JP5073323B2 - ステアリング保持状態判定装置、ドライバ覚醒度推定装置および適正進路維持装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング保持状態判定装置、ドライバ覚醒度推定装置および適正進路維持装置に関するものである。

自動車において、運転者によるステアリングの操舵量（操舵トルクや舵角等）から、運転状態を推定する技術が提案されている。例えば特許文献１には、ステアリング部を掌握する運転者の手の握力を算出すると共に、ステアリング部の反力を算出し、これら握力及び反力に基づいて、運転者の手の操舵時における滑りの発生を事前に予測する技術が開示されている。
特開２００５−１１９５３９号公報

ところで、運転者が低覚醒状態で運転したため、認知ミス、判断ミスを犯し、交通事故を引き起こす例が数多くみられる。そこで、運転者の覚醒状態を判定する技術の開発が望まれている。
しかしながら、特許文献１を含めこれまでに提案されている運転状態の推定技術はいずれも、ステアリングの挙動から得られる情報に基づいて受動的に運転状況を推定するものである。これらの技術では、運転者がステアリングを操作していなければ必要な情報が得られないので、運転者がステアリングを操作する頻度の少ない直線道路等では、運転者の運転状態の認識に時間がかかるという問題がある。

そこで本発明は、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することが可能な、ステアリング保持状態判定装置の提供を課題とする。
また、ドライバの覚醒度を精度よく推定することが可能な、ドライバ覚醒度推定装置の提供を課題とする。
また、適正進路を確実に維持することが可能な、適正進路維持装置の提供を課題とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両のステアリングにトルクを付与するトルク付与手段（例えば、実施形態におけるトルク付与手段１４）と、前記ステアリングの舵角を検出する角度センサ（例えば、実施形態における角度センサ１８）と、前記トルク付与手段によるトルク付与時の、前記角度センサにより検出された前記ステアリングの舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量に基づいて、ドライバの前記ステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段（例えば、実施形態におけるステアリング保持状態判定手段２４）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記ステアリング保持状態判定手段は、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が所定値以上の場合に、前記ドライバが前記ステアリングを正常に保持していないと判定することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のステアリング保持状態判定装置（例えば、実施形態におけるステアリング保持状態判定装置１０）を備えたドライバ覚醒度推定装置（例えば、実施形態におけるドライバ覚醒度推定装置２０）であって、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量を複数記憶する記憶手段（例えば、実施形態における記憶手段２８）と、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が時間の経過に伴って増加している場合に、前記ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段（例えば、実施形態におけるドライバ覚醒度推定手段２６）と、を備え、前記ドライバ覚醒度推定手段は、前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量について時間変化のデータの近似直線を求め、前記近似直線の傾きが正の場合に、前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が時間の経過に伴って増加していると判断することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の前記ステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が閾値以上であるか判断し、閾値以上である場合が所定回数以上となった場合に、前記ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項５に係る発明は、車両のステアリングにトルクを付与するトルク付与手段と、ドライバによる前記ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサ（例えば、実施形態におけるトルクセンサ１６）と、前記トルク付与手段によるトルク付与時の、前記トルクセンサにより検出された操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量に基づいて、前記ドライバの前記ステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、車両のステアリングが目標舵角となるように、前記ステアリングにトルクを付与するトルク付与手段と、ドライバによる前記ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記トルク付与手段によるトルク付与時の、前記トルクセンサにより検出された操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量に基づいて、前記ドライバの前記ステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、前記ステアリング保持状態判定手段は、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が所定値以下の場合に、前記ドライバが前記ステアリングを正常に保持していないと判定することを特徴とする。

請求項８に係る発明は、請求項６または請求項７に記載のステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量を複数記憶する記憶手段と、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が時間の経過に伴って低下している場合に、前記ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、を備え、前記ドライバ覚醒度推定手段は、前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量について時間変化のデータの近似直線を求め、前記近似直線の傾きが負の場合に、前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が時間の経過に伴って低下していると判断することを特徴とする。

請求項９に係る発明は、請求項６または請求項７に記載のステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が閾値以下であるか判断し、前記閾値以下となる場合が所定回数以上となった場合に、前記ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項１０に係る発明は、前記ドライバの操舵頻度が所定値以下の場合に、前記ステアリング保持状態判定装置を使用してステアリング保持状態の判定を行うことを特徴とする。

請求項１１に係る発明は、前記ステアリングは、タイヤから独立して回転可能とされていることを特徴とする。

請求項１２に係る発明は、前記ドライバ覚醒度推定手段により前記ドライバの覚醒度が低下していると判断された場合に、警報を行うことを特徴とする。

請求項１３に係る発明は、車両が適正進路から逸脱をする可能性が所定値以上の場合に、警報またはステアリング制御を行う適正進路維持装置において、請求項１，２，５，６または７に記載のステアリング保持状態判定装置を備え前記ステアリング保持状態判定手段により前記ドライバが前記ステアリングを正常に保持していないと判断された場合には、前記警報または前記ステアリング制御の作動タイミングを通常より早くすることを特徴とする。

