JP7480564B2

JP7480564B2 - 運転者状態検出装置

Info

Publication number: JP7480564B2
Application number: JP2020065818A
Authority: JP
Inventors: 潤一郎桑原; 洋平岩下
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2020-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2024-05-10
Anticipated expiration: 2040-04-01
Also published as: JP2021160626A

Description

本発明は、運転者状態検出装置に関し、特に、運転者の異常を検出する運転者状態検出装置に関する。

特開２０１９－１２３４３４号公報（特許文献１）には、ドライバ状態判定装置が記載されている。このドライバ状態判定装置においては、通常状態におけるドライバのアクセルペダルの操作特性モデルが予めメモリに記憶されている。さらに、操作特性モデルに基づいて設定された基準操作特性と、走行中におけるドライバの実際の操作特性を比較することにより、ドライバの異常の有無が判定される。具体的には、先行車両に追従する走行を行っている場合には、ドライバは、先行車両の加減速に応じて自車両を加減速させ、先行車両との間に適正な車間距離を維持しながら走行する。特許文献１記載の発明においては、先行車両が加減速を行った際に、先行車両との適切な車間距離を維持するためにドライバが自車両を加減速させる操作特性に基づいて、ドライバの異常の有無を判定している。

特開２０１９－１２３４３４号公報

しかしながら、先行車両の加減速に応じて自車両を加減速させることは、軽度の機能低下状態に陥った運転者でも可能であり、この加減速時において運転者が行う操作特性に基づいて、運転者の異常を早期に発見するためには、更なる改善が必要である。

従って、本発明は、軽度の機能低下状態に陥った運転者の異常を早期に検出することができる運転者状態検出装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、運転者の異常を検出する運転者状態検出装置であって、自車両の前方又は自車両の側方且つ前方を走行している車両を検出する前方車両検出センサと、自車両の加減速度を検出する加減速度センサと、前方車両検出センサによって検出された先行車両に追従するように自車両を走行させるための適正な加減速度を、加減速度モデルに基づいて算出する加減速度算出部と、この加減速度算出部によって算出された加減速度と、加減速度センサによって検出された自車両の実際の加減速度と、を比較して、運転者の異常の有無を判定する異常判定部と、を有し、加減速度モデルは、先行車両以外の他車両の挙動には対応せず、先行車両の挙動に基づいて、自車両を走行させる適正な加減速度を算出するように構成され、異常判定部は、追従している先行車両と自車両との間に進出してくる可能性がある他車両が前方車両検出センサによって検出されている場合には、加減速度算出部によって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の閾値よりも高いとき、運転者に異常があると判定することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、加減速度算出部は、前方を走行している車両を検出する前方車両検出センサによって検出された先行車両に追従するように自車両を走行させるための適正な加減速度を、加減速度モデルに基づいて算出する。また、異常判定部は、加減速度算出部によって算出された加減速度と、加減速度センサによって検出された自車両の実際の加減速度と、を比較して、運転者の異常の有無を判定する。ここで、異常判定部は、先行車両と自車両との間に進出してくる他車両が検出されている場合には、加減速度算出部によって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の閾値よりも高いとき、運転者に異常があると判定する。

先行車両に追従するように運転を行っている健常な運転者は、例えば、隣接する車線を走行している他車両が、自車両と先行車両の間に進出しようとしていることに気づくと、自車両を減速させ、自車両と先行車両の車間距離を広くとるようにする。即ち、先行車両に追従して走行を行っている場合であっても、先行車両以外の他車両の挙動に対応して加減速度を調整する運転を行っている。このように、他車両の挙動に対応した加減速を行った場合、自車両の加減速度は、加減速度モデルに基づいて算出された、先行車両に追従するために適正な加減速度とは異なったものとなる。このような状況においては、運転者による加減速が、加減速度モデルに基づいて算出された加減速から外れることにより、運転者が先行車両以外の他車両の挙動にも注意を向けていることが明確となる。逆に、他車両が自車両と先行車両の間に進出しようとしているにも関わらず、運転者が加減速度モデルに沿った加減速を行っていることは、運転者の注意が他車両に向けられていないことを示している。

上記のように構成された本発明によれば、先行車両と自車両との間に進出してくる他車両が検出されている場合には、加減速度算出部によって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の閾値よりも高いとき、運転者に異常があると判定する。即ち、他車両が先行車両と自車両との間に進出してくるにも関わらず、加減速度モデルに基づいて算出された加減速度との一致度が高い運転が行われている場合には、運転者は他車両に気付いておらず、軽度の機能低下状態に陥っていると考えられる。これにより、本発明の運転者状態検出装置によれば、軽度の機能低下状態に陥った運転者の異常を早期に検出することができる。

本発明において、好ましくは、異常判定部は、追従している先行車と自車両との間に進出してくる可能性がある他車両が前方車両検出センサによって検出されていない場合には、加減速度算出部によって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の第２の閾値よりも低いとき、運転者に異常があると判定する。

このように構成された本発明によれば、先行車と自車両との間に進出してくる他車両がない場合には、算出された加減速度と、実際の加減速度との一致度が、所定の第２の閾値よりも低いとき、運転者に異常があると判定する。このため、先行車と自車両との間に進出してくる他車両が存在しない状況においても、運転者の異常の有無を判定することができる。

