JP5966952B2 - 覚醒低下判定システム - Google Patents

Description

本発明は、運転者の覚醒が低下しているか否かを判定する覚醒低下判定システムに関するものである。

車両、特に自動車にあっては、長時間の運転により運転者の覚醒が低下する傾向が強くなる。覚醒が低下したことを検出して、休憩を促すための警報等を行うことは、安全向上の上で好ましいものとなる。

特許文献１には、運転者の心拍間隔から運転者の眠気を判定するものが開示されている。特許文献２には、ハンドルに対して所定トルクを付与して、このときのハンドル操作状態から運転者によるハンドルの保持状態を判断して、運転者の覚醒の低下を検出するものが開示されている。

特開２０１１−０２２７３８号公報 特開２００８−２２１９６７号公報

特許文献１に記載のものは、運転者の心拍数を検出する特別のセンサ等が必要になり、好ましくないものとなる。また、特許文献２のものでは、ハンドルに対して覚醒低下判定を行うためのトルクを別途付与する必要があり、ハンドル操作性の上で好ましくないものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、車両に一般的に搭載されることの多いセンサあるいは機器を有効に利用して取得することのできるパラメータを利用して、簡便なロジックにより運転者の覚醒低下を判定できるようにした覚醒低下判定システムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
運転者の前方注視距離を推定する前方注視距離推定手段と、
前記前方注視距離推定手段で推定された推定前方注視距離が所定距離よりも小さくなったときに、運転者の覚醒が低下していると判定する覚醒判定手段と、
を備え、
前記前方注視距離推定手段は、操舵角の変化と自車両の将来の目標コースからの横方向のずれ量とに基づいて前方注視距離を推定する、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、前方注視距離という簡便なパラメータを利用して、運転者の覚醒低下を判定することができる。前方注視距離は、所定時間後に運転者が意図している自車両の目標位置までの距離と考えることができ、ある車速で走行中にある所定時間後の自車両の目標位置となるものである。そして、覚醒が低下すると、前方注視距離がかなり大きく低下することが確認されており、前方注視距離というパラメータを利用して運転者が覚醒しているか否かを精度よくかつ簡便に判定することが可能となる。勿論、前方注視距離の推定に際して、他の制御系に特別に干渉をきたすような制御等を行う必要もないものである。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記前方注視距離推定手段は、操舵角の変化と自車両から仮想前方注視距離の位置における自車両の基準位置からの将来の横方向ずれ量の変化とを時系列データでもって記憶して、仮想前方注視距離を種々変化させて横方向のずれ量と操舵角の変化との相関関係がもっとも高くなるときの仮想前方注視距離を前方注視距離として推定する、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、前方注視距離の推定に関する具体的な手法が提供される。

自車両の車線中心線に対する横方向位置を検出する位置検出手段と、
自車両のヨー角を検出するヨー角検出手段と、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
を備え、
前記前方注視距離推定手段は、前記時系列データの取得に際して、操舵角として前記操舵角検出手段で検出された操舵角を用い、前記基準位置として前記位置検出手段で検出される自車両の走行車線の中心位置を用い、前記将来の横方向のずれ量として、前記ヨー角検出手段で検出されるヨー角と仮想前方注視距離とから得られる横方向ずれ量に対して前記位置検出手段で検出された現在の横方向位置を加算した値を用いる、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、前方注視距離の推定に関するさらに具体的なものが提供される。

自車両前方のカーブの曲率を検出する曲率検出手段と、
前記曲率検出手段で検出された曲率が所定値以上のときに、前記前方注視距離推定手段による前方注視距離の推定を禁止する推定禁止手段と、
をさらに備えているようにしてある（請求項４対応）。この場合、走行路の曲率が大きいときは、自車両の前方を遠くまで見通すことができないので、この場合は前方注視距離の推定を行わないようにして、推定された前方注視距離に誤差を生じてしまうことを防止する上で好ましいものとなる。

自車両の前方環境によって前方注視距離に限界を生じているときに、運転者が目視可能な最大基準距離を設定する最大基準距離設定手段をさらに備え、
前記覚醒判定手段は、前記前方注視距離推定手段により推定された推定前方注視距離が、前記最大基準距離設定手段により設定される最大基準距離よりも所定割合小さいときに、覚醒が低下していると判定する、
ようにしてある（請求項５対応）。この場合、前方視界が悪いために前方注視距離に限界を生じている場合でも、前方注視距離を利用して覚醒低下の判定を行うことが可能になる。

