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JP7531782B2 - Driver state estimation system - Google Patents

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JP7531782B2
JP7531782B2 JP2020113864A JP2020113864A JP7531782B2 JP 7531782 B2 JP7531782 B2 JP 7531782B2 JP 2020113864 A JP2020113864 A JP 2020113864A JP 2020113864 A JP2020113864 A JP 2020113864A JP 7531782 B2 JP7531782 B2 JP 7531782B2
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陽子 星野
由貴 藤原
彰 貝野
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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Description

本発明は、運転者状態推定システムに係わり、特に、移動体を運転する運転者の状態を推定する運転者状態推定システムに関する。 The present invention relates to a driver state estimation system, and in particular to a driver state estimation system that estimates the state of a driver who drives a mobile object.

この種の技術が、例えば下記の特許文献に開示されている。特許文献1及び2には、鞍乗型車両のライダーが視対象に向けて視線を移動させるときの眼球運動のタイミングと頭部運動のタイミングのいずれが先であるかを判定し、この判定結果に基づき人の内的状態を推定する人の状態推定装置が開示されている。特許文献1及び2では、視対象が視野内に存在しているときには眼球運動が頭部運動よりも先に発生し易く、視対象が視野内に存在していないときには頭部運動が眼球運動よりも先に発生し易いとの考え方を提案している。そして、この考え方に基づき、特許文献1及び2の装置では、頭部運動が眼球運動よりも先に発生する割合が高いほど、ライダーの視野が狭い、即ち注意レベルが低いと推定する。 This type of technology is disclosed, for example, in the following patent documents. Patent documents 1 and 2 disclose a human state estimation device that determines which of the eye movement and head movement occurs first when a rider of a saddle-type vehicle moves their gaze toward a visual target, and estimates the internal state of the person based on the result of this determination. Patent documents 1 and 2 propose the idea that when a visual target is present within the visual field, eye movement is likely to occur before head movement, and when a visual target is not present within the visual field, head movement is likely to occur before eye movement. Based on this idea, the devices in Patent documents 1 and 2 estimate that the more head movement occurs before eye movement, the narrower the rider's visual field is, i.e., the lower the level of attention.

また、特許文献3には、頭部運動に対してほぼ同じ速さで眼球を逆方向に回転させ、ブレのない視界を得るための反射性眼球運動(前庭動眼反射)に基づいて、車両の運転者、機械の操作者などが眠気を自覚する前の眠気の予兆を判定することが開示されている。 Patent Document 3 also discloses a method for determining signs of drowsiness before a vehicle driver, machine operator, or other person becomes aware of drowsiness, based on reflex eye movement (vestibulo-ocular reflex) that rotates the eyes in the opposite direction to head movement at approximately the same speed to obtain a clear field of vision.

特許第6068964号明細書Patent No. 6068964 specification 特許第6344747号明細書Patent No. 6344747 specification 特許第6432702号明細書Patent No. 6432702 specification

しかしながら、特許文献1及び2に記載された装置では、視対象に向けて視線を移動させるときの眼球運動及び頭部運動の順序に基づき人の内的状態を推定するので、内的状態推定の前提として、現在とは異なる視対象に向けて視線を移動させるという能動的な行動が必要となる。したがって、運転者が1つの対象物を注視し続けている場合など視線移動が発生しない状況では、運転者の状態を推定することができない。また、特許文献3の技術では、前庭動眼反射が発生しなければ運転者の眠気の予兆を判定することができない。このように、従来の技術では所望のタイミングで運転者の状態を推定することができないという問題がある。 However, the devices described in Patent Documents 1 and 2 estimate a person's internal state based on the sequence of eye and head movements when moving the gaze towards a visual target, and therefore require active action of moving the gaze towards a visual target different from the current one as a prerequisite for estimating the internal state. Therefore, in situations where there is no gaze movement, such as when the driver continues to gaze at one object, the driver's state cannot be estimated. Furthermore, with the technology in Patent Document 3, it is not possible to determine the driver's signs of drowsiness unless the vestibulo-ocular reflex occurs. Thus, there is a problem with conventional technology in that it is not possible to estimate the driver's state at the desired timing.

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる運転者状態推定システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional technology described above, and aims to provide a driver state estimation system that can estimate the driver's state at any desired timing.

上記の目的を達成するために、本発明は、移動体を運転する運転者の状態を推定する運転者状態推定システムであって、運転者の顔を撮影するカメラと、移動体に減速度を生じさせる減速装置と、プログラムを格納するメモリーと、プログラムを実行するプロセッサーと、を有し、プロセッサーは、カメラにより撮影された顔の画像に基づき運転者の頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角を検出し、運転者の意思から独立して減速装置により移動体に一定の減速度を生じさせ、運転者の状態を推定するために必要なデータ取得時間の間、一定の減速度を維持し、減速装置が移動体減速度を一定の減速度に維持しいる間において、頭部のピッチ角が極小値から極大値まで増大する間に眼球のピッチ角が極大値となり、頭部のピッチ角が極大値から極小値まで減少する間に眼球のピッチ角が極小値となっている場合に、運転者の状態は正常であると推定し、減速装置が移動体に減速度を生じさせている間において、頭部のピッチ角の極大値及び極小値と眼球のピッチ角の極大値及び極小値との出現時期が、運転者の状態を正常と推定するための条件に該当しない場合に、運転者の状態は異常であると推定する。
このように構成された本発明では、運転者の能動的な行動や前庭動眼反射の自然発生を待つことなく、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる。さらに、頭部や眼球の運動の単なる発生順序ではなく、頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角が極大値及び極小値となる順序に基づいて運転者状態を推定するので、前庭動眼反射の異常による頭部ピッチ角の変化と眼球ピッチ角の変化との協調運動の乱れを推定に反映することができ、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a driver state estimation system for estimating the state of a driver who drives a moving body, the system comprising: a camera for photographing the face of the driver; a deceleration device for causing deceleration in the moving body; a memory for storing a program; and a processor for executing the program, the processor detects the pitch angle of the driver's head and the pitch angle of the eyes based on an image of the face photographed by the camera, causes a constant deceleration in the moving body by the deceleration device independent of the driver's intention, and maintains the constant deceleration for a data acquisition time required to estimate the driver's state. If, while the reduction gear device is maintaining the deceleration of the moving body at a constant deceleration , the eye pitch angle reaches its maximum value while the head pitch angle increases from its minimum value to its maximum value, and the eye pitch angle reaches its minimum value while the head pitch angle decreases from its maximum value to its minimum value, the driver's condition is presumed to be normal; if, while the reduction gear device is causing deceleration to the moving body, the times at which the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle appear do not satisfy the conditions for presuming the driver's condition to be normal, the driver's condition is presumed to be abnormal.
In the present invention configured as described above, the driver's state can be estimated at a desired timing without waiting for the driver's active behavior or the natural occurrence of the vestibulo-ocular reflex. Furthermore, since the driver's state is estimated based on the order in which the head pitch angle and eye pitch angle reach their maximum and minimum values, rather than on the simple order in which the head and eye movements occur, the estimation can reflect disturbances in the coordinated movement between the head pitch angle change and the eye pitch angle change due to abnormalities in the vestibulo-ocular reflex, thereby improving the reliability of the estimation of the driver's state.

また、減速度の変動に応じて頭部ピッチ角が不必要に変化し、頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角が極大値及び極小値となる順序に影響を与えることを防止できる。これにより、運転者状態の推定の信頼性を確保することができる。 In addition , it is possible to prevent the head pitch angle from changing unnecessarily in response to fluctuations in deceleration, which would affect the order in which the head pitch angle and eye pitch angle reach their maximum and minimum values, thereby ensuring the reliability of the estimation of the driver's state.

