JP7769877B2 - 運転者状態判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両運転中に運転者が異常状態にあるか否かを判定するための運転者状態判定装置に関する。

従来、運転者が異常状態にあると判定すると、音やランプにより運転者に警告を発する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置では、自動運転支援モード（例えば、車線維持支援）による車両走行中に、運転者による操作入力がない状態が所定時間（例えば、５秒）だけ継続すると、運転者に向けて警告が発生される。その後、さらに運転者の操作入力がない時間が継続すると、順次、警告や車両操作への自動介入（減速等）が行われるようになっている。

特許第６４５５４５６号

ある種の疾患（例えば、心疾患、脳疾患、低血糖等）を発症すると、身体の機能低下は高次機能から低次機能へ徐々に進行していくと考えられる。例えば、随意運動（即ち高次機能）の機能低下は運動不能となるまでに数十分かけて徐々に進行し、その後、不随意運動（即ち低次機能）の機能低下が発生してから数秒以内に運転者は運転操作不能となる。ここで、随意運動の機能低下中は、例えば運転者の車線維持能力や速度維持能力は健常時よりも低下するが、運転者は不完全ながらも車両操作を行うことができる。したがって、運転者が操作不能となった場合に異常状態であると判定する従来の装置では、随意運動の機能低下中に異常状態の判定を行うことができない。一方、不随意運動の機能低下が発生すると、数秒以内に運転者は操作不能となってしまうので、異常状態を判定してから運転者の意思を確認したり、車両の自動停止などの適切な対応を行ったりするまでの時間的余裕が少ない可能性がある。したがって、不随意運動の機能低下が発生する前の段階で、つまり随意運動の機能低下が発生している段階で、運転者が異常状態にあることを高精度で判定できることが望ましい。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、運転者が運転不能となるより十分に早い段階で、運転者の身体機能の低下を検知し異常状態の判定を早期に確定することが可能な、運転者状態判定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、車両を運転する運転者の異常状態を判定する運転者状態判定装置であって、車両の操舵装置のステアリングホイールに振動を付与する振動装置と、ステアリングホイールの振動を検出する振動検出器と、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、振動装置を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、振動装置によりステアリングホイールに所定の加振周波数の振動を付与し、振動検出器により検出された振動に基づき、加振周波数における検出された振動の強さを表す値を算出し、振動の付与中における振動の強さを表す値の時間変化と、振動の付与中における操舵角の時間変化との相関係数が、所定値以上である場合に、運転者が異常状態であると判定するように構成されている。

このように構成された本発明によれば、コントローラは、ステアリングホイールへの振動付与中における加振周波数における振動の強さを表す値の時間変化と、振動の付与中における操舵角の時間変化との相関係数が、所定値以上である場合に、運転者が異常状態であると判定するので、ステアリングホイールに振動を付与したときの、疾患の有無に応じた筋の応答性の差異を利用して、具体的には操舵角の時間変化と加振周波数における検出された振動の強さを表す値の時間変化との間の相関関係が疾患の有無に応じて変化することを利用して、運転者の異常状態を判定することができる。これにより、運転者が運転不能となる前に、随意運動の機能が低下した段階で、運転者の身体機能の低下を検知し異常状態の判定を早期に確定することができる。

本発明において、好ましくは、振動検出器は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサであり、振動の強さを表す値は、操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの加振周波数における実効値、又は、操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値である。

このように構成された本発明によれば、振動検出器を新たに設けることなく、操舵トルクセンサを振動検出器として利用することができ、操舵トルクの加振周波数における実効値の時間変化、又は、操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値の時間変化と、操舵角の時間変化との間の相関関係に基づき、運転者の異常状態の判定を早期に確定することができる。

本発明において、好ましくは、運転者の状態を検出するセンサをさらに備え、コントローラは、センサの検出信号に基づいて、運転者が異常状態であると推定した場合に振動装置によりステアリングホイールに加振周波数の振動を付与する。このように構成された本発明によれば、センサの検出信号に基づいて、運転者が異常状態である可能性が比較的高い場合において、振動付与による異常状態の判定を行うことができ、運転者が異常状態にあることを高精度で判定できる。