前照灯となるロービームが点灯されたことを検出する点灯検出手段を備え、
前記点灯検出手段によってロービームの点灯が検出されたときは、前記最大基準距離設定手段が、最大基準距離としてロービームの最大照射距離を設定する、
ようにしてある（請求項６対応）。この場合、前方視界に限界を生じる夜間走行時でも、ロービームの照射可能距離を利用しつつ、覚醒低下を判定することができる。

自車両の近くに存在する先行車両を検出する先行車両検出手段を備え、
前記先行車両検出手段によって自車両の近くに存在する先行車両が検出されたときは、前記最大基準距離設定手段が、最大基準距離として該先行車両までの距離を設定する、
ようにしてある（請求項７対応）。この場合、前方視界に限界を生じる近くの先行車両が存在するときは、この先行車両までの距離を利用して覚醒低下を判定することができる。

本発明によれば、車両一般に搭載されているセンサや機器から得られる情報を有効に利用して、簡便なロジックにより運転者の覚醒低下を判定することができる。

本発明の制御系統例をブロック図的に示す図。 目標コースからの将来のずれ量を説明するための図。 前方注視距離と操舵角との関係を説明するための図。 操舵角の変化と将来の横方向のずれ量との時系列データの一例を示す図。 覚醒低下と前方注視距離との関連データを示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 図６におけるＱ７での第１制御例を示すフローチャート。 図６におけるＱ７での第２制御例を示すフローチャート。 図６におけるＱ７での第３制御例を示すフローチャート。 本発明の別の制御例を示すフローチャート。

図１において、Ｕはマイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、各種センサあるいは機器Ｓ１〜Ｓ３からの信号が入力される。Ｓ１は、自車両の前方を撮像するカメラであり、このカメラＳ１により、自車両が走行している車線を区分する左右の白線位置が検出され、これに基づいて自車両が走行している車線の横方向中心位置が検出される。Ｓ２は、運転者により操作されるハンドルの操作角度を操舵角センサである。Ｓ３は、自車両のヨー角を検出するセンサである。Ｓ１１は、運転者の覚醒が低下したと判定されたときに作動される警報器であり、例えば、覚醒がある程度低下したときに、例えばコーヒーカップを点灯表示させ、大きく覚醒低下したときにはブザーで警報する等のことが行われる。なお、警報の態様は、適宜選択、変更できるものである。

次に、図２、図３に基づいて、前方注視距離の推定について説明する。まず、図２において、自車両１の目標コースとして、自車両１の走行車線の横方向中心位置が設定される。自車両１の現在のヨー角がθ、前方注視距離をＬ（車速をＶ×時間（秒）をτとしたとき、Ｌ＝Ｖ×τとなる）、自車両１が前方注視距離Ｌに到達したときの目標位置からの横方向のずれ量をＹ、自車両１の現在の車線中心位置からの横方向のずれ量をｙとする。この場合、自車両１が前方注視距離Ｌに到達した時点での自車両１の横方向のずれ量Ｙは、次式（１）で示される。

Ｙ＝ｙ＋θ×Ｌ （１）
次に、図３において、自車両１が目標コースに対して左側に位置し、かつ目標コースに向かっている状態が示される。目標コースに対する自車両１の横方向位置および姿勢角が同じでも、運転者の前方注視距離によって、操舵方向は右旋回となったり、左旋回になったりする、これは、運転者の運転技量や運転傾向によって異なる。

前方注視距離が図３（■）で示すように小さいときは、運転者は早く目標コースに到達
するようにハンドルを右操作している状態となる。また、前方注視距離が（■）で示すよ
うに大きいときは、目標コースにゆっくりと到達するようにするから、現時点で既に左方向に切り返されている。前方注視距離が（■）で示すように中間の大きさのときは、自車
両１の１の進行方向と目標コースとがほぼ交差する付近の距離となっており、操舵角は一定である。いずれにしても、目標コースが同じでも、前方注視距離が相違すると、目標コースに到達させるための操舵角が変化することになる。

図４は、ある仮想前方注視距離を設定したときに、自車両の将来の横方向のずれ量と操舵角の変化とを時系列データとして示したものである。この仮想前方注視距離を種々変化させて、操舵角の変化と横方向のずれ量との相関関係がもっとも高くなったときの仮想前方注視距離が、実際に運転者が意図している（目視している）前方注視距離と推定することができる。このように、運転者が実際に意図している前方注視距離Ｌは、操舵角の変化と将来の目標コースからの横方向のずれ量とに基づいて、精度よくかつ簡便に推定することができる。そして、前方注視距離Ｌの推定のために必要なセンサあるいは機器としては、車両として搭載が一般化されているカメラＳ１、操舵角センサＳ２、ヨー角センサＳ３を有効に利用するだけですむことになり、覚醒判定のために特別な（専用の）センサや機器類を用いる必要のないものである。

