JP7204300B2 - ハンドル把持判定システム - Google Patents

Description

本発明は、ハンドル把持判定システムに関する。

近年、自動運転の実現化に際して、車両の運転者（ドライバ）がハンドル（ステアリングホイール）を把持しているか否かの検知技術が注目されている。例えば、自動運転から手動運転への切替時に、ドライバーがステアリングホイールを把持しているか否かを、ステアリングホイールに内蔵したタッチセンサで検知する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許６１２６０７０号公報

従来の装置では、確実な把持判定をするために、ステアリングホイール外周部にタッチセンサを追加し、前記タッチセンサに触れている時を「把持している」と判断していた。しかし、このようなセンサの配設は、コストアップにつながるという問題があった。なお、トルクセンサを用いて把持の有無の判定を行う手法も検討されているが、ハンドルへの触れ方の少ない運転が行われている（触っている程度の力で把持している）場合に「把持していない」と判定されたり、外乱による誤判定が生じるおそれがあるため、把持の有無について、精度の高い適切な判定ができないという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するものであり、既存のセンサ等の装置を利用可能であり、新たに装置等の追加を必要とせずに高精度の把持判定を可能とする、ハンドル把持判定システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のハンドル把持判定システムは、ハンドル角度センサおよびトルクセンサを用い、前記ハンドル角度センサから得られたハンドルの角度情報および前記トルクセンサから得られたトルクセンサ計測値から、運動方程式を作成し、前記運動方程式から求められる複数のパラメータについて、ハンドル把持判定の閾値を設定し、前記複数のパラメータのうち少なくとも１つのパラメータの値が前記閾値を超えた場合には、ドライバーが把持状態であると判定することを特徴とする。

本発明によれば、既存のセンサ等の装置を利用可能であり、新たに装置等の追加を必要とせずに高精度の把持判定を可能とする、ハンドル把持判定システムを提供することができる。

図１は、（ａ）ハンドル把持状態および（ｂ）手放し状態でのモデルイメージを説明する図である。 図２は、本発明のハンドル把持判定システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定および制限されない。なお、以下で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。

図１は、（ａ）ハンドル把持状態および（ｂ）手放し状態でのモデルイメージを説明する図であり、ステアリングホイール（ハンドル）１０およびステアリングシャフト１２付近を示したものである。ステアリングシャフト１２には、ハンドル角度センサ１４およびトルクセンサ１６が設けられている。ハンドル角度センサ１４は、ステアリングホイール（ハンドル）１０の角度情報である舵角を検出するものであり、車両安定制御システムや駐車支援システム等の車両制御のために設けられている。トルクセンサ１６は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）において、アシストトルクを決定するために使用されている。ステアリングシャフト１２は、ベアリング１８で保持されている。

本発明は、ハンドル把持状態と手放し状態との間で、システムパラメータが変化することに着目したものである。図１においては、ドライバーの腕（肩から手の部分）を模式的に示している。ドライバーの手２０はドライバーの肩２２から伸びてハンドル１０を把持する。ハンドルが把持されていない手放しの状態（図１（ｂ））では、ハンドル慣性、ベアリング摩擦、シャフト剛性が検知される。把持状態（図１（ａ））においては、ドライバーの手２０によりドライバー慣性が、肩から手の部分（腕部分）から、ドライバー剛性２４およびドライバー粘性２６が加わるため、人がハンドルを把持することで特性に変化が生じることとなる。ハンドル把持状態における人のインピーダンス（ドライバー慣性・ドライバー剛性・ドライバー粘性）を、ハンドル角度センサ１４およびトルクセンサ１６を用いることで、検知可能であることを見出したものが本発明のハンドル把持判定システムである。

本発明のハンドル把持判定システムにおいては、ハンドル操作消失（手放し）を高精度に検知するために、ドライバーがハンドル１０を把持していない状態での、ハンドル角度センサ１４から得られたハンドルの角度情報およびトルクセンサ１６から得られたトルクセンサ計測値から運動方程式を作成し、前記運動方程式から求められる複数のパラメータについて、ハンドル把持判定の閾値を設定する。

前記パラメータはハンドル慣性、ベアリング摩擦、シャフト剛性である。前記パラメータが閾値を超える（ドライバー把持状態）要因は、ドライバーの手腕によるドライバー慣性、ドライバー剛性、ドライバー粘性である。本発明においては、ハンドルを持っていない状態と判定時の状態とで、前記の各パラメータがどれだけ乖離するかを判定し、少なくとも１つのパラメータの値が閾値を超えた場合には、ドライバーが把持状態であると判定する。