本発明において、好ましくは、振動装置は、運転者によるステアリングホイールの操舵操作を補助するための電動パワーステアリング装置用の電気モータである。このように構成された本発明によれば、振動装置を新たに設けることなく、電動パワーステアリング装置の電気モータを振動装置として利用することができる。

本発明の運転者状態判定装置によれば、運転者が運転不能となるより十分に早い段階で、運転者の身体機能の低下を検知し異常状態の判定を早期に確定することができる。

本発明の実施形態による運転者状態判定装置が搭載された車両の説明図である。 本発明の実施形態による運転者状態判定装置のブロック図である。 本発明の実施形態による操舵角と加振周波数における操舵トルクレベルとの時間変化のグラフである。 本発明の実施形態による操舵角と加振周波数における操舵トルクレベルとの時間変化のグラフである。 本発明の実施形態による操舵角の時間変化と加振周波数における操舵トルクレベルとの時間変化との相関係数のグラフである。 本発明の実施形態による異常状態の判定処理のフローチャートである

以下、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判定装置を説明する。図１は運転者状態判定装置が搭載された車両の説明図、図２は運転者状態判定装置のブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による運転者状態判定装置１０は、操舵装置１ａを有する車両１に搭載されている。操舵装置１ａは、ステアリングホイール２、これに固定的に連結されたステアリングシャフト３、及びステアリングシャフト３と操舵輪４とを連結する連結機構（図示せず）を備えている。

図２に示すように、運転者状態判定装置１０は、運転者の状態を検出する１又は複数のセンサ１２と、ステアリングホイール２に所定の振動を付与する振動装置１４と、ステアリングホイール２又はステアリングシャフト３の振動を検出する振動検出器１６と、コントローラ１８と、車両運転制御装置２０とを備えている。

センサ１２は、運転者の状態を検出するセンサである。運転者の状態は、運転者の身体状態、及び運転者による車両操作状態を含む。身体状態を検出するセンサ１２は、例えば、運転者を撮像する車内カメラ、心拍センサ、心電図センサ、ステアリングホイール２の把持力センサ等である。また、車両操作状態を検出するセンサ１２は、車外を撮像する車外カメラ、車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ、操舵角センサ、操舵トルクセンサ、アクセル開度センサ、ブレーキ圧センサ、ＧＰＳセンサ、ＡＤＡＳセンサ等である。

例えば、コントローラ１８は、車内カメラにより撮像された運転者の撮像信号（画像データ）を用いて、運転者の視線方向、姿勢（上半身又は頭部の位置）、運転者のまぶたの開き具合、運転者によるステアリングホイール２の把持力等を検出し、このような検出結果に基づいて、運転者が異常状態であることを推定することができる。例えば、視線方向の安定性が所定値以下の場合、姿勢の安定性が所定値以下の場合、まぶたが所定時間以上にわたって閉じている場合、ステアリングホイール２の把持力が所定値未満の場合に、運転者が異常状態であると推定することができる。また、例えば、コントローラ１８は、操舵角センサにより検出された操舵角信号、車外カメラにより撮像された画像信号等に基づいて、運転者が異常状態であることを推定することができる。例えば、走行路上での中央線からの車両１の位置の安定性、操舵角の安定性等が所定値以下の場合に、運転者が異常状態であると推定することができる。

振動装置１４は、往復回転を出力可能な電気モータを備え、ステアリングシャフト３に取り付けられている。振動装置１４は、制御信号を受けるとステアリングシャフト３を周方向に所定の周波数で且つ小さな角度で往復回動させるように構成されている。これにより、ステアリングシャフト３を介してステアリングホイール２に所定の周波数の振動が付与される。また、振動検出器１６は、ステアリングシャフト３に取り付けられており、ステアリングシャフト３を介してステアリングホイール２の振動状態を検出する。

車両１は、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は、操舵アシストトルクを付与するためにステアリングシャフト３に連結された電気モータ、ステアリングホイール２に印可された操舵トルクを検出するためにステアリングシャフト３に連結された操舵トルクセンサ等を含む。本実施形態では、電動パワーステアリング装置の構成要素のうち、電気モータが振動装置１４を構成し、操舵トルクセンサが振動検出器１６を構成する。

