JPH03204343A - 居眠り運転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、居眠り運転検出装置、特に高速道路等での車
両安定走行時における居眠りを検出する居眠り運転検出
装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、長時間運転や単調走行などの状況下でとりわけ
起り易いと言われている居眠り運転、ときに、この居眠
り運転は運転者自身がねむけを自覚し停車等の措置を取
れば問題ないが、一方、運転者自身でその自覚が得られ
ない場合、すなわち居眠り直前状態の場合は、運転者が
気付かないうちにその運行能力が徐々に低下し、その結
果、判断の遅れや操舵能力の低下といった危険な状態を
もたらす。

そこで、居眠り運転時は勿論として、前述の運転者が自
覚できない緩慢運転をも検知し、必要かつ適切な警告を
運転者に与える装置が社会的急務として強く要望されて
いる。

従来の居眠り運転検出方式を大きく二分すると、第１に
運転者に直接電極などを付けその行動や意識レベルを観
察する方式、第２に車両各部に様々なセンサ等を配置し
それにより得られる操舵変化量や車速などを検出して、
車両の走行挙動による判断を行う方式がある。

そして、第１の方式は運転者に直接接触する方法ゆえに
負担が大きく、限られた場合にのみ用いられ、第２の方
式が現在注視されている。

そのような第２の方法、すなわち走行挙動を判断する方
式を実現させた装置として、例えば第８図に示す第１例
装置がある。

図中１０は制御回路であり、操舵角センサ１２、車速セ
ンサ１４、シフト操作検知センサ１６、ブレーキペダル
操作検知センサ１８の各センサ出力が接続され、これら
の各情報を基に居眠り運転を判断するものである。そし
て、制御回路１０は居眠りが判断されると警報機２０に
信号を与え、この警報機２０により運転者は覚醒され、
居眠り運転が未然に防がれるものである。

ここで、例えば車速及び操舵角についての居眠り判別手
順について述べると、まず、予め判断の基準となる車速
及び操舵角についての平均を求め基準変化パターンを作
成し、次にこの基準変化パターンと測定時の車速及び操
舵角変化を比較する。

そして、この比較結果が一致しない場合に居眠り運転と
判断する。つまり、各々場合分けされた基準変化パター
ンから逸脱して走行した場合に居眠りと判断するのであ
る（例えば特開昭６０−１５２３０参照）。

また、従来の居眠り運転検出装置の第２例としては、第
８図に示した第１例装置のセンサ部に例えば車内環境、
走行状況等の種々のセンサを追加し、一定時間内に車内
外状況が変化せず、かつその一定時間内に運転操作が行
われなかった場合に居眠りを判断する装置が挙げられる
（例えば特開昭５０−１３５７３８参照）。

従って、上記第１例、第２例に示した従来装置は基準パ
ターンからの逸脱走行、または所定条件下における一定
時間内の無操作運転を検出し、居眠り運転を判断するも
のであり、居眠り判断精度はその判断の基準となる条件
設定値に大きく依存している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、居眠り発生が周囲環境条件に加えて個人
差及び体調などの要因に左右されることに鑑みると、上
記従来の方式ではその判断条件を一義的に直接規定する
ことは難しく、また外的状況により判断条件を可変させ
るとしても、様々な態様をその判断基準の前提として加
味することは、ある程度の精度向上は期待できるが、判
断時点での運転者の挙動を正確に把握することは困難で
ある。

また、従来の第１例では、一定速度でカーブ走行あるい
は車線変更（ウィンカ−を出さない場合）を多く行った
時には、基準変化パターンとして操舵変化量の平均値を
用いているため、この平均値が増加し精度が低下してし
まうという問題があり、また、従来の第２例では、操舵
をほとんど行うことのない直線走行時には居眠り判断条
件に合致し易く、誤検出するという問題を有していた。

