、反応させられる。おそらく直進走行では、所望のステアリング角度βは０度であり、所望のステアリングホイール角度αも０度である。時刻ｔ_１における実際のステアリング角度βは、外的影響のため増大し、実際のステアリングホイール角度αもまた、時間遅れｔ_２−ｔ_１で増加する。

時刻ｔ_３で、自動車運転者は、実際のステアリング角度βが所望のステアリング角度βからずれていることに気がつき、ステアリングホイール１２を回転させることによって補償しようと試みる。ステアリングホイール角度αは、次いで、自動車運転者がステアリングホイール１２を回転させると減少し、ステアリング角度βもまた、機構システムに依存する時間遅れで減少する。したがって、時刻ｔ_４におけるステアリングホイール角度αは再び、所望のステアリングホイール角度αに対応し、時刻ｔ_５における実際のステアリング角度βは、所望のステアリング角度βに対応する。

自動車運転者の注意レベルに関する結論は、このようにして、時間間隔ｔ_３−ｔ_２の変化から引き出すことができる。自動車運転者が注意深ければ深いほど早く、自動車運転者は、実際のステアリング角度βが所望のステアリング角度βからずれていることを検出する。言い換えると、時間間隔ｔ_３−ｔ_２が短ければ短いほど、自動車運転者の注意レベルは高くなる。

図２ａは、ステアリング角度βが、短い衝撃のような外乱のため変化する実施態様を示す。これに応じて、ステアリングホイール角度αは、短い衝撃のような外乱に続いてのみ、能動的に補正される。自動車運転者は、時刻ｔ_３で、すなわち、短い衝撃のような外乱が既に過ぎ去った後で、反応するだけである。しかし、そのような短い衝撃のような外乱は、自動車の直進走行に悪影響を与える可能性もあるため、自動車運転者は反応しなければならない。これに応じて、時間間隔ｔ_３−ｔ_２もまた、自動車運転者の注意レベルを示す。

評価を、下記のように実施することができる。

時間間隔ｔ_３−ｔ_２が測定され、限界値と比較される。時間間隔ｔ_３−ｔ_２が限界値を超える場合には、自動車運転者の注意レベルに対応した警告信号が生成される。警告信号は、聴覚情報、視覚情報、および触覚情報を含むことができる。時間間隔ｔ_３−ｔ_２が予め画定された量だけ限界値を超える場合には、自動ステアリング補正を適用することもでき、実際のステアリング角度βを所望のステアリング角度βへ戻すことができる。

評価方法の別の特徴によると、ステアリングホイール角度αが増加する勾配を、時刻ｔ_２で開始して評価することができる。ステアリングホイール角度αの勾配が予め画定された勾配よりも大きい場合には、自動車運転者からの反応を検出することなく（時刻ｔ_３）、自動車運転者の減少した注意レベルに対応した警告メッセージを再度生成することができる。一定の勾配、すなわち、予め画定された限界値を超えたときには、更なる自動ステアリング補正を適用することもできる。

別のアプローチにおいて、時刻ｔ_１で開始するステアリング角度βの勾配および時刻ｔ_２で開始するステアリングホイール角度αの勾配の間に、ある比率が形成される。画定されたステアリングホイール角度αが各々画定されたステアリング角度βに関連するという事実に基づいて、ステアリングホイール角度αの勾配の検出された減少は、自動車運転者が実際のステアリング角度βが所望のステアリング角度βからずれていることに気がつき、適切な修正を促したことを示す。これに応じて、このアプローチもまた、自動車運転者の注意レベルの指標を提供する。

評価方法の別の特徴によると、ｔ_３からｔ_２への時間間隔が予め画定された限界値を超える頻度もまた、参照変数として使用することができる。ｔ_３とｔ_２との間の時間間隔は、ステアリングの外的影響に応答する自動車運転者の反応時間を画定する。ｔ_３およびｔ_２の間の時間間隔が限界値を超える頻度が増加する場合には、たとえ非常に小さな量であったとしても、これは、自動車運転者の注意レベルが低下していることを示す。

図３は、ブロック図の形態で、自動車運転者の注意レベルを識別するための装置３０を示す。装置３０は、電気ステアリングアシスト（ＥＰＳ）３６のコントローラ３４と接続されている信号測定および評価ユニット３２を含む。信号測定および評価ユニット３２には、電子安定化システム（ＥＳＰ）４０のコントローラ３８も接続されることが可能である。信号測定および評価ユニット３２は、ＥＳＰシステムから、例えば、実際のステアリング角度βに対応する信号４２を受け取る。信号測定および評価ユニット３２は、ＥＰＳシステム３６からも、電気サーボモータ２４のロータの角度位置および／または回転速度に対応する信号４４を受け取ることができる。トーションロッド２６によって測定され、実際のステアリングトルクに対応する信号４６を供給することもできる。これに応じて、信号測定および評価ユニット３２は、ＥＰＳシステム３６および／またはＥＳＰシステム４０を装備した自動車の既存信号を使用することができる。したがって、本発明の自動車運転者の注意レベルを識別するために、更なるセンサ装置等は必要ではない。信号測定および評価ユニット３２は、自動車運転者の注意レベルに対応する信号４８を生成し、かつ対応する作用、例えば、ステアリング介入、または聴覚、視覚、または触覚の警告メッセージを生成するために使用することができる。更に、信号４８は、前述の評価によって検出されたような自動車運転者の注意レベルに対応する段階的措置を開始することもできる。これには、例えば、まず視覚的な警告信号を、次いで視覚的および聴覚的な警告信号を組み合せたものを含むことができ、そして必要に応じて、聴覚、視覚、および触覚の警告信号を含むことができる。最後に、自動車運転者の注意レベルが著しく減じた場合には、自動ステアリング介入が発生することができる。

