JP6954503B2 - 運転支援装置、運転支援方法、運転支援プログラム、及び運転支援システム - Google Patents

Description

本発明は、運転支援装置に関する。

車両や船舶を運転する際において、運転者は、ぼんやりした漫然状態やイライラした興奮状態ではなく、適正な覚醒状態（適正状態）であることが望ましい。近年、運転者の状態を常時監視し、運転者の状態に応じた刺激を出力することで、運転者を適正状態に維持及び誘導するための運転支援装置が提案されつつある。
例えば、特許文献１では、心拍間隔の変動から交感神経活動量と副交感神経活動量を算出し、算出された交感神経活動量及び副交感神経活動量が基準値以上か否かに応じて、運転者の交感神経活動量及び副交感神経活動量が目標値に近づくように刺激を出力することが記載されている。

特開２００８−１２５８０１号公報

特許文献１に記載された技術は、自律神経活動量と目標値との乖離度に応じて刺激と強度を調整するものであって、適正状態からどのように漫然状態や興奮状態に陥ったかは考慮していなかった。そのため、急に漫然状態や興奮状態に陥ったときや、頻繁に漫然状態や興奮状態に陥るときには強い刺激を与えたいが、乖離度が小さい場合には、強い刺激を与えることができないという問題があった。すなわち、各時刻における運転者の状態のみで運転者に与える刺激を決定していたため、運転者に適切な刺激を与えることができないという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、運転者により適切な刺激を与えることを支援する運転支援装置を得ることを目的とする。

本発明に係る運転支援装置は、運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得する取得部と、取得部が取得した時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する刺激決定部と、を備えた。

本発明に係る運転支援装置によれば、時間変化情報が示す運転者の覚醒状態の時間変化の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する刺激決定部を備えたので、運転者の覚醒状態の時間変化を考慮した、より適切な刺激を運転者に与えることを支援することができる。

実施の形態１における運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００の構成を示す構成図である。 実施の形態１におけるマスターマトリックスの構成例を示す説明図である。 実施の形態１におけるシステム定義マトリックスの構成例を示す説明図である。 実施の形態１における物理定義マトリックスの構成例を示す説明図である。 実施の形態１における運転支援装置１００のハードウェア構成の例を示す構成図である。 実施の形態１における運転支援システム１０００が運転支援を行う動作を示すフローチャートである 運転者の覚醒状態の変化と覚醒状態の変化の要因の具体例を示す説明図である。 運転者の覚醒度レベル値の時間変化の具体例を示す説明図である。 実施の形態２における運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００の構成を示す構成図である。 運転者の覚醒度の状態遷移と遷移確率の具体例を示す説明図である。 実施の形態２において、記憶部３が記憶するマスターマトリックスの具体例を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００の構成を示す構成図である。
図１において、運転支援システム１０００は、運転支援装置１００、運転者状態検出装置２００、車両状態情報取得装置３００、及び車両周辺情報取得装置４００、刺激出力装置５００を備え、運転支援装置１００は、取得部１、刺激決定部２、記憶部３、及び刺激出力制御部４を備える。運転支援装置１００の具体的な構成については後述する。

運転者状態検出装置２００は、運転者の状態を監視し、運転者の生体情報を検出するものであり、例えば、運転者の発汗や瞳孔の大きさ、顔色、表情、視線を示す情報を撮像により検出するカメラ、脈拍数を計測する脈拍計、心拍数を計測する心電センサー、アルファ波やベータ波を含む脳波を計測する脳波計等である。

車両状態情報取得装置３００は、車両の状態を示す車両状態情報を取得するものであり、各種センサー等が用いられる。車両状態情報取得装置３００が取得する車両の制御情報は、例えば、ペダルの押下角やハンドル回転角、車両の走行速度等である。また、車両状態情報取得装置３００は、車両状態情報を取得できればよく、センサー等を用いずに、車両の制御装置が出力する制御信号を取得することにより、車両状態情報を取得する構成であってもよい。

車両周辺情報取得装置４００は、車両の周辺情報を取得するものであり、カメラやライダーといった各種センサー等が用いられる。車両周辺情報取得装置４００が取得する車両の周辺情報はとしては、例えば、ひび割れ等の道路の状態や渋滞等の交通情報等である。

刺激出力装置５００は、後述する刺激決定部２が決定した刺激を運転者に対して出力するものである。実施の形態１において、刺激出力装置５００は、運転者の視覚に刺激を与える表示機器５０１、運転者の聴覚に刺激を与える音響機器５０２、運転者の触覚に刺激を与える振動機器５０３、及び運転者の触覚や嗅覚に刺激を与える空調機器５０４を備える。

表示機器５０１には、例えば、出力する表示と背景との重ね合わせを行うヘッドアップディスプレイや、液晶ディスプレイ、発光ダイオード等が用いられる。表示機器５０１は、文字やマーク、静止画、動画、多色光による光線などを出力し、運転者の視覚を刺激する。

音響機器５０２には、例えば、スピーカーが用いられ、音響機器５０２は、音楽や言葉、効果音などを出力し、運転者の聴覚を刺激する。

振動機器５０３は、例えば、運転者が座るシートやハンドルに付帯する稼働部であり、シートやハンドルを特定の振動パターンで振動させることにより、運転者の触覚を刺激する。

空調機器５０４には、例えば、冷暖房用エアコンや香り噴出器が用いられ、空調機器５０４は、運転者の顔や首、手の甲などに温冷風、あるいはアロマ系の香りなどを出力し、運転者の触覚や嗅覚を刺激する。

