JP5081815B2 - 疲労を検出する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の、特に自動車の運転者が、車両を運転中に疲れてきた時を検出する方法及び装置に関する。

特許文献１では、車両の運転者の疲労を検出する方法について開示しており、ここでは、ステアリング動作のない段階の後にステアリング動作が続くステアリング事象が探知される。

特許文献２では、疲労を検出し、ステアリング動作のない段階及びその後のステアリング動作が検出されたことを運転者に警告し、その後運転者に警告を出す方法について開示している。この警告は、さらなる車両動作パラメータの観察によって抑制され得る。

特開平７−９３６７８号公報 米国特許第４，５９４，５８３号明細書

本発明の目的は、車両の運転者の疲労の確実な検出を保証する方法及び装置を提供することである。

上記目的は、独立請求項の特徴によって達成される。

本発明による方法では、ステアリング動作のない段階（期間）及びその後のステアリング動作を検出することにより、車両の運転者の疲労を検出する。ステアリング動作のない段階の大きさは、ステアリング動作の大きさに論理的に結合される（組み合わせられる）。このため、車両のハンドルの動きは、ハンドル角ｘの形で感知される。ハンドル角を感知するセンサは、通常、最新の車両内に常に存在している。ステアリング動作のない段階は、ハンドル角が所定の時間間隔の間、ハンドル角間隔ΔＸ内にあることによって感知される。その後のステアリング動作及びその大きさの程度が、ハンドル角の最大勾配、つまりたとえば、次いで生じるハンドル角速度の形で感知される。運転者の疲労は、ハンドル角が特定の時間帯中の所定のハンドル角間隔内にあり、この時間帯が所定の閾値を超え、同時にこの後感知されたステアリング動作の大きさが最大ハンドル角勾配の所定の値を超えた場合にのみ検出されることが好ましい。

時間Ｔｉに、ステアリング動作のない段階の大きさが、格納されており、かつ重み係数（これも格納されている）が付けられた、ステアリング動作の大きさに論理的に結合される。この論理結合（組合せ）及び重み係数を付けた格納が繰り返し行われるので、論理結合及び格納及び重み付けが、時間間隔中の様々な時間Ｔｉに行われる。それぞれ、格納された値の数学的な平均値が、さらなる時間間隔の終了時の時間Ｔｉに形成される。この場合、（重み付け）相加平均値が形成されることが好ましい。

重み係数内に含まれている、いわゆる二次係数を含むことが特に好ましい。このため、ステアリング状況が判断される。時間Ｔｉでのステアリング状況を取得するために、車両内の複数のセンサからのデータを用いて及び／又は車両内の操作者制御介入に関係するデータを用いて、ステアリング状況の分類が行われる。本明細書においては、車両内の複数のセンサから使用されるデータ及び／又は車両内の操作者制御介入に関係するデータは、通常、最新の車両内のデータバス上にアクセス可能な形で常に存在することが特に好ましい。ステアリング状況の分類により、ステアリング状況を、ステアリング状況の種類を特徴付ける複数のクラスに、より詳細に分割することができる。たとえば、ステアリング状況の分類には、疲労によって引き起こされたステアリング状況、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況、及び環境によって引き起こされたステアリング状況を設けることが特に好ましい。注意散漫によって引き起こされたステアリング状況の及び環境によって引き起こされたステアリング状況の重み係数は、本明細書においては、疲労によって引き起こされたステアリング状況の重み係数より低いことが好ましい。

これは、ステアリング動作を疲労によって引き起こされたステアリング動作に割り当てることが改良されるという利点を有する。ステアリング事象は、実際には、ステアリング状況により、条件付きで、注意散漫によって引き起こされた又は環境によって引き起こされたことが実証された場合には、常にゲート出力されるか又はそれ程強くない重み付けがなされる。