本発明において、好ましくは、さらに、運転者が健常な状態で先行車両に追従したときに行った加減速操作を学習する加減速学習部を有し、加減速度算出部は、加減速学習部によって学習された健常な運転者の加減速操作に基づいて、算出する加減速度を補正する。

このように構成された本発明によれば、加減速度算出部が、加減速学習部によって学習された健常な運転者の加減速操作に基づいて、算出する加減速度を補正するので、運転者ごとの加減速操作の癖等を、算出された加減速度に反映させることができる。これにより、加減速度モデルに基づいて算出される加減速操作と、健常な状態における運転者の加減速操作を良く一致させることができ、算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度を正確に判定することができる。

本発明の運転者状態検出装置によれば、軽度の機能低下状態に陥った運転者の異常を早期に検出することができる。

本発明の実施形態による運転者状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、先行車両に追従するために適正な加減速度の算出に使用される加減速度モデルを説明するための図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、先行車両に追従するために適正な加減速度の算出に使用される加減速度モデルを説明するための図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、先行車両に追従するために適正な加減速度の算出に使用される加減速度モデルを説明するための図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、先行車両に追従するために適正な加減速度の算出に使用される加減速度モデルを説明するための図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置における異常判定の原理を説明する図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、健常者の実際の運転に基づいて計算された確率密度分布と、予め記憶された健常時における確率密度分布が一致しなくなる状況の一例を示す図である。本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、電子制御ユニットによって実行される処理を示すフローチャートである。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態による運転者状態検出装置を説明する。
図１は、本発明の実施形態による運転者状態検出装置の全体構成を示すブロック図である。図２乃至図５は、本発明の実施形態による運転者状態検出装置において、先行車両に追従するために適正な加減速度の算出に使用される加減速度モデルを説明するための図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による運転者状態検出装置１は、前方車両検出センサである車外カメラ２及びレーダ４と、加減速度センサである車速センサ６、ブレーキペダルセンサ８ａ、及びアクセルペダルセンサ８ｂと、を有する。さらに、運転者状態検出装置１は、これらのセンサからの検出信号が入力される電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０と、電子制御ユニット１０からの指令信号に基づいて作動する警報装置１２及び自動運転制御部１４と、を有する。

車外カメラ２は、自車両の前方を走行している車両を検出するように、車両に取り付けられたカメラである。なお、車外カメラ２は、自車両の前方又は自車両の側方且つ前方を走行している車両を検出するように構成されており、本明細書において「自車両の前方」とは、「自車両の前方又は自車両の側方且つ前方」を意味している。この車外カメラ２によって撮影された画像は、順次電子制御ユニット１０に送られ、そこで画像解析され、自車両の走行車線の前方を走行している先行車両が検出される。また、車外カメラ２は、自車両の走行車線に隣接する走行車線を走行している他車両も撮影可能に構成され、画像解析により他車両も検出される。従って、車外カメラ２は、自車両の前方又は自車両の側方且つ前方を走行している車両を検出する前方車両検出センサとして機能する。また、画像解析により先行車両が検出された場合には、車外カメラ２によって取得された画像を解析することにより、自車両と先行車両との間の車間距離（車間時間）や、相対速度等が計算される。

レーダ４は、自車両の前方に向けてマイクロ波等の電磁波を射出すると共に、自車両前方に存在する物体により反射された電磁波を検出することにより、先行車両や、自車両に隣接する走行車線を走行する他車両を検出するように構成されている。レーダ４の検出信号は、電子制御ユニット１０に送られ、そこで、自車両から先行車両や、他車両までの車間距離（車間時間）や、相対速度等を算出するように構成されている。従って、レーダ４は、自車両の前方又は自車両の側方且つ前方を走行している車両を検出する前方車両検出センサとして機能する。前方車両検出センサとしては、１又は複数の任意のセンサを使用することができる。また、本実施形態においては、電磁波を使用したレーダ４が使用されているが、これに代えて、又はこれと共に、超音波を使用した超音波センサを使用することもできる。

車速センサ６は、自車両の走行速度を検出するように構成されている。また、車速センサ６によって検出された車速に基づいて、自車両の加減速度を算出することもできる。従って、車速センサ６は、自車両の加減速度を検出する加減速度センサとして機能する。車速センサ６として、任意のセンサを使用することができる。

ブレーキペダルセンサ８ａは、自車両のブレーキペダル（図示せず）の踏込量を検出するように構成されている。このブレーキペダルの踏込量に基づいて、自車両の減速度を算出することができる。また、アクセルペダルセンサ８ｂは、自車両のアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するように構成されている。このアクセルペダルの踏込量に基づいて、自車両の加速度を算出することができる。従って、ブレーキペダルセンサ８ａ及びアクセルペダルセンサ８ｂは、自車両の加減速度を検出する加減速度センサとして機能する。ブレーキペダルセンサ８ａ、アクセルペダルセンサ８ｂとして、ロータリーエンコーダ等、任意のセンサを使用することができる。