発明の目的 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、直線的な安定走行時に見られる操舵の特有
現象に基づき、車両の安定走行を確認し誤検出要因を排
除した上で、居眠り運転を正確に検出できる居眠り運転
検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明に係る居眠り運転検
出装置は、操舵角を検出する操舵角センサと、基準角操
舵角を中心に一方の極性が連続する時間である第１半周
期時間を求める第１半周期時間算出手段と、前記第１半
周期内の操舵角を経時積算して第１積算角を求める第１
積算角算出手段と、前記第１半周期に続いて他方の極性
が連続する時間である第２半周期時間を求める第２半周
期時間算出手段と、前記第２半周期内の第２積算角を求
める第２積算角算出手段と、前記第１積算角と前記第２
積算角とを比較しほぼ同一の場合で、かつ、前記第１半
周期時間と前記第２半周期時間との比率が所定の比較値
以上の場合に居眠り判定を行う判定手段と、を有し、操
舵角の周期的特性に基づき居眠り判定を行うことを特徴
とする。

［作用］ 操舵角の周期的変動特性 まず、本発明の前提事項となる車両直線走行時にみられ
る操舵角の周期的な微小変動現象について述べる。

一般に、車両が直線走行あるいは緩かなカーブ走行、す
なわち安定走行をしている場合には、第６図（Ａ）に示
す現象が現れることが知られており、また、本発明者ら
の実験によっても確認されている。尚、第６図は縦軸に
操舵角度（ｄ　ｅ　ｇ）、横軸に時刻ｔをとったグラフ
であり、走行中の操舵角の時間的変動を示している。

ここで第６図（Ａ）に示されている如く、操舵はほぼ周
期的に変動を繰り返しており、運転者は無意識のうちに
左右に微小操舵を繰り返し車両の安定（直線走行）を図
っていることが推察される。

また、本発明者らの調査では、安定走行時におけるこの
ような周期的変動の隣合う各半周期の時間（例えばＴ１
、Ｔ２）は、およそ同じであり、更にその各半周期内の
操舵角積算値（Ｓｌ、Ｓ２）もほぼ同一であることが確
認されている。そして、運転者が異なる場合には、上記
の周期及び操舵幅に差異がみられるが、車両が安定走行
している限りにおいて、上述の現象がおおむね生じる。

一方、第６図（Ｂ）は居眠り運転直前状態の操舵角の周
期的変動が示されており、期間ωで運転者の意識が薄れ
、時刻ｔ　で気付いてハンドル操ω 作を行った状態が示されている。

図示の如く、積算角Ｓ１とＳｊはほぼ一致するが、半周
期時間Ｔ１とＴｊは一致しない。つまり、運転者の意識
が薄れてハンドル操作のリズムが崩れた結果、一方の半
周期が伸びたのである。そして、積算角は車両の進行方
向に依存すると考えられるので、１周期の前後で車両の
進行方向が同一であるならば、居眠り運転の前後で積算
角はほぼ一致すると考えられる（Ｓｉ　−３ｊ　）。な
お、この場合、積算角ｓｈとＳｉは一致していない。

第７図は、本発明者らによる実験の結果に基づくグラフ
である。

ここで、横軸は測定経過時間であり、縦軸は２つの積算
角がほぼ一致した場合においての半周期時間の比率α（
Ｔｏ−１／Ｔｎ）の一定時間内における最大値を示して
いる。図から明らかなようにややぼんやりした状態Ｐ２
においても、半周期の比率αは」−昇している。尚、Ｐ
　は正常、Ｐ３は居眠りの場合である。

本発明に係る手段における作用 前記の周期的変動特性に基づき、上述した本発明に係る
手段を用いれば、まず操舵角センサで操舵角が検出され
、第１半周期時間算出手段と第１積算角算出手段でそれ
ぞれ第１の半周期時間及びその半周期内の積算値を求め
ることができる。