以下、運転支援装置１００の詳細について説明する。
取得部１は、運転者状態検出装置２００、車両状態情報取得装置３００、及び車両周辺情報取得装置４００から各種情報を取得するものであり、実施の形態１においては、特に運転者状態検出装置２００から運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得するものである。
具体的には、実施の形態１において、取得部１は、生体情報取得部１１と覚醒度算出部１２とを備え、時間変化情報として後述する覚醒度レベル値の時間変化率を取得する。
また、実施の形態１では、取得部１は、運転支援装置１００の外部に備えられた運転者状態検出装置２００、車両状態情報取得装置３００、及び車両周辺情報取得装置４００から各種情報を取得するものとしたが、取得部１が直接、各種情報を取得する構成であってもよい。例えば、取得部１が直接、運転者の生体情報を検出し、取得する構成であっても良い。

生体情報取得部１１は、運転者の生体情報を取得するものであり、実施の形態１においては、運転者状態検出装置２００が検出した生体情報を取得するものである。

覚醒度算出部１２は、生体情報取得部１１が取得した生体情報から運転者の覚醒状態の度合を示す覚醒度レベル値と覚醒度レベル値の時間変化率を算出するものである。
実施の形態１において、覚醒度算出部１２は、生体情報取得部１１が取得した生体情報から運転者の交感神経活動量と副交感神経活動量を算出し、算出された交感神経活動量と副交感神経活動量に基づき、さらに覚醒度レベル値と覚醒度レベル値の時間変化率を算出する。実施の形態１において、覚醒度レベル値は、交感神経活動量を副交感神経活動量で除算した値で定義される。運転者の覚醒状態が適正状態であるときは、交感神経活動量と副交感神経活動量が均衡しており、このときの覚醒度レベル値を基準値として記憶部３に記憶させる。
基準値の算出、及び設定方法としては、例えば、運転開始前に所定時間、運転者が目を閉じて安静にした状態で得られた生体情報から覚醒度レベル値を算出し、これを基準値として設定することができる。
ここで、交感神経活動量は、運転者の交感神経が活発になったときに増加する量であり、心拍の低周波成分や、ベータ波やガンマ波といった脳波、運転者の怒ったような表情等から算出されるものである。また、副交感神経活動量は、運転者の副交感神経が活発になったときに増加する量であり、心拍の高周波成分や、アルファ波やシータ波といった脳波、運転者のリラックスした表情等から算出される量である。

刺激決定部２は、取得部１が取得した時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものであり、実施の形態１においては、覚醒度算出部１２が算出した覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものである。また、実施の形態１においては、後述する記憶部３が記憶した刺激対応情報に基づいて、運転者に与える刺激を決定するものである。

より詳細には、実施の形態１において、刺激決定部２は、覚醒度算出部１２が算出した覚醒度レベル値が所定の閾値Ｌ１を所定時間Ｔｔ１下回り、運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した場合、ポジティブ刺激を与えることを決定する。ここで、ポジティブ刺激とは、交感神経の活性化により運転者の覚醒度レベル値を向上する刺激であり、運転者を漫然状態から適正状態へ誘導することを目的とする。また、刺激決定部２は、運転者の覚醒状態が適正状態から慢性状態に変化した前後の所定時間ΔＴ１における覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値に基づいて、運転者に与える刺激を決定する。
同様に、刺激決定部２は、覚醒度算出部１２が算出した覚醒度レベル値が所定の閾値Ｌ２を所定時間Ｔｔ２上回り、運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した場合、ネガティブ刺激を与えることを決定する。ここで、ネガティブ刺激とは、副交感神経の活性化により運転者の覚醒度レベル値を抑制する刺激であり、運転者を興奮状態から適正状態へ誘導することを目的とする。また、刺激決定部２は、運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した前後の所定時間ΔＴ２における覚醒度レベル値の時間変化率に基づいて、運転者に与える刺激を決定する。

表１は、運転者に与えるポジティブ刺激とネガティブ刺激の例を示す表である。
表１において、縦軸は刺激を与える感覚の種別を項目分けし、横軸はポジティブ刺激とネガティブ刺激とを項目分けしており、各欄は与える刺激の具体例を示している。例えば、交感神経の活性化に有効とされる視覚へのポジティブ刺激として、暖色系の明るくはっきりした色の光や文字等を所定の表示機器に特定の表示パターンで表示する等である。また、聴覚へのポジティブ刺激として、アップテンポで高めの音楽や問いかけとなる言葉の発話をスピーカーから出力する。これらの刺激は、単独で出力しても良いし、複数の感覚に対する刺激を同時に出力してもよい。

記憶部３は、運転者の覚醒状態の時間変化と、運転者に与える刺激とを対応付けた刺激対応情報を記憶するものであり、この刺激対応情報は、運転者の覚醒状態の時間変化について複数の段階に分類され、運転者の覚醒状態の時間変化の絶対値が大きいほど、段階ごとに強度の高い刺激が対応付けられたものである。
実施の形態１において、記憶部３は、刺激対応情報として、覚醒度レベル値の時間変化率と運転者に与える刺激とを対応付けたマトリックス表である刺激マトリックスを記憶する。
また、実施の形態１において、記憶部３は、運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化したことを判定するための覚醒度レベル値の閾値Ｌ１、適正状態から興奮状態に変化したことを判定するための覚醒度レベル値の閾値Ｌ２、適正状態から漫然状態に変化した後、適正状態に戻らないことを刺激決定部２が判断するための時間Ｔｔ１、刺激決定部２が運転者に与えるポジティブ刺激を決定するのに覚醒度レベル値を考慮する所定時間ΔＴ１、適正状態から興奮状態に変化した後、適正状態に戻らないことを刺激決定部２が判断するための時間Ｔｔ２、刺激決定部２が運転者に与えるネガティブ刺激を決定するのに覚醒度レベル値を考慮する所定時間ΔＴ２、刺激出力装置５００がポジティブ刺激を出力する時間Ｔｏ１、刺激出力装置５００がネガティブ刺激を出力する時間Ｔｏ２を記憶する。