したがって、電気モータは、電動パワーステアリング装置として、ステアリングシャフト３に対してアシストトルクを付与するように作動する。また、電気モータは、振動装置１４として、ステアリングシャフト３を小さな角度で周方向に往復動させるようにして、ステアリングシャフト３及びステアリングホイール２を振動させるように作動する。

また、操舵トルクセンサは、電動パワーステアリング装置及び振動検出器１６として、ステアリングホイール２を介してステアリングシャフト３に印可された操舵トルクを検出するように作動する。操舵トルクセンサは、ステアリングシャフト３の周方向のねじれに応じた操舵トルクの変動を検出することにより、ステアリングホイール２の振動を検出する。コントローラ１８は、振動検出器１６（操舵トルクセンサ）により検出された操舵トルクの時間変化に基づき、所定周波数におけるステアリングホイール２の振動の強さを算出する。

コントローラ１８は、ＣＰＵとしてのプロセッサ１８ａ、各種プログラムやデータベースを記憶するメモリ１８ｂ（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）、電気信号の入出力装置等を備えたコンピュータデバイスである。コントローラ１８は、センサ１２、振動装置１４、振動検出器１６、車両運転制御装置２０を制御する。コントローラ１８は、センサ１２、振動装置１４、振動検出器１６を利用して、運転者が異常状態であると判定すると、車両運転制御装置２０に制御信号を送り、自動運転により車両１を安全な場所に停車させるように構成されている。車両運転制御装置２０は、操舵制御装置、エンジン制御装置、駆動用電気モータ制御装置、ブレーキ制御装置等である。

コントローラ１８は、各種のセンサ１２から検出信号を受け取り、検出信号に基づいて運転者の身体機能が低下したか否か（運転者が異常状態にあるか否か）を推定する。運転者が異常状態にあることが推定されると、コントローラ１８は、振動装置１４へ所定期間（例えば、１秒）だけ作動信号を出力すると共に、振動検出器１６から検出信号を受け取る。コントローラ１８は、検出信号に基づいて、運転者が異常状態であるか否かを判定する（運転者が異常状態であることを確定する）。そして、運転者が異常状態であると判定されると、コントローラ１８は、車両運転制御装置２０により、車両１を自動運転により停車させる。

次に、図３～図５を参照して、本実施形態の運転者状態判定装置１０による異常状態の判定処理について説明する。図３及び図４は操舵角と加振周波数における操舵トルクレベルとの時間変化のグラフであり、図５は操舵角の時間変化と加振周波数における操舵トルクレベルとの時間変化との相関係数のグラフである。

図３は、運転者が異常状態であるときの、操舵角の時間変化と、加振周波数における操舵トルクレベルの時間変化とを示している。また、図４は、運転者が正常状態であるときの、操舵角の時間変化と、加振周波数における操舵トルクレベルの時間変化とを示している。

振動装置１４は、ステアリングホイール２に所定期間だけ所定周波数の振動（例えば、加振周波数ｆ０＝２０Ｈｚ）を付与する。振動検出器１６は、少なくとも上記所定期間（例えば、１秒）において検出した検出信号をコントローラ１８へ出力する。コントローラ１８は、振動検出器１６から受け取った時系列信号である検出信号を、フーリエ変換等を利用してフィルタ処理し、加振周波数ｆ０における操舵トルクの時系列信号を取得する。さらに、取得した加振周波数ｆ０における操舵トルクの時系列信号から、加振周波数ｆ０におけるステアリングホイール２の振動の強さを表す値として、操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値（操舵トルクレベル［ｄＢ］）を算出する。

図３から分かるように、異常状態では、振動装置１４による振動の付与中において、操舵角の変化が大きいときに操舵トルクレベルの変化も大きくなっている。

一方、図４から分かるように、正常状態では、振動装置１４による振動の付与中において、操舵角の変化の大小に関わらず、操舵トルクレベルの大きさはほぼ一定となっている。

図５は、異常状態にある運転者を想定した、運転能力レベルに影響を及ぼす疾患を有する複数の被験者と、正常状態にある運転者を想定した、疾患を有しない複数の被験者とのそれぞれについて、振動の付与中における加振周波数における操舵トルクレベルの時間変化と操舵角の時間変化との相関係数を、車両シミュレータを用いた実験により求めた結果を示している。図５に示すように、異常状態にある運転者においては、相関係数は平均で約０．７、誤差を考慮してもおよそ０．５以上であり、操舵角の変化と操舵トルクレベルの変化との間に強い相関関係が認められる。一方、正常状態にある運転者においては、相関係数は平均で約０．３、誤差を考慮しても０．５未満であり、操舵角の変化と操舵トルクレベルの変化との間に強い相関関係は認められない。