次に、第１半周期と同様、第２半周期時間算出手段と第
２積算角算出手段により、第１の半周期に続く第２の半
周期時間とその半周期内の積算角を求めることができる
。

そして、判定手段では、上記により求められた２つの相
前後する半周期における積算角が一致し、かつ半周期時
間の比率が所定値より大きい場合に居眠りと判定するこ
とにより、車両の安定走行を確認した上での居眠り運転
検出が可能である。

つまり、各積算角が一致しない場合には、車線変更や横
風などの要因も考えられるので、これによる誤検出を排
除し、運行状況に合せた検出を行うことができる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図は本発明に係る居眠り運転検出装置の全体構成を
示している。

この装置は、既述した車両安定走行時における操舵角の
変動特性に基づき居眠り運転を検出するものであり、そ
の各半周期における積算角を求め、それぞれ隣合う半周
期の積算角を比較する積算用比較手段５０と、各半周期
の時間を求め、それぞれ隣合う半周期の時間を比較する
半周期時間比較手段６０を備えている。

また、前述の通り、操舵角の周期的変動特性は高速道路
等での直線安定走行時に見られる現象ではあるが、本発
明者らの実測では、緩かなカーブにおいても同様の特性
が現れることが確認されており、このことに対処すべく
、本実施例では変位演算手段４０が設けられている。

この変位演算手段４０は、一定時間内における操舵角の
平均値を求めこの平均値を基準として現在の操舵角変位
を求めるものであり、以下にこれらの手段及びその動作
について詳述する。

図中３０は、車両のステアリングシステムに設けられた
操舵角センサであり、操舵角に応じた所定信号を次段の
変位演算手段４０に出力している。

この変位演算手段４０は、所定時間内の平均操舵角を算
出する平均操舵角演算器４２とその平均操舵角を基準と
した現在の操舵角の変位（変位角）を求める変位算出器
４４とから構成されている。

そして、平均操舵角演算器４２は、センサ３０からの信
号を入力して所定時間内における平均値を演算して逐次
出力するものであり、前述したように緩やかなカーブに
おいて、そのカーブ曲率に依存して操舵が右または左方
向へ取られても、その平均値を操舵周期変動の基準とし
て用いることを可能としている。

すなわち、このように操舵角の平均を基準点として用い
ることにより、操舵角の周期的変動が必ずしも０度を中
心として変動しない場合であっても、周期検出ひいては
居眠り検出が可能となるのである。なお、付言すれば、
カーブ曲率が大きい場合には、周期的変動が現れ難いが
、同時に居眠り発生確率も低いと推考される。

変位算出器４４は、前記平均操舵角演算器４２の出力及
び前記センサ３０の出力を受け、現在の操舵角から平均
操舵角を減算して変位角を算出し、その変位角を表す所
定信号を出力している。

従って、以上のようにこの変位演算手段４０によれば、
検出許容範囲を居眠りが発生し易い直線から緩かなカー
ブまでの走行に拡張させることが］　１ 可能である。

次に、積算角比較手段５０は、半周期における操舵角積
算を求める積算器５２、積算値を一時的に記憶する記憶
部５４、及び相前後する半周期の積算値を比較する積算
比較器５６から構成されている。

積算器５２は、変位算出器４４からの信号を半周期単位
で積算し、その後記憶部５４にその積算値を送出する。

ここで、記憶部５４は、その積算値を一時記憶する。

そして、次の半周期においても、前記同様にこの処理が
繰り返されるのであるが、これと並列的に半周期の積算
が終了した時に、記憶部５４からその記憶されている１
つ前の半周期の積算値（第１積算値）、積算器５２から
現在の積算値（第２積算値）がそれぞれ積算比較器５６
に出力される。

積算比較器５６は、この第１及び第２積算値を比較し、
その値が一致した場合にのみ一致信号を出力する。すな
わち、この一致信号の意味するところは、上述した如く
、車両の安定走行確認であ］　２ す、急カーブや車線変更等の走行では積算値が一致せず
一致信号は得られない。

従って、この積算値比較により居眠り誤検出要因を峻別
できる。なお、本実施例では各半周期における積算値は
、種々の要因に左右され全て一致するとは限らないので
、一致とみなす範囲を若干広げて適切な判断を行ってい
る。