図２から図４は、刺激マトリックスの構成例を示す図である。
刺激マトリックスは、運転者に与える刺激を示す刺激情報を保持するものであり、実施の形態１においては、マスターマトリックスと、システム定義マトリックスと、物理定義マトリックスとを含む。図２はマスターマトリックスの構成例を示し、図３はシステム定義マトリックスの構成例を示し、図４は物理定義マトリックスの構成例を示す。また、刺激情報は、後述するポインタ情報と刺激内容情報とデバイス情報とを含む。
図２に示されるように、マスターマトリックスは、覚醒度レベル値の変化率を、正負に渡り、「緩慢」、「中間」、「急激」の合計６段階に分類し、各段階に関してシステム定義マトリックスを紐づけるポインタ情報を保持するものである。

図３に示されるように、システム定義マトリックスは、システム使用に基づく、運転者に与える刺激内容を示す刺激内容情報を保持するものである。具体的には、システム定義マトリックスは、マスターマトリックスの各ポインタ情報により示される６つのマトリックスから構成され、各マトリックスにおいて、縦軸は刺激を与える感覚器官の種別を項目分けし、横軸は刺激の強度を「弱」、「中」、「強」の三段階で項目分けしており、各欄には、刺激種別、刺激強度、刺激出力パターン等の具体的な刺激内容を示す刺激内容情報を保持する。
マトリックスＮ１からＮ３には、ネガティブ刺激が定義されており、マトリックスＰ１からＰ３には、ポジティブ刺激が定義されている。また、実施の形態１においては、マトリックスＮ１には、「強」の列に位置するネガティブ刺激しか定義されておらず、マトリックスＮ２には、「中」の列に位置するネガティブ刺激しか定義されておらず、マトリックスＮ３には、「弱」の列に位置するネガティブ刺激しか定義されていない。同様に、マトリックスＰ１には、「強」の列に位置するポジティブ刺激しか定義されておらず、マトリックスＰ１２には、「中」の列に位置するポジティブ刺激しか定義されておらず、マトリックスＰ３には、「弱」の列に位置するポジティブ刺激しか定義されていない。

図４に示されるように、物理定義マトリックスは、個別車両の物理使用に基づく、刺激を出力するデバイスを示すデバイス情報を保持するものである。具体的には、縦軸は刺激を与える感覚器官の種別を項目分けし、横軸はネガティブ刺激とポジティブ刺激とを項目分けしており、各欄には刺激を出力するデバイスの情報を保持する。

図１に戻り、刺激出力制御部４は、刺激決定部２が決定した刺激を刺激出力装置５００に出力させるための制御信号を送信するものである。例えば、実施の形態１においては、刺激出力制御部４は、刺激決定部２が決定した視覚に与える刺激に関して、どれくらいの輝度で出力すればよいか、どれだけの電圧をかければよいか等を示す制御信号を表示機器５０１に出力する。同様に、実施の形態１において、刺激出力制御部４は、適切な刺激を出力するための制御信号を音響機器５０２、振動機器５０３、及び空調機器５０４に出力する。

運転支援装置１００の各機能は、コンピュータにより実現される。図５は、運転支援装置１００を実現するコンピュータのハードウェア構成の例を示す構成図である。
図５に示したハードウェアには、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の処理装置１００００と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やハードディスク等の記憶装置１０００１と、入力インターフェース部１０００２と、出力インターフェース部１０００３が備えられる。
図１に示す、刺激決定部２は、記憶装置１０００１に記憶されたプログラムが処理装置１００００で実行されることにより実現される。取得部１は、入力インターフェース部１０００２により実現される。入力インターフェース部１０００２は、運転者状態検出装置２００等の外部の装置から入力された電気信号を処理装置１００００転送する機能を有する。刺激出力制御部４は、出力インターフェース部１０００３により実現される。出力インターフェース部１０００３は、処理装置１００００からの命令に従い、刺激出力装置５００を制御する電気信号を出力する。
また、刺激決定部２の各機能を実現する方法は、上記したハードウェアとプログラムの組み合わせに限らず、処理装置にプログラムをインプリメントしたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）のような、ハードウェア単体で実現するようにしてもよいし、一部の機能を専用のハードウェアで実現し、一部を処理装置とプログラムの組み合わせで実現するようにしてもよい。

以上のように、運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００は構成される。
次に、運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００の動作について説明する。

図６は、運転支援システム１０００が運転支援を行う動作を示すフローチャートである。運転支援システム１０００が運転支援を行う動作が運転支援方法に対応し、ステップＳ２が運転支援方法における取得工程に対応し、ステップＳ４が刺激決定工程に対応する。また、当該運転支援方法をコンピュータに実行させるプログラムが運転支援プログラムである。

まず、運転支援システム１０００が動作を開始すると、ステップＳ１で、運転者状態検出装置２００は、運転者の生体情報を検出し、生体情報取得部１１に送信する。また、車両状態情報取得装置３００は車両状態情報を取得し、車両周辺情報取得装置４００は車両周辺情報を取得し、それぞれ取得部１に送信する。