たとえば、ステアリング事象前後の時間間隔内に、ウィンカ、クルーズコントローラレバー、ヘッドライト、クラクション、ワイパー、音声制御レバー、ハンドル押しボタンキー、ステアリングコラムの調整、操作者制御ユニット、空調装置などが稼動された場合に、注意散漫によって引き起こされたステアリング事象が生じる。次いで、ステアリング状況において生じるステアリング事象は、完全にゲート出力されるか又はそれ程強くない重み付けがなされる。本明細書においては、ステアリング状況を分類することにより、注意散漫の度合いによる重み付けが可能となる。同様に、環境によって引き起こされたステアリング状況を検出することもできる。横風、ハイドロプレーニング、限られた範囲の車両の動きの動力学などにより、運転者は、運転者が疲れている又は不注意であるパターンに最初に割り当てられ得るステアリング操作を行うよう強いられる恐れがある。本明細書においては、環境によって引き起こされたステアリング状況の検出は重要である。このようなステアリング状況を検出するために、さらなる車両センサを手段として用いることができる。

ステアリング状況の１つのクラス内に、注意散漫の度合いに対応する、重み付けのさらなる段階を設けることが特に好ましい。たとえば、ラジオの音量調整に、ナビゲーションの目的地の入力より強くない重み付けが与えられる。

本発明によれば、重み付けにより、かつ適宜、個々のステアリング操作を省くことにより、疲労又は不注意のより確実な検出が可能となり、不正確な事象を除外することが可能となる。不注意の検出及び疲労の検出の両方が改良される。特に、外部によって引き起こされたステアリング動作が除外される。このような除外及び操作者制御動作の重み付けにより、疲労事象を不注意事象と区別することが可能となる。これにより、疲労及び不注意の両方を検出することが可能となる。

前述の本発明の目的はまた、上述の方法を行うための制御ユニットを用いて達成される。この解決方法の利点は、上述の利点に対応する。

図１は、車両の、特に自動車の運転者の不注意及び／又は疲労を検出するために、本発明による方法を行うための制御ユニット１００を示している。制御ユニットは、車両内に取り付けられ、運転者による、現在のハンドル角ｘ、つまりステアリングの動きを感知するためのハンドル角センサ１１０を有することが好ましい。さらに、制御ユニット１００は、マイクロコントローラとして具現化されることが好ましい制御装置１２０を有する。制御装置１２０は、ハンドル角センサ１１０によって生成され、かつハンドル角ｘを表すセンサ信号を感知する。

ハンドル角ｘとは、優先されることが好ましい運転者の疲労の指標である。ハンドル角に加えて、制御装置１２０はまた、運転者の疲労のさらなる指標として、一例として図に１１２〜１１４で表された他のセンサからのさらなるセンサ信号を受信する。制御装置は、運転者の疲労のさらなる指標として、他のセンサ１１２〜１１４のセンサ信号を評価する。他のセンサのセンサ信号、たとえば１１２〜１１４は、制御装置用のバスシステムを介して受信され得ることが好ましい。最新の車両内には、たとえばＣＡＮバス又はＭｏｓｔバスから構成されるこのようなバスシステムが、常に存在する。受信され評価されたセンサ信号は、車両のデータバス上に常に既に存在していることが好ましい。したがって、改良すべき、疲労及び／又は不注意の検出を可能にする追加センサを設ける必要がない。

運転者の不注意及び／又は疲労を検出するために、コンピュータプログラム１２２が、制御装置１２０で動作し、本発明による方法（以下、これについて記述する）に従って疲労を検出する。検出は、ハンドル角ｘを好ましい指標として評価することによって行われることが好ましい。運転者が疲れていることが検出されると、制御装置１２０が警告装置１３０を作動させ、警告装置１３０が音による又は視覚的な警告メッセージを運転者に出力することが好ましい。警告メッセージにより、運転者は、車両を運転中の自分の行動を自覚し、再び注意を払うようになる。