次に、半周期時間比較手段６０は、各半周期の時間を求
める時間演算器６２、半周期時間値を一時記憶する記憶
部６４、及び相前後する半周期の時間の比率を求めその
比率と所定の比較値６８とを比較する時間比較器６６か
ら構成されている。

時間演算器６２は、変位算出器４４の出力信号を受け、
変位角が一方の極性から他方の極性に移行する期間、す
なわち半周期時間を算出しその時間値を記憶部６４へ出
力している。ここで、記憶部６４は、その時間値を一時
記憶する。

そして、次の半周期においても、前記同様に処理が繰り
返されるのであるが、この動作と並列的に半周期時間が
算出された時に、記憶部６４からその記憶されている１
つ前の半周期の時間値（第１半周期時間値）、時間演算
器６２から現在の時間値（第２半周期時間値）がそれぞ
れ時間比較器６６に送出される。

時間比較器６６は、この第１及び第２半周期時間値の比
率α（第１半周期時間値／第２半周期時間値）を求め、
予め設定されている比較値β６８と比較し、α値がβ値
より大きい場合、すなわち急激な操舵が行われた場合や
操舵のリズムが変化した場合に不自然な運転とみなし、
居眠り検知信号を出力する。なお、β値は本実施例では
、実験により得られた、ややぼんやりした状態を判別で
きる１、６が設定されており、運転者の潜在的な危険状
態をも検知できる。また、このβ値は諸条件に合せ適宜
修正しても良い。

従って、以上のようにこの半周期時間比較手段６０によ
れば、車両走行時の不自然な操舵が検知できる。そして
、この検知には必ずしも居眠り運転とは限られない車線
変更時の操舵や急激な横風などによる操舵が含まれては
いるが、以下に述べる判定器７０によりこの誤検知は排
除可能である。

判定器７０には、積算角比較手段５０から出力された一
致信号、半周期時間比較手段６０から出力された検知信
号、及び本実施例では車速センサ７２からの車速信号が
それぞれ入力されている。

そして、判定器７０は車速が所定速度以上で、かつ前記
一致信号及び検知信号が双方とも得られた場合に警報信
号を出力する。

ここで、本実施例において所定車速以上を判定の前提と
したのは、第１に市街地などの道路では操舵角の周期的
変動特性が得られ難いこと、第２に対象として単調な高
速道路など居眠り運転が発生し易い状況下で特に警報が
要望されていること等による。

しかるに、この判定器７０により誤検出要因を除いた上
での車両の安定走行時における居眠りが判定できる。そ
して、その出力信号が警報機８０に入力され、必要な警
報手段が取られることにより、居眠り運転時は勿論とし
て居眠り運転直前の運転者にもその自覚を促すことがで
き、これによ　５ り危険な状態を未然に防ぐことが可能となるのである。

次に、第２実施例として、第２図に示す流れ図に基づき
前記装置と同様な処理を必要なメモリを含む中央処理装
置で行わせた場合における処理手順を説明する。

まず、車両の運行開始または人為的起動等により本処理
が開始される（Ｓｌ）。

次に、Ｓ２で車速か所定速度以上か否かを判断し、この
条件に合った場合には次の処理Ｓ３に移行する。なお、
このとき条件が不一致の場合には、Ｓ１７に処理が移行
し、再度Ｓ１からの処理が繰り返される。

次に、Ｓ３では過去Ｘ秒間における操舵角の手鎖θが算
出される。そして、Ｓ４にてセンサからの信号θからθ
が減算されｄθが算出される。

Ｓ５では、このｄθが０か否かを判断する。つまり、ｄ
θ−０により半周期のゼロクロス点が検出できるのであ
る。

ここで条件が不一致の場合には、次の８６に処６ 理が移行する。Ｓ６では前記ｄθの積算が行われΣに代
入される。つまり、Ｓ６の処理を繰り返すことによりｄ
θの総和Σ（積算角）が増加する。