自動車のステアリングアセンブリの概略図である。 ステアリング角度およびステアリングホイール角度の特性曲線である。 ステアリング角度およびステアリングホイール角度の特性曲線である。 注意レベルを検出するための装置のブロック図である。

符号の説明

１０ ステアリングアセンブリ
１２ ステアリングホイール
１２’ 特性曲線（ステアリングホイール角度αの曲線）
１４ ステアリングシャフト
１６ ステアリングボックス
１７ ステアリングラック
１８ タイロッド
２０ ステアリングアーム
２２ 車輪
２２’ 特性曲線（ホイール角度βの曲線）
２４ サーボモータ
２６ トーションロッド
２８ ステアリング角度センサ
３０ 注意レベルを検出するための装置
３２ 信号測定および評価ユニット
３４ ３６用のコントローラ
３６ 電気ステアリングアシスト（ＥＰＳシステム）
３８ ４０用のコントローラ
４０ 電子安定化システム（ＥＳＰシステム）
４２ 信号（ステアリング角度βに対応する）
４４ 信号（電気サーボモータ２４のロータの角度位置および／または回転速度に対応する）
４６ 信号（トーションロッド２６を経由して測定され、実際のステアリングトルクに対応する）
４８ 信号（自動車運転者の注意に対応する）
α ステアリングホイール角度
β ステアリング角度
ｔ_ｎ 時間の点

Claims (12)

1. 自動車運転者の注意レベルを検出するための方法であって、自動車の少なくとも１つの操縦可能な車輪（２２）のステアリング角度（β）の変化とステアリングホイール角度（α）の変化との間の位相関係を評価し、
   時刻ｔ１でステアリング角（β）の変化が開始した後に生じるステアリングホイール角度（α）の変化の開始時刻ｔ２を測定し、更にその後、自動車運転者がステアリングホイールを回して補償動作を開始する時刻ｔ３を測定し、
   時間間隔（ｔ _２ 〜ｔ _３ ）中のステアリングホイール角度（α）の勾配を評価することにより、自動車運転者の注意レベルを検出することを特徴とする方法。
2. ステアリングホイール角度（α）の勾配を少なくとも１つの予め画定された限界値と比較することを特徴とする、請求項1記載の方法。
3. 自動車運転者の注意レベルを検出するため、更に、ステアリングホイール角度（α）の勾配を、ステアリング角度（β）の勾配と比較することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 時間間隔（ｔ _２ 〜ｔ _３ ）が予め画定された限界値を超える頻度を測定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
5. 少なくとも１つの限界値が予め画定されたずれに到達したとき、少なくとも１つの限界値を超えたとき、および／または所定の頻度よりも多い頻度で少なくとも１つの限界値を超えたとき、少なくとも１つの措置が開始されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記措置として、自動ステアリング介入が行われることを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 前記措置として、少なくとも１つの聴覚、視覚、および／または触覚メッセージが生成されることを特徴とする、請求項５記載の方法。
8. 検出された注意レベルに依存して、前記措置が段階的に開始されることを特徴とする、請求項５〜７のいずれか１項記載の方法。
9. ステアリング角度（β）およびステアリングホイール角度（α）を決定するために、電気ステアリングアシスト（３６）のサーボモータ（２４）のロータの角度位置および／または回転速度、およびステアリングカラムの角度位置が評価されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
10. ステアリングホイール角度（α）とステアリング角（β）との間の位相差を決定するために、電気ステアリングアシスト（３６）に入力されたステアリングトルクが評価されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項記載の方法。
11. 自動車運転者の注意レベルを検出するための装置（３０）であって、
    自動車の少なくとも１つの操縦可能な車輪（２２）のステアリング角度（β）の変化とステアリングホイール角度（α）の変化との間の位相関係を検出するための信号測定および評価ユニット（３２）を有し、
    信号測定および評価ユニット（３２）が、時刻ｔ１でステアリング角（β）の変化が開始した後に生じるステアリングホイール角度（α）の変化の開始時刻ｔ２を測定し、更にその後、自動車運転者がステアリングホイールを回して補償動作を開始する時刻ｔ３を測定する手段を有し、
    信号測定および評価ユニット（３２）が、時間間隔（ｔ _２ 〜ｔ _３ ）中のステアリングホイール角度（α）の勾配を評価することにより、自動車運転者の注意レベルに対応した信号を生成する手段を備えることを特徴とする装置。
12. 信号測定および評価ユニット（３２）が、更に、ステアリング角度（α）の勾配をステアリング角度（β）の勾配と比較することにより、自動車運転者の注意レベルに対応した信号を生成する手段を備えることを特徴とする、請求項１１記載の装置。

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