図２は、ハンドル角を使用して運転者が不注意である又は疲れていることが検出された場合に存在する形の、ハンドル角の代表的なプロファイル（経時変化）を示している。このプロファイルは、最初に、余り変化のない、ステアリング動作のない段階ＬＲを有する、運転者が不注意である及び／又は疲れている場合の代表的なものである。図２においては、ハンドル角（かじ取り角）ｘは、ステアリング動作のない段階ＬＲ中、２つの平行な水平線によって境界づけられた偏向範囲Δｘ内にある。このステアリング動作のない段階に続く、非常に強い又は激しいステアリング動作は、疲労が存在することの特徴である。この激しいステアリング動作ＬＡは、図２に、動作のない段階の終了時のハンドル角ｘの急上昇で表されている。

図３は、上述した制御ユニット１００を使用して実施される、本発明による方法を例示している。図３に示されているステップＳ０〜Ｓ８は、この方法を表している。

開始ステップＳ０の後、図３の方法では、最初に、車両のハンドルのステアリングの動きを感知する。つまり、ステアリング行動が、ハンドル角ｘの形で感知される（ステップＳ１）。次いで、感知されたハンドル角ｘに基づいて、ステアリング動作のない段階ＬＲが、第２のステップＳ２で検出される（図２参照）。図２を参照しながら既に上述したように、不注意及び／又は疲労の場合の代表的なステアリング行動が、（少々のステアリング活動がある場合もない場合もある）最初のステアリング動作のない段階ＬＲにより、かつ（状況から考えられない程の激しいステアリングの動きを有する）その後の第２のステアリング動作段階ＬＡにより区別される。この場合、ステアリング動作のない段階の大きさが、ステップＳ２で検出される。ステアリング動作のない段階の大きさとは、特にその所要時間である。車両のハンドル角が所定のハンドル角間隔ΔＸ内にある間、ステアリング動作のない段階が生じている（図２参照）。次いで、この状況が続く期間は、ステアリング動作のない段階ＬＲの大きさを表している。

以下のステップＳ３において、検出されたステアリング動作のない段階の後に続くステアリング動作の大きさが検出される。このため、次いで行われるハンドル角の最大勾配が検出される。図２においては、この勾配が、たとえばハンドル角がハンドル角間隔ΔＸから出た後に行われる、ハンドル角の正の勾配の形で例示されている。

次いで、ステップＳ４で、ステアリング動作のない段階の大きさ及びステアリング動作の大きさが、時間Ｔｉに互いに論理的に結合される。この論理結合は、ステップＳ５で格納される。ステップＳ６で、重み係数が、論理結合と共に格納される。

しかし、ステアリング動作のない段階とステアリング動作との、上記の２つの大きさの論理結合は、先に行われたステップＳ１〜Ｓ３において、その所要時間の形のステアリング動作のない段階の大きさが所定の最小所要時間より長く、かつハンドル角の最大勾配が所定の勾配閾値を超えたことが明らかになった場合にのみ行われることが好ましい。さもなければ、ステアリング動作のない段階及びステアリング動作の大きさが、本方法により、それらの結合されたものから、運転者が疲れていることを推測できる程、十分な大きさを持っているとはいえない。

本発明によれば、ステップＳ４、Ｓ５、及びＳ６は、それぞれ、時間（時点）Ｔｉに繰り返し行われる。このことにより、ステアリング動作のない段階の大きさと、それぞれ時間Ｔｉに重み係数が付けられた、格納されるステアリング動作の大きさとの、論理結合の結果が生じる。論理結合の結果の計算を繰り返し実行すること、及び測定時間間隔中の様々な時間Ｔｉ（ｉ＝［１、２、．．．Ｉ）でのそれらの重み付けにより、多数の論理結合の結果が、測定時間間隔の終了時に利用可能となることが好ましい状況が生じる。

論理結合の結果の個々の重み付けは、ステップＳ６で行われる。これらの結果のそれぞれに、重み係数が割り当てられる。これらの重み係数は、それぞれ論理結合の結果が示す時間の、車両の各ステアリング状況のクラスを表している。次いで、ステップＳ７において、重み付けされた論理結合の結果は、最後に、それらに割り当てられた重み係数を考慮して、測定時間間隔中に取得された論理結合の結果の、数学的に、好ましくは重み付けされた相加平均値として計算される。