次に、Ｓ７ではカウントが行われている。そして、繰り
返しＳ７処理が行われるごとにＣＮ値が１ずつ増加し、
半周期時間（−ＣＮ）がこれにより算出される。

ここまでの処理８２〜Ｓ７が終了すると８１７に処理が
移行し、再びＳｌから続行される。

Ｓ５の判断で条件が一致した場合には、まず、Ｓ８〜Ｓ
ｌｌにおいて、変数に代入されている値がそれぞれ別の
変数に置換され、結果として、１つ前の半周期時間値が
ＣＮ２、その積算角がΣ２に、現在の半周期時間値がＣ
ＮＩ、この時の積算角がΣ１にそれぞれ代入される。す
なわち、この８８〜Ｓｌｌの処理が半周期のゼロ点ごと
に行われ、以下の処理のため変数値の置換がそれぞれ行
われているのである。

Ｓ１２では、ＣＮ（半周期時間値）及びΣ（積算角）が
リセットされている。Ｓ　１．、３では、Σ１とΣ２の
和が取られＱに代入されている。なお、積算角が一致し
た場合はＱ−０である。

Ｓ１４では、Ｑが０か否かを判断している。そして、Ｑ
が一致した場合、すなわち安定走行の場合には、次の３
１５に処理が進み、否の場合には、Ｓ１７に移行し再び
ｓｌがら処理が繰り返される。

Ｓ１５では、ＣＮＩからＣＮ２を除算した値が所定値β
より大きいか否がか判断される。この時、条件一致の場
合、すなわち居眠り検出の場合には、Ｓ１６で居眠り判
定時の処理、例えば警報が行われ、次に３１７に処理が
移行し、再度処理が８１から繰り返される。

従って、以上のようにこの第２実施例によれば、第１実
施例と同様、居眠り運転の検出が可能である。

そして、本処理において特徴的なことは、タイマ機能を
カウンタで行わせた点と、変位角がゼロ（ｄθ−０）に
なった時に処理を大きく分岐させ演算を行った点が挙げ
られるが、基本的な居眠り検出原理は同一である。

次に、第３実施例として比較値補正演算手段を備えた居
眠り運転検出装置について説明する。

よく知られているように居眠り運転は運転者の疲労、運
転時刻、及び車内温度等の種々の要因に大きく左右され
るが、これと同様に、操舵角の周期的変動も前記要因に
依存していると考えられる。

つまり、これらの諸条件によりα値が微妙に変化するの
である。

従って、より適正な居眠り判定を行うには前記諸条件に
基づき、比較値βを微小補正する必要がある。そこで、
そのような補正手段として第３図に示す比較値補正演算
手段がある。

図中９０は補正係数演算部であり、タイマ９２、温度セ
ンサ９４、及び時計９６の各信号が入力されている。タ
イマ９２は運転開始と共に起動し運転疲労度を示す運転
時間信号を出力している。また、温度センサ９４は車内
の温度をモニタして快適度を示す温度信号を出力してい
る。さらに、時計９６は現在の時刻、すなわち昼または
夜においての眠気の度合を示す信号を出力している。

９ そして、これら各情報と居眠り運転とを相関づける方法
として、本実施例では非ノイマン型のいわゆるファジー
推論を用い、これに基づき補正係数演算部９０は演算を
行っている。

このファジー推論は、周知の如く、メンバーシップ関数
（帰属度関数）と推論ルールを用いてあいまいな量を処
理できる利点を有しており、特に本発明に係る装置等に
おいては非常に有益な演算処理法である。例えば非線形
関数が扱え、多変量解析などが行える。

そして、そのメンバーシップ関数及び推論ルルは、関数
記憶部９８に記憶されている。

第４図はそのようなメンバーシップ関数の例示であり、
各条件に対する運転者の適合度が示されている。

ここで、第４図（Ａ）は運転者の運転時間に対する適合
度、（Ｂ）は車内温度に対する適合度、（Ｃ）は運転時
刻に対する適合度、（Ｄ）は推論結果の重み付けを行う
関数をそれぞれ示している。

