(57)【要約】【課題】小型圧力計測装置を備え、運転者の把持傾向解析に基づき適切に分配配置される表面被覆内側の圧力センサを用いて、圧力値と前記圧力センサの設置状況から、運転者の把持力と把持位置を計測する手段を有することを特徴とする把持行動計測ステアリングホイール装置を提供する。【解決手段】把持行動計測ステアリングホイール装置は、表面被覆内側の圧力センサを有し、圧力分布と圧力センサの配置から、運転者の把持力およびステアリングホイール装置上の把持位置を計測することを特徴としている。前記圧力センサを備える小型圧力計測装置は、運転者の把持力と把持位置を同時に算出することができる。圧力センサ配置は、予め模擬走行時の把持行動を映像として設定区間ごとに記録し、運転者の手を抽出することにより決定される。さらに圧力センサにおいて、把持力のかかる向きに合わせて分布配置することで正確な把持力が測定できる。【選択図】図３
2010023593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイール装置であって、
該ステアリングホイール装置を操作する際に運転者の把持状態を表面被覆内側の圧力センサから得られる圧力分布と圧力センサの配置から、
運転者が発生する把持力と把持位置を同時に計測することを特徴とするステアリングホイール装置
【請求項２】
請求項１に記載のステアリングホイール装置において、
圧力分布と圧力センサの配置から把持力とともに把持位置を算出することを特徴とする計測方法ならびに小型圧力計測装置
【請求項３】
請求項１に記載のステアリングホイール装置において、
圧力センサのステアリングホイール上での配置を予め運転者の把持行動の計測により決定することを特徴とするステアリングホイール装置
【請求項４】
請求項１に記載のステアリングホイール装置において、
把持力が加わる向きを検出するように圧力センサを配置することを特徴とするステアリングホイール装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者の操舵時把持力を圧力分布により計測する手法を特徴とするステアリングホイール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者の安全運転を支援する上で、運転者の生理的な状態量は不可欠である。
【０００３】
従来技術では、操舵装置から脈拍などを検出する手法（特許文献１）が提案されているが、円形状の操舵装置では、どの位置を把持するか不定であるため、計測装置の適切な配置が困難である。
【０００４】
また、光学機器による非接触計測（特許文献２）や臀部や背面を介した脈拍計測の例（特許文献３）もあるが、生理情報との関連付けの根拠に乏しいだけでなく、生体表面からの直接計測ではないため信頼性も低い。
【０００５】
安全運転支援において、運転者の生理状態把握は重要であるが、運転中の生理情報の正確な取得は、計測装置の運転者への装着を伴ったり、人物の違いや心理状況や疲労などのさまざまな条件により計測結果に大きなばらつきが見られたりして、非常に困難であった。したがって、適切な計測装置の配置が求められていた。
【特許文献１】実開平６−４９２６１号公報
【特許文献２】特開２００７−２６４７８５号公報
【特許文献３】特開２００６−５５５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、運転者が直接把持し操作するステアリングホイール装置であって、小型圧力計測装置を備え、運転者の把持傾向解析に基づき適切に分配配置される、表面被覆内側の圧力センサを用いて、圧力値と前記圧力センサの設置状況から、運転者の把持力と把持位置を計測する手段を有することを特徴とする、把持行動計測ステアリングホイール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するために、ステアリングホイール装置の表面被覆内側の圧力センサにより、運転者の操作時の把持状態を圧力分布と圧力センサの配置から、把持力およびステアリングホイール装置円周上の把持位置を計測する手段を有することを特徴としている。
【０００８】
前記把持力と把持位置を計測する小型圧力計測装置は、小型圧力センサを備え、圧力センサから得られる圧力分布とステアリングホイール円周上の圧力センサの配置から、運転者の把持力と把持位置を同時に算出することができる。
【０００９】
前記圧力センサの配置において、予め運転者の模擬走行時の把持行動を映像として記録し、該記録映像から運転者の手を指定して画像解析を行うことにより圧力センサの配置が決定されることを特徴としている。
【００１０】
前記画像解析では、模擬走行時の走行条件ごとに設定する走行区間ごとに、ステアリングホイール装置の円周上での運転者の手の位置を抽出し、記録することを特徴としている。
【００１１】
配置が決定された圧力センサにおいて、前記の模擬走行時の頻度の高い把持位置と把持力のかかる向き、すなわち、ステアリングホイールを上正面から押す向き、ステアリングホイールの円外面を中心方向へ押す向き、ステアリングホイールの円内面を中心から外向きに押す向き、ステアリングホイール支持軸（スポーク）の両側面を押す向きに合わせて分布配置することで正確な把持力が測定できる。