電子制御ユニット１０は、車両に搭載されたマイクロプロセッサ、メモリ、インターフェイス回路、これらを作動させるソフトウェア等（以上、図示せず）により構成されている。本実施形態の運転者状態検出装置１においては、電子制御ユニット１０に備えられたマイクロプロセッサ、メモリ、インターフェイス回路、及びソフトウェアにより、加減速度算出部１０ａ、異常判定部１０ｂ、及び加減速学習部１０ｃの機能が実現される。

加減速度算出部１０ａは、車外カメラ２等の前方車両検出センサによって検出された先行車両に追従するように自車両を走行させるための適正な加減速度を、加減速度モデルに基づいて算出するように構成されている。

また、異常判定部１０ｂは、加減速度算出部１０ａによって算出された加減速度と、車速センサ６等の加減速度センサによって検出された自車両の実際の加減速度と、を比較して、運転者の異常の有無を判定するように構成されている。さらに、異常判定部１０ｂは、追従している先行車両と自車両との間に進出してくる可能性がある他車両が車外カメラ２等によって検出されている場合には、加減速度算出部１０ａによって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の閾値よりも高いとき、運転者に異常があると判定するように構成されている。

加減速学習部１０ｃは、運転者が健常な状態で先行車両に追従したときに行った加減速操作を学習するように構成されている。即ち、運転者が健常な状態で加減速操作を行う場合であっても、加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルに基づいて算出される加減速操作とは異なるものとなる。加減速学習部１０ｃは、健常な状態における個々の運転者の加減速操作の癖を学習する。さらに、加減速度算出部１０ａは、加減速学習部１０ｃによって学習された健常な運転者の加減速操作に基づいて、算出する加減速度を補正し、算出される加減速操作を健常な運転者の加減速操作に一致させる。加減速度算出部１０ａ、異常判定部１０ｂ、及び加減速学習部１０ｃによる処理の詳細については後述する。

警報装置１２は、電子制御ユニット１０の異常判定部１０ｂによって、運転者に異常があると判定された場合に、警報音声及び／又は表示により、運転者に異常が検出されたことを運転者に報知するように構成されている。例えば、異常が検出された旨のメッセージを音声で報知するスピーカ（図示せず）や、異常が検出された旨を表示するディスプレイ（図示せず）を、警報装置１２として使用することができる。

自動運転制御部１４は、電子制御ユニット１０の異常判定部１０ｂによって、運転者に異常があると判定された場合に、自動運転により自車両を安全な場所に停車させるように構成されている。即ち、自動運転制御部１４は、車両の操舵装置、エンジン制御装置、アクセル制御装置、ブレーキ制御装置等（以上、図示せず）に制御信号を送り、自車両を自動運転するように構成されている。なお、自動運転制御部１４は、電子制御ユニット１０に備えられたマイクロプロセッサ等（図示せず）により実現されても良く、或いは、電子制御ユニット１０とは別の装置により実現されても良い。

次に、図２及び図３を参照して、電子制御ユニット１０の加減速度算出部１０ａに備えられている加減速度モデルを説明する。
図２は、本発明の実施形態の運転者状態検出装置１において、電子制御ユニット１０の加減速度算出部１０ａに備えられている加減速度モデルの概念図である。図３は、本発明の実施形態の運転者状態検出装置１において、電子制御ユニット１０の加減速度算出部１０ａに備えられている加減速度モデルのブロック線図である。

図２に示すように、加減速度モデルは、運転者が、先行車両に関する情報のみを参照して、アクセルペダル（図示せず）の操作（加減速操作）を行うドライバのペダル操作モデルである。具体的には、車外カメラ２及びレーダ４によって取得された先行車両に関する情報が、加減速度モデル（ドライバモデル）に入力され、この入力情報に基づいて、自車両と先行車両の相対速度、及び車間距離が算出される。次いで、算出された相対速度には相対速度ゲインＨｖが乗じられ、車間距離には車間距離ゲインＨｇが乗じられ、これらが加算される。この加算値に、運転者の反応時間に相当する時間遅れ要素τｐが施され、これがアクセルペダル（図示せず）に対する操作量として出力される。このように、加減速度算出部１０ａに備えられている加減速度モデルによれば、自車両の走行車線の前方を走行する先行車両に関する情報のみに基づいて、アクセルペダル（図示せず）の操作が決定される。

次に、図３を参照して、加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルのブロック線図を説明する。このモデルは、ポンサトーンにより提唱されたモデルであり、アクセルペダル操作モデルが含まれている。
加減速度モデルは、先行車両の検出時と先行車両の非検出時とのそれぞれにおいて、目標速度Ｖｐを入力とし、アクセル操作量Ｐｇｍ（加減速度）を出力とし、目標速度Ｖｐとアクセル操作量Ｐｇｍとの対応関係を伝達関数で表すモデルである。加減速度モデルによりアクセル操作量Ｐｇｍが出力されると、これが自車両に入力され、アクセル操作量Ｐｇｍの入力に応答した自車両の速度Ｖｍが加減速度モデルにフィードバックされる。