前記閾値の決定においては、まず、モデルでの閾値を決めた後に、実車レベルでのチューニングを行い、個車での閾値の個体差を調整するとよい。

本発明のハンドル把持判定システムにおいては、自動運転から手動運転への切り替え時に、ドライバーが確実にハンドルを把持したかどうかを判定可能とすることに加え、ドライバーが疾病等の異常によって運転が困難となった場合に、車両側がドライバーの異常を検知する判定条件の一つとして、ハンドル把持の有無を活用できる。例えば、把持状態を検出できない場合、所定時間ドライバーに注意喚起し、把持状態に至らない場合は、異常と判断し、緊急対応プログラム（路肩に誘導して自動停止、緊急通報など）を実行する。また、自動運転時に、走行車線キープのアシスト（レーンキープアシスト）は、ハンドルを把持していないと作動しないが、その際の判定にも使用可能である。

本発明のハンドル把持判定システムでは、小さな力での把持でもハンドルを把持しているか把持していないかを判断できるので、ドライバーのハンドルの触れ方が少ない運転の場合であっても、誤判定を防ぐことができる。例えば、トルクセンサの値を用いた手法でハンドルの把持を判定する場合、フィルタをかけ、人が圧を出していればこれくらいのトルクがあるだろうという閾値を設ける。このときに設定される閾値は、例えば、最小でも０．３Ｎｍ程度にとどまるため、触っているくらいの力での把持の場合には、把持判定とはならなかった。このような微小な入力であったり、大きい外乱が入ったりする場合（ハンドルが取られるような道路状況の場合）には、誤判定が生じるという問題があるが、本発明ではトルクのみで判定しないため、これらの誤判定を回避できる。

本発明のシステムにおいては、例えば、ブラシレスＥＰＳモータのレゾルバ角度情報は不要である。レゾルバは、走行用モーターを制御するための回転角センサである。一般に、軽自動車や小型自動車は、ブラシ付きＥＰＳモータを使用しているため、レゾルバは用いられていない。ブラシ付きＥＰＳモータは、ブラシレスＥＰＳモータに比べてハンドル角度の分解能が低い角度センサであるが、本発明は、ブラシ付きＥＰＳモータに対しても適用することができる。

本発明のハンドル把持判定システムにおいては、新しく装置等を開発あるいは追加する必要がなく、既存の装置を用い、簡単な制御プログラムの変更のみで、本件発明を実施することができる。既存の装置を使用可能であるため、車体重量の変化もない。特に、自動運転が可能である車両においては、ドライバーのハンドル把持の高精度な判定は重要な課題であるが、本発明のハンドル把持判定システムは、コスト面とともに重量面からも好適に採用することが可能である。

図２は、本発明のハンドル把持判定システムの動作の一例を示すフローチャートである。本装置の動作フローに際しては、事前に、ハンドルが把持されていない状態の設計パラメータを設定しておく。

ステップＳ１１では、トルクセンサ１６およびハンドル角度センサ１４から値（センサ値）を取得し、メモリに保存し、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、得られたセンサ値について、微分処理、フィルタ処理等の前処理を行い、ステップＳ１５では、ステップＳ１３で得られた前処理後のセンサ値を用いたパラメータ同定を、所定のアルゴリズムによって行う。

パラメータ同定手法としては、最小二乗法を用い、とくに、過去情報を破棄することでパラメータの時間変化に対応する適応同定を好適に用いることができる。ハンドル角度センサ１４およびトルクセンサ１６からの各センサ値の検出により、ステアリングの下記運動方程式から、ハンドル慣性、ベアリング摩擦、シャフト剛性の各パラメータを逆算する。下記式において、Ｆはトルクセンサ１６の計測値、Ａはパラメータ行列、θは角度情報データとして角度センサ１４で検出される角度である。Ｋは剛性、Ｄは粘性、Ｍは慣性のパラメータである。

ステップＳ１７では、ステップＳ１５で同定されたパラメータと、初期に設定された設計パラメータとを比較し、乖離の有無を判別することで把持判定を行う。乖離があると判別されると（ステップＳ１７、ＹＥＳ）、ステップＳ１９に進み、ハンドルが把持状態であるとする。具体的には、例えば、最小二乗法を用いてパラメータ同定を行い、フリーの状態（手放し状態）で逆算された各パラメータの値を閾値として、それを超える慣性（Ｍ）、粘性（Ｄ）、剛性（Ｋ）がある場合は、ドライバーがハンドルを把持している状態と判別する。把持と判別されると、ステップＳ２１でカウンターをリセットし、処理を終了する。