【発明の効果】
【００１２】
ステアリングホイール装置は素手で操作する機会がほとんどのため、自然に生体表面との直接接触があり、正確な計測に有利である。本発明では、ステアリングホイール装置表面の広範な面積を利用することなく効率的に把持位置と圧力が検出可能となる。
【００１３】
また、運転操作負荷軽減のための機器配置設計、操舵装置形状の最適化に寄与しうる操舵行動または把持行動情報を定量的に、すなわちステアリングホイール円周上の位置と圧力と圧力の向きを検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る圧力センサの配置を決定する手段を図１に示す。
【００１５】
まずドライビングシミュレータを用いた模擬走行実験（Ｓ１１）により、複数運転者によるステアリングホイール装置把持行動を映像により計測する（Ｓ１２）。把持行動の映像による計測は、運転者に提示する運転コース環境により把持行動を区分し、分類する（Ｓ１３）ことからはじまる。
【００１６】
前記分類後の画像処理解析では、映像の２値化を行ってから、画像エッジを抽出し、抽出されたエッジの先鋭化を行う（Ｓ１４）ことにより、運転者の手指の位置、すなわち把持位置を抽出できる（Ｓ１５）。
【００１７】
前記分類映像内で、各区分行動において把持位置の頻度を求め、得られる頻度分布から占有率の高い把持傾向を求める。
【００１８】
次に、前記占有率の高い把持位置での把持形態と圧力の方向を判定する（Ｓ１７）。
【００１９】
以上から、把持対象箇所はステアリングホイール装置を１２等分する各点を基本として、小型圧力センサを配置する。
【００２０】
前記基本配置に加え、把持する可能性の高い箇所、およびスポークにおける把持行動と圧力の加わる方向を特定して、前記１２箇所と重複しない配置箇所が決定され（Ｓ１８）、配置箇所に従い設置を行う（Ｓ１９）。
【００２１】
次に、図２に圧力センサからの圧力分布と該圧力センサの配置から運転者の把持力と把持位置を算出する手段を示す。
【００２２】
圧力センサとステアリング装置から圧力測定値と操舵角の収集後（Ｓ２１）、すべての測定値から上位２点を求め、把持力の分布中心を特定する（Ｓ２２）。
【００２３】
特定された位置周辺で隣接する圧力センサからの計測値を求める（Ｓ２３）。さらに、特定された位置は操舵角により回転座標変換を用いて左右の位置判定を行う（Ｓ２４）。
【００２４】
前記左右位置判定の結果と前記周辺圧力から把持形態と姿勢を推定する（Ｓ２５）。把持力を求める。
【００２５】
前記把持形態と姿勢とステアリングホイール装置の表面被覆との接触を考慮した圧力分布を用いて、把持力の総量を推定する（Ｓ２６）ことにより、把持位置と姿勢と把持力の推定を行う（Ｓ２７）。
【実施例】
【００２６】
図３に小型圧力計測装置の概略を示す。提案する計測装置は、１ステアリングホイール、２小型圧力センサ、３計測装置、４コンピュータによって構成される。なお、測定装置３およびコンピュータ４間はＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）５にて接続され、計測値の授受を行う。
【００２７】
図３中、計測装置３は、圧力センサやステアリングホイール装置からの情報を入力するための入力手段を備え、圧力センサの計測値や演算データを格納する記憶手段を有し、演算手段により計測値やデータから把持力の計算や把持位置の推定を行う判定手段を備えていることを特徴としている。
【００２８】
図３中、コンピュータ４は、計測装置３からの圧力値を、ＵＳＢ５を通じて授受し、テキストデータとしてメモリ部に格納し保存する。
【００２９】
図４に小型圧力センサの配置と把持圧力との関係を表す、ステアリングホイール装置表面の断面図を示す。
【００３０】
小型圧力センサ２（ａ）、同２（ｂ）はステアリングホイール１の円形状を１２等分する位置を基本として配置する。
【００３１】
円形状の大きさおよび、運転者の標準的な手の平面積から小型圧力センサ２のいずれかに対して把持圧力６が加わることとなる。ただし、把持位置６に示すように複数の小型圧力センサの間を中心とする場合、把持圧力は周辺の小型圧力センサ間に分布し、精密な把持位置の把握が困難となる。
【００３２】
そこで、ステアリングホイール装置に小型圧力センサを配置した後に、被覆７に張力８を加えて被覆加工する。
【００３３】
これにより、隣接する小型圧力センサは被覆を介して連結された状態となる。例えば２つの小型圧力センサ間に生じる圧力は、センサ間距離を把持圧力６の加わる位置で分割した距離の逆比により分圧される。このような把持位置周辺への圧力分布状態を考慮する。また、ステアリングホイール装置の操舵角度を角度センサにより検出する。これらの情報から、運転者の左右把持位置と手指配置を推定するとともに、圧力分布状態に基づき力学計算することで、把持圧力の荷重中心位置および、把持圧力総量の推定が可能となる。
【００３４】
以下に小型圧力センサ配置の決定例を示す。
【００３５】
まず図５に示すようにドライビングシミュレータにおいて運転者の模擬走行を実施し、運転者頭部上部から把持行動をビデオカメラにより撮影する。
【００３６】