重み付けされた論理結合の結果は、非常に確実な測定値となり、とりわけ、車両を運転中の運転者の不注意及び／又は疲労の度合いについて、比較的容易にかつ素早く計算され得る。次いで、この平均化された論理結合の結果は、ステップＳ８で障害基準に従い、運転者に対する警告信号を生成するよう評価されることが好ましい。たとえば、それぞれ個々の重み係数で重み付けされた、直前の時間帯に計算されたすべての論理結合結果の相加平均が、予め定義された閾値を超えると、この障害基準が満たされる。

図４は、すべてのステアリング事象の分類を示す概略図である。参照符号２００が付された一つの集合のステアリング事象は、外部からの影響、たとえば、横風、ハイドロプレーニング、限られた範囲の車両の動きの動力学などを含む、すべてのステアリング事象を含む。参照記号２１０が付されたすべてのステアリング事象の部分集合は、不注意及び／又は疲労によるステアリング事象を含む。これは、たとえば、操作者制御動作及び／又は運転者の二次的な作業による、つまり注意散漫によって引き起こされたステアリング事象に関係する、ステアリング事象を含む。参照符号２２０が付されたステアリング事象の部分集合は、疲労によるステアリング事象を含む。これらのステアリング事象は、たとえば、一日のある時間、走行の所要時間、又はさらなるパラメータを使用して重み付けされ得る。

図４から明らかなように、参照符号２００が付されたステアリング事象は、３つのステアリング状況、つまり、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況、環境によって引き起こされたステアリング状況、及び疲労によって引き起こされたステアリング状況を含む。参照符号２１０が付されたステアリング事象は、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況及び疲労によって引き起こされたステアリング状況を含む。参照符号２２０が付されたステアリング事象は、疲労によって引き起こされたステアリング状況のみを含む。

次いで、時間Ｔｉのステアリング動作の重み付けは、時間Ｔｉにどのステアリング状況が存在するかに応じて行われる。重み係数は、疲労によって引き起こされたステアリング状況が存在する場合により大きいことが好ましい。これは、参照符号２２０が付された集合からのステアリング事象が行われた場合である。参照符号２１０が付されたステアリング事象の集合の構成要素であるが、参照符号２２０が付されたステアリング事象を含むこの集合に属していないステアリング事象の場合には、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況が存在する。時間Ｔｉの重み係数は、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況の場合には、疲労によって引き起こされたステアリング状況の場合より低いことが好ましい。

注意散漫によって引き起こされたステアリング状況が、車両内の操作者制御介入に関係するデータの評価によって検出される。たとえば、ウィンカ、クルーズコントローラレバー、ヘッドライト、クラクション、ワイパー、音声制御レバー、ハンドル押しボタンキー、ステアリングコラムの調整、ナビゲーションシステム、ラジオ、空調装置などが、ステアリング事象前後の時間間隔内に稼動された場合、ステアリング状況は、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況として分類される。次いで、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況のクラスのこれらのステアリング事象は、完全にゲート出力されるか又はそれ程強くない重み付けがなされるかのいずれかの形で重み付けされる。その上、注意散漫によって引き起こされたステアリング事象のクラス内において、注意散漫の度合いが重み付けされる。これは、注意散漫によって引き起こされたステアリング状況のクラス内で、注意散漫の度合いを分類することによって行われる。したがって、たとえば、ラジオの音量の調整は、ナビゲーションの目的地の入力より強くなく重み付けされる。最新の車両においては、操作者制御介入に関係するデータは、既存データバス上の信号として、常に存在する。これらの信号は、不注意又は疲労に対する結果について分析される。これにより、本発明が車両内で低い費用で実施され得る状況が生じる。

注意散漫によって引き起こされたステアリング状況のクラス内の注意散漫の度合いの分類中、操作者制御動作を比較的大きな状況において考えることが好ましい。たとえば、それ自体考慮されるウィンカの稼動は、一般に、主要運転機能の一部である、高度に自動化された活動である。このため、これには、一般的に非常に低い重み付けが与えられる。比較的高速の車両と合わせて、ウィンカの稼動は、追い越し操作の指標、したがって、複雑な運転状況の表示となる。その上、この状況は、運転者が意図的にやや角速度をつけて運転するステアリング操作によって特徴づけられる。したがって、ステアリングのピークが、疲れている又は不注意である時に割り当てられることはない。