請求項１４に係る発明は、車両が適正進路から逸脱をする可能性が所定値以上の場合に、警報もしくはステアリング制御を行う適正進路維持装置において、請求項３，４，８，９，１０，１１または１２に記載のドライバ覚醒度推定装置を備え、前記ドライバ覚醒度推定手段により前記ドライバの覚醒度が低下していると判定された場合には、前記警報または前記ステアリング制御の作動タイミングを通常より早くすることを特徴とする。

請求項１５に係る発明は、前記トルク付与手段は前記ドライバによる操舵トルクが所定値以下の場合には、前記操舵トルクを打ち消す方向に前記操舵トルクと同等のトルクを付与することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ステアリング操作頻度の少ない直線道路等においても、トルク付与手段によりステアリングにトルクを付与するので、ドライバは付与トルクをキャンセルするようにステアリングを操作することになる。このとき、ドライバのステアリング把持力が異なるので、舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量に差が生じる。したがって、トルク付与時の舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量に基づいて、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

請求項２に係る発明において、トルク付与に伴う舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が大きい場合には、ドライバによるステアリング操作量が小さくなっているので、ドライバがステアリングを正常に保持していないと判定することが可能である。したがって、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

請求項３に係る発明において、トルク付与に伴う舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が時間の経過に伴って増加している場合には、ステアリング保持状態の正常度が低下傾向にあり、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。したがって、ドライバの覚醒度を精度よく推定することができる。

請求項４に係る発明において、トルク付与に伴う舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が閾値以上である場合が所定回数以上となった場合には、ステアリングが正常に保持されていない頻度が多くなっているから、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。したがって、ドライバの覚醒度を精度よく推定することができる。

請求項５に係る発明によれば、ステアリングの操作頻度の少ない直線道路等においても、トルク付与手段によりステアリングにトルクを付与するので、ドライバは付与トルクをキャンセルするようにステアリングに操舵トルクを作用させることになる。このとき、ドライバのステアリング保持状態により、ドライバがステアリングに作用させる操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量の大きさに差が生じる。したがって、トルク付与時の操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量に基づいて、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

請求項６に係る発明によれば、ステアリング操作頻度の少ない直線道路等においても、トルク付与手段によりステアリングに目標舵角を実現するトルクを付与するので、ドライバは付与トルクをキャンセルするようにステアリングに操舵トルクを作用させることになる。このとき、ドライバのステアリング保持状態により、ドライバがステアリングに作用させる操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量の大きさに差が生じる。したがって、トルク付与時の操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量に基づいて、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

請求項７に係る発明において、トルク付与に伴う操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が小さい場合には、操舵トルクが緩やかに作用しているので、ドライバがステアリングを正常に保持していないと判定することが可能である。したがって、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

請求項８に係る発明において、トルク付与に伴う操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が時間の経過に伴って低下している場合には、ステアリング保持状態の正常度が低下傾向にあり、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。したがって、ドライバの覚醒度を精度よく推定することができる。

請求項９に係る発明において、トルク付与に伴う操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が閾値以下である場合が所定回数以上となった場合には、ステアリングが正常に保持されていない頻度が多くなっているから、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。したがって、ドライバの覚醒度を精度よく推定することができる。

請求項１０に係る発明によれば、ドライバの覚醒度が低下している蓋然性が高い場合のみに、ドライバ覚醒度推定処理を実施することが可能になり、ドライバの違和感を最小限に抑えることができる。

請求項１１に係る発明によれば、トルク付与手段によりステアリングにトルクを付与しても、車両の走行状態を維持することができる。

請求項１２に係る発明によれば、ドライバの覚醒度を向上させることができる。

請求項１３に係る発明によれば、ドライバがステアリングを正常に保持していない場合に、車両が適正進路から逸脱するのを防止することができる。

請求項１４に係る発明によれば、ドライバの覚醒度が低下している場合に、車両が適正進路から逸脱するのを防止することができる。

請求項１５に係る発明によれば、ドライバに違和感を与えることなく、長時間継続的にステアリングにトルクを付与することができる。

以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
（第１実施形態、ステアリング保持状態判定装置）
図１は、第１実施形態に係るステアリング保持状態判定装置、ドライバ覚醒度推定装置および適正進路維持装置のブロック図である。第１実施形態では、トルク付与に伴うステアリング舵角に基づいてドライバのステアリング保持状態を判定する。そこで、第１実施形態に係るステアリング保持状態判定装置１０は、車両のステアリング１２にトルクを付与するトルク付与手段１４と、ステアリング１２の舵角を検出する角度センサ１８と、トルク付与手段１４によるトルク付与時に、角度センサ１８により検出されたステアリング１２の舵角に基づいて、ドライバのステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段２４とを備えている。

図２は、車両前部の内部構造を示す斜視図である。車両１は、ステアリング１２の舵角を検出する角度センサ１８と、ステアリング１２の操舵トルクを検出可能なトルクセンサ１６とを備えている。また車両１は、ステアリング１２の舵角に応じて操舵輪３９を駆動する操舵装置４０を備えている。この操舵装置４０には、運転者の操舵入力に応じてモータを駆動し操舵補助力を作用させる電動パワーステアリング装置（以下「ＥＰＳ」という。）３７が設けられている。このＥＰＳは、ステアリング１２にトルクを付与するトルク付与手段１４として機能する。