図５は、前方注視距離の低下と覚醒低下との相関関係を示すデータである。５人の被験者が、運転を継続した際に、時間の経過と共に徐々に前方注視距離が低下して、覚醒が低下していくことを示している。例えば、運転開始の当初は、前方注視距離が例えば７５ｍであった場合に、覚醒低下すると、前方注視距離が５５ｍ程度にまで低下する。前方注視距離に基づいて覚醒低下を判定するには、運転開始当初の前方注視距離に対して、現時点での前方注視距離が所定割合（例えば２０％〜３０％）低下した際には、覚醒低下していると判定することができる。この場合、覚醒低下であっても、その度合が相対的に低い場合（例えば前方注視距離が２０％低下したとき）は、例えばコーヒーカップを点灯表示させて休憩を促し、覚醒低下の度合が高い場合は、例えばブザーでもって警報することにより、なかば強制的に休憩を促すようにすることができる。

次に、図６のフローチャートを参照しつつ、覚醒低下しているか否かの判定を行うためのコントローラＵの制御例について説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、現在の自車両１の目標コース（実施形態では走行車線の横方向中心位置）、ヨー角、修正操舵角が検出されて、図４で説明したような時系列データが取得される。なお、カーブを走行中は、走行路の曲率に応じた操舵が行われるが、カーブ走行に必要な操舵量は推定可能なので、操舵角信号からカーブ走行に必要な操舵量を差し引くことにより修正操舵角を抽出することができ、あるいはカーブを曲がるための操舵は周期が遅いことを利用して、ハイパスフィルタを通して修正操舵のみを抽出することができる。

次いで、Ｑ２において、道路の曲率半径が所定値よりも大きいか否かが判別される。このＱ２の判別でＹＥＳのときは、走行車線の見通しが悪いために遠くまで目視することができない状況なので、このときはＱ１に戻る。Ｑ２の判別でＮＯのときは、Ｑ３において、前述したような手法でもって前方注視距離Ｌが推定される。なお、前方注視距離Ｌの推定に際しては、前述した操舵角の変化と横方向のずれ量との時系列データにも基づく前方注視距離の推定値を、ある時間（例えば５分）のうちある車速範囲で走行している時間分について多数取得して、この多数の前方注視距離の平均値を最終的に推定された前方注視距離にする等のこともできる。また、上記多数の前方注視距離のうち、中央値付近の複数の値のみに基づいて最終的な前方注視距離を推定するようにしてもよい（大きすぎる前方注視距離や小さすぎる前方注視距離を排除して前方注視距離を推定する）。

Ｑ３の後、Ｑ４において、現在の車速に基づいて、前方注視距離の補正が行われ、補正後の前方注視距離がＬ′とされる。すなわち、前方注視距離は車速に比例して増減することが知られているので、基準前方注視距離Ｌｓｔを得たときの基準車速をＶ１とし、その後前方注視距離Ｌが得られたときの車速をＶ０としたとき、この車速Ｖ０のときの前方注視距離Ｌを基準車速Ｖ１のときの前方注視距離Ｌ′に補正する。そして、補正後の前方注視距離Ｌ′が基準前方注視距離Ｌｓｔと比較されて、覚醒の有無が判定されることになる。

Ｑ４の後、Ｑ５において、Ｎが１であるか否かが判別される。このＮ＝１は、前方注視距離の推定が終了していないときであり（運転開始当初はＮ＝１にイニシャライズされる）、当初は、Ｑ５の判別でＹＥＳとなる。このときは、Ｑ６において、推定された前方注視距離Ｌ′が、基準距離Ｌｓｔとして記憶される。このＱ６を経た後は、次にＱ５にきたときに、Ｑ５での判別でＮＯとなり、このときは、Ｑ７において、後述するようにして覚醒が低下しているか否かの判定が行われる。

図７は、図６のＱ７での判定の具体例を示すものである。まず、Ｑ１１〜Ｑ１４の処理が行われるが、この処理は、図６のＱ１〜Ｑ４に対応している。ただし、Ｑ１１〜Ｑ１４の処理では、現時点（例えば運転開始から数十分〜数時間経過した時点）での前方注視距離の推定となり、Ｑ１４において、車速補正された後の現時点での前方注視距離Ｌ′が推定される。