従来、身体運動に関わる疾患（例えば大脳基底核の疾患）が発生すると、筋の緊張や協調運動に異常が発生することが知られている。また、筋への力の加わり方に応じて筋の粘弾性が変化することが知られている。そこで、本発明者らは、正常状態にある運転者と身体機能が低下した異常状態にある運転者とでは、ステアリングホイールを保持するための各筋の運動や緊張に差異が生じ、その結果、筋の粘弾性に差異が生じるので、ステアリングホイールを介して運転者の筋に振動を入力したときの筋の応答特性に差異が生じる、との仮説を立てた。この仮説に基づき本発明者らが研究を進めた結果、上記のように、ステアリングホイールに振動を付与したときの、操舵角の時間変化と操舵トルクレベルの時間変化との間の相関関係が、疾患の有無に応じて変化することを実験的に見出した。すなわち、本実施形態の運転者状態判定装置は、このような筋の応答特性を利用して、ステアリングホイール２に振動を付与し、その反応を分析することにより運転者が異常状態であるか否かを判定することが可能である。

次に、図６を参照して、本実施形態の運転者状態判定装置１０による異常状態の判定処理の流れについて説明する。図６は異常状態の判定処理のフローチャートである。

図６の異常状態判定処理は、車両１の電源がＯＮにされた場合に開始され、コントローラ１８によって繰り返し実行される。異常状態判定処理が開始されると、まず、コントローラ１８は、センサ１２から検出信号を取得し（ステップＳ１１）、この検出信号に基づいて運転者が正常状態であるか異常状態であるかを推定する（ステップＳ１２）。その結果、運転者が異常状態ではない（即ち正常状態である）と推定された場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、この異常状態判定処理を終了する。

一方、運転者が異常状態であると推定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、コントローラ１８は、制御信号を出力して振動装置１４により所定期間（例えば、１秒）だけステアリングホイール２を所定の加振周波数ｆ０で振動させる（ステップＳ１３）。また、振動装置１４によりステアリングホイールに振動を付与している間、コントローラ１８は、センサ１２（操舵角センサ）から操舵角を取得すると共に、振動検出器１６（操舵トルクセンサ）から操舵トルクを取得する（ステップＳ１４）。

所定期間が経過すると（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、コントローラ１８は、振動検出器１６から取得した操舵トルクの時系列信号をフィルタ処理し、加振周波数ｆ０における操舵トルクの時系列信号を取得する。さらに、取得した加振周波数ｆ０における操舵トルクの時系列信号から、加振周波数ｆ０における操舵トルクの実効値をレベル化した操舵トルクレベルを算出する。そして、振動付与中における加振周波数ｆ０における操舵トルクレベルの時間変化と、操舵角の時間変化との相関係数を取得する（ステップＳ１６）。

そして、取得した相関係数が所定の閾値（例えば０．５）未満である場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、コントローラ１８は、運転者が異常状態にないものとし、異常状態判定処理を終了する。

一方、ステップＳ１６で取得した相関係数が所定の閾値以上である場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、コントローラ１８は、運転者が異常状態にあると判定し（ステップＳ１８）、自動運転介入処理を実行する（ステップＳ１９）。自動運転介入処理では、コントローラ１８は、車両運転制御装置２０へ制御信号を送出して、例えば自動運転により車両１を安全な場所に停車させる。ステップＳ１９の後、コントローラ１８は、異常状態判定処理を終了する。

なお、本実施形態では、ステップＳ１２の処理において、運転者の異常状態が推定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステアリングホイール２に振動を付与する（ステップＳ１３）。しかしながら、このステップＳ１２の処理とは別に、定期的にステアリングホイール２に振動を付与して、異常状態の判定（ステップＳ１６、Ｓ１７）を行うように構成してもよい。