なお操舵装置として、ステアリング１２と操舵輪３９とが機械的に連結されていない、いわゆるステアバイワイヤ式の操舵装置を採用してもよい。ステアバイワイヤ式の操舵装置においては、操舵輪３９からステアリング１２に路面反力が伝達されないので、運転者に操舵感を与えるため、ステアリング１２に操舵反力（トルク）を付与するモータ等を備えている。このモータ等を、本実施形態におけるトルク付与手段１４として利用することが可能である。
なお車輪やサスペンション等を制御し、車両にヨー方向の挙動を与えることにより、ステアリングにトルクを付与することも可能である。

本実施形態のステアリング１２は、タイヤ（操舵輪）から独立して回動可能とされている。すなわち、トルク付与手段１４によるトルク付与に伴うステアリング１２の回動には、タイヤが連動しないようになっている。したがって、トルク付与手段によりステアリングにトルクを付与しても、車両の走行状態を維持することができる。この機構は、ステアバイワイヤ式の操舵装置において簡単に実現することが可能である。

図１に戻り、本実施形態に係るステアリング保持状態判定装置は、電子制御ユニット（Electric Control Unit、以下「ＥＣＵ」という。）２２を備えている。ＥＣＵ２２は、トルク付与手段１４、トルクセンサ１６および角度センサ１８に制御信号を送信するとともに、トルクセンサ１６が検出した操舵トルクおよび／または角度センサ１８が検出した舵角を受信するようになっている。
このＥＣＵ２２には、ステアリング保持状態判定手段２４が設けられている。このステアリング保持状態判定手段２４は、ステアリング１２への付与トルクに加え、検出した操舵トルクおよび／または舵角に基づいて、ドライバのステアリング保持状態を判定するようになっている。

（ドライバ覚醒度推定装置）
一方、本実施形態に係るドライバ覚醒度推定装置２０は、上述したステアリング保持状態判定装置１０に加えて、ＥＣＵ２２に設けられたドライバ覚醒度推定手段２６と、ＥＣＵ２２に接続された記憶手段２８とを備えている。ドライバ覚醒度推定手段２６は、トルク付与手段１４によるトルク付与に伴う舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量に基づいて、ドライバの覚醒度を判定するものである。また記憶手段２８には、過去の舵角変化量データが記憶されるようになっている。

またドライバ覚醒度推定装置２０は、事故リスク低減手段３２を備えている。事故リスク低減手段３２は、ドライバ覚醒度推定手段２６の判定に基づいて、交通事故が発生するリスクを低減するための操作を行うものである。事故リスク低減手段３２として、警報を行う警報手段３４が設けられている。

（適正進路維持装置）
さらに、本実施形態に係る適正進路維持装置は、上述したドライバ覚醒度推定装置２０に加えて、ステアリング制御手段３６を備えている。ステアリング制御手段３６は、事故リスク低減手段３２の一部でもあり、ドライバ覚醒度推定手段２６の判定に基づいて、適正進路を維持すべくステアリングを制御するものである。具体的な制御システムとして、レーンキープアシストシステムや事故回避システム等を採用することが可能である。

（ステアリング保持状態判定方法）
次に、第１実施形態に係るステアリング保持状態判定方法、ドライバ覚醒度推定方法および適正進路維持方法につき、図３のフローチャートを用いて説明する。
ＥＣＵ２２は、トルクセンサ１６や角度センサ１８等を介して、ドライバによるステアリング１２の操作を監視している。そしてドライバの操舵頻度が所定値以下に低下した場合に、次述するステアリング保持状態判定処理およびドライバ覚醒度推定処理を実施する。これにより、ステアリング保持状態が正常でない蓋然性が高い場合およびドライバの覚醒度が低下している蓋然性が高い場合のみに、ステアリング保持状態判定処理およびドライバ覚醒度推定処理を実施することが可能になり、ドライバの違和感を最小限に抑えることができる。

まず、ＥＣＵ２２がトルク付与手段１４に駆動信号を出力し、トルク付与手段１４が車両のステアリング１２にトルク（ステアリング反力、操舵反力、強制トルク）を付与する（Ｓ１２）。

図４は、様々な入力波形の説明図である。図４（ａ）に示す入力波形では、トルクを台形状に入力している。すなわち、まず操舵反力を０から所定値まで時間とともに上昇させ、次に操舵反力を所定値に所定時間だけ維持し、次に操舵反力を所定値から０まで時間とともに下降させている。このように、操舵反力の入力量が小さく勾配が小さければ、ドライバに与える違和感を少なくすることができる。図４（ｂ）に示す入力波形では、操舵反力をパルス状に入力している。このように、操舵反力の入力量が小さく入力時間が短ければ、ドライバに与える違和感を少なくすることができる。図４（ｃ）に示す入力波形では、ドライバによるステアリング１２への操舵トルクの入力方向とは逆方向に、操舵トルクに比例した操舵反力を入力している。これにより、ドライバに違和感を与えることなく、長時間継続的にステアリングにトルクを付与することができる。