加減速度モデルは、減算器５１，５２、加算器５３、積分要素６１、比例要素６２，６３、一次遅れ要素６４、及び比例要素６５を備えている。加減速度モデルにおいて、Ｒｍ’は自車速度Ｖｍと目標速度Ｖｐとの速度偏差を示し、ＲｍはＲｍ’の積分で表される車間距離を示し、Ｔｈ^*は先行車との目標車間時間を示し、Ｒｍ^*は目標車間距離を示し、Ｇｖは車速ゲインを示し、Ｇｒは車間距離ゲインを示し、τｐは操作遅れを示す。また、ｓはラプラス演算子を示す。なお、車速ゲインＧｖは、図２における相対速度ゲインＨｖに相当し、車間距離ゲインＧｒは、図２における車間距離ゲインＨｇに相当し、操作遅れτｐは、図２における時間遅れ要素τｐに相当する。

自車速度Ｖｍはフィードバックループを介して加減速度モデルにフィードバックされ、減算器５１によって目標速度Ｖｐから減じられ、速度偏差Ｒｍ’が算出される。速度偏差Ｒｍ’は比例要素６２によって車速ゲインＧｖが乗じられて加算器５３に入力される。また、自車速度Ｖｍはフィードバックループを介して加減速度モデルにフィードバックされ、比例要素６５によって目標車間時間Ｔｈ^*が乗じられ、目標車間距離Ｒｍ^*が算出され、減算器５２に入力される。

速度偏差Ｒｍ’は積分要素６１により積分され、車間距離Ｒｍが算出され、減算器５２に入力される。減算器５２は、車間距離Ｒｍと目標車間距離Ｒｍ^*との距離偏差（＝Ｒｍ－Ｒｍ^*）を算出する。この距離偏差（＝Ｒｍ－Ｒｍ^*）は比例要素６３によって車間距離ゲインＧｒが乗じられ、加算器５３に入力される。加算器５３は、Ｒｍ’・ＧｖとＧｒ・（Ｒｍ－Ｒｍ^*）とを加算し、加算値Ａ１を算出する。加算値Ａ１は一次遅れ要素６４によって、操作遅れτｐだけ遅延され、アクセル操作量Ｐｇｍが出力される。

このように、加減速度モデルは、速度偏差Ｒｍ’と、目標車間距離Ｒｍ^*に対する車間距離Ｒｍの距離偏差とに応じた加算値Ａ１を、操作遅れτｐからなる一次遅れ要素６４により遅延させてアクセル操作量Ｐｇｍを算出するモデルである。ここで、加減速度モデルは、先行車の非検出時には車間距離ゲインＧｒ＝０に設定される。したがって、先行車の非検出時の操作特性は、車速ゲインＧｖと操作遅れτｐによって表される。一方、先行車の検出時の操作特性は、車速ゲインＧｖと操作遅れτｐと車間距離ゲインＧｒとによって表される。

加減速度モデルによって算出されたアクセル操作量Ｐｇｍは、車両に入力される。自車両は、アクセル操作量Ｐｇｍの入力に応答して自車速度Ｖｍが定まり、この自車速度Ｖｍが加減速度モデルにフィードバックされる。なお、自車両は、比例要素、一次遅れ要素、及び積分要素（図示せず）を含む二次遅れ系の伝達関数で表すことができる。

ここで、先行車両が存在するときの運転者の加減速操作は以下のように算出される。まず、先行車両の検出時においては、目標速度Ｖｐとして、レーダ４によって検出された先行車両の車速が採用される。本実施形態において、電子制御ユニット１０の加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルは、目標速度Ｖｐが入力として与えられた場合に、先行車両に追従するように自車両を走行させるための適正な加減速度が得られるように各パラメータが設定されている。具体的には、加減速度モデルに含まれる車速ゲインＧｖ、車間距離ゲインＧｒ、及び操作遅れτｐが調整され、適正な値に設定されている。

また、電子制御ユニット１０は、運転者が健常な状態で自車両を運転したときの目標速度Ｖｐと、この目標速度Ｖｐに対するアクセル操作量Ｐｇｍをデータとして保存している。さらに、電子制御ユニット１０に内蔵された加減速学習部１０ｃは、電子制御ユニット１０に保存された目標速度Ｖｐとアクセル操作量Ｐｇｍのデータに基づいて、車速ゲインＧｖ、車間距離ゲインＧｒ、及び操作遅れτｐを逆算する。これらのパラメータが、運転者が健常な状態で先行車両に追従したときに行った加減速操作として、加減速学習部１０ｃによって学習される。

このように、加減速学習部１０ｃによって学習された車速ゲインＧｖ、車間距離ゲインＧｒ、及び操作遅れτｐは、加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルの各パラメータに反映される。これにより、加減速度算出部１０ａによって算出される加減速度が、加減速学習部１０ｃによって学習された健常な運転者の加減速操作に基づいて補正される。このため、運転者ごとの加減速操作の癖等を、加減速度算出部１０ａによって算出される加減速度に反映させることができる。

次に、図４及び図５を参照して、運転者が、先行車両に追従するように自車両を走行させた場合における車両の挙動を説明する。
図４は、運転者が、先行車両に追従するように自車両を走行させたときの自車両の速度を模式的に示す時系列波形のグラフである。図５は、運転者が、先行車両に追従するように自車両を走行させたときの自車両の加速度を模式的に示す時系列波形のグラフである。