本発明において、好ましくは、プロセッサーは、減速装置が移動体減速度を生じさせている間において、頭部のピッチ角が極小値から極大値まで増大する間に眼球のピッチ角が極大値となり、頭部のピッチ角が極大値から極小値まで減少する間に眼球のピッチ角が極小値となる頭部のピッチ角の極大値及び極小値と眼球のピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が繰り返される場合に、運転者の状態は正常であると推定する。
このように構成された本発明においては、前庭動眼反射の異常による頭部ピッチ角の変化と眼球ピッチ角の変化との協調運動の乱れをより正確に推定に反映することができ、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。
In the present invention, the processor preferably estimates that the driver's condition is normal when, while the deceleration device is decelerating the moving body , the sequence of appearance of the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle is repeated, such that the eye pitch angle reaches a maximum value while the head pitch angle increases from a minimum value to a maximum value, and the eye pitch angle reaches a minimum value while the head pitch angle decreases from the maximum value to a minimum value.
In the present invention configured in this manner, the disruption of the coordinated movement between the change in head pitch angle and the change in eye pitch angle due to an abnormality in the vestibulo-ocular reflex can be more accurately reflected in the estimation, thereby improving the reliability of the estimation of the driver's condition.

本発明において、好ましくは、減速装置はブレーキ装置である。
このように構成された本発明においては、ブレーキ装置により減速度を生じさせるので、運転者状態の推定に必要な減速度を確実に発生させることができる。
In the present invention, the reduction gear is preferably a brake gear.
In the present invention thus configured, deceleration is generated by the brake device, so that the deceleration required for estimating the driver's state can be reliably generated.

本発明において、好ましくは、移動体は自動車であり、減速装置は自動車の動力源から出力される動力を利用する補機である。
このように構成された本発明においては、補機により自動車に減速度を発生させるので、動力源から出力される動力を有効利用しつつ運転者状態の推定に必要な減速度を発生させることができる。
In the present invention, the moving body is preferably an automobile, and the reduction gear is an accessory that utilizes power output from a power source of the automobile.
In the present invention thus configured, the deceleration of the vehicle is generated by the auxiliary device, so that the deceleration required for estimating the driver's state can be generated while effectively utilizing the power output from the power source.

本発明の運転者状態推定システムによれば、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる。 The driver state estimation system of the present invention can estimate the driver's state at any desired time.

本発明の実施形態による運転者状態推定システムが適用された車両の概略構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a schematic configuration of a vehicle to which a driver's state estimation system according to an embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態による運転者状態推定システムの機能構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a functional configuration of a driver's state estimation system according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による運転者状態推定処理のメインルーチンのフローチャートである。4 is a flowchart of a main routine of a driver's state estimation process according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による運転者状態推定処理のサブルーチンのフローチャートである。5 is a flowchart of a subroutine of a driver's state estimation process according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による運転者状態推定システムが運転者状態を推定するときの頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角の変化を例示するグラフである。5 is a graph illustrating a change in a head pitch angle and an eye pitch angle when a driver's state estimation system according to an embodiment of the present invention estimates a driver's state.

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推定システムについて説明する。 The driver state estimation system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the attached drawings.

<システム構成>
まず、図1及び図2を参照して、本実施形態による運転者状態推定システムの構成を説明する。図1は、本実施形態による運転者状態推定システムが適用された車両の概略構成を示す平面図であり、図2は、本実施形態による運転者状態推定システムの機能構成を示すブロック図である。
<System Configuration>
First, the configuration of a driver's state estimating system according to the present embodiment will be described with reference to Fig. 1 and Fig. 2. Fig. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a vehicle to which the driver's state estimating system according to the present embodiment is applied, and Fig. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the driver's state estimating system according to the present embodiment.

図1において、符号1は、本実施形態による運転者状態推定システムを搭載した車両を示す。車両1の車体前部には、駆動輪(図1の例では左右の前輪2)を駆動する動力源4が搭載されている。動力源4は、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃エンジンあるいは電気モーターであり、本実施形態ではガソリンエンジンである。動力源4の近傍には、動力源4により駆動される補機としてエアコン用コンプレッサー6及びオルタネーター8が設けられている。 In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vehicle equipped with a driver state estimation system according to this embodiment. A power source 4 that drives drive wheels (left and right front wheels 2 in the example of FIG. 1) is mounted on the front of the vehicle body of the vehicle 1. The power source 4 is, for example, an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, or an electric motor, and in this embodiment, it is a gasoline engine. An air conditioner compressor 6 and an alternator 8 are provided near the power source 4 as accessories driven by the power source 4.

また、車両1は、制動力を発生させるためのブレーキシステム10を備えている。ブレーキシステム10は、各車輪に設けられたブレーキ装置12、ブレーキ装置12において制動力を発生させるために必要なブレーキ液圧を生成する液圧ポンプ14、及び液圧ポンプ14からブレーキ装置12へ供給される液圧を制御するためのブレーキコントローラー16を備えている。液圧ポンプ14は、例えばバッテリーから供給される電力で駆動され、ブレーキペダルが踏み込まれていないとき(即ち運転者が車両1を減速させる意思の無いとき)であっても、各ブレーキ装置12において制動力を発生させるために必要なブレーキ液圧を生成することが可能となっている。ブレーキコントローラー16は、ECU(Electronic Control Unit)18に電気的に接続され、相互に信号の入出力が可能となっている。 The vehicle 1 also includes a brake system 10 for generating braking force. The brake system 10 includes brake devices 12 provided on each wheel, a hydraulic pump 14 for generating brake fluid pressure required to generate braking force in the brake devices 12, and a brake controller 16 for controlling the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 14 to the brake devices 12. The hydraulic pump 14 is driven by power supplied from a battery, for example, and is capable of generating the brake fluid pressure required to generate braking force in each brake device 12 even when the brake pedal is not depressed (i.e., when the driver has no intention of decelerating the vehicle 1). The brake controller 16 is electrically connected to an ECU (Electronic Control Unit) 18, allowing for mutual input and output of signals.

また、車両1の車室内に、運転者の顔を撮影するカメラ20が設けられている。カメラ20は、例えば車両1のフロントウィンドウ上部に設置され、運転者を含む車室内の状況を撮影する。カメラ20によって撮影された画像はECU18に送信される。 A camera 20 is also provided in the cabin of the vehicle 1 to capture an image of the driver's face. The camera 20 is installed, for example, above the front window of the vehicle 1, and captures the situation inside the cabin including the driver. The image captured by the camera 20 is sent to the ECU 18.

車室内における運転者の前方には、ECU18の制御に基づいて各種の情報を表示するディスプレイ22が設けられている。このディスプレイ22としては、例えば液晶ディスプレイやヘッドアップディスプレイが用いられる。また、ECU18の制御に基づいて各種の情報を音声出力するスピーカー24が車室内に設置されている。 A display 22 is provided in front of the driver in the vehicle cabin, which displays various information based on the control of the ECU 18. For example, a liquid crystal display or a head-up display is used as the display 22. In addition, a speaker 24 is provided in the vehicle cabin, which outputs various information as audio based on the control of the ECU 18.

さらに、車両1は、車両1の加速度及び減速度を検出する加速度センサー26を備えている。加速度センサー26は、検出値をECU18に出力する。 Furthermore, the vehicle 1 is equipped with an acceleration sensor 26 that detects the acceleration and deceleration of the vehicle 1. The acceleration sensor 26 outputs the detection value to the ECU 18.

ECU18は、図2に示すように、プロセッサー28、及び、当該プロセッサー28上で解釈実行される各種のプログラム(OSなどの基本制御プログラムや、OS上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む)や各種のデータを記憶するためのメモリー30(ROMやRAM等)を有している。 As shown in FIG. 2, the ECU 18 has a processor 28 and memory 30 (ROM, RAM, etc.) for storing various programs (including basic control programs such as the OS and application programs that are run on the OS to realize specific functions) that are interpreted and executed on the processor 28, and various data.

この車両1においては、ECU18が各種の制御を行う。本実施形態では、ECU18は、動力源4、ブレーキコントローラー16、エアコン用コンプレッサー6、オルタネーター8等を制御することに加えて、カメラ20により撮影された顔の画像を用いて運転者の頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角を検出し、これらの頭部及び眼球のピッチ角に基づき運転者の状態を推定する。 In this vehicle 1, the ECU 18 performs various controls. In this embodiment, in addition to controlling the power source 4, the brake controller 16, the air conditioner compressor 6, the alternator 8, etc., the ECU 18 detects the pitch angle of the driver's head and the pitch angle of the eyes using an image of the face captured by the camera 20, and estimates the driver's state based on these head and eye pitch angles.