なお図４の入力波形は、トルクを付与する場合（第１および第２実施形態）だけでなく、目標舵角を付与する場合（第３実施形態）にも該当する。図４において縦軸を入力目標値としているのは、ドライバのステアリング操作のため目標値を実現できないからである（特に目標舵角を付与する場合）。入力波形の制御方法には、制御量のフィードフォワード制御や、付与トルクのフィードバック制御、付与トルクのインピーダンス制御、舵角のフィードバック制御等があり、いずれを採用してもよい。
以下の各実施形態では、図４（ａ）に示す台形状の入力波形を例にして説明する。

図５は、第１実施形態における入出力波形のグラフである。トルク付与手段１４によるトルク付与に伴って、ステアリング１２が回動する。具体的には、図５（ａ）に示すようにトルクが付与されると、図５（ｂ）に示すように舵角が発生する。そこで、ＥＣＵ２２が角度センサ１８に駆動信号を出力し、角度センサ１８が舵角を検出する（Ｓ１４）。なお角度センサ１８は所定時間ごとに舵角を検出し、これに基づいてＥＣＵ２２はトルク付与に伴う舵角の変化量および単位時間当たりの舵角の変化量を算出する。トルク付与に伴う舵角の変化量（以下「舵角変化幅」という。）とは、トルク付与中の舵角の最大値からトルク付与前の舵角を減算した量である。単位時間当たりの舵角の変化量（以下「舵角変化率」という。）とは、舵角の変化速度であり図５（ｂ）のグラフの勾配に相当する。算出された舵角変化幅および舵角変化率は、記憶手段２８に保存する。

ドライバのステアリング保舵状態が正常でない場合は、正常な場合に比べて、ステアリングハンドルの把持力が低下する。したがって、トルク付与に伴ってステアリング１２が回動する量、つまり舵角変化量が図５（ｂ）に実線で示すように大きくなる。なお、トルク付与手段により付与されたトルクが大きいほど、ドライバのステアリング保持状態が正常でない場合における舵角変化幅も大きくなる。

そこでステアリング保持状態判定手段２４は、入出力の関係からドライバのステアリング保持状態を検出する（Ｓ１６）。具体的には、トルク付与手段によって付与されたトルクの大きさに基づいて、予め舵角変化幅の閾値ａを設定しておく。そして、ＥＣＵ２２により算出された舵角変化幅と閾値ａとを比較し、舵角変化幅が閾値ａ以上となった場合に、ドライバのステアリング保持状態が正常ではないと判断する。

またドライバのステアリング保持状態が正常な場合には、ドライバはステアリング１２の回動をキャンセルする方向にステアリング１２を操作するので、図５（ｂ）に破線で示すように、舵角変化率は小さくなる。これに対して、ドライバのステアリング保持状態が正常でない場合には、ステアリング１２の回動をキャンセルする方向にステアリング操作が行われないので、図５（ｂ）に実線で示すように舵角変化率は大きくなる。なお、トルク付与手段により付与されたトルクが大きいほど、ドライバのステアリング保持状態が正常でない場合における舵角変化率も大きくなる。

そこで、トルク付与手段によって付与されたトルクの大きさに基づいて、予め舵角変化率の閾値ｂを設定しておく。そして、ＥＣＵ２２により算出された舵角変化率と閾値ｂとを比較し、舵角変化率が閾値ｂ以上となった場合に、ドライバのステアリング保持状態が正常ではないと判断する。なお、舵角変化幅（閾値ａ）によるステアリング保持状態の判断および舵角変化率（閾値ｂ）によるステアリング保持状態の判断は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。

（ドライバ覚醒度推定方法）
次に、ドライバの覚醒度を推定する（Ｓ１７）。
図８および図９は、舵角変化幅または舵角変化率の時間変化を示すグラフである。以下には、舵角変化幅の場合を例にして説明する。覚醒状態および睡眠状態は、時間とともに徐々に変化する。そこでドライバ覚醒度推定手段２６は、記憶手段２８に保存された過去の舵角変化幅データのうち、所定時刻（例えば現時刻の３０分前）以降の舵角変化幅データを読み出す。そして図８に示すように、読み出した舵角変化幅データの近似直線を最小二乗法等によって求める。求めた近似直線の傾きが正となり、舵角変化幅が時間とともに増加している場合には、ドライバのステアリング保持状態の正常度が低下傾向にあるといえる。そこでこの場合には、ドライバが低覚醒状態であると判断する（Ｓ２０）。

また図９に示すように、舵角変化幅に関する覚醒度推定用の閾値を予め設定しておく。
そして、読み出した舵角変化幅データと閾値とを比較し、閾値以上となる舵角変化幅データの個数が所定値（例えば、図９では３個）以上となる場合には、ドライバがステアリングを正常に保持していない頻度が多いといえる。そこでこの場合にも、ドライバが低覚醒状態であると判断する（Ｓ２０）。上記以外の場合には、ドライバは低覚醒状態ではないと判断する（Ｓ１８）。