また、本実施形態では、加振周波数ｆ０におけるステアリングホイール２の振動の強さを表す値として、操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値（操舵トルクレベル）を用いたが、操舵トルクの実効値を用いることとし、加振周波数ｆ０における操舵トルクの実効値の時間変化と操舵角の時間変化との相関係数に基づき、運転者の異常状態を判定してもよい。

次に、上述した本実施形態の運転者状態判定装置１０の作用効果を説明する。

コントローラ１８は、振動装置１４によりステアリングホイール２に所定の加振周波数ｆ０の振動を付与し、振動検出器１６により検出された振動に基づき、加振周波数ｆ０における操舵トルクレベルを表す値を算出し、振動の付与中における操舵トルクレベルの時間変化と、振動の付与中における操舵角の時間変化との相関係数が、所定値以上である場合に、運転者が異常状態であると判定する。これにより、ステアリングホイール２に振動を付与したときの、疾患の有無に応じた筋の応答性の差異を利用して、具体的には操舵角の時間変化と加振周波数ｆ０における検出された振動の強さを表す値の時間変化との間の相関関係が疾患の有無に応じて変化することを利用して、運転者の異常状態を判定することができる。したがって、運転者が運転不能となる前に、随意運動の機能が低下した段階で、運転者の身体機能の低下を検知し異常状態の判定を早期に確定することができる。

また、振動検出器１６は、ステアリングホイール２に印加された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサであり、振動の強さを表す値は、操舵トルクセンサにより検出された操舵トルクの加振周波数ｆ０における実効値、又は、操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値である。これにより、振動検出器１６を新たに設けることなく、操舵トルクセンサを振動検出器１６として利用することができ、操舵トルクの加振周波数ｆ０における実効値の時間変化、又は、操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値の時間変化と、操舵角の時間変化との間の相関関係に基づき、運転者の異常状態の判定を早期に確定することができる。

また、コントローラ１８は、センサ１２の検出信号に基づいて、運転者が異常状態であると推定した場合に振動装置１４によりステアリングホイール２に所定の加振周波数ｆ０の振動を付与する。これにより、センサ１２の検出信号に基づいて、運転者が異常状態である可能性が比較的高い場合において、振動付与による異常状態の判定を行うことができ、運転者が異常状態にあることを高精度で判定できる。

また、振動装置１４は、運転者によるステアリングホイール２の操舵操作を補助するための電動パワーステアリング装置用の電気モータである。これにより、振動装置１４を新たに設けることなく、電動パワーステアリング装置の電気モータを振動装置１４として利用することができる。

１ 車両
１ａ 操舵装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリングシャフト
１０ 運転者状態判定装置
１２ センサ
１４ 振動装置（電気モータ）
１６ 振動検出器（操舵トルクセンサ）
１８ コントローラ
２０ 車両運転制御装置

Claims (4)

1. 車両を運転する運転者の異常状態を判定する運転者状態判定装置であって、
   前記車両の操舵装置のステアリングホイールに振動を付与する振動装置と、
   前記ステアリングホイールの振動を検出する振動検出器と、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記振動装置を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、
   前記振動装置により前記ステアリングホイールに所定の加振周波数の振動を付与し、
   前記振動検出器により検出された振動に基づき、前記加振周波数における前記検出された振動の強さを表す値を算出し、
   前記振動の付与中における前記振動の強さを表す値の時間変化と、前記振動の付与中における前記操舵角の時間変化との相関係数が、所定値以上である場合に、前記運転者が異常状態であると判定するように構成されている、
   運転者状態判定装置。
2. 前記振動検出器は、前記ステアリングホイールに印加された操舵トルクを検出する操舵トルクセンサであり、
   前記振動の強さを表す値は、前記操舵トルクセンサにより検出された前記操舵トルクの前記加振周波数における実効値、又は、前記操舵トルクの実効値をレベル化したデシベル値である、請求項１に記載の運転者状態判定装置。
3. 運転者の状態を検出するセンサをさらに備え、
   前記コントローラは、前記センサの検出信号に基づいて、前記運転者が異常状態であると推定した場合に前記振動装置により前記ステアリングホイールに前記加振周波数の振動を付与する、請求項１又は２に記載の運転者状態判定装置。
4. 前記振動装置は、前記運転者による前記ステアリングホイールの操舵操作を補助するための電動パワーステアリング装置用の電気モータである、請求項１又は２に記載の運転者状態判定装置。