図４において、実線は、健常な運転者が、先行車両に追従するように自車両を走行させたときの速度を示している。図４の実線に示すように、時刻ｔ₀において先行車両が加速すると、これに追従するように運転者も加速を開始し、自車両の速度を上昇させている。また、図５は、図４に示す走行における加速度を示すものであり、実線は、健常な運転者による自車両の加速度を示している。図５の実線に示すように、時刻ｔ₀において先行車両が加速すると、これに応じて運転者は比較的急速に加速度を上昇させている。

また、電子制御ユニット１０の加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルによって算出される加減速度も、先行車両が加速を行った場合には、図４及び図５の実線とほぼ同等のものになることが確認されている。このように、先行車両に追従するように自車両を走行させるための適正な加減速度を、加減速度モデルに基づいて算出することができ、この加減速度は、健常な運転者が運転を行った場合における加減速度とほぼ一致する。

一方、図４及び図５の破線は、機能低下状態に陥った運転者が運転した場合における自車両の速度及び加速度の一例を示している。図４及び図５の破線に示すように、機能低下状態に陥った運転者（患者）では、時刻ｔ₀において先行車両が加速した後、自車両が加速を開始するまでの時間が長く、先行車両の加速から大きく遅れて自車両の速度を上昇させている。このため、図５に示す実線と同等の加速度を加減速度モデルに基づいて算出し、この加減速度と、運転者の運転に基づく自車両の実際の加減速度を比較することにより、運転者の異常（機能低下状態等）の有無を検出することが可能である。

次に、図６を参照して、加減速度の時系列波形に基づく運転者の異常検出を説明する。
図６は、本発明の実施形態による運転者状態検出装置における異常判定の原理を説明する図である。
まず、上述したように、加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルによって算出された加減速度と、機能低下状態にある運転者では、先行車両に追従する際の加減速度の時系列波形に差異が表れる（図５の実線と破線）。このような、加減速度モデルによって算出された加減速度（推定値）と、運転者の運転による実際の加減速度（実操作）との差を、図６の左欄に示すように「推定誤差」とする。本実施形態の運転者状態検出装置１においては、一定時間の推定誤差分布に基づいて、運転者の異常度（加減速度モデルによる加減速度と運転者の運転による実際の加減速度の一致度）を計算し、これに基づいて異常の有無を判定している。

即ち、加減速度モデルによる加減速度波形と、運転者の運転による実際の加減速度波形との間に所定の推定誤差が表れる確率は、図６の右側に模式的に示すような確率密度分布を示す。ここで、運転者が健常な状態であっても、加減速度モデルによる加減速度波形と実際の加減速度波形との間には推定誤差が存在し、その推定誤差の分布は或る確率密度分布を示す。しかしながら、運転者が機能低下状態となると、加減速度モデルによる加減速度波形と実際の加減速度波形との間の推定誤差の確率密度分布が、健常時とは異なったものとなる。

なお、健常な運転者の運転にも個人差があり、健常な運転者であっても、加減速度モデルによる加減速度波形とは異なる加減速操作が行われる。しかしながら、健常な運転者の場合と、機能低下状態にある運転者の場合で、加減速度モデルによる加減速度と運転者の運転による実際の加減速度の一致度に有意な差が存在することが本件発明者の実験により確認されている。即ち、機能低下状態にある複数の患者について、ドライブシミュレータを使用して加減速度モデルによる加減速度と、患者の運転による実際の加減速度の一致度を算出した。さらに、各患者がリハビリを行い、健常者に復帰した後、ドライブシミュレータにより同一の実験を実施した。その結果、患者がリハビリを行う前後における一致度の相違は、各患者（及びリハビリ後の各健常者）間のバラツキよりも十分に大きなものとなった。これにより、加減速度モデルによる加減速度と運転者の運転による実際の加減速度の一致度に基づいて、運転者の異常を検出できることが確認された。

本実施形態においては、電子制御ユニット１０の異常判定部１０ｂに、健常な運転者において発生する推定誤差の確率密度分布が記憶されており、記憶されている確率密度分布と、運転者の実際の運転に基づいて取得された推定誤差の確率密度分布の一致度に基づいて、運転者の異常の有無が判定される。具体的には、記憶されている健常な運転者の確率密度分布と、運転者の実際の運転に基づいて計算された確率密度分布の間のカルバックライブラー情報量を計算することができる。さらに、このカルバックライブラー情報量を所定の閾値と比較することにより、運転者の異常の有無を判定することができる。カルバックライブラー情報量は、２つの確率密度分布の間の差異を表す指標として知られており、２つの確率密度分布の情報量の差の期待値として計算される。

即ち、運転者が健常である状態（通常）と、機能低下に陥っている状態（異常）では、加減速度モデルによって算出された加減速度に対する推定誤差の確率密度分布が異なったものとなる。図６の右側に示すように、２つの確率密度分布の差分が、健常時における加減速操作に対する操作逸脱度に相当する。このため、両者の確率密度分布の一致度を、カルバックライブラー情報量を使用して計算し、これを所定の閾値と比較することにより異常の有無を判定することができる。即ち、２つの確率密度分布の差分が小さいほど各確率密度分布の一致度が高いこととなり、この状態では、加減速度算出部１０ａに備えられた加減速度モデルに基づいて算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度も高くなる。このように、本実施形態において、電子制御ユニット１０の異常判定部１０ｂは、加減速度モデルに基づく加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度を所定の閾値と比較して運転者の異常の有無を判定している。