Ｑ１４の後、Ｑ１５において、図６のＱ６において記憶された基準距離Ｌｓｔが読み込まれる。この後、Ｑ１６において、基準距離ＬｓｔからＱ１４で推定された前方注視距離Ｌ′を差し引いた値が、所定の減少距離△Ｌよりも大きいか否かが判別される。この所定の減少距離△Ｌは、例えば基準距離Ｌｓｔの２０〜３０％の大きさとされる。つまり、現在の前方注視距離Ｌ′が、所定距離（基準距離Ｌｓｔから所定の減少距離△Ｌを差し引いた値）よりも小さいか否かが判別される。このＱ１６の判別でＮＯのときは、現在の前方注視距離Ｌ′が大きく低下していないときなので、覚醒していると判定された状態であり、このときはＱ１１へ戻る。

前記Ｑ１６の判別でＹＥＳのときは、現在、先行車両に対して追従走行している状態であるか否かが判別される。このＱ１７の判別でＮＯのときは、前方を遠くまで見通せる状況において、前方注視距離が大きく低下しているときなので、Ｑ１８において、覚醒低下であると判定される（前述した警報の発生）。

前記Ｑ１７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１９において、追従している先行車両までの距離が視程距離Ｌｖｄとして設定される。つまり、先行車両の存在により前方を遠くまで見通すことができず、先行車両までの距離となる視程距離Ｌｖｄが、事実上最大の前方注視距離とせざるを得ない状況となっている。この後、Ｑ２０において、視程距離Ｌｖｄから推定された現在の前方注視距離Ｌ′を差し引いた値が、所定の減少距離△Ｌｖｄよりも小さいか否かが判別される。なお、所定の減少距離△Ｌは、例えば視程距離Ｌｖｄの２０〜３０％の大きさとされる。このＱ２０の判別でＮＯのときはＱ１１へ戻る。また、Ｑ２０の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１８に移行して、覚醒低下であると判定される。

図８は、図７の変形例を示すものであり、悪天候時を前提としている。この図８について説明すると、まずＱ３１〜Ｑ３６は、図７のＱ１１〜Ｑ１６に対応している。そして、Ｑ３６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３７において、悪天候時時であるか否かが判別される。悪天候であるか否かは、例えば、ワイパ作動、フォグランプ点灯、カメラＳ１での認識悪化等により総合的に判定することができる。また、別途レーダ等を用いて悪天候であるか否かをさらに精度よく判定する等のこともできる。

Ｑ３７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３９において、目視可能なもっとも遠方距離が視程距離Ｌｖとして設定される。この後、Ｑ４０において、視程距離Ｌｖから現在の前方注視距離Ｌ′を差し引いた値が、所定の減少距離△Ｌｖよりも小さいか否かが判別される。なお、所定の減少距離△Ｌｖは、例えば視程距離Ｌｖの２０〜３０％の大きさとされる。このＱ４０の判別でＮＯのときはＱ３１へ戻る。また、Ｑ４０の判別でＹＥＳのときは、Ｑ３８に移行して、覚醒低下であると判定される。

図９は、図７の別の変形例を示すものであり、夜間走行時を前提としている。この図９について説明すると、まずＱ５１〜Ｑ５６は、図７のＱ１１〜Ｑ１６に対応している。そして、Ｑ５６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５７において、夜間走行時であるか否かが判別される。具体的には、ロービームが点灯されたときに、夜間走行時であると判定される。

Ｑ５７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５９において、コントローラＵにあらかじめ記憶されているロービームの最大照射距離（照射可能距離）Ｌｌｂが読み出される。この後、Ｑ６０において、ロービームの最大照射距離Ｌｌｂから現在の前方注視距離Ｌ′を差し引いた値が、所定の減少距離△Ｌｌｂよりも小さいか否かが判別される。なお、所定の減少距離△Ｌｌｂは、例えば最大照射距離Ｌｌｂの２０〜３０％の大きさとされる。このＱ６０の判別でＮＯのときはＱ５１へ戻る。また、Ｑ６０の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５８に移行して、覚醒低下であると判定される。

図１０は、図７〜図９の制御を総合的に行う場合の制御例であり、図７のＱ１６での判別でＹＥＳとなった後の制御例となっている。すなわち、まずＱ７１において、追従走行しているか否かが判別される。このＱ７１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７２において、先行車両までの距離が視程距離Ｌｖｄとして検出（設定）される。

Ｑ７２の後、あるいはＱ７１の判別でＮＯのときは、Ｑ７３において、悪天候時であるか否かが判別される。このＱ７３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７４において、視程距離Ｌｖが検出（設定）される。