前記の映像を、まず模擬走行の運転コース環境（例えば、住宅地や市街地）により分類し、図６を得る。それぞれの運転区分において、速度定常時の把持行動について、映像の２値化とエッジ先鋭化の処理による画像解析によって手指の位置を特定し把持位置として確認する。
【００３７】
特に、前記各分類において把持時間の長い把持行動を高頻度把持行動としてもとめることにより、運転者固有の把持行動の特徴を抽出する。
【００３８】
この結果、ステアリングホイールの円周を１２等分する位置以外において、主要な把持行動が見受けられる場合、その位置と圧力の加わる方向を特定し、小型圧力センサの追加配置位置とする。
【００３９】
特に、把持行動の映像から、ステアリングホイール装置における把持位置だけではなく、把持時の手指配置から把持圧力方向を判定し、把持により把持圧力を受ける面を特定し小型圧力センサ配置面方向に反映する。
【００４０】
すなわち、図７に示すステアリングホイール装置スポーク部の場合、スポークを押さえるように把持する場合の把持力９、操舵により下から把持する場合の把持力１０、上から把持する場合の把持力１１が、その把持箇所の形状から想定される。
【００４１】
このような把持力の加重方向を検討し、小型圧力センサの配置面を決定する。最終的に計測装置の重複や干渉が生じないよう図８に示すような小型圧力センサ配置を決定する。
【００４２】
センサとしては、小型の圧力センサ（約４ｍｍ角）を用い、決定した箇所に配置する。ここで配置する圧力センサはステアリングホイール装置の表面被覆の内側に配置し、被覆の設置時張力を考慮した測定範囲を有するものとする。
【００４３】
以下に把持位置の検出例を示す。
【００４４】
まず、各小型圧力センサからは把持の状態に応じて、把持圧力が検出される。各小型圧力センサに加わる圧力は負の圧力として検出され、図３中計測装置３に集線される。計測装置では、最大３２点の圧力計測が可能であり、一括収集された圧力値は同装置にてシリアルデータに変換されＵＳＢを介して、０．００５［ｓｅｃ］おきに図３中コンピュータ４に収録される。コンピュータに収録された圧力値は、テキストデータとしてコンピュータ内メモリ部に保存される。
【００４５】
なお、検出値には、被覆の張力と把持動作に伴う張力の変化が上乗せされている。被覆の張力については、ステアリングホイール装置に対する把持がなされない状態での計測定常値と計測平均値を一定バイアス値として差引き、把持圧力の変動値のみ考慮することで対処できる。
【００４６】
小型圧力センサからの情報に前項の処理を施した後、基本配置１２点のうち上位２点を検出する。この２点について、設置位置を判定するが、設置位置が近傍２点以内であれば同一手指による把持とみなす。
【００４７】
前項の判定位置が３点以上離れた箇所の場合は、左右手指による把持と判断する。その上で、ステアリングホイール装置の操舵角から、前項判定位置の運転者に対する左右位置を判断するとともに、左右手指の把持位置を決定する。
【００４８】
前項にて決定した、左右それぞれの把持位置について、基本配置１２点以外の把持位置近傍小型圧力センサの検出値を得る。この際、前項決定結果から手指の把持姿勢を推定し、近傍小型圧力センサ情報の優位差を判定する。判定した優位差を重み付けとし、小型圧力センサの配置位置間隔を考慮して、把持圧力総量を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】運転者の把持行動から小型圧力センサの配置を決定する流れ図である。
【図２】小型圧力センサにて収集した情報に基づく把持圧力と位置の推定の流れ図である。
【図３】計測システムの全体構成である。
【図４】小型圧力センサの配置断面と把持圧力と検出圧力の関係を示す模式図である。
【図５】小型圧力センサ配置決定のための運転実験の概要を示す図である。
【図６】実験により得られる把持行動の分類の図である。
【図７】把持方向の検討の模式図である。
【図８】本発明に係る手段により決定された小型圧力センサの配置図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ステアリングホイール  
２  小型圧力センサ  
３  計測装置  
４  コンピュータ  
５  ＵＳＢ接続ケーブル
６  運転者の把持圧力中心位置  
７  ステアリングホイール表面被覆  
８  被覆張力
９  ステアリングホイールを上正面から押す把持力
１０  ステアリングホイールの円内面を中心から外向きに押す把持力
１１  ステアリングホイールの円外面を中心へ押す把持力
１２  小型圧力センサのステアリングホイール装置上基本配置の１２箇所
１３  本発明に係る手段で決定したスポーク部の把持姿勢を考慮した小型圧力センサ配置箇所
【図１】
2010023593.tif 000003
【図２】
2010023593.tif 000004
【図３】
2010023593.tif 000005
【図４】
2010023593.tif 000006
【図７】
2010023593.tif 000007
【図８】
2010023593.tif 000008
【図５】
2010023593.tif 000009
【図６】
2010023593.tif 000010