一方、乖離がないと判別されると（ステップＳ１７、ＮＯ）、ステップＳ２３に進み、ハンドルが把持されていない（手放し状態である）とする。手放し状態であると判別されると、ステップＳ２５で、時間Ｔ１の継続の有無を判別する。時間Ｔ１の継続がないと判別されると（ステップＳ２５、ＮＯ）、ステップＳ２７に進み、カウントアップのまま処理を終了する。一方、時間Ｔ１以上が継続している判別されると（ステップＳ２５、ＹＥＳ）、ステップＳ２９に進み、ドライバーへの注意喚起、手放しに対する警告を行う。具体的には、車内（ドライバ、同乗者）向けに音声による警報・報知を行う。

ステップＳ２９で、注意喚起・警告を行い、ついで、ステップＳ３１では、ステップＳ２９の注意喚起・警告に対するドライバーからの警告解除動作の有無を判別する。

前記ドライバーからの警告解除動作としては、例えば、音声による反応（発話による正常状態の明示）、ハンドルや各種スイッチの操作による反応、車両を一旦停止するといったブレーキ操作による反応などを用いることができる。また、ドライバーモニターへのアピール（ドライバーモニターに対して手を振る、笑顔を見せる等）によっても警告解除動作とすることができる。

ステップＳ３１において、ドライバーからの警告解除動作があると判別されると（ステップＳ３１、ＹＥＳ）、ステップＳ３３に進み、警告解除を行うとともにカウンターをリセットし、処理を終了する。

一方、ステップＳ３１において、ドライバーからの警告解除動作がないと判別されると（ステップＳ３１、ＮＯ）、ステップＳ３５に進み、時間Ｔ２の継続の有無を判別する。ここで、時間Ｔ２は時間Ｔ１よりも長い（Ｔ２＞Ｔ１）。時間Ｔ２の継続がないと判別されると（ステップＳ３５、ＮＯ）、ステップＳ３９に進み、カウントアップのままステップＳ２９に戻る。一方、時間Ｔ２以上が継続している判別されると（ステップＳ３５、ＹＥＳ）、ステップＳ３７に進み、ドライバーが運転できない状態（ドライバーの反応がない状態）であると判断して、路肩退避・停車のアルゴリズムへモード遷移する。

前記路肩退避・停車のアルゴリズムは、手動運転の場合には自動運転に切り替えて、あるいは自動運転の場合にはその状態で、車両を路肩に停止させ、ドアロックを解除するとともに、登録している連絡先に自動通報するという処理を行うことが好ましい。警報音を発報してもドライバーが覚醒しなければ、疾病である（居眠りではない）と考えられるため、当該処理を行うことで、ドライバーに対して早期の救急救命措置を施すことができる。

本発明のハンドル把持判定システムは、ハンドルの角度センサとトルクセンサによって算出される、ハンドル慣性、ベアリング摩擦、シャフト剛性に着目したものであり、これらの値が閾値からの乖離がある場合には、人のインピーダンス（慣性、粘性、剛性）が影響しているとして、ハンドルが把持されていると判定するものである。本発明のハンドル把持判定システムによると、タッチセンサや車室内カメラ等の追加や、ドライバーへの装置の装着も不要であり、低コストで、安全性能を向上させることができるものである。

１０ …ステアリングホイール（ハンドル）
１２ …ステアリングシャフト
１４ …ハンドル角度センサ
１６ …トルクセンサ
１８ …ベアリング
２０ …ドライバーの手
２２ …ドライバーの肩
２４ …ドライバー剛性
２６ …ドライバー粘性

Claims (1)

1. ハンドル角度センサおよびトルクセンサを用い、
   前記ハンドル角度センサから得られたハンドルの角度情報および前記トルクセンサから得られたトルクセンサ計測値から、運動方程式を作成し、
   前記運動方程式から求められる複数のパラメータについて、ハンドル把持判定の閾値を設定し、
   前記複数のパラメータのうち少なくとも１つのパラメータの値が前記閾値を超えた場合には、ドライバーが把持状態であると判定することを特徴とするハンドル把持判定システム。
   
   

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