<制御処理>
次に、図3及び図4を参照して、本実施形態による運転者状態推定処理について説明する。図3は、本実施形態による運転者状態推定処理のメインルーチンのフローチャートであり、図4は運転者状態推定処理のサブルーチンのフローチャートである。図3のフローは、車両1の電源がONにされるとECU18によって開始され、所定の周期で繰り返し実行される。
<Control Processing>
Next, the driver's state estimation process according to this embodiment will be described with reference to Fig. 3 and Fig. 4. Fig. 3 is a flowchart of a main routine of the driver's state estimation process according to this embodiment, and Fig. 4 is a flowchart of a subroutine of the driver's state estimation process. The flow of Fig. 3 is started by the ECU 18 when the power supply of the vehicle 1 is turned on, and is repeatedly executed at a predetermined cycle.

まず、ステップS1において、ECU18は、運転者状態推定を行うタイミングであるか否かを判定する。具体的には、ECU18は、例えば既知の技術により直近の所定時間内においてステアリング操作のふらつきが検出された場合や、運転者のまぶたの開き具合から眠気が検知された場合、あるいは所定時間毎に、運転者状態推定を行うタイミングであると判定する。その結果、運転者状態推定を行うタイミングではないと判定した場合、ECU18は運転者状態推定処理を終了する。 First, in step S1, ECU 18 determines whether it is time to perform driver state estimation. Specifically, ECU 18 determines that it is time to perform driver state estimation when, for example, a shaky steering operation is detected within a recent predetermined time period using known technology, when drowsiness is detected from the degree to which the driver's eyelids are open, or at every predetermined time. As a result, if it is determined that it is not time to perform driver state estimation, ECU 18 ends the driver state estimation process.

一方、運転者状態推定を行うタイミングであると判定した場合、ステップS2に進み、ECU18は、運転者の視線を運転者の前方の対象物に誘導する。具体的には、例えば、ECU18は前走車、ディスプレイ22、あるいはメーターパネル等を見ることを運転者に促すメッセージをディスプレイ22やスピーカー24から出力させる。前走車、ディスプレイ22、メーターパネル等の何れの対象物に運転者の視線を誘導するかは、車速や走行中の道路等の走行状況に応じて決定することができる。 On the other hand, if it is determined that it is time to perform driver state estimation, the process proceeds to step S2, where the ECU 18 guides the driver's gaze to an object in front of the driver. Specifically, for example, the ECU 18 causes the display 22 or speaker 24 to output a message urging the driver to look at the vehicle ahead, the display 22, the meter panel, or the like. The object to which the driver's gaze is guided, such as the vehicle ahead, the display 22, or the meter panel, can be determined according to the driving conditions, such as the vehicle speed and the road on which the vehicle is traveling.

次に、ステップS3において、ECU18は、カメラ20により撮影された顔の画像に基づき運転者の頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角の検出を開始する。頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角の検出は、既存の画像処理技術によって実現することができる。頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角は時系列データとして取得される。 Next, in step S3, the ECU 18 starts detecting the pitch angle of the driver's head and the pitch angle of the eyes based on the image of the face captured by the camera 20. The detection of the pitch angle of the head and the pitch angle of the eyes can be realized by existing image processing technology. The pitch angle of the head and the pitch angle of the eyes are acquired as time series data.

続いて、ステップS4において、ECU18は、車両1の減速を開始させる。具体的には、ECU18は、運転者状態推定を行うための所定の減速度(例えば1m/s2)を指示する減速指令をブレーキコントローラー16に出力する。ブレーキコントローラー16は、車両1に発生させる減速度と液圧ポンプ14の回転数との関係を規定したマップを予め記憶しており、このマップを参照することにより、ECU18から指示された減速度に対応する回転数で液圧ポンプ14を作動させる。このステップS4におけるブレーキシステム10の制御は、運転者によるブレーキペダルの操作とは無関係に行われる。 Next, in step S4, the ECU 18 starts decelerating the vehicle 1. Specifically, the ECU 18 outputs a deceleration command to the brake controller 16, instructing a predetermined deceleration (e.g., 1 m/ s2 ) for estimating the driver's state. The brake controller 16 pre-stores a map that specifies the relationship between the deceleration to be generated in the vehicle 1 and the rotation speed of the hydraulic pump 14, and by referring to this map, operates the hydraulic pump 14 at the rotation speed corresponding to the deceleration instructed by the ECU 18. The control of the brake system 10 in step S4 is performed regardless of the operation of the brake pedal by the driver.

ステップS4における減速開始後、ステップS5において、ECU18は、車両1の減速度がブレーキコントローラー16に指示した値(例えば1m/s2)に到達するまで待機する。車両1の減速度がECU18から指示された値に到達すると、ブレーキコントローラー16は、加速度センサー26の検出値に基づき、減速度を一定に維持するように液圧ポンプ14を制御する。 After the start of deceleration in step S4, in step S5, the ECU 18 waits until the deceleration of the vehicle 1 reaches a value (e.g., 1 m/ s2 ) instructed to the brake controller 16. When the deceleration of the vehicle 1 reaches the value instructed by the ECU 18, the brake controller 16 controls the hydraulic pump 14 based on the detection value of the acceleration sensor 26 so as to maintain the deceleration constant.

ステップS5において車両1の減速度がブレーキコントローラー16に指示した値(例えば1m/s2)に到達し、ブレーキコントローラー16により減速度が一定に維持されるようになると、ステップS6に進み、ECU18は、頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角の時系列データに基づき、車両1の減速度が一定となった後の頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角のそれぞれの極大値及び極小値の出現時期を取得する。 In step S5, when the deceleration of vehicle 1 reaches a value instructed to the brake controller 16 (e.g., 1 m/ s2 ) and the deceleration is maintained constant by the brake controller 16, the process proceeds to step S6, and the ECU 18 obtains the times when the maximum and minimum values of the head pitch angle and eye pitch angle appear after the deceleration of vehicle 1 becomes constant, based on the time series data of the head pitch angle and eye pitch angle.

次に、ステップS7において、ECU18は、車両1の減速度が一定となった後、運転者状態推定を行うために必要なデータ取得時間(例えば2秒。以下、必要に応じて「推定時間」という)が経過したか否かを判定する。その結果、推定時間が経過していない場合、ステップS6に戻る。以降、推定時間が経過するまでステップS6の処理を繰り返す。 Next, in step S7, the ECU 18 determines whether the data acquisition time (e.g., 2 seconds; hereinafter, referred to as the "estimated time" as necessary) required to estimate the driver's state has elapsed after the deceleration of the vehicle 1 has become constant. If the result shows that the estimated time has not elapsed, the process returns to step S6. Thereafter, the process of step S6 is repeated until the estimated time has elapsed.

ステップS7において、車両1の減速度が一定となってから推定時間が経過したと判定された場合、ステップS8に進み、ECU18は、運転者の前方対象物への視線の誘導、頭部のピッチ角と眼球のピッチ角の検出、及び車両1の減速を終了する。 If it is determined in step S7 that the estimated time has elapsed since the deceleration of vehicle 1 became constant, the process proceeds to step S8, where ECU 18 ends guiding the driver's gaze to the object ahead, detecting the pitch angle of the head and the pitch angle of the eyes, and decelerating vehicle 1.

続いて、ステップS9において、ECU18は、車両1の減速度が一定となってから推定時間の間に取得した頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角の時系列データに基づき、運転者の状態を推定する。このステップS9において運転者状態を推定するためのサブルーチンを、図4を参照して説明する。 Next, in step S9, the ECU 18 estimates the driver's state based on the time series data of the head pitch angle and eye pitch angle acquired during the estimated time after the deceleration of the vehicle 1 becomes constant. The subroutine for estimating the driver's state in step S9 will be described with reference to FIG. 4.