また、各ルールの項目（ラベル）は、それぞれＡ０ １〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２及びＤ１〜Ｄ３で与
えられ、これにより所定のファジー制御則（ルール）が
決定されている。

次に具体的処理手順を第５図に基づき説明する。

まず、５１０１にて各情報が取り込まれる。５１０２で
は、その各情報を各メンバーシップ関数（Ａ）、（Ｂ）
、（Ｃ）に対応させてそれぞれ適合度を求め、次に推論
ルールに基づき（Ｄ）に示すメンバーシップ関数に重み
付けを行う。そして、重心法を用いこのメンバーシップ
関数の重心、すなわち補正係数εを求める。なお、補正
係数εを求めるには、重心法に限られず高さ法など適宜
選択して用いても良い。

８１０３では、５１０２にて求められた補正係数を乗算
部９９に出力する。そして、以上の処理が繰り返されて
行われることにより、各情報に合致した適切な補正係数
εを逐次求めることができる。なお、第４図のメンバー
シップ関数は、本実施例では実験等により得られた知識
ベースに基づき設定したが、これに限られるものではな
く非線形量数が含まれていても良い。また、更に天候や
湿度などの要件を条件に加えても良い。

」二記処理により求められた補正係数εは、次に乗算部
９９にて、予め設定された値βにεが乗算さ耗て補正さ
れた比較値γとなり、第１図に示した時間比較器６６に
送出される。

従って、この比較器補正演算手段を備えた居眠り検出装
置によれば、居眠り判定の基準である比較値として車内
外状況に応じた適正な比較値γを用いることができるの
で、より居眠り判定精度を向上させることができる。こ
のことは、特に運転者が自覚していないややぼんやりし
た状態をも正確に検知し、より適確な警告を与えること
ができるという有益な効果を有している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る居眠り運転検出装置
によれば、車両安定走行時の居眠りを精度よくかつ正確
に検出できる。

特に、積算角比較により誤検出を除去できるので、信頼
性も高く、また半周期時間比率の比較値を適切な値とす
ることにより、やや意識がもうろうとした状態をも検出
できるので、運転者に居眠り前の状態を適確に知らせる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る居眠り運転検出装置の構成を示す
ブロック図、 第２図は第２実施例に係る居眠り判定流れ図、第３図は
第３実施例に係る比較値補正演算手段の構成を示すブロ
ック図、 第４図はメンバーシップ関数の説明図、第５図は補正係
数演算処理の流れ図、 第６図は操舵角の周期的変動を示す説明図、第７図は一
定時間内におけるα最大値の変化を示すグラフ、 第８図は従来の居眠り運転検出装置の構成図である。 ３０　・・・　操舵角センサ ４０　・・・　変位演算手段 ５０　・・・　積算用比較手段 ６０　・・・　半周期時間比較手段 ３ ７０　・・・　判定器 ７２　・・・　車速センサ ９０　・・・　補正係数演算部 ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 操舵角を検出する操舵角センサと、 基準操舵角を中心に一方の極性が連続する時間である第
   １半周期時間を求める第１半周期時間算出手段と、 前記第１半周期内の操舵角を経時積算して第１積算角を
   求める第１積算角算出手段と、 第１半周期に続いて他方の極性が連続する時間である第
   ２半周期時間を求める第２半周期時間算出手段と、 前記第２半周期内の第２積算角を求める第２積算角算出
   手段と、 前記第１積算角と前記第２積算角とを比較しほぼ同一の
   場合で、かつ、前記第１半周期時間と前記第２半周期時
   間との比率が所定値以上の場合に居眠り判定を行う判定
   手段と、 を有し、 操舵角の周期的特性に基づき居眠り判定を行うことを特
   徴とする居眠り運転検出装置。