次に、ステップＳ２で取得部１は、運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得する。
具体的には、覚醒度算出部１２が、生体情報取得部１１が取得した生体情報から運転者の覚醒度レベル値と、覚醒度レベル値の時間変化率を算出する。取得部１は、覚醒度算出部１２が算出した覚醒度レベル値の時間変化率を時間変化情報として取得する。

次に、ステップＳ３で刺激決定部２は、覚醒度算出部１２が算出した覚醒度レベル値が予め定められた第一の閾値である閾値Ｌ１を下回っているか、または第二の閾値である閾値Ｌ２を上回っているかを判定する。さらに、運転者が漫然状態か興奮状態の状態で所定時間経過したか判定し、所定時間を超えている場合には、運転者に刺激を与えることを決定する。すなわち、覚醒度レベル値が閾値Ｌ１を下回っている時間、または閾値Ｌ２を上回っている時間が所定時間を超えているかを判定し、所定時間を超えている場合には、運転者に刺激を与えることを決定する。覚醒度レベル値が閾値Ｌ１以上閾値Ｌ２以下の場合、覚醒度レベル値が閾値Ｌ１を下回っている時間が所定時間を超えていない場合、及び覚醒度レベル値が閾値Ｌ２を上回っている時間が所定時間を超えていない場合には、ステップＳ１に戻り、再度運転者の生体情報の検出を行う。

次にステップＳ４で、刺激決定部２は、ステップＳ２で取得した時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する。
具体的には、まず、刺激決定部２は、運転者の覚醒度レベル値と覚醒度レベル値の時間変化率に基づいて、マスターマトリックスからシステム定義マトリックスへのポインタ情報を取得する。具体的には、運転者の覚醒度レベル値が閾値Ｌ１を下回っている場合には、Ｐ１からＰ３のいずれかのポインタ情報を、運転者の覚醒度レベル値が閾値Ｌ２を上回っている場合には、Ｎ１からＮ３のいずれかのポインタ情報を取得する。ここで、運転者の覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、強度の高い刺激を定義したシステム定義マトリックスへのポインタ情報を取得する。例えば、図２に示されるように、覚醒度レベル値の時間変化率が１．５である場合、Ｎ２へのポインタ情報を取得する。
刺激決定部２は、図３に示されるように、ポインタ情報が示すシステム定義マトリックスの欄を参照し、運転者に与える刺激を決定する。ここで、Ｎ２のシステム定義マトリックスにおいては、中の列のみ刺激が定義されているものとしたので、中の列の各欄を順に参照し、運転者に与える刺激を決定する。
また、刺激決定部２は、図４に示されるように、物理定義マトリックスから、刺激を出力するデバイスの情報を取得し、刺激を出力するデバイスの情報と運転者に与える刺激の情報とを合わせて、刺激出力制御部４に送信する。

次に、ステップＳ５で、刺激出力制御部４は、刺激決定部２が決定した刺激情報に基づいて、刺激を刺激出力装置５００に出力させるための制御信号を送信し、刺激出力装置５００は、刺激出力制御部４からの制御信号に基づいて、運転者に刺激を与える。

ステップＳ６において、刺激出力装置５００は刺激の出力を停止し、運転支援システム１０００は動作を終了する。ここで、刺激出力装置５００が刺激の出力を停止する条件は、後述するように、例えば、所定時間刺激を出力した後に停止するようにしても良いし、運転者の覚醒状態が適正状態に戻ったことを刺激決定部２が検知し、刺激の出力を停止する制御を行うようにしてもよい。

運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００が行う動作の具体例について、図７と図８を用いて、以下で詳細に説明する。
図７は、運転者の覚醒状態の変化と覚醒状態の変化の要因の具体例を示す説明図である。
図７に図示される３つのブロックのうち、中央に位置する適正状態Ｂ１とは、交感神経活動量と副交感神経活動量が同じくらい活発に働いている状態を指し、集中力及び判断力が良好な状態である。適正状態の左側に位置する漫然状態Ｂ２とは、副交感神経活動量の方が交感神経活動量よりも優位な状態を指す。運転中に適正状態から漫然状態に陥る要因としては、例えば、長時間運転による疲労や、自動運転中の眠気発生等が考えられる。適正状態の右側に位置する興奮状態Ｂ３は、交感神経活動量が副交感神経活動量より優位な状態を指し、運転中に適正状態から興奮状態に陥る要因としては、例えば、飛び出しによるヒヤリハット発生や交通渋滞によるイライラ、自動運転から手動運転への切り替え時の緊張等が考えられる。
運転支援システム１０００は、運転者の覚醒状態が漫然状態Ｂ２にあるときには、ポジティブ刺激を出力し、興奮状態Ｂ３にあるときには、ネガティブ刺激を出力することにより、運転者の覚醒状態が適正状態に長く留まるように誘導する。

図８は、運転者の覚醒度レベル値の時間変化の具体例を示す説明図である。
図８において、縦軸は運転者の覚醒度レベル値、横軸は時刻を示す。覚醒度レベル値が閾値Ｌ１より小さな領域は副交感神経活動量が優位な漫然状態であり、閾値Ｌ１以上閾値Ｌ２以下の領域は副交感神経活動量と交感神経活動量が拮抗した適正状態、閾値Ｌ２より大きな領域は交感神経活動量が優位な興奮状態である。