ここで、一般的には、実際の運転に基づいて計算された確率密度分布と、予め記憶されている健常時における確率密度分布との一致度が高ければ、運転者は健常であると考えられる。しかしながら、軽度の機能低下に陥っている運転者では、実際の運転に基づいて計算された確率密度分布と、健常時における確率密度分布に大きな差異はなく、或る程度機能低下が進行した状態でないと、運転者の異常を検出できないことが本件発明者により見出された。一方、自車両の前方に先行車両以外の車両が存在しない場合には、健常者の実際の運転に基づいて計算された確率密度分布と、予め記憶された健常時における確率密度分布は良く一致するものの、自車両前方の他車両の挙動によっては、一致しなくなることが本件発明者によって見出された。

次に、図７を参照して、健常者の実際の運転に基づいて計算された確率密度分布と、予め記憶された健常時における確率密度分布が一致しなくなる状況を説明する。図７は、このような状況を説明するための図である。
まず、図７において、自車両Ｓは、自車両の走行車線の前方を走行している先行車両Ｐに追従するように走行している。この場合、自車両Ｓの走行車線に隣接する車線に他車両がなく、運転者が健常であれば、運転者の加減速操作による加減速度と、加減速度モデルにより算出された加減速度の一致度は高くなる（この状態では、実際の運転に基づく確率密度分布と、予め記憶された確率密度分布の一致度も高くなる）。これに対し、図７に示すように、自車両Ｓの走行車線に隣接する車線に他車両Ｑが走行しており、この他車両Ｑが、追従している先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性がある場合には、健常な運転者の加減速度と、加減速度モデルによる加減速度が一致しなくなる。

即ち、図７に示すような状況において、隣接する車線を走行している他車両Ｑが、追従している先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出しようとしていることに気付くと、健常な運転者は自車両Ｓを減速させる。このように、健常な運転者は、自車両Ｓと先行車両Ｐの間への他車両Ｑの進出が予想されると、先行車両Ｐと自車両Ｓの間を広くし、他車両Ｑが間に入った後の車間距離が適正になるように自車両Ｓを減速させる。このような健常な運転者による加減速操作は、先行車両Ｐに追従するように自車両Ｓを走行させるための加減速度モデルでは算出されないため、運転者による加減速操作と加減速度モデルによって算出される加減速操作が乖離する。

換言すれば、追従している先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性がある他車両Ｑが存在する場合には、運転者が健常であれば、運転者の操作による加減速度と加減速度モデルによって算出される加減速度の一致度が低下する。逆に、運転者が軽度の機能低下状態にある場合には、先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる他車両Ｑに気付かず、運転者の操作による加減速度と加減速度モデルによる加減速度が一致した状態が継続する。本実施形態の運転者状態検出装置１は、この点に着目して、運転者の軽度の機能低下状態を早期に発見することに成功している。

次に、図１、図７及び図８を参照して、本発明の実施形態による運転者状態検出装置１の作用を説明する。
図８は、本発明の実施形態による運転者状態検出装置１において、電子制御ユニット１０によって実行される処理を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、自車両Ｓの走行中、所定の時間間隔で繰り返し実行される。

まず、図８のステップＳ１においては、前方車両検出センサである車外カメラ２及びレーダ４（図１）の検出信号が、電子制御ユニット１０に入力される。
次に、ステップＳ２においては、ステップＳ１において入力された検出信号に基づいて、先行車両Ｐが存在するか否かが判断される。即ち、車外カメラ２によって撮影された画像を画像解析すると共に、レーダ４から入力された検出信号を解析することにより、先行車両Ｐが存在するか否かが判断される。本実施形態においては、自車両Ｓの前方を、自車両Ｓが走行している車線と同一の車線上を走行していると共に、自車両Ｓとの車間時間約３秒以内にある車両が先行車両Ｐとして認識される。なお、車間時間３秒とは、先行車両Ｐが現在走行している位置まで、３秒後に自車両Ｓが到達する状態を意味しており、高速道路上の通常の走行速度では１００～１５０ｍ程度の車間距離に相当する。

ステップＳ２において、先行車両Ｐが存在しないと判断された場合には、図８に示すフローチャートの１回の処理を終了する。一方、先行車両Ｐが存在する場合には、ステップＳ３以下の処理が実行される。
ステップＳ３においては、電子制御ユニット１０に内蔵された加減速度算出部１０ａにより、検出された先行車両Ｐに追従するように自車両Ｓを走行させるための適正な加減速度が、加減速度モデルに基づいて算出される。

次いで、ステップＳ４においては、加減速度センサである車速センサ６、ブレーキペダルセンサ８ａ、及びアクセルペダルセンサ８ｂの検出信号に基づいて、自車両Ｓの実際の加減速度が計算される。なお、ブレーキペダルセンサ８ａや、アクセルペダルセンサ８ｂは、直接的に車両の加減速度を検出するセンサではないが、これらの検出信号に基づいて、車両の加減速度を計算することができる。本明細書においては、このようなセンサも、「加減速度センサ」に含まれるものとする。