図4に示すように、まずステップS11において、ECU18は、車両1の減速度が一定となった後の頭部ピッチ角の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が所定の順序か否かを判定する。具体的には、車両1の減速度が一定となった後、頭部ピッチ角が極小→眼球ピッチ角が極大→頭部ピッチ角が極大→眼球ピッチ角が極小→頭部ピッチ角が極小(以下、同じ順序を繰り返す)の順で頭部ピッチ角と眼球ピッチ角のそれぞれの極大値及び極小値が出現した場合、ECU18は、運転者の状態は正常であると推定する。この場合、ステップS12に進み、運転者の状態を表す点数を2点加算する。なお、この点数の初期値は0点に設定されている。
一方、頭部ピッチ角と眼球ピッチ角のそれぞれの極大値及び極小値が上記の順序で出現していない場合、ECU18は、運転者の状態は異常であると推定する。この場合、ECU18はステップS12をスキップする(つまり点数を加算しない)。
As shown in Fig. 4, first, in step S11, the ECU 18 judges whether the order of appearance of the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle after the deceleration of the vehicle 1 becomes constant is a predetermined order. Specifically, if the maximum and minimum values of the head pitch angle and the eye pitch angle appear in the order of minimum head pitch angle → maximum eye pitch angle → maximum head pitch angle → minimum eye pitch angle → minimum head pitch angle (the same order is repeated hereafter) after the deceleration of the vehicle 1 becomes constant, the ECU 18 estimates that the driver's condition is normal. In this case, the process proceeds to step S12, where 2 points are added to the score representing the driver's condition. The initial value of this score is set to 0 points.
On the other hand, if the maximum and minimum values of the head pitch angle and eye pitch angle do not appear in the above order, the ECU 18 estimates that the driver's condition is abnormal and skips step S12 (i.e., does not add points).

次に、ステップS13において、ECU18は、頭部ピッチ角の極小値から眼球ピッチ角の極大値までの時間及び頭部ピッチ角の極大値から眼球ピッチ角の極小値までの時間が所定範囲内か否かを判定する。具体的には、頭部ピッチ角の極小値から眼球ピッチ角の極大値までの時間及び頭部ピッチ角の極大値から眼球ピッチ角の極小値までの時間がそれぞれ所定時間内(具体的には、例えば0秒以上0.05秒未満。この数値範囲は実験的に得られたものである)である場合、ECU18は、運転者の状態は正常であると推定する。この場合、ステップS14に進み、運転者の状態を表す点数を1点加算する。
一方、頭部ピッチ角の極小値から眼球ピッチ角の極大値までの時間又は頭部ピッチ角の極大値から眼球ピッチ角の極小値までの時間の少なくとも一方が上記の範囲外である場合、ECU18は、運転者の状態は異常であると推定する。この場合、ECU18はステップS14をスキップする(つまり点数を加算しない)。
Next, in step S13, the ECU 18 judges whether the time from the minimum value of the head pitch angle to the maximum value of the eye pitch angle and the time from the maximum value of the head pitch angle to the minimum value of the eye pitch angle are within a predetermined range. Specifically, if the time from the minimum value of the head pitch angle to the maximum value of the eye pitch angle and the time from the maximum value of the head pitch angle to the minimum value of the eye pitch angle are each within a predetermined time (specifically, for example, from 0 seconds to less than 0.05 seconds. This numerical range is experimentally obtained), the ECU 18 estimates that the driver's condition is normal. In this case, the process proceeds to step S14, where one point is added to the score representing the driver's condition.
On the other hand, if at least one of the time from the minimum value of the head pitch angle to the maximum value of the eye pitch angle and the time from the maximum value of the head pitch angle to the minimum value of the eye pitch angle is outside the above range, the ECU 18 estimates that the driver's condition is abnormal. In this case, the ECU 18 skips step S14 (i.e., does not add points).

次に、ステップS15において、ECU18は、車両1の減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間が所定値以上か否かを判定する。具体的には、車両1の減速度が一定となってから頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間が0.2秒以上である場合、ECU18は、運転者の状態は正常であると推定する。この場合、ステップS16に進み、運転者の状態を表す点数を1点加算する。
一方、車両1の減速度が一定となってから頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間が0.2秒未満である場合、ECU18は、運転者の状態は異常であると推定する。この場合、ECU18はステップS16をスキップする(つまり点数を加算しない)。
Next, in step S15, the ECU 18 judges whether the time from when the deceleration of the vehicle 1 becomes constant to when the head pitch angle becomes minimum is equal to or longer than a predetermined value. Specifically, if the time from when the deceleration of the vehicle 1 becomes constant to when the head pitch angle becomes minimum is equal to or longer than 0.2 seconds, the ECU 18 estimates that the driver's condition is normal. In this case, the process proceeds to step S16, where one point is added to the score representing the driver's condition.
On the other hand, if the time from when the deceleration of the vehicle 1 becomes constant to when the head pitch angle reaches the minimum value is less than 0.2 seconds, the ECU 18 estimates that the driver's condition is abnormal. In this case, the ECU 18 skips step S16 (i.e., does not add points).

続いて、ステップS17において、ECU18は、ステップS11からS16までの間に加算した点数の合計に基づき、運転者状態の最終的な推定を行う。具体的には、点数の合計が3点以上の場合に運転者の状態は正常であると推定し、2点以下の場合には異常と推定する。このステップS17の後、メインルーチンに戻り、ECU18は運転者状態推定処理を終了する。 Next, in step S17, the ECU 18 performs a final estimation of the driver's state based on the total score added during steps S11 to S16. Specifically, if the total score is 3 points or more, the driver's state is estimated to be normal, and if the total score is 2 points or less, the driver's state is estimated to be abnormal. After step S17, the process returns to the main routine, and the ECU 18 ends the driver's state estimation process.

<実施例>
次に、図5を参照して、本実施形態の運転者状態推定システムによる運転者状態推定の実施例を説明する。
本願発明者らは、運転者状態推定システムにより運転者状態推定が行われる状況を模した走行実験を行った。図5は、その走行実験における運転者の頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角の変化を例示したグラフであり、図5(a)は運転者状態が正常である場合(ケース1)を示し、図5(b)は運転者状態が異常である場合(ケース2)を示している。なお、運転者状態が異常であるケース2については、実験中被験者に暗算負荷を与えて交感神経系を意図的に優位にすることにより、自律神経系の異常を再現した。
<Example>
Next, an example of driver's state estimation by the driver's state estimation system of this embodiment will be described with reference to FIG.
The inventors of the present application conducted a driving experiment simulating a situation in which a driver's state estimation system estimates a driver's state. Figure 5 is a graph illustrating changes in the head pitch angle and eye pitch angle of the driver in the driving experiment, where Figure 5(a) shows a case in which the driver's state is normal (case 1), and Figure 5(b) shows a case in which the driver's state is abnormal (case 2). In addition, for case 2 in which the driver's state is abnormal, an abnormality in the autonomic nervous system was reproduced by intentionally making the sympathetic nervous system dominant by giving the subject a mental arithmetic load during the experiment.

これらの図5(a)、(b)において、横軸は時間[s]、左側の縦軸は加速度[m/s2]、右側の縦軸は頭部及び眼球のピッチ角[deg]を示している。加速度が負値の場合、車両1が減速していることを意味する。また、頭部及び眼球のピッチ角は、頭部及び眼球がそれぞれ上向きになるほど大きく、下向きになるほど小さくなる。グラフ中の実線は加速度、点線は頭部ピッチ角、一点鎖線は眼球ピッチ角を示し、○は頭部ピッチの極小値、●は頭部ピッチ角の極大値、△は眼球ピッチ角の極大値、▲は眼球ピッチ角の極小値を表す。 5(a) and 5(b), the horizontal axis indicates time [s], the vertical axis on the left indicates acceleration [m/ s2 ], and the vertical axis on the right indicates the pitch angle [deg] of the head and eyes. A negative acceleration value means that the vehicle 1 is decelerating. The pitch angles of the head and eyes increase as the head and eyes point upward, and decrease as the head and eyes point downward. In the graphs, the solid line indicates acceleration, the dotted line indicates the head pitch angle, and the dashed-dotted line indicates the eye pitch angle, with ○ indicating the minimum value of the head pitch angle, ● indicating the maximum value of the head pitch angle, △ indicating the maximum value of the eye pitch angle, and ▲ indicating the minimum value of the eye pitch angle.

