JP4640404B2 - 車両運転者状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両運転者の状態を検出する車両運転者状態検出装置に関し、特に、ステアリングコラムに検出部を備えた車両用運転者状態検出装置に関する。

運転者の顔画像を撮影して顔向きや居眠りなどを検出し運転支援を行う運転支援技術が知られている。運転者の顔画像を撮影する場合、カメラ１１０は運転者の顔を撮影しやすい位置に配置することが好ましく、ステアリングコラム１１２のアッパーカバー１１３の上側に配置するカメラ１１０の搭載構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図９（ａ）は従来のカメラ１１０の搭載構造の概略側面図を示し、図９（ｂ）は運転席から視認される従来のカメラ搭載構造を示す図である。図９のような位置にカメラ１１０を配置することで、運転支援のため撮影が要求される顔の特徴点（眼、鼻、口等）を撮影することができる。
特開２００７−６９６８１号公報

ところで、ステアリングシャフトは、車両が障害物に衝突した場合に、例えば２重構造のステアリングシャフトの内筒が外筒に摺動する摺動抵抗を利用して衝撃を吸収する構造となっている場合が多い。このため図９（ａ）の搭載構造では、衝突時、ステアリングコラム１１２のアッパーカバー１１３も車両前方へストロークして、ストロークの途中でカメラ１１０がメータパネル１１４と干渉し、所望のストローク量を確保できない場合があるという問題がある。

また、図９（ｂ）に示すように、特許文献１記載のカメラ搭載構造では、メータパネル１１４の一部をカメラ１１０が遮ってしまいメータの視認性が低下するという問題がある。また、アッパーカバー１１３の上側にカメラ１１０が配置されるとカメラ１１０が乗員の視界に入ってしまうため、意匠性が低下するという問題がある。また、アッパーカバー１１３の上側には直射日光が入射しやすいので高温、熱膨張、紫外線等の影響を受け、カメラ１１０の性能が劣化しやすいという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、衝撃吸収時にステアリングコラムのストロークを阻害しにくい車両用運転者状態検出装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、インストルメントパネル又はメータクラスタを有するパネル面と、車両のステアリングシャフトを支えるステアリングコラム部と、前記ステアリングコラム部が軸方向に衝撃を受けた場合に変位を吸収する変位吸収部と、前記ステアリングコラム部の側面に取り付けた運転者状態検知部と、を有する車両運転者状態検出装置において、前記運転者状態検知部は、車室とエンジンルームとを区画する区画壁から前記変位吸収部が吸収する変位の最大値よりもステアリングホイール側に離れた位置に取り付けられており、前記運転者状態検知部は前記ステアリングコラム部の床面と対向する一側面に設けられ、前記運転者状態検知部は運転者の顔を撮像する撮像装置である、ことを特徴とする。

本発明によれば、運転者状態検知部が区画壁に接触しないので変位吸収部が設計上の変位を吸収して、ステアリングコラムがストロークすることができる。
また、区画壁と運転者状態検知部が変位吸収部の変位の最大値よりも離れているので、衝撃吸収時に運転者状態検知部が区画壁と接触することを防止できる。
また、運転者状態検知部がステアリングコラムのストロークを阻害することがない。
また、撮像装置をステアリングコラムに配置して脇見や居眠りを検知することができる。

衝撃吸収時にステアリングコラムのストロークを阻害しにくい車両用運転者状態検出装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。

図１は、本実施例の運転者状態検出装置１００の概略側面図を示す。図１の運転者状態検出装置１００では、ステアリングコラム１１のロワーカバー１３の下側にカメラアッシー１４が配置されている。ステアリングコラム１１の床面側は運転者が脚部でアクセルペダル等を操作するための空間が設けてあり、衝突時にステアリングシャフト２０がストロークしても、車室とエンジンルームとを区画する区画壁からカメラアッシー１４までは充分な間隔があるので区画壁と干渉するおそれがない。このため衝突時、カメラアッシー１４が大きな衝撃を受けることもない。また、ステアリングコラム１１のロワーカバー１３はステアリングコラム１１の影になるので意匠性の低下も最小限に抑制でき、保護パネル１５内のメータ基板２１からも離れているのでメータ基板２１の視認性を阻害しない。また、直射日光が照射されにくいのでカメラアッシー１４の性能劣化も抑制できる。

図２（ａ）は本実施例の運転者状態検出装置１００の概略断面図を、図２（ｂ）はメータクラスタ２２の斜視図の一例をそれぞれ示す。アッパーカバー１２の車両前方には、インストルメントパネル２３の下側に嵌合するメータアッシー３０が配設される。メータアッシー３０は、メータ基板２１とメータ基板２１を保護する例えばガラスや樹脂等の透明部材（又は、ハーフミラーのような半透明部材）で構成された保護パネル１５、及び、保護パネル１５を取り囲むメータクラスタ２２を有する。なお、インストルメントパネル２３に設けられた開口部２４には投光器（図示せず）が設けられ、メータ基板２１に虚像を投影できるようになっている。

図２（ｂ）に示すようにメータクラスタ２２は、メータ基板２１を視認すべく枠状に開口した形状を有し、インストルメントパネル２３と勘合する上辺部材２２ａ、アッパーカバー１２側の下辺部材２２ｂ、左右の柱部材２２ｄを有する。なお、図２（ｂ）ではステアリングホール１６側の上辺部材２２ａを省略した。また、下辺部材２２ｂは干渉を回避してアッパーカバー１２に載置されるようなっている。なお、メータクラスタ２２は枠状でなく一部が欠けていてもよく、楕円形や多角形等その形状は視認性、意匠性等に応じて設計できる。

ステアリングシャフト２０はアウターチューブ１８にインナーチューブ１７を圧入状態で嵌合して、ブラケットを介してアウターチューブ１８が車体に固定して取り付けられている。メインシャフト１９はインナーチューブ１７等と同軸に回動自在となるよう、インナーチューブ１７等とベアリングを介して接続されている。メインシャフト１９の車室側の端部はステアリングホイール１６が固定されている。したがって、ステアリングホイール１６を運転者が操作するとメインシャフト１９がインナーチューブ１７に対し相対的に回転し、ユニバーサルジョイントやインターミディエイトシャフトを介してステアリングギアボックスにステアリングホイール１６の操作量が伝達される。

なお、ステアリングシャフト２０はブラケットに支持されており、マニュアル操作又はアクチュエータにより支持位置を上下に移動することで所定点を中心に揺動可能となっている。そしてこの揺動に連動してステアリングホイール１６が所定角度の