さらに、ステップＳ５においては、自車両Ｓの周辺に先行車両Ｐ以外の車両が存在するか否かが、車外カメラ２及びレーダ４の検出信号に基づいて判断される。先行車両Ｐ以外の他車両が存在する場合にはステップＳ６に進み、先行車両Ｐ以外の他車両が存在しない場合にはステップＳ７に進む。

次いで、ステップＳ６においては、ステップＳ５において検出された他車両Ｑが、追従している先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高いか否かが判断される。進出してくる可能性が高い場合にはステップＳ１１に進み、進出してくる可能性が高くない場合にはステップＳ７に進む。例えば、図７では、自車両Ｓが走行している車線に隣接する車線上で、他車両Ｑが先行車両Ｐと自車両Ｓの間を走行している。このような状況では、他車両Ｑが、自車両の車線の方に向けて所定角度θ以上斜めに走行している場合には、他車両Ｑが先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高いと判断される。或いは、図７に示す状況で、自車両Ｓと他車両Ｑの間の横方向距離Ｄが所定距離以下である場合に、他車両Ｑが先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高いと判断される。

即ち、先行車両Ｐ以外の周辺車両が存在しない場合、及び、周辺車両が存在しても、先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高くない場合には、ステップＳ７以下の処理が実行される。一方、先行車両Ｐ以外の周辺車両が存在し、且つ、その周辺車両が先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高い場合には、ステップＳ１１以下の処理が実行される。

ステップＳ７においては、車速センサ６等の検出信号に基づいて検出された自車両Ｓの実際の加減速度と、加減速度算出部１０ａの加減速度モデルに基づいて算出された加減速度の一致度が、所定の第２の閾値よりも高いか否かが判断される。一致度が所定の第２の閾値よりも高い場合には、ステップＳ８に進み、そこで、電子制御ユニット１０の異常判定部１０ｂにより、運転者は健常な状態であると判断され、図８のフローチャートによる１回の処理を終了する。即ち、周辺車両が存在しない場合や、周辺車両が存在しても、それが先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高くない場合には、健常な運転者による運転の加減速度は、加減速度モデルによる加減速度と良く一致するため、一致度が所定の第２の閾値よりも高い場合には運転者は健常であると判断される。

これに対して、自車両Ｓの実際の加減速度と、加減速度モデルに基づいて算出された加減速度の一致度が、所定の第２の閾値以下である場合には、ステップＳ９に進み、そこで、異常判定部１０ｂにより、運転者に異常がある（機能低下状態にある）と判断される。なお、本実施形態においては、ステップＳ７において判断に使用される所定の第２の閾値は、後述するステップＳ１１において判断に使用される所定の閾値とは異なる値に設定されている。しかしながら、両方の閾値を同じ値に設定することもできる。

次いで、ステップＳ１０においては、運転者の支援が実行され、図８のフローチャートによる１回の処理を終了する。具体的には、電子制御ユニット１０から警報装置１２（図１）に制御信号が送られ、スピーカ（図示せず）から、運転者に安全な場所に自車両を停車させるよう促す音声が出力される。また、これと同時に、運転者が機能低下状態に陥っている虞があるため、安全な場所に自車両を停車させるよう促すメッセージがディスプレイ（図示せず）に表示される。また、運転者状態検出装置１により、運転者に異常があると繰り返し判断されている場合には、電子制御ユニット１０は自動運転制御部１４（図１）に信号を送り、自動運転により自車両を安全な場所に停車させる。また、スピーカからの音声及びディスプレイの表示により、運転者が機能低下状態に陥っている虞があるため、自車両が自動運転に切り替えられた旨が報知される。

一方、ステップＳ６において、検出された他車両Ｑが、追従している先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高いと判断された場合にはステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１においては、車速センサ６等の検出信号に基づいて検出された自車両Ｓの実際の加減速度と、加減速度算出部１０ａの加減速度モデルに基づいて算出された加減速度の一致度が、所定の閾値よりも高いか否かが判断される。一致度が所定の閾値以下である場合には、ステップＳ８に進み、そこで、電子制御ユニット１０の異常判定部１０ｂにより、運転者は健常な状態であると判断され、図８のフローチャートによる１回の処理を終了する。即ち、周辺車両が先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高い場合には、加減速度モデルによる加減速度が、運転者による運転の加減速度と一致しないことが、運転者が他車両Ｑ（周辺車両）に気付いていることを示し、運転者は健常であると判断することができる。

一方、ステップＳ１１において、自車両Ｓの実際の加減速度と、加減速度モデルに基づいて算出された加減速度の一致度が、所定の閾値よりも高いと判断された場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３においては、異常判定部１０ｂにより、運転者に異常がある（機能低下状態にある）と判断される。即ち、周辺車両が先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる可能性が高いにも関わらず、運転者による運転の加減速度が、加減速度モデルによる加減速度と良く一致していることは、運転者が他車両Ｑ（周辺車両）に気付いていないことを示唆している。このため、運転者に異常がある（機能低下状態にある）と判断することができる。このステップＳ１３における異常の判断は、自車両Ｓの走行車線に他車両Ｑが進出してくる可能性を運転者が予測できているか否かを判断するものであり、比較的高度な判断に関わるものである。このため、ステップＳ１３における異常の判断は、ステップＳ９における異常の判断よりも、軽度な機能低下を検出することができる。