時刻Ｔ＝０からスタートし、運転者は運転による疲労から徐々に注意力が低下してきている。このとき、運転者の覚醒度レベル値Ｖ１は徐々に低下し、時刻Ｔ１の時点で、閾値Ｌ１を下回る。その後、所定時間Ｔｔ１が経過し、時刻Ｔ２においても運転者の覚醒度レベル値は閾値Ｌ１を下回ったままであるため、刺激決定部２は、運転者にポジティブ刺激を与えることを決定する。刺激決定部２は、運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した前後の所定時間ΔＴ１（本実施の形態では時刻Ｔ０から時刻Ｔ２までの時間）における覚醒度レベル値の時間変化率に基づいて、刺激マトリックスの中から運転者に与えるポジティブ刺激を決定する。刺激出力装置５００は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間（所定時間Ｔｏ１）、刺激決定部２が決定した刺激を運転者に出力する。運転者の覚醒状態は適正状態に戻り、運転支援システム１０００は、運転者へのポジティブ刺激の出力を停止する。
ここで、例えば、ΔＴ１はＴｔ１の２倍に設定してもよい。このようにΔＴ１を設定することにより、運転者の覚醒度レベル値が閾値Ｌ１を下回る前と、下回った後の時間変化情報を均等に扱うことができる。また、覚醒度レベル値が閾値Ｌ１を下回る前後において、どちらかの時間帯を重視したい場合には、Ｔｔ１の２倍ではなく、適当な重みづけを行えばよい。

その後、運転者は適正状態で運転を続けていたが、時刻Ｔ４において、歩行者の飛び出しによる外乱が発生し、運転者の覚醒度レベル値Ｖ１が急上昇し、時刻Ｔ５において、閾値Ｌ２を超え、運転者は興奮状態に陥る。時刻Ｔ５において覚醒度レベル値Ｖ１が閾値Ｌ２を超えてから、所定時間Ｔｔ２が経過し、時刻Ｔ６においても、覚醒度レベル値が閾値Ｌ２を超えたままであるため、刺激決定部は、運転者にネガティブ刺激を与えることを決定する。刺激決定部２は、運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した前後の所定時間ΔＴ２（本実施の形態では時刻Ｔ４から時刻Ｔ６までの間）における覚醒度レベル値の時間変化率に基づいて、刺激マトリックスから運転者に与えるネガティブ刺激を決定する。運転支援システム１０００は、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの間（所定時間Ｔｏ２）、刺激決定部２が決定した刺激を運転者に出力する。運転者の覚醒状態は適正状態に戻り、運転支援システム１０００は、運転者へのネガティブ刺激の出力を停止する。
ここで、例えば、ΔＴ２は、覚醒度レベル値の時間変化率が負から正に変化した時刻Ｔ４から、覚醒度レベル値が閾値Ｌ２を超えてから所定時間Ｔｔ２経過するまでの時間としてもよい。このように、設定することにより、覚醒度レベル値の急激な上昇を適切に考慮することができる。また、ΔＴ１の設定と同様に、ΔＴ２もＴｔ２の所定倍として設定しても良い。

ここで、運転支援システム１０００が刺激の出力を停止するタイミングは、上記したように刺激の出力を開始してから予め定められた所定時間経過した時点で停止するようにしてもよいし、運転者の覚醒状態が適正状態に変化したことを検知して停止するようにしてもよい。また、図８において、覚醒度レベル値は時刻Ｔ３から時刻Ｔ４まで緩やかに下降し、時刻Ｔ４においてヒヤリハットが発生した後、急激に上昇しているが、このようにある時刻Ｔ４以前と以降において、覚醒度レベル値が急激に変化する場合には、刺激決定部２は、時刻Ｔ４以降の覚醒度レベル値の時間変化率を用いて運転者に与える刺激を決定することが望ましい。また、刺激決定部２が刺激を決定するのに用いる所定時間ΔＴ１及びΔＴ２は、この時間内における覚醒度レベル値の時間変化率があまり変化せず、ほぼ一定であることが望ましい。

以下で、実施の形態１における運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００の変形例について説明する。

マスターマトリックスは、覚醒度レベル値の時間変化率を正負に渡り合計６段階に分類したが、５段階以下や７段階以上に分類しても良い。
また、刺激決定部２は、マスターマトリックスやシステム定義マトリックスを用いて、覚醒度レベル値の時間変化率が正負に渡り合計６段階に分類された中から、運転者に与える刺激を決定するようにしたが、覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きくなるにつれて、連続的に強度の大きな刺激を決定するようにしてもよい。
覚醒度レベル値を７段階以上に分類したり、連続的に強度の大きな刺激を決定するようにしたりすることによい、運転者の覚醒状態により細かに対応した刺激を決定し、与えることができる。

記憶部３が記憶するシステム定義マトリックスは、マトリックスＰ１からマトリックスＰ３、及びマトリックスＮ１からマトリックスＮ３までの各マトリックスにおいて、一列ずつしか刺激内容情報を保持しないようにしたが、その他の列においても刺激内容情報を保持するようにしてもよい。そして、例えば、車両状態情報や車両周辺情報に基づいて、各マトリックス内でどの列に定義された刺激の内容を選ぶかを決定するようにしてもよい。このように、刺激内容情報を定義することにより、運転者の状態だけでなく、車両の状態や車両の周辺環境も踏まえた、より適切な刺激を運転者に与えることができる。
このとき、運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報以外の情報がすべて同じ状況においては、ポジティブ刺激については、マトリックスＰ１に定義された刺激が最も強度が大きく、マトリックスＰ３に定義された刺激が最も強度が小さいように刺激の内容を決定する。ネガティブ刺激についても同様に、マトリックスＮ１に定義された刺激が最も強度が大きく、マトリックスＮ３に定義された刺激が最も強度が小さいように刺激の内容を設定する。例えば、上記のように、車両状態情報や車両周辺情報に基づいて、各マトリックス内でどの列に定義された刺激の内容を選ぶか決定するような場合には、マトリックスＮ１の弱の列に定義された刺激の強度がマトリックスＮ２の強の列に定義された刺激の強度より小さくても構わないが、マトリックスＮ１の強の列とマトリックスＮ２の強の列、すなわち、同じ列同士を比較したときには、マトリックスＮ１の刺激の強度の方がマトリックスＮ２の刺激の強度より大きいように刺激の内容を設定する。