図5(a)に示すケース1は、運転者状態が正常であるときの頭部及び眼球のピッチ角変化を例示している。運転者状態が正常であるということは、頭部の安定を保とうとする平衡機能や頭部と眼球の協調運動が正常に行われるということである。 Case 1 shown in Figure 5(a) illustrates the change in pitch angle of the head and eyes when the driver's state is normal. A normal driver state means that the balance function that keeps the head stable and the coordinated movement of the head and eyes are normal.

具体的には、まず、車両1の減速開始(図3のステップS3)に伴い頭部ピッチ角が減少し始める。これは、慣性力により運転者の頭部を下向きに回転させる力が働くためである。このとき、運転者の視線は前方の対象物(前走車あるいはディスプレイ22)に誘導されているので(図3のステップS2)、頭部の回転と反対方向に眼球を回転させることにより対象物を視野の中心に維持しようとする眼球反応(前庭動眼反射)が引き起こされる。即ち、眼球ピッチ角は増大する。 Specifically, first, as vehicle 1 starts to decelerate (step S3 in FIG. 3), the head pitch angle starts to decrease. This is because inertial forces act to rotate the driver's head downward. At this time, the driver's line of sight is guided to an object ahead (the vehicle ahead or the display 22) (step S2 in FIG. 3), so an ocular reaction (vestibulo-ocular reflex) is triggered that rotates the eyes in the opposite direction to the head rotation to keep the object in the center of the field of view. In other words, the eye pitch angle increases.

その後、車両1の減速による慣性力に対して頭部を安定させようと平衡機能が働くことにより、頭部のピッチ角は増減を繰り返しながら徐々に収束に向かう。図5(a)に示すケース1では、時刻TSにおいて車両1の減速度が所定値(例えば1m/s2)で一定に維持され始めた後、0.2秒以上経過した時刻T1において頭部の下向きの回転を抑えようとする筋力が慣性力を上回ることにより、頭部ピッチ角は増大に転じる。即ち、時刻T1において頭部ピッチ角は最初の極小値となっている。続いて時刻T2において頭部ピッチ角は再び減少し始める。即ち、時刻T2において頭部ピッチ角は極大値となっている。以降、時刻TEにおいて車両1の減速が終了する(図3のステップS9)までの間、頭部ピッチ角は増減を繰り返し、時刻T3に極小値、時刻T4に極大値、時刻T5に極小値、時刻T6に極大値となる。 Thereafter, the head pitch angle gradually converges while repeatedly increasing and decreasing as the balancing function operates to stabilize the head against the inertial force caused by the deceleration of the vehicle 1. In case 1 shown in Fig. 5(a), after the deceleration of the vehicle 1 starts to be maintained constant at a predetermined value (e.g., 1 m/ s2 ) at time Ts , the head pitch angle starts to increase at time T1, which is 0.2 seconds or more after the deceleration of the vehicle 1 starts to be maintained constant at time Ts, as the muscle force trying to suppress the downward rotation of the head exceeds the inertial force. That is, the head pitch angle reaches its first minimum value at time T1 . Then, at time T2 , the head pitch angle starts to decrease again. That is, at time T2 , the head pitch angle reaches its maximum value. Thereafter, until the deceleration of the vehicle 1 ends at time T8 (step S9 in Fig. 3), the head pitch angle repeatedly increases and decreases, reaching a minimum value at time T3 , a maximum value at time T4 , a minimum value at time T5 , and a maximum value at time T6 .

上述のように頭部のピッチ角が増減すると、これに対する前庭動眼反射により眼球ピッチ角も増減する。即ち、時刻T1において頭部ピッチ角が増大に転じると、時刻T1からΔT1後に眼球ピッチ角は極大値となり減少に転じる。以降、眼球ピッチ角は時刻T2からΔT2後に極小値、時刻T3からΔT3後に極大値、時刻T4からΔT4後に極小値、時刻T5から後に遅れて極大値、時刻T6からΔT6後に極小値となっている。 As described above, when the head pitch angle increases or decreases, the eye pitch angle also increases or decreases due to the vestibular ocular reflex. That is, when the head pitch angle starts to increase at time T1 , the eye pitch angle reaches a maximum value ΔT1 after time T1 and starts to decrease. Thereafter, the eye pitch angle reaches a minimum value from time T2 to ΔT2 , a maximum value from time T3 to ΔT3 , a minimum value from time T4 to ΔT4 , a delayed maximum value from time T5 , and a minimum value from time T6 to ΔT6 .

このケース1においては、時刻TSにおいて車両1の減速度が一定となった後、頭部ピッチ角が極小→眼球ピッチ角が極大→頭部ピッチ角が極大→眼球ピッチ角が極小→頭部ピッチ角が極小(以下、同じ順序を繰り返す)の順で頭部ピッチ角と眼球ピッチ角のそれぞれの極大値及び極小値が出現しているので、運転者の状態を表す点数が2点加算される(図4のステップS12)。
また、頭部ピッチ角の極小値から眼球ピッチ角の極大値までの時間(ΔT1、ΔT3、ΔT5)及び頭部ピッチ角の極大値から眼球ピッチ角の極小値までの時間(ΔT2、ΔT4、ΔT6)がそれぞれ所定時間内(具体的には、0秒以上0.05秒未満の範囲内)なので、運転者の状態を表す点数は1点加算される(図4のステップS14)。
さらに、車両1の減速度が一定となった時刻TSから頭部ピッチ角が最初の極小値となる時刻T1までの時間が0.2秒以上なので、点数は1点加算される(図4のステップS16)。
以上の結果、加算した点数の合計は4点であり3点を超えているので、運転者の状態は正常であると正しく推定される(図4のステップS17)。
In this case 1, after the deceleration of the vehicle 1 becomes constant at time Ts , the maximum and minimum values of the head pitch angle and eye pitch angle appear in the following order: minimum head pitch angle → maximum eye pitch angle → minimum head pitch angle → minimum head pitch angle (the same order is repeated hereafter), so 2 points are added to the score representing the driver's state (step S12 in FIG. 4).
Furthermore, since the time from the minimum value of the head pitch angle to the maximum value of the eye pitch angle ( ΔT1 , ΔT3 , ΔT5 ) and the time from the maximum value of the head pitch angle to the minimum value of the eye pitch angle ( ΔT2 , ΔT4 , ΔT6 ) are each within a predetermined time (specifically, within a range of 0 seconds or more and less than 0.05 seconds), one point is added to the score representing the driver's condition (step S14 in Figure 4).
Furthermore, since the time from time T S when the deceleration of the vehicle 1 becomes constant to time T 1 when the head pitch angle reaches its first minimum value is 0.2 seconds or more, one point is added to the score (step S16 in FIG. 4).
As a result of the above, the total added points is 4 points, which is more than 3 points, so that the driver's condition is correctly estimated to be normal (step S17 in FIG. 4).

一方、図5(b)に示すケース2は、運転者状態が異常であるときの頭部及び眼球のピッチ角変化を例示している。運転者状態が異常であるということは、頭部の安定を保とうとする平衡機能や頭部と眼球の協調運動が正常に行われないということである。 On the other hand, Case 2 shown in Figure 5(b) illustrates the change in pitch angle of the head and eyes when the driver's condition is abnormal. An abnormal driver condition means that the balance function that tries to keep the head stable and the coordinated movement of the head and eyes are not functioning normally.