なお、上述した舵角変化幅と同様に、舵角変化率によってもドライバの覚醒度を推定することができる。舵角変化幅によるドライバ覚醒度の推定および舵角変化率によるドライバ覚醒度の推定は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。また図８によるドライバ覚醒度の推定および図９によるドライバ覚醒度の推定は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。

Ｓ２０においてドライバが低覚醒状態であると判断した場合には、Ｓ２２において事故のリスクを下げるシステムを作動させる。例えば、事故リスク低減手段３２の警報手段３４によりドライバに警報を呈示する。警報の呈示方法として、ブザー音を出す、インスツルメントパネルや室内灯などを点灯または点滅させる、社内からフロントウインドウに光を照射して点滅させる、シートベルトや座席、アクセルペダル等を振動させる、ステアリング反力を与える、ステアリング舵角を変化させるなどの方法を採用することが可能である。これにより、ドライバの覚醒度を向上させることができる。

（適正進路維持方法）
次に、適正進路維持方法について説明する。自車両の適正進路とは、道路や障害物等の周囲の状況から判断された自車両が進行すべき経路であり、自車両の走行車線を含む。このような適正進路の維持が困難になると、交通事故のリスクが発生する。この場合には、事故のリスクを下げるシステムを作動し易くする。具体的には、警報手段３４やステアリング制御手段３６の作動タイミングを、通常より０．５秒程度早くする。これにより、ドライバがステアリングを正常に保持していない場合や、ドライバの覚醒度が低下している場合に、車両が適正進路から逸脱するのを防止することができる。

以上に詳述したように、本実施形態に係るステアリング保持状態判定装置は、車両のステアリング１２にトルクを付与するトルク付与手段１４と、ステアリング１２の舵角を検出する角度センサ１８と、トルク付与手段１４によるトルク付与時に、角度センサ１８により検出されたステアリング１２の舵角に基づいて、ドライバのステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段２４とを備える構成とした。
この構成によれば、ステアリング１２の操作頻度の少ない直線道路等においても、トルク付与手段１４によりステアリング１２にトルクを付与するので、出力であるステアリング舵角変化量と入力であるトルク付与量の関係から、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

またステアリング保持状態判定手段は、舵角変化幅または舵角変化率が所定の閾値以上の場合に、ドライバがステアリングを正常に保持していないと判定する構成とした。
舵角変化幅または舵角変化率が大きい場合には、ドライバによるステアリング把持力が通常の場合と比べて小さくなっている、もしくは手放し運転である可能性が高いので、ドライバがステアリングを正常に保持していないと判定することが可能である。したがって、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

一方、本実施形態に係る覚醒度判定手段は、舵角変化幅または舵角変化率が時間の経過に伴って増加している場合に、ドライバの覚醒度が低下していると判定する構成とした。また、舵角変化幅または舵角変化率が閾値以上であるか判断し、閾値以上である場合が所定回数以上となった場合に、ドライバの覚醒度が低下していると判定する構成とした。
舵角変化幅または舵角変化率が時間の経過に伴って増加している場合には、ステアリング保持状態の正常度が低下傾向にあり、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。また、舵角変化幅または舵角変化率が閾値以上である場合が所定回数以上となった場合には、ステアリングを正常に保持していない頻度が多いから、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。したがって、ドライバの覚醒度を精度よく推定することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るステアリング保持状態判定方法およびドライバ覚醒度推定方法について説明する。第１実施形態では、トルク付与に伴うステアリング舵角に基づいてドライバのステアリング保持状態を判定したが、第２実施形態では、トルク付与に伴うドライバの操舵トルクに基づいてドライバのステアリング保持状態を判定する点で相違している。なお図１のブロック図および図３のフローチャートは、第２実施形態にも適用可能である。また第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

図６は、第２実施形態のステアリング入出力の関係を示すグラフである。トルク付与手段１４によりステアリング１２にトルクが付与されると、ドライバのハンドル把持状態に応じた操舵トルクを検出することが可能である。具体的には、図６（ａ）に示すような付与トルクに対して、図６（ｂ）に示すような操舵トルクをステアリング１２に作用させる。そこで、ＥＣＵ２２がトルクセンサ１６に駆動信号を出力し、トルクセンサ１６が操舵トルクを検出する（Ｓ１４）。なおトルクセンサ１６は所定時間ごとに操舵トルクを検出し、これに基づいてＥＣＵ２２はトルク付与に伴う操舵トルク変化量（以下「操舵トルク変化幅」という。）および単位時間当たりの操舵トルク変化量（以下「操舵トルク変化率」という。）を算出する。算出された操舵トルク変化幅および操舵トルク変化率は、記憶手段２８に保存する。

ステアリング保持状態が正常な場合、ドライバは付与トルクをキャンセルしうる程度の操舵トルクを作用させるので、図６（ｂ）に破線で示すように操舵トルクが大きくなる。なお、トルク付与手段による付与トルクが大きくなるほど、付与トルクをキャンセルするための操舵トルクも大きくなる。これに対して、ステアリング保持状態が正常でない場合には、図６（ｂ）に実線で示すように操舵トルクは小さくなる。