刺激決定部２は、覚醒度レベル値が閾値を超える、あるいは下回った後、所定時間経過したときに、運転者に刺激を与えることを決定するようにしたが、閾値を超えてすぐ、あるいは下回ってすぐに、刺激を与えることを決定するようにしてもよい。所定時間経過したときに、運転者に刺激を与えることを決定する場合は、刺激を与えなくてもすぐに運転者が適正状態に戻るような場合には刺激を与えないので、運転者にとって煩わしくなく、閾値を越えてすぐ、あるいは下回ってすぐに、刺激を与えることを決定するような場合は、運転者により早く刺激を与えることができるので、即応性を高めることができる。

刺激決定部２は、運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した前後の所定時間における時間変化情報が示す時間変化率の絶対値、あるいは、運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した前後の所定時間における時間変化情報が示す時間変化率の絶対値に基づいて、運転者に与える刺激を決定するようにしたが、このときの所定時間は前後でなく、前だけでも後だけでもよい。例えば、閾値を超えてすぐ刺激を決定したいような場合には、変化した直前の時間変化情報を用いることで、より素早く刺激を決定することができ、所定時間経過した後に刺激を決定するような場合には、変化した後の時間変化情報を用いることで、より直近の覚醒状態を考慮した刺激を決定することができる。また、所定時間における時間変化率の絶対値は、所定時間の開始時刻と終了時刻における覚醒度レベル値から算出された時間変化率の絶対値を用いても、所定時間内における各時刻の時間変化率の絶対値を平均するようにしてもよい。

刺激出力制御部４は、所定時間、刺激を出力するように刺激出力装置５００を制御するようにしたが、運転者の覚醒状態が適正状態に戻ったときに刺激の出力をやめるように制御したり、運転者の覚醒状態が興奮状態や漫然状態のときでも、適正状態に向かうような状態に変化したときに刺激の出力をやめるように制御したりしてもよい。ここで適正状態に向かうような状態とは、例えば、興奮状態において、覚醒度レベル値が所定時間継続して負の値である場合や、漫然状態において、覚醒度レベル値が所定時間継続して正の値である場合等である。あるいは、運転者の覚醒度レベル値に細かな変動がある場合には、覚醒度レベル値そのものではなく、移動平均等の所定の処理を行った後の覚醒度レベル値が所定時間継続して負、あるいは正であるか判定して、運転者の覚醒状態が適正状態に向かっているかを判断するようにしてもよい。

覚醒度算出部１２は、生体情報取得部１１が取得した生体情報に基づいて、常に運転者の覚醒度レベル値を算出するようにしたが、車両の走行状況等により、運転者に刺激を与えないで良い場合には、覚醒度レベル値を算出しないようにしてもよい。例えば、ステップＳ２において、取得部１が車両状態情報取得装置３００から車両が停車中であることを示す情報を取得した場合には、覚醒度算出部１２は覚醒度レベル値を算出せず、運転支援装置１００は、それ以降の動作を行わないようにしてもよい。

運転支援システム１０００は、刺激を出力し続けても運転者の覚醒状態が適正状態に回復しない場合に、減速や停止を行うための制御信号を車両の制御部（図示せず）に送信する緊急制御部（図示せず）を備えるようにしてもよい。例えば、刺激出力装置５００が所定回数刺激を出力したにも関わらず、覚醒度算出部１２が算出する覚醒度レベル値が閾値L1より小さい、あるいは閾値L2を上回っている場合には、緊急制御部が車両の制御部に車両を停止するための制御信号を送信するようにしてもよい。

以上のように、実施の形態１に係る運転支援装置１００は、時間変化情報が示す運転者の覚醒状態の時間変化の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するので、運転者の覚醒状態の時間変化を考慮した、より適切な刺激を運転者に与えることを支援することができ、運転支援システムは、運転者の覚醒状態の時間変化を考慮した、より適切な刺激を運転者に与えることができる。
例えば、急激に運転者の覚醒度レベル値が大きくなり、興奮状態になった場合、閾値Ｌ２を超えてすぐに、強度の高い刺激を与えることにより、適正状態に復帰させたいが、覚醒度レベル値だけに基づいて刺激の強度を決定する場合、閾値Ｌ２を超えてすぐは、まだ閾値Ｌ２と覚醒度レベル値との差が小さいので、運転者に与える刺激として、強度の高い刺激が選択されない。しかしながら、実施の形態１に係る運転支援装置１００は、覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものであるので、上記のような場合においても、覚醒度レベル値だけに基づくよりも早く、強度の高い刺激を決定することができる。言い換えれば、閾値Ｌ２を超えた直後の同時刻において、覚醒度レベル値だけに基づくよりも、強度の高い刺激を決定することができる。
逆に、緩やかに適正状態から漫然状態に変化しているときに、過剰な刺激を与えてしまうと、適正状態を通り越して興奮状態になってしまう可能性がある。実施の形態１に係る運転支援装置１００は、覚醒状態の時間変化を考慮して運転者に与える刺激を決定することにより、上記のように過剰な刺激を与えることを防ぐことができる。