Ｑ７４の後、あるいはＱ７３の判別でＮＯのときは、Ｑ７６において、夜間走行時であるか否かが判別される。このＱ７５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７６において、ロービームの最大照射距離Ｌｌｂが検出（設定）される。

Ｑ７６の後、あるいはＱ７５の判別でＮＯのときは、Ｑ７７において、上記Ｌｖｄ、Ｌｖ、Ｌｌｂの少なくとも１つが検出（設定）されているか否かが判別される。このＱ７７の判別でＮＯのときは、Ｑ８０において、覚醒低下と判定される。また、Ｑ７７の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７８において、Ｌｖｄ、Ｌｖ、Ｌｌｂのうちもっとも小さな距離が基準距離Ｌｘとして設定される。

Ｑ７８の後、Ｑ７９において、上記基準距離Ｌｘから現在の前方注視距離Ｌ′を差し引いた値が、所定の減少距離△Ｌｘよりも小さいか否かが判別される。なお、所定の減少距離△Ｌｘは、例えば基準距離Ｌｘの２０〜３０％の大きさとされる。このＱ７９の判別でＹＥＳのときは、Ｑ８０において、覚醒低下であると判定される。また、Ｑ７９の判別でＮＯのときはリターンされる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、運転者の覚醒低下を簡便に判定して、安全運転向上の上で好ましいものとなる。

１：自車両
Ｕ：コントローラ
Ｓ１：カメラ
Ｓ２：操舵角センサ
Ｓ３：ヨー角センサ

Claims (7)

1. 運転者の前方注視距離を推定する前方注視距離推定手段と、
   前記前方注視距離推定手段で推定された推定前方注視距離が所定距離よりも小さくなったときに、運転者の覚醒が低下していると判定する覚醒判定手段と、
   を備え、
   前記前方注視距離推定手段は、操舵角の変化と自車両の将来の目標コースからの横方向のずれ量とに基づいて前方注視距離を推定する、
   ことを特徴とする覚醒低下判定システム。
2. 請求項１において、
   前記前方注視距離推定手段は、操舵角の変化と自車両から仮想前方注視距離の位置における自車両の基準位置からの将来の横方向ずれ量の変化とを時系列データでもって記憶して、仮想前方注視距離を種々変化させて横方向のずれ量と操舵角の変化との相関関係がもっとも高くなるときの仮想前方注視距離を前方注視距離として推定する、ことを特徴とする覚醒低下判定システム。
3. 請求項２において、
   自車両の車線中心線に対する横方向位置を検出する位置検出手段と、
   自車両のヨー角を検出するヨー角検出手段と、
   操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   を備え、
   前記前方注視距離推定手段は、前記時系列データの取得に際して、操舵角として前記操舵角検出手段で検出された操舵角を用い、前記基準位置として前記位置検出手段で検出される自車両の走行車線の中心位置を用い、前記将来の横方向のずれ量として、前記ヨー角検出手段で検出されるヨー角と仮想前方注視距離とから得られる横方向ずれ量に対して前記位置検出手段で検出された現在の横方向位置を加算した値を用いる、
   ことを特徴とする覚醒低下判定システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   自車両前方のカーブの曲率を検出する曲率検出手段と、
   前記曲率検出手段で検出された曲率が所定値以上のときに、前記前方注視距離推定手段による前方注視距離の推定を禁止する推定禁止手段と、
   をさらに備えていることを特徴とする覚醒低下判定システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   自車両の前方環境によって前方注視距離に限界を生じているときに、運転者が目視可能な最大基準距離を設定する最大基準距離設定手段をさらに備え、
   前記覚醒判定手段は、前記前方注視距離推定手段により推定された推定前方注視距離が、前記最大基準距離設定手段により設定される最大基準距離よりも所定割合小さいときに、覚醒が低下していると判定する、
   ことを特徴とする覚醒低下判定システム。
6. 請求項５において、
   前照灯となるロービームが点灯されたことを検出する点灯検出手段を備え、
   前記点灯検出手段によってロービームの点灯が検出されたときは、前記最大基準距離設定手段が、最大基準距離としてロービームの最大照射距離を設定する、
   ことを特徴とする覚醒低下判定システム。
7. 請求項５において、
   自車両の近くに存在する先行車両を検出する先行車両検出手段を備え、
   前記先行車両検出手段によって自車両の近くに存在する先行車両が検出されたときは、前記最大基準距離設定手段が、最大基準距離として該先行車両までの距離を設定する、
   ことを特徴とする覚醒低下判定システム。
   

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