そこでステアリング保持状態判定手段２４は、トルク付与手段による付与トルクの大きさに基づいて、予め操舵トルク変化幅の閾値ａを設定しておく。そして、ＥＣＵ２２により算出された操舵トルク変化幅と閾値ａとを比較し、操舵トルク変化幅が閾値ａ以下となった場合に、ドライバのステアリング保持状態が正常ではないと判断する。

またドライバのステアリング保持状態が正常な場合には、ドライバは直ちに操舵トルクを作用させるので、図６（ｂ）に破線で示すように、操舵トルク変化率は大きくなる。なお、トルク付与手段による付与トルクが大きいほど、操舵トルク変化率も大きくなる。これに対して、ドライバのステアリング保持状態が正常でない場合には、ステアリング操作が遅れるので、図６（ｂ）に実線で示すように操舵トルク変化率は小さくなる。

そこで、トルク付与手段による付与トルクの大きさに基づいて、予め操舵トルク変化率の閾値ｂを設定しておく。そして、ＥＣＵ２２により算出された操舵トルク変化率と閾値ｂとを比較し、操舵トルク変化率が閾値ｂ以下となった場合に、ドライバのステアリング保持状態が正常でないと判断する。なお、上述した操舵トルク変化幅（閾値ａ）によるステアリング保持状態の判断、および操舵トルク変化率（閾値ｂ）によるステアリング保持状態の判断は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。

次に、ドライバの覚醒度を推定する（Ｓ１７）。
図１０および図１１は、操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率の時間変化を示すグラフである。以下には、操舵トルク変化幅の場合を例にして説明する。覚醒状態および睡眠状態は、時間とともに徐々に変化する。そこでドライバ覚醒度推定手段２６は、記憶手段２８に保存された過去の操舵トルク変化幅データのうち、所定時刻（例えば現時刻の３０分前）以降の操舵トルク変化幅データを読み出す。そして図１０に示すように、読み出した操舵トルク変化幅データの近似直線を最小二乗法等によって求める。求めた近似直線の傾きが負となり、操舵トルク変化幅が低下している場合には、ドライバのステアリング保持状態の正常度が低下傾向にあるといえる。そこでこの場合には、ドライバが低覚醒状態であると判断する（Ｓ２０）。

また図１１に示すように、操舵トルク変化幅に関する覚醒度推定用の閾値を予め設定しておく。そして、読み出した操舵トルク変化幅データと閾値とを比較し、閾値以下となる操舵トルク変化幅データの個数が所定値（例えば、図１１では３個）以上となる場合には、ドライバがステアリングを正常に保持していない頻度が多いといえる。そこでこの場合にも、ドライバが低覚醒状態であると判断する（Ｓ２０）。上記以外の場合には、ドライバは低覚醒状態ではないと判断する（Ｓ１８）

なお、上述した操舵トルク変化幅と同様に、操舵トルク変化率によってもドライバの覚醒度を推定することができる。操舵トルク変化幅によるドライバ覚醒度の推定および操舵トルク変化率によるドライバ覚醒度の推定は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。また図１０によるドライバ覚醒度の推定および図１１によるドライバ覚醒度の推定は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。

以上に詳述したように、第２実施形態に係るステアリング保持状態判定装置は、車両のステアリング１２にトルクを付与するトルク付与手段１４と、ドライバによるステアリング１２の操舵トルクを検出可能なトルクセンサ１６と、トルク付与手段１４によるトルク付与時に、トルクセンサ１６により検出された操舵トルクに基づいて、ドライバのステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段２４とを備える構成とした。
この構成によれば、ステアリング１２の操作頻度の少ない直線道路等においても、トルク付与手段１４によりステアリング１２にトルクを付与するので、ドライバは付与トルクをキャンセルするようにステアリング１２に操舵トルクを作用させることになる。このとき、ドライバのステアリング保持状態により、ステアリング１２に作用させる操舵トルクの大きさに差が生じる。したがって、トルク付与時の操舵トルクに基づいて、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

またステアリング保持状態判定手段は、操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率が所定の閾値以下の場合に、ドライバがステアリングを正常に保持していないと判定する構成とした。
操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率が小さい場合には、ドライバが操舵トルクを緩やかに作用させているので、ドライバがステアリングを正常に保持していないと判定することが可能である。したがって、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

一方、本実施形態に係る覚醒度判定手段は、操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率が時間の経過に伴って低下している場合に、ドライバの覚醒度が低下していると判定する構成とした。また操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率が閾値以下であるか判断し、閾値以下である場合が所定回数以上となった場合に、ドライバの覚醒度が低下していると判定する構成とした。
操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率が時間の経過に伴って低下している場合には、ステアリング保持状態の正常度が低下傾向にあり、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。また操舵トルク変化幅または操舵トルク変化率が閾値以下である場合が所定回数以上となった場合には、ステアリングが正常に保持されていない頻度が多いから、ドライバの覚醒度が低下していると判定することが可能である。したがって、ドライバの覚醒度を精度よく推定することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るステアリング保持状態判定方法およびドライバ覚醒度推定方法について説明する。第１実施形態では、トルク付与に伴うステアリング舵角に基づいてドライバのステアリング保持状態を判定し、第２実施形態では、トルク付与に伴う操舵トルクに基づいてドライバのステアリング保持状態を判定したが、第３実施形態では、目標舵角を実現するトルクの付与に伴う操舵トルクに基づいてドライバのステアリング保持状態を判定する点で相違している。なお図１のブロック図および図３のフローチャートは、第３実施形態にも適用可能である。また第１または第２実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