次いで、ステップＳ１４においては、運転者の支援が実行され、図８のフローチャートによる１回の処理を終了する。具体的には、電子制御ユニット１０から警報装置１２（図１）に制御信号が送られ、スピーカ（図示せず）から、運転者に安全な場所に自車両を停車させるよう促す音声が出力される。また、これと同時に、運転者が軽度の機能低下状態に陥っている虞があるため、安全な場所に自車両を停車させるよう促すメッセージがディスプレイ（図示せず）に表示される。また、運転者状態検出装置１により、運転者に異常があると繰り返し判断されている場合には、電子制御ユニット１０は自動運転制御部１４（図１）に信号を送り、自動運転により自車両を安全な場所に停車させる。また、スピーカからの音声及びディスプレイの表示により、運転者が機能低下状態に陥っている虞があるため、自車両が自動運転に切り替えられた旨が報知される。

本発明の実施形態の運転者状態検出装置１によれば、先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる他車両Ｑが検出されている場合（図７）には、加減速度算出部１０ａによって算出された加減速度と、自車両Ｓの実際の加減速度との一致度が、所定の閾値よりも高いとき（図８のステップＳ１１→Ｓ１３）、運転者に異常があると判定する。即ち、他車両Ｑが先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくるにも関わらず、加減速度モデル（図３）に基づいて算出された加減速度との一致度が高い運転が行われている場合には、運転者は他車両Ｑに気付いておらず、軽度の機能低下状態に陥っていると考えられる。これにより、本実施形態の運転者状態検出装置１によれば、軽度の機能低下状態に陥った運転者の異常を早期に検出することができる。

また、本実施形態の運転者状態検出装置１によれば、先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる他車両Ｑがない場合には、算出された加減速度と、実際の加減速度との一致度が、所定の第２の閾値よりも低いとき（図８のステップＳ７→Ｓ９）、運転者に異常があると判定する。このため、先行車両Ｐと自車両Ｓとの間に進出してくる他車両Ｑが存在しない状況においても、運転者の異常の有無を判定することができる。

さらに、本実施形態の運転者状態検出装置１によれば、加減速度算出部１０ａが、加減速学習部１０ｃ（図１）によって学習された健常な運転者の加減速操作に基づいて、算出する加減速度を補正するので、運転者ごとの加減速操作の癖等を、算出された加減速度に反映させることができる。これにより、加減速度モデルに基づいて算出される加減速操作と、健常な状態における運転者の加減速操作を良く一致させることができ、算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度を正確に判定することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、加減速度モデルとして、図３に示したものが使用されているが、健常な運転者の加減速操作をモデル化した任意のモデルを使用することができる。また、上述した実施形態においては、加減速度算出部１０ａによって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、カルバックライブラー情報量を計算することにより判定されていたが、任意の評価指標を使用して一致度を判定することができる。

１運転者状態検出装置
２車外カメラ（前方車両検出センサ）
４レーダ（前方車両検出センサ）
６車速センサ（加減速度センサ）
８ａブレーキペダルセンサ（加減速度センサ）
８ｂアクセルペダルセンサ（加減速度センサ）
１０電子制御ユニット
１０ａ加減速度算出部
１０ｂ異常判定部
１０ｃ加減速学習部
１２警報装置
１４自動運転制御部
５１減算器
５２減算器
５３加算器
６１積分要素
６２比例要素
６３比例要素
６４一次遅れ要素
６５比例要素

Claims

運転者の異常を検出する運転者状態検出装置であって、
自車両の前方又は自車両の側方且つ前方を走行している車両を検出する前方車両検出センサと、
自車両の加減速度を検出する加減速度センサと、
上記前方車両検出センサによって検出された先行車両に追従するように自車両を走行させるための適正な加減速度を、加減速度モデルに基づいて算出する加減速度算出部と、
この加減速度算出部によって算出された加減速度と、上記加減速度センサによって検出された自車両の実際の加減速度と、を比較して、運転者の異常の有無を判定する異常判定部と、
を有し、
上記加減速度モデルは、先行車両以外の他車両の挙動には対応せず、先行車両の挙動に基づいて、自車両を走行させる適正な加減速度を算出するように構成され、
上記異常判定部は、追従している先行車両と自車両との間に進出してくる可能性がある他車両が上記前方車両検出センサによって検出されている場合には、上記加減速度算出部によって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の閾値よりも高いとき、運転者に異常があると判定することを特徴とする運転者状態検出装置。
上記異常判定部は、追従している先行車両と自車両との間に進出してくる可能性がある他車両が上記前方車両検出センサによって検出されていない場合には、上記加減速度算出部によって算出された加減速度と、自車両の実際の加減速度との一致度が、所定の第２の閾値よりも低いとき、運転者に異常があると判定する請求項１記載の運転者状態検出装置。
さらに、運転者が健常な状態で先行車両に追従したときに行った加減速操作を学習する加減速学習部を有し、上記加減速度算出部は、上記加減速学習部によって学習された健常な運転者の加減速操作に基づいて、算出する加減速度を補正する請求項１又は２に記載の運転者状態検出装置。