また、実施の形態１における運転支援装置１００は、時間変化情報として、覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものであるので、運転者の覚醒状態の度合を定量的に評価し、適切な刺激を運転者に与えることができる。

また、実施の形態１における運転支援装置１００は、運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した場合には、運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した前後の所定時間における時間変化情報が示す時間変化の絶対値に基づいて、運転者に与える刺激を決定し、運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した場合には、運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した前後の所定時間における時間変化情報が示す時間変化の絶対値に基づいて、運転者に与える刺激を決定するものであるので、全時間帯にわたる時間変化情報に基づくよりも、より運転者の状態に適した刺激を選択することができる。

また、実施の形態１における運転支援装置１００は、運転者の覚醒状態の時間変化と、運転者に与える刺激とを対応付けた刺激対応情報を記憶する記憶部３を備え、刺激決定部２は、記憶部３が記憶した刺激対応情報に基づいて、運転者に与える刺激を決定するものであるので、刺激対応情報を用いて刺激の種別や組み合わせ、強度やパターン等を柔軟に設定し、刺激内容を決定し、漫然状態または興奮状態から適正状態へより効果的に誘導することができる。

実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態１と同様の構成及び動作については、説明を省略する。

図９は、実施の形態２における運転支援装置１００、及び運転支援システム１０００の構成を示す構成図である。
実施の形態１において、取得部１は、時間変化情報として、覚醒度レベル値の時間変化率を取得し、刺激決定部２は、覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものであった。それに対して、実施の形態２においては、取得部１０は、時間変化情報として、運転者の覚醒状態の遷移確率を取得し、刺激決定部２０は、取得部１０が取得した遷移確率が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものである。

図１０は、運転者の覚醒度の状態遷移と遷移確率の具体例を示す説明図である。
図１０において、運転者の覚醒状態は漫然状態と適正状態と興奮状態の３つの状態に分類され、所定時間後における状態間の遷移を、その状態へ遷移する確率とともに矢印で示している。

実施の形態２において、取得部１０は、生体情報取得部１１、覚醒度算出部１２、及び遷移確率取得部１３を備える。生体情報取得部１１と覚醒度算出部１２は、実施の形態１と同様の機能を有するものである。
また、実施の形態２において、記憶部３は、各状態間の遷移確率を示す遷移確率情報を記憶しており、遷移確率取得部１３は、記憶部３から、各状態間の遷移確率を示す遷移確率情報を取得するものである。ここで、記憶部３が、初期状態において記憶している遷移確率情報は、経験則や全ての確率を当分割で設定する等、人の手により設定されたものであっても、運転者の時間変化情報を事前に実験データとして収集し、後述するように、遷移確率取得部１３が遷移確率を算出することにより、生成したものであってもよい。二回目以降の運転開始時においては、前回運転終了時の遷移確率情報を記憶しておき、次回運転時にも用いるようにしてもよい。

遷移確率取得部１３は、覚醒度算出部１２が算出した覚醒度レベル値に基づいて所定時間毎の覚醒状態の遷移回数を測定し、遷移確率を算出する機能を有する。遷移確率取得部１３は、算出した遷移確率を記憶部３に送信し、記憶部３が記憶する遷移確率情報を更新する。遷移確率情報の更新は、運転中に随時更新するようにしてもよいし、運転終了時に更新し、次回の運転時に更新後の遷移確率情報を用いるようにしてもよい。

図１０は、このような場合の、運転者の覚醒度の状態遷移と遷移確率の例を示した説明図である。図１０において、運転者の覚醒状態は漫然状態と適正状態と興奮状態の３つの状態に分類され、所定時間後における状態間の遷移を、その状態へ遷移する確率とともに矢印で示している。記述の簡略化のために、上記した三つの覚醒状態を含む空間をＳ＝｛適正状態：１、漫然状態：２、興奮状態：３｝と記述し、遷移確率をＰｉｊ（Ｉ，ｊ＝１，２，３）と記述すると、図１０で示される遷移確率は数１のように書ける。

例えば、ある時刻において適正状態にあった時、所定時間後に適正状態のままである確率はＰ１１＝０．６であり、漫然状態に遷移している確率はＰ１２＝０．３、興奮状態に遷移している確率はＰ１３＝０．１である。また、各状態から所定時間後にある状態に遷移する確率の和は１に規格化されている。すなわち、上記の遷移確率は数２の性質を持つように規格化されている。

また、遷移確率の性質（マルコフ連鎖）に基づき、遷移確率行列の二乗を計算すると、現在の覚醒状態から所定時間の二倍後の状態がどうなるかの確率を算出することができる。

図１１は、実施の形態２において、記憶部３が記憶するマスターマトリックスの具体例を示す説明図である。
マスターマトリックスは、遷移確率を５段階に分類し、各段階に関してシステム定義マトリックスを紐づけるポインタ情報を保持するものである。ここで、マスターマトリックスの縦軸は、５段階に分類したが、実施の形態１と同様に、多段階に分類していれば、４段階以下でも６段階以上でもよい。

システム定義マトリックス及び物理定義マトリックスは、実施の形態１と同様のものである。ただし、マスターマトリックスで遷移確率を５段階に分類したので、システム定義マトリックスが保持する刺激情報が示す刺激の強度も５段階に分類される。

動作についても、刺激決定部２が、覚醒度レベル値の時間変化率ではなく、覚醒状態の遷移確率に基づき、刺激を決定することのみ、実施の形態１に係る運転支援装置１００及び運転支援システム１０００の動作と異なり、その他の動作は同様である。