第３実施形態のトルク付与手段１４は、ステアリング舵角が目標値となるようにステアリングにトルクを付与するものである。なお、目標舵角と付与トルクとの対応関係は、予め実験等で求めておく。
トルク付与手段１４により目標舵角を実現するトルクが付与されると、ドライバのハンドル把持状態に応じた操舵トルクを検出することが可能である。具体的には、図７（ａ）に示すような目標舵角を実現する付与トルクに対して、図７（ｂ）に示すような操舵トルクをステアリング１２に作用させる。

ステアリング保持状態が正常な場合、ドライバは付与トルクをキャンセルしうる程度の操舵トルクを作用させるので、図７（ｂ）に破線で示すように操舵トルクが大きくなる。なお目標舵角が大きくなるほど操舵トルクも大きくなる。これに対して、ステアリング保持状態が正常でない場合には、図７（ｂ）に実線で示すように操舵トルクは小さくなる。

そこでステアリング保持状態判定手段２４は、目標舵角の大きさに基づいて、予め操舵トルク変化幅の閾値ａを設定しておく。そして、ＥＣＵ２２により算出された操舵トルク変化幅と閾値ａとを比較し、操舵トルク変化幅が閾値ａ以下となった場合に、ドライバのステアリング保持状態が正常ではないと判断する。

またドライバのステアリング保持状態が正常な場合には、ドライバは直ちに操舵トルクを作用させるので、図７（ｂ）に破線で示すように、操舵トルク変化率は大きくなる。なお目標舵角が大きいほど操舵トルク変化率も大きくなる。これに対して、ドライバのステアリング保持状態が正常でない場合には、ドライバは緩やかに操舵トルクを作用させるので、図７（ｂ）に実線で示すように操舵トルク変化率は小さくなる。

そこで、目標舵角の大きさに基づいて、予め操舵トルク変化率の閾値ｂを設定しておく。そして、ＥＣＵ２２により算出された操舵トルク変化率と閾値ｂとを比較し、操舵トルク変化率が閾値ｂ以下となった場合に、ドライバのステアリング保持状態が正常でないと判断する。なお、上述した操舵トルク変化幅（閾値ａ）によるステアリング保持状態の判断および操舵トルク変化率（閾値ｂ）によるステアリング保持状態の判断は、両方を実施してもよくいずれか一方のみを実施してもよい。

なお第３実施形態におけるドライバ覚醒度推定方法は、第２実施形態と同様に図１０および／または図１１に基づいて行うことが可能である。

以上に詳述したように、第３実施形態に係るステアリング保持状態判定装置は、舵角が目標値となるようにステアリングにトルクを付与するトルク付与手段１４と、ドライバによるステアリング１２の操舵トルクを検出可能なトルクセンサ１６と、トルク付与手段１４によるトルク付与時に、トルクセンサ１６により検出された操舵トルクに基づいて、ドライバのステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段２４とを備える構成とした。
この構成によれば、ドライバがステアリング１２を操作する頻度の少ない直線道路等においても、トルク付与手段１４により目標舵角を実現するトルクを付与するので、ドライバは付与トルクをキャンセルするように操舵トルクを作用させることになる。このとき、ドライバのステアリング保持状態により、ステアリング１２に作用させる操舵トルクの大きさに差が生じる。したがって、トルク付与時の操舵トルクにより、ドライバのステアリング保持状態を精度よく判定することができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、ステアリング制御手段として、適正進路を維持する手段以外の、他の手段を採用することも可能である。例えば、車両の直進性を向上させる手段や、車両の挙動安定性を向上させる手段等を採用することができる。また事故リスク低減手段として、警報手段およびステアリング制御手段以外の、他の手段を採用することも可能である。例えば、車両が周囲の障害物と衝突する危険がある場合にブレーキを作動しやすくする手段や、車両を適正速度に維持する手段、周囲の車両と適正な車間距離を保つように自車両を制御する手段、周囲に注意喚起を行う手段、ドライバの覚醒度を向上させる手段等を採用することが可能である。

第１実施形態に係るステアリング保持状態判定装置、ドライバ覚醒度推定装置および適正進路維持装置のブロック図である。 車両前部の内部構造を示す斜視図である。 第１実施形態に係るステアリング保持状態判定方法、ドライバ覚醒度推定方法および適正進路維持方法のフローチャートである。 様々な入力波形の説明図である。 第１実施形態における入出力波形のグラフである。 第２実施形態における入出力波形のグラフである。 第３実施形態における入出力波形のグラフである。 舵角変化量の時間変化を示すグラフである。 舵角変化量の時間変化を示すグラフである。 操舵トルク変化量の時間変化を示すグラフである。 操舵トルク変化量の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１０…ステアリング保持状態判定装置 １２…ステアリング １４…トルク付与手段 １６…トルクセンサ １８…角度センサ ２０…ドライバ覚醒度推定装置 ２２…ＥＣＵ ２４…ステアリング保持状態判定手段 ２６…ドライバ覚醒度推定手段 ２８…記憶手段 ３０…適正進路維持装置 ３２…事故リスク低減手段 ３４…警報手段 ３６…ステアリング制御手段