環境によって引き起こされたステアリング状況の分類は、環境によって引き起こされた事象が検出された場合に行われる。横風、ハイドロプレーニング、限られた範囲の車両の動きの動力学などにより、運転者は、ステアリング操作を行うよう強いられ、これが、運転者が疲れている又は不注意であるパターンに最初に割り当てられ得る恐れがある。本発明によれば、ここで、環境によって引き起こされたステアリング状況の確実な検出が可能となる。

たとえば、横風の場合に、車両の運動力学関係を用いて、ハンドル角信号に相当する横加速度を計算することができる。信号プロファイルは、オフセット及び位相補正後に、センサによって測定された横加速度と比較され得る。通常の運転状況においては、両信号は、ある許容差範囲内で合致し、ステアリング動作は、運転者の横加速度反応に先行する。次いで、まず最初に、この後にステアリング反応が続く、横加速度センサの信号偏差を検出することが可能である場合、横風の突風が生じたと推測することができる。本明細書においては、一般的に、疲労を検出するステアリング事象が生じ得る突風のみが対象であり、一定の横風は対象でないので、さらなる測定変数を使わずに、したがって低い費用で、検出が可能となることが好ましい。

ハイドロプレーニングを検出するために、たとえば、車輪速度を調べることができる。この場合、信号の変動、及び個々の車輪の回転速度の急降下が考慮される。ハイドロプレーニングはしばしば車両の一方の側にのみ生じるので、車輪間の比率も重要であり得る。これは、本明細書において重要なステアリング反応を生じさせ得る。したがって、本明細書においては、車輪速度センサを使用して、さらに重要な、環境によって引き起こされたステアリング状況を検出することができる。環境によって引き起こされたステアリング状況の検出のさらなる例に、限られた範囲の車両の動きの動力学の検出がある。これは、たとえば、車両の動きの動力学コントローラ内で検出され、横風及びハイドロプレーニングのための基準により、除外基準として使用される。つまり、限られた範囲の車両の動きの動力学の検出により、環境によって引き起こされたステアリング状況が検出され、したがって、疲労によって引き起こされたステアリング状況も注意散漫によって引き起こされたステアリング状況も存在しない。このことにより、この時間のステアリング事象に低い重み付けがなされるか、又はこの時間のこのステアリング事象がゲート出力される。

次いで、検出された環境によって引き起こされた障害についての上述の例においては、定義された時間についてステアリング事象の重み付けを行うことができる。ステアリング事象前後に考慮される時間帯は、たとえばスイッチの稼動の場合には数秒、たとえば比較的複雑な活動の場合には数分を超える場合がある。本発明の好ましい一実施形態においては、障害の開始に加えて、その終了も検出され、重み付けが適応される時間帯が、これに結合される。

重み係数は、基本的に１であり、適宜、０に減少されることが好ましい。

ある疲労によって引き起こされたステアリング状況が、操作者制御介入の特定のクラスによって検出され得る。このような操作者制御動作は、たとえば空調装置の温度が著しく低下した場合に行われる。このような操作者制御動作のさらなる例に、たとえば、送風機を用いて及び／又は窓及びサンルーフを開放することによって行われ得る、空気押出量を増加することがあり得る。これらの状況においては、運転者自身が既に疲労に対する対策をとっているので、ステアリング事象の重み付けを増加できることが好ましい。したがって、この場合、ステアリング状況は、疲労によって引き起こされたステアリング状況として分類される。これは、車両内の操作者制御介入に関係するデータに基づいて行われる。

一日のある時間及び走行の所要時間も、運転性能に影響を及ぼし得る。一日のある時間の場合には、ステアリング誤差に、たとえば、一日の他の時間と比べて、夜間にはより高い重み付けが、又は午後にはより低い程度が、これに対応して与えられる。