具体的には、頭部を安定させる平衡機能が正常に機能しないので、正常時と比較して車両1の減速による慣性力の影響を受けやすくなる。その結果、ケース2では、時刻TS’において車両1の減速度が所定値(例えば1m/s2)で一定に維持され始めた後、0.2秒経過する前の時刻T1’において頭部ピッチ角は極小値に達してしまう。したがって、図4のステップS16はスキップされ、点数は加算されない。 Specifically, the balance function that stabilizes the head does not function normally, so the head is more susceptible to the influence of the inertial force caused by the deceleration of the vehicle 1 than under normal circumstances. As a result, in Case 2, the head pitch angle reaches a minimum value at time T1 ' , 0.2 seconds before the deceleration of the vehicle 1 starts to be maintained constant at a predetermined value (e.g., 1 m/ s2 ) at time Ts ' . Therefore, step S16 in Figure 4 is skipped and no points are added.

また、前庭動眼反射が正常に機能しなくなるため、頭部ピッチ角の変化と眼球ピッチ角の変化との協調運動が乱れてしまう。ケース2では、時刻T2’及びT4’において頭部ピッチ角の極大値と眼球ピッチ角の極小値とがほぼ同時に(つまりX秒未満の時間差で)出現している。また、時刻T3’における頭部ピッチ角の極小値とその後の眼球ピッチ角の極大値との時間差はY秒よりも大きい。したがって、図4のステップS14はスキップされ、点数は加算されない。 Furthermore, the vestibulo-ocular reflex does not function normally, disrupting the coordinated movement between the change in head pitch angle and the change in eye pitch angle. In Case 2, the maximum value of the head pitch angle and the minimum value of the eye pitch angle appear almost simultaneously (i.e., with a time difference of less than X seconds) at times T2 ' and T4 '. Also, the time difference between the minimum value of the head pitch angle at time T3 ' and the subsequent maximum value of the eye pitch angle is greater than Y seconds. Therefore, step S14 in FIG. 4 is skipped and no points are added.

ただし、このケース2においても、時刻TS’において車両1の減速度が一定となった後、頭部ピッチ角が極小→眼球ピッチ角が極大→頭部ピッチ角が極大→眼球ピッチ角が極小→頭部ピッチ角が極小(以下、同じ順序を繰り返す)の順で頭部ピッチ角と眼球ピッチ角のそれぞれの極大値及び極小値が出現しているので、図4のステップS12において点数が2点加算される。
以上の結果、加算した点数の合計は2点であり3点未満であるので、運転者の状態は異常であると正しく推定される(図4のステップS17)。
However, also in this case 2, after the deceleration of the vehicle 1 becomes constant at time Ts' , the maximum and minimum values of the head pitch angle and eye pitch angle appear in the following order: minimum head pitch angle → maximum eye pitch angle → minimum head pitch angle → minimum head pitch angle (the same order is repeated hereafter), so two points are added to the score in step S12 of FIG. 4.
As a result of the above, the total added points is 2 points, which is less than 3 points, so that the driver's condition is correctly estimated to be abnormal (step S17 in FIG. 4).

<変形例>
次に、本発明の変形例を説明する。
上述した実施形態では、(1)頭部ピッチ角の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の極大値及び極小値との出現順序、(2)頭部ピッチ角が極小値となってから眼球ピッチ角が極大値となるまでの時間及び頭部ピッチ角が極大値となってから眼球ピッチ角が極小値となるまでの時間、及び(3)車両1の減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間に基づき運転者状態を推定すると説明したが、これら3つのパラメーターの何れか1つ、あるいは任意の2つの組み合わせに基づき運転者状態を推定するようにしてもよい。
<Modification>
Next, a modified example of the present invention will be described.
In the above-described embodiment, the driver's state is estimated based on (1) the order in which the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle appear, (2) the time from when the head pitch angle reaches its minimum value until the eye pitch angle reaches its maximum value and the time from when the head pitch angle reaches its maximum value until the eye pitch angle reaches its minimum value, and (3) the time from when the deceleration of the vehicle 1 reaches a constant value until the head pitch angle reaches its minimum value. However, the driver's state may be estimated based on any one of these three parameters or a combination of any two of them.

また、上述の実施形態では、図3のステップS4においてECU18はブレーキシステム10を制御することにより、運転者によるブレーキペダルの操作とは無関係に車両1を減速させると説明したが、エアコン用コンプレッサー6やオルタネーター8を含む補機を制御することにより車両1を減速させてもよい。具体的には、図3のステップS4において、ECU18は、エアコン用コンプレッサー6やオルタネーター8が動力源4により駆動されるように、制御指令を出力する。これにより、動力源4から出力される駆動力の一部がエアコン用コンプレッサー6やオルタネーター8を駆動させるために使用されるので、駆動輪2を駆動するための駆動力が減少し、運転者の意思から独立して車両1に減速度が発生する。このとき、ECU18はエアコン用コンプレッサー6やオルタネーター8の駆動負荷を制御することにより、運転者状態推定を行うための所定の減速度(例えば1m/s2)を発生させることができる。 In the above embodiment, the ECU 18 controls the brake system 10 in step S4 in Fig. 3 to decelerate the vehicle 1 regardless of the driver's operation of the brake pedal. However, the vehicle 1 may be decelerated by controlling auxiliary devices including the air conditioner compressor 6 and the alternator 8. Specifically, in step S4 in Fig. 3, the ECU 18 outputs a control command to drive the air conditioner compressor 6 and the alternator 8 by the power source 4. As a result, a part of the driving force output from the power source 4 is used to drive the air conditioner compressor 6 and the alternator 8, so that the driving force for driving the drive wheels 2 is reduced, and the vehicle 1 decelerates independently of the driver's intention. At this time, the ECU 18 controls the driving load of the air conditioner compressor 6 and the alternator 8 to generate a predetermined deceleration (e.g., 1 m/ s2 ) for estimating the driver's state.

また、上述の実施形態では、車両1の減速度が一定となった後の頭部ピッチ角の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が所定の順序であった場合、運転者の状態を表す点数を2点加算し(図4のステップS12)、頭部ピッチ角の極小値から眼球ピッチ角の極大値までの時間及び頭部ピッチ角の極大値から眼球ピッチ角の極小値までの時間が所定範囲内であった場合、点数を1点加算し(図4のステップS14)、車両1の減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間が所定値以上であった場合、点数を1点加算する(図4のステップS16)と説明したが、それぞれの場合において加算する点数を変えてもよい。 In the above embodiment, if the order of appearance of the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle after the deceleration of the vehicle 1 becomes constant is a predetermined order, two points are added to the score representing the state of the driver (step S12 in FIG. 4), if the time from the minimum value of the head pitch angle to the maximum value of the eye pitch angle and the time from the maximum value of the head pitch angle to the minimum value of the eye pitch angle are within a predetermined range, one point is added to the score (step S14 in FIG. 4), and if the time from when the deceleration of the vehicle 1 becomes constant to when the head pitch angle becomes the minimum value is equal to or greater than a predetermined value, one point is added to the score (step S16 in FIG. 4). However, the number of points added in each case may be different.

また、上述の実施形態は運転者状態推定システムを4輪自動車に適用した例を示したが、4輪自動車以外の車両や、車両以外の移動体(例えば鉄道、飛行機、船舶)にも本実施形態による運転者状態推定システムを適用することができる。 In addition, while the above-described embodiment shows an example in which the driver state estimation system is applied to a four-wheeled automobile, the driver state estimation system according to this embodiment can also be applied to vehicles other than four-wheeled automobiles and moving bodies other than vehicles (e.g., trains, airplanes, ships).

<作用効果>
次に、上述した実施形態及び変形例による運転者状態推定システムの作用効果について説明する。
<Action and effect>
Next, the effects of the driver's state estimating system according to the above-described embodiment and modified example will be described.