Claims (15)

1. 車両のステアリングにトルクを付与するトルク付与手段と、
   前記ステアリングの舵角を検出する角度センサと、
   前記トルク付与手段によるトルク付与時の、前記角度センサにより検出された前記ステアリングの舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量に基づいて、ドライバの前記ステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段と、
   を備えたことを特徴とするステアリング保持状態判定装置。
2. 前記ステアリング保持状態判定手段は、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が所定値以上の場合に、前記ドライバが前記ステアリングを正常に保持していないと判定することを特徴とする請求項１に記載のステアリング保持状態判定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量を複数記憶する記憶手段と、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が時間の経過に伴って増加している場合に、ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、を備え、
   前記ドライバ覚醒度推定手段は、前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量について時間変化のデータの近似直線を求め、前記近似直線の傾きが正の場合に、前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が時間の経過に伴って増加していると判断することを特徴とするドライバ覚醒度推定装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の前記ステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記舵角の変化量または単位時間当たりの舵角の変化量が閾値以上であるか判断し、閾値以上である場合が所定回数以上となった場合に、ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、
   を備えたことを特徴とするドライバ覚醒度推定装置。
5. 車両のステアリングにトルクを付与するトルク付与手段と、
   ドライバによる前記ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルク付与手段によるトルク付与時の、前記トルクセンサにより検出された操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量に基づいて、前記ドライバの前記ステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段と、
   を備えたことを特徴とするステアリング保持状態判定装置。
6. 車両のステアリングが目標舵角となるように、前記ステアリングにトルクを付与するトルク付与手段と、
   ドライバによる前記ステアリングの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
   前記トルク付与手段によるトルク付与時の、前記トルクセンサにより検出された操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量に基づいて、前記ドライバの前記ステアリング保持状態を判定するステアリング保持状態判定手段と、
   を備えたことを特徴とするステアリング保持状態判定装置。
7. 前記ステアリング保持状態判定手段は、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が所定値以下の場合に、前記ドライバが前記ステアリングを正常に保持していないと判定することを特徴とする請求項６に記載のステアリング保持状態判定装置。
8. 請求項６または請求項７に記載のステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量を複数記憶する記憶手段と、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が時間の経過に伴って低下している場合に、前記ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、を備え、
   前記ドライバ覚醒度推定手段は、前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量について時間変化のデータの近似直線を求め、前記近似直線の傾きが負の場合に、前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が時間の経過に伴って低下していると判断することを特徴とするドライバ覚醒度推定装置。
9. 請求項６または請求項７に記載のステアリング保持状態判定装置を備えたドライバ覚醒度推定装置であって、
   前記トルク付与手段によるトルク付与に伴う前記操舵トルクの変化量または単位時間当たりの操舵トルクの変化量が閾値以下であるか判断し、前記閾値以下となる場合が所定回数以上となった場合に、前記ドライバの覚醒度が低下していると判定するドライバ覚醒度推定手段と、
   を備えたことを特徴とするドライバ覚醒度推定装置。
10. 前記ドライバの操舵頻度が所定値以下の場合に、前記ステアリング保持状態判定装置を使用してステアリング保持状態の判定を行うことを特徴とする請求項３，４，８または９に記載のドライバ覚醒度推定装置。
11. 前記ステアリングは、タイヤから独立して回転可能とされていることを特徴とする請求項３，４，８，９または１０に記載のドライバ覚醒度推定装置。
12. 前記ドライバ覚醒度推定手段により前記ドライバの覚醒度が低下していると判断された場合に、警報を行うことを特徴とする請求項３，４，８，９，１０または１１に記載のドライバ覚醒度推定装置。
13. 車両が適正進路から逸脱をする可能性が所定値以上の場合に、警報またはステアリング制御を行う適正進路維持装置において、
    請求項１，２，５，６または７に記載のステアリング保持状態判定装置を備え
    前記ステアリング保持状態判定手段により前記ドライバが前記ステアリングを正常に保持していないと判断された場合には、前記警報または前記ステアリング制御の作動タイミングを通常より早くすることを特徴とする適正進路維持装置。
14. 車両が適正進路から逸脱をする可能性が所定値以上の場合に、警報もしくはステアリング制御を行う適正進路維持装置において、
    請求項３，４，８，９，１０，１１または１２に記載のドライバ覚醒度推定装置を備え、
    前記ドライバ覚醒度推定手段により前記ドライバの覚醒度が低下していると判定された場合には、前記警報または前記ステアリング制御の作動タイミングを通常より早くすることを特徴とする適正進路維持装置。
15. 前記トルク付与手段は
    前記ドライバによる操舵トルクが所定値以下の場合には、前記操舵トルクを打ち消す方向に前記操舵トルクと同等のトルクを付与することを特徴とする請求項１，２，５，６または７に記載のステアリング保持状態判定装置。

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