刺激決定部２は、刺激を与えることを決定した後に、記憶部３が記憶する刺激対応情報に基づき、刺激を決定する。例えば、ある時刻において、運転者が興奮状態にあり、興奮状態のまま居続ける確率がＰ３３＝０．７であった場合、マスターマトリックスを参照し、システム定義マトリックスＮ９へのポインタ情報を得る。システム定義マトリックス及び物理定義マトリックスから、それぞれ刺激内容情報及びデバイス情報を取得する動作は、実施の形態１と同様である。

以上のような動作により、実施の形態２に係る運転支援装置１００は、運転者の覚醒状態の遷移確率が大きいほど、運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定するものであるので、運転者の覚醒状態の時間変化を統計的に考慮し、適切な刺激を運転者に与えることができる。

実施の形態２に係る運転支援装置１００も、実施の形態１に係る運転支援装置１００と同様に、覚醒度レベル値が所定の閾値を超えたときに、刺激を決定するようにしたが、実施の形態２に係る運転支援装置１００は、運転者の覚醒状態が適正状態にあるときにも刺激を与えるようにしてもよい。例えば、図１０において、運転者が適正状態にいるときの遷移確率は、Ｐ１１＝０．６が最も大きく、次いでＰ１２＝０．３が大きく、Ｐ１３＝０．１が最も小さい。ここで、Ｐ１２＞Ｐ１３であり、運転者は興奮状態に遷移するよりも、漫然状態に遷移する確率の方が大きいので、閾値を超える前からポジティブ刺激を与えることを決定しても良い。刺激内容の決定は、閾値を超えたときと同様に、刺激対応情報を用いて決定する。例えば、図１１において、Ｐ１２＝０．３の場合には、システム定義マトリックスＰ２のポインタ情報を取得し、システム定義マトリックスＰ２に定義された情報を参照し、刺激の内容を決定する。そして、運転支援システム１０００は、運転支援装置１００が決定した内容に基づき、刺激を運転者に出力する。
上記のように、運転者が適正状態にいるときも遷移確率に基づき刺激を与えることにより、運転者の覚醒状態の変化を先取りした刺激を決定し、与えることができる。

本発明に係る運転支援装置及び運転支援システムは、車両に搭載するフィードバック装置に用いるのに適している。

１００ 運転支援装置、１０００ 運転支援システム、１ 取得部、１１ 生体情報取得部、１２ 覚醒度算出部、１３ 遷移確率取得部、２ 刺激決定部、３ 記憶部、４ 刺激出力制御部、２００ 運転者状態検出装置、３００ 車両状態情報取得装置、４００ 車両周辺情報取得装置、５００ 刺激出力装置

Claims (10)

1. 運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する刺激決定部と、
   を備えた運転支援装置。
2. 前記取得部は、前記運転者の生体情報を取得する生体情報取得部と、前記生体情報から前記運転者の覚醒状態の度合を示す覚醒度レベル値と前記覚醒度レベル値の時間変化率を算出する覚醒度算出部と、を有し、
   前記取得部は、前記時間変化情報として、前記覚醒度レベル値の時間変化率を取得し、
   前記刺激決定部は、前記覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
3. 前記取得部は、前記時間変化情報として、前記運転者の覚醒状態の遷移確率を取得し、
   前記刺激決定部は、前記遷移確率が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
4. 前記刺激決定部は、前記運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した場合には、前記運転者の覚醒状態が適正状態から興奮状態に変化した前後の所定時間における前記時間変化情報が示す時間変化の絶対値に基づいて、前記運転者に与える刺激を決定し、前記運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した場合には、前記運転者の覚醒状態が適正状態から漫然状態に変化した前後の所定時間における前記時間変化情報が示す時間変化の絶対値に基づいて、前記運転者に与える刺激を決定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の運転支援装置。
5. 前記運転者の覚醒状態の時間変化と、前記運転者に与える刺激とを対応付けた刺激対応情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記刺激決定部は、前記記憶部が記憶した前記刺激対応情報に基づいて、前記運転者に与える刺激を決定する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の運転支援装置。
6. 前記記憶部が記憶する前記刺激対応情報は、前記運転者の覚醒状態の時間変化について複数の段階に分類され、前記運転者の覚醒状態の時間変化の絶対値が大きいほど、前記段階ごとに強度の高い刺激が対応付けられている
   ことを特徴とする請求項５に記載の運転支援装置。
7. 運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得する取得工程と、
   前記取得工程が取得した前記時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する刺激決定工程と、
   を含む運転支援方法。
8. 運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得する取得工程と、
   前記取得工程が取得した前記時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する刺激決定工程と、
   をコンピュータに実行させる運転支援プログラム。
9. 運転者の覚醒状態の時間変化を示す時間変化情報を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記時間変化情報が示す時間変化の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する刺激決定部と、を有する運転支援装置と、
   前記刺激決定部が決定した刺激を前記運転者に対して出力する刺激出力装置と、
   を備えた運転支援システム。
10. 前記運転者の生体情報を検出する運転者状態検出装置をさらに備え、
    前記取得部は、前記運転者状態検出装置により検出された前記生体情報を取得する生体情報取得部と、前記生体情報から前記運転者の覚醒状態の度合を示す覚醒度レベル値と前記覚醒度レベル値の時間変化率を算出する覚醒度算出部と、を有し、
    前記取得部は、前記時間変化情報として、前記覚醒度レベル値の時間変化率を取得し、
    前記刺激決定部は、前記覚醒度レベル値の時間変化率の絶対値が大きいほど、前記運転者に与える刺激として強度の高い刺激を決定する
    ことを特徴とする請求項９に記載の運転支援システム。

Images