まず、ECU18は、運転者の意思から独立してブレーキ装置12や補機により車両1に減速度を生じさせている間において、頭部ピッチ角が極小値から極大値まで増大する間に眼球ピッチ角が極大値となり、頭部ピッチ角が極大値から極小値まで減少する間に眼球ピッチ角が極小値となっている場合に、運転者の状態は正常であると推定し、そうでない場合には運転者の状態は異常であると推定する。
したがって、運転者の能動的な行動や前庭動眼反射の自然発生を待つことなく、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる。さらに、頭部や眼球の運動の単なる発生順序ではなく、頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角が極大値及び極小値となる順序に基づいて運転者状態を推定するので、前庭動眼反射の異常による頭部ピッチ角の変化と眼球ピッチ角の変化との協調運動の乱れを推定に反映することができ、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。
First, while the vehicle 1 is being decelerated by the brake device 12 or accessories independent of the driver's will, if the eye pitch angle reaches a maximum value while the head pitch angle increases from a minimum value to a maximum value, and if the eye pitch angle reaches a minimum value while the head pitch angle decreases from the maximum value to the minimum value, the ECU 18 presumes that the driver's condition is normal, and if this is not the case, the ECU 18 presumes that the driver's condition is abnormal.
Therefore, the driver's state can be estimated at a desired timing without waiting for the driver's active behavior or the natural occurrence of the vestibulo-ocular reflex. Furthermore, since the driver's state is estimated based on the order in which the head pitch angle and eye pitch angle reach their maximum and minimum values, rather than on the simple order in which the head and eye movements occur, the estimation can reflect disturbances in the coordinated movement between the head pitch angle change and the eye pitch angle change due to an abnormality in the vestibulo-ocular reflex, thereby improving the reliability of the estimation of the driver's state.

また、ECU18は、運転者の意思から独立してブレーキ装置12や補機により車両1に一定の減速度を生じさせるので、減速度の変動に応じて頭部ピッチ角が不必要に変化し、頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角が極大値及び極小値となる順序に影響を与えることを防止できる。これにより、運転者状態の推定の信頼性を確保することができる。 In addition, the ECU 18 causes a constant deceleration of the vehicle 1 using the brake device 12 and auxiliary equipment, independent of the driver's intentions, and therefore prevents the head pitch angle from changing unnecessarily in response to fluctuations in deceleration, which would affect the order in which the head pitch angle and eye pitch angle reach their maximum and minimum values. This ensures the reliability of the estimation of the driver's state.

また、ECU18は、車両1に減速度を生じさせている間において、頭部ピッチ角の複数の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の複数の極大値及び極小値との出現時期に基づき、運転者の状態を推定するので、前庭動眼反射の異常による頭部ピッチ角の変化と眼球ピッチ角の変化との協調運動の乱れをより正確に推定に反映することができ、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。 In addition, while the vehicle 1 is being decelerated, the ECU 18 estimates the driver's state based on the timing of appearance of multiple maximum and minimum values of the head pitch angle and multiple maximum and minimum values of the eye pitch angle, so that the estimation can more accurately reflect disruptions in the coordinated movement between changes in the head pitch angle and changes in the eye pitch angle due to abnormalities in the vestibulo-ocular reflex, thereby improving the reliability of the estimation of the driver's state.

また、ECU18は、ブレーキ装置12や補機により車両1に減速度を生じさせている間において、(1)頭部ピッチ角の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が所定の順序である場合、(2)頭部ピッチ角が極小値となってから眼球のピッチ角が極大値となるまでの時間及び頭部ピッチ角が極大値となってから眼球ピッチ角が極小値となるまでの時間が所定範囲内である場合、又は(3)車両1の減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間が所定値以上である場合に、それぞれ点数を加算し、点数の合計が閾値以上である場合に運転者の状態は正常であると推定する。
したがって、運転者の能動的な行動や前庭動眼反射の自然発生を待つことなく、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる。さらに、頭部や眼球の運動の単なる発生順序ではなく、頭部の安定を保とうとする平衡機能や頭部と眼球の協調運動に関連する複数のパラメーターを用いて運転者状態を推定するので、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。
In addition, while the brake device 12 and auxiliary equipment are causing the vehicle 1 to decelerate, the ECU 18 adds a score in each of the following cases: (1) when the order in which the head pitch angle's maximum and minimum values and the eye pitch angle's maximum and minimum values appear is a predetermined order; (2) when the time from when the head pitch angle reaches its minimum value to when the eye pitch angle reaches its maximum value and the time from when the head pitch angle reaches its maximum value to when the eye pitch angle reaches its minimum value are within a predetermined range; or (3) when the time from when the deceleration of the vehicle 1 reaches a constant value to when the head pitch angle reaches its minimum value is equal to or greater than a predetermined value; and if the total score is equal to or greater than a threshold value, the ECU 18 presumes that the driver's condition is normal.
Therefore, the driver's state can be estimated at a desired timing without waiting for the driver's active behavior or the natural occurrence of the vestibulo-ocular reflex. Furthermore, the driver's state is estimated using multiple parameters related to the balance function that tries to keep the head stable and the coordinated movement of the head and eyes, rather than simply the occurrence sequence of the head and eye movements, so that the reliability of the estimation of the driver's state can be improved.

また、(1)頭部ピッチ角の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が所定の順序である場合に加算される点数は、(2)頭部ピッチ角が極小値となってから眼球ピッチ角が極大値となるまでの時間及び頭部ピッチ角が極大値となってから眼球ピッチ角が極小値となるまでの時間が所定範囲内である場合、及び(3)車両1の減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となるまでの時間が所定値以上である場合に加算される点数よりも大きい。
即ち、運転者状態の正常時と異常時との間で差が出やすいパラメーターの重み付けを大きくしているので、運転者状態の推定の信頼性をより向上させることができる。
In addition, (1) the points added when the order of appearance of the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle is a predetermined order is greater than the points added when (2) the time from when the head pitch angle reaches its minimum value to when the eye pitch angle reaches its maximum value and the time from when the head pitch angle reaches its maximum value to when the eye pitch angle reaches its minimum value are within a predetermined range, and (3) the time from when the deceleration of vehicle 1 reaches a constant value to when the head pitch angle reaches its minimum value is equal to or greater than a predetermined value.
That is, the weighting of the parameters that are likely to cause a difference between normal and abnormal driver states is increased, so that the reliability of the estimation of the driver state can be further improved.

また、ECU18は、ディスプレイ22やスピーカー24から情報を出力させることにより運転者の視線を当該運転者前方の対象物に誘導した後、運転者の意思から独立してブレーキ装置12や補機により車両1に減速度を生じさせている間において、頭部ピッチ角の極大値及び極小値と眼球ピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が所定の順序である場合に、運転者の状態は正常であると推定し、そうでない場合には運転者の状態は異常であると推定する。
したがって、運転者の能動的な行動や前庭動眼反射の自然発生を待つことなく、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる。さらに、頭部や眼球の運動の単なる発生順序ではなく、頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角が極大値及び極小値となる順序に基づいて運転者状態を推定するので、前庭動眼反射の異常による頭部ピッチ角の変化と眼球ピッチ角の変化との協調運動の乱れを推定に反映することができ、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。また、運転者の視線を当該運転者前方の対象物に誘導するので、視線が不必要に変化し、頭部ピッチ角及び眼球ピッチ角が極大値及び極小値となる順序に影響を与えることを防止できる。これにより、運転者状態の推定の信頼性を確保することができる。
In addition, after the ECU 18 guides the driver's gaze to an object in front of the driver by outputting information from the display 22 and speaker 24, while decelerating the vehicle 1 using the brake device 12 and auxiliary equipment independently of the driver's will, if the order in which the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle appear is a predetermined order, the ECU 18 presumes that the driver's condition is normal, and if this is not the case, the ECU 18 presumes that the driver's condition is abnormal.
Therefore, the driver's state can be estimated at a desired timing without waiting for the driver's active behavior or the natural occurrence of the vestibulo-ocular reflex. Furthermore, since the driver's state is estimated based on the order in which the head pitch angle and eye pitch angle reach their maximum and minimum values, rather than on the simple order in which the head and eye movements occur, the estimation can reflect disturbances in the coordinated movement between the change in head pitch angle and the change in eye pitch angle due to an abnormality in the vestibulo-ocular reflex, improving the reliability of the estimation of the driver's state. Furthermore, since the driver's line of sight is guided to an object in front of the driver, it is possible to prevent unnecessary changes in the line of sight from affecting the order in which the head pitch angle and eye pitch angle reach their maximum and minimum values. This ensures the reliability of the estimation of the driver's state.