本明細書においては、重み付けは、たとえば１より高い場合もあり得る。走行の所要時間が増加するにつれて、ステアリング事象にもこれに対応してより高い重み付けが与えられ得る。本明細書においては、１を超える重み付けを付けることもできる。

本発明による方法は、少なくとも１つのコンピュータプログラムの形で実施されることが好ましい。コンピュータプログラムは、適宜、データ媒体に、さらなるコンピュータプログラムと共に格納され得る。データ媒体とは、ディスケット、コンパクトディスク、いわゆるフラッシュメモリなどであり得る。次いで、データ媒体に格納されたコンピュータプログラムは、製品として顧客に販売され得る。データ媒体によって伝送する代わりに、通信ネットワーク、特にインターネットを介する伝送も可能である。

本発明による制御ユニットを示す図である。 本発明による、運転者が疲れている時のハンドル角ｘの経時変化の一例を示す図である。 本発明による方法の好ましい例示的実施形態のフローチャートを示す図である。 ステアリング事象の事象サブセットを示す図である。

Claims (10)

1. 運転者によるステアリング動作のない段階及びその後の運転者のステアリング動作に応じて車両の運転者の疲労を検出する方法であって、
   前記車両のハンドルの動きを、ハンドル角（ｘ）として感知するステップ（ステップＳ１）と、
   前記ステアリング動作のない段階の実行度合いの大きさを表す第１の値を、前記ハンドル角が所定のハンドル角間隔（ΔＸ）内にある時間間隔として検出するステップ（ステップＳ２）と、
   その後のステアリング動作の実行度合いの大きさを表す第２の値を、ステアリング動作のない段階の後に続くハンドル角に関連する値として検出するステップ（ステップＳ３）と、
   前記第１の値と第２の値を結合するステップ（ステップＳ４）と、
   前記ステアリング動作が行われた間の運転者または環境の状況の分類に応じて重み係数が決定されて、前記第１の値と第２の値との結合と関連付けられるステップ（ステップＳ６）と、
   前記重み係数によって重み付けられた第１の値と第２の値との結合の結果に基づき、運転者の疲労を検出するステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記ステアリング動作のない段階の後に続くステアリング動作の実行度合いの大きさが、前記ハンドル角の最大勾配の形で取得される（ステップＳ３）ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の値が所定の最小値より大きく、かつ前記第２の値が所定の閾値を超えた場合に、前記結合が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第１の値と前記第２の値との結合が、所定の測定時間間隔中の異なる時点（Ｔｉ、ｉ＝［１、２、．．．Ｉ］））に対して行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記測定時間間隔中の前記異なる時点における結合とそれに関連付けられた重み係数によって、重み付けられた結果を算出するステップ（ステップＳ７）をさらに備え、
   運転者の疲労を検出する前記ステップは、前記重み付けられた結果を、前記重み付けられた第１の値と第２の値との結合の結果として、この結果に基づき、運転者の疲労を検出することを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記運転者または環境の状況が、車両に設けられた複数のセンサからのデータを用いて又は車両内の制御操作入力に関係するデータを用いて、分類されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記運転者または環境の状況が、３つのクラスに分類されることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記運転者または環境の状況が、運転者の疲労によってステアリング動作が引き起こされた状況、運転者の注意散漫によってステアリング動作が引き起こされた状況、又は環境によってステアリング動作が引き起こされた状況に分類されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 運転者の注意散漫によってステアリング動作が引き起こされた状況及び環境によってステアリング動作が引き起こされた状況の重み係数が、運転者の疲労によってステアリング動作が引き起こされた状況の重み係数より低いことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 車両の運転者の疲労を検出するための制御ユニット（１００）であって、
    前記車両の現在のハンドル角を感知するためのハンドル角センサ（１１０）と、
    前記感知されたハンドル角に応じて、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法を行うための制御装置（１２０）と、
    本方法が行われている間に前記運転者の疲労が検出された場合に、音による及び／又は視覚的な警告メッセージを前記運転者に出力するための警告装置（１３０）と、
    さらなるセンサ（１１２、１１４）とを有する制御ユニット（１００）。

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