また、運転者の視線を運転者前方のディスプレイ22に誘導するので、運転者の視線を誘導する位置やタイミングを正確にコントロールすることができ、運転者状態の推定の信頼性をより向上することができる。 In addition, because the driver's gaze is guided to the display 22 in front of the driver, the position and timing for guiding the driver's gaze can be precisely controlled, further improving the reliability of the estimation of the driver's state.

また、運転者の視線を前方の他車両に誘導するので、運転操作を妨げることなく運転者の視線を誘導することができる。 In addition, the driver's gaze is guided to other vehicles ahead, so the driver's gaze can be guided without interfering with driving operations.

また、ECU18は、運転者の意思から独立してブレーキ装置12や補機により車両1に一定の減速度を生じさせ、減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となる時までの時間が閾値以上である場合に、運転者の状態は正常であると推定し、そうでない場合には運転者の状態は異常であると推定する。
したがって、運転者の能動的な行動や前庭動眼反射の自然発生を待つことなく、所望のタイミングで運転者の状態を推定することができる。さらに、頭部や眼球の運動の単なる発生順序ではなく、減速度が一定値となった時から頭部ピッチ角が極小値となる時までの時間に基づいて運転者状態を推定するので、車両1の減速による慣性力に対して頭部を安定させようとする平衡機能の乱れを推定に反映することができ、運転者状態の推定の信頼性を向上させることができる。
In addition, the ECU 18 generates a constant deceleration of the vehicle 1 using the brake device 12 and auxiliary equipment independently of the driver's intentions, and if the time from when the deceleration reaches a constant value to when the head pitch angle reaches a minimum value is equal to or greater than a threshold value, it presumes that the driver's condition is normal, and if this is not the case, it presumes that the driver's condition is abnormal.
Therefore, the driver's state can be estimated at a desired timing without waiting for the driver's active behavior or the natural occurrence of the vestibulo-ocular reflex. Furthermore, since the driver's state is estimated based on the time from when the deceleration reaches a constant value to when the head pitch angle reaches a minimum value, rather than simply on the sequence of occurrence of the head and eye movements, the estimation can reflect disturbances in the equilibrium function that tries to stabilize the head against the inertial force caused by the deceleration of the vehicle 1, thereby improving the reliability of the estimation of the driver's state.

特に、運転者状態推定の基準となる閾値を0.2秒とすることにより、運転者状態が正常か異常かを適切に推定できる。 In particular, by setting the threshold value for estimating the driver's state to 0.2 seconds, it is possible to appropriately estimate whether the driver's state is normal or abnormal.

また、ブレーキ装置12により車両1に減速度を生じさせるので、運転者状態の推定に必要な減速度を確実に発生させることができる。 In addition, the brake device 12 decelerates the vehicle 1, so the deceleration required to estimate the driver's state can be reliably generated.

また、補機により車両1に減速度を発生させるので、動力源4から出力される動力を有効利用しつつ運転者状態の推定に必要な減速度を発生させることができる。 In addition, the auxiliary equipment generates deceleration in the vehicle 1, so it is possible to generate the deceleration required to estimate the driver's state while effectively utilizing the power output from the power source 4.

1 車両
2 駆動輪(前輪)
4 動力源(エンジン)
6 エアコン用コンプレッサー
8 オルタネーター
10 ブレーキシステム
12 ブレーキ装置
14 液圧ポンプ
16 ブレーキコントローラー
18 ECU
20 カメラ
22 ディスプレイ
24 スピーカー
26 加速度センサー
28 プロセッサー
30 メモリー
1 Vehicle 2 Drive wheels (front wheels)
4. Power source (engine)
6 Air conditioner compressor 8 Alternator 10 Brake system 12 Brake device 14 Hydraulic pump 16 Brake controller 18 ECU
20 Camera 22 Display 24 Speaker 26 Acceleration sensor 28 Processor 30 Memory

Claims (4)

移動体を運転する運転者の状態を推定する運転者状態推定システムであって、
上記運転者の顔を撮影するカメラと、
上記移動体に減速度を生じさせる減速装置と、
プログラムを格納するメモリーと、
上記プログラムを実行するプロセッサーと、を有し、
上記プロセッサーは、
上記カメラにより撮影された顔の画像に基づき上記運転者の頭部のピッチ角及び眼球のピッチ角を検出し、
上記運転者の意思から独立して上記減速装置により上記移動体に一定の減速度を生じさせ、上記運転者の状態を推定するために必要なデータ取得時間の間、上記一定の減速度を維持し、
上記減速装置が上記移動体減速度を上記一定の減速度に維持している間において、上記頭部のピッチ角が極小値から極大値まで増大する間に上記眼球のピッチ角が極大値となり、上記頭部のピッチ角が極大値から極小値まで減少する間に上記眼球のピッチ角が極小値となっている場合に、上記運転者の状態は正常であると推定し、
上記減速装置が上記移動体に減速度を生じさせている間において、上記頭部のピッチ角の極大値及び極小値と上記眼球のピッチ角の極大値及び極小値との出現時期が、上記運転者の状態を正常と推定するための上記条件に該当しない場合に、上記運転者の状態は異常であると推定する、
運転者状態推定システム。
A driver state estimation system that estimates a state of a driver who drives a moving object,
A camera for photographing the face of the driver;
a deceleration device that generates a deceleration on the moving body;
A memory for storing programs;
A processor for executing the program;
The above processor is
Detecting a pitch angle of the driver's head and a pitch angle of the driver's eyes based on an image of the driver's face captured by the camera;
causing a constant deceleration of the moving body by the deceleration device independent of the intention of the driver, and maintaining the constant deceleration for a data acquisition time required to estimate the state of the driver;
while the deceleration device is maintaining the deceleration of the moving body at the constant deceleration , if the pitch angle of the eyeballs reaches a maximum value while the pitch angle of the head increases from a minimum value to a maximum value, and if the pitch angle of the eyeballs reaches a minimum value while the pitch angle of the head decreases from the maximum value to the minimum value, the driver's condition is estimated to be normal,
while the deceleration device is decelerating the moving body, if the times at which the maximum and minimum values of the pitch angle of the head and the maximum and minimum values of the pitch angle of the eyeballs appear do not satisfy the conditions for estimating the state of the driver to be normal, the state of the driver is estimated to be abnormal.
Driver state estimation system.
上記プロセッサーは、上記減速装置が上記移動体減速度を上記一定の減速度に維持している間において、上記頭部のピッチ角が極小値から極大値まで増大する間に上記眼球のピッチ角が極大値となり、上記頭部のピッチ角が極大値から極小値まで減少する間に上記眼球のピッチ角が極小値となる上記頭部のピッチ角の極大値及び極小値と上記眼球のピッチ角の極大値及び極小値との出現順序が繰り返される場合に、上記運転者の状態は正常であると推定する、請求項に記載の運転者状態推定システム。 2. The driver state estimation system of claim 1, wherein the processor estimates that the driver's state is normal when a sequence of appearance of the maximum and minimum values of the head pitch angle and the maximum and minimum values of the eye pitch angle is repeated such that the eye pitch angle reaches a maximum value while the head pitch angle increases from a minimum value to a maximum value, and the eye pitch angle reaches a minimum value while the head pitch angle decreases from the maximum value to the minimum value, while the deceleration device is maintaining the deceleration of the moving body at the constant deceleration. 上記減速装置はブレーキ装置である、請求項1又は2に記載の運転者状態推定システム。 3. The driver's state estimating system according to claim 1 , wherein the reduction gear is a brake gear. 上記移動体は自動車であり、上記減速装置は上記自動車の動力源から出力される動力を利用する補機である、請求項1又は2に記載の運転者状態推定システム。 3. The driver's state estimation system according to claim 1, wherein the moving body is an automobile, and the reduction gear is an accessory that utilizes power output from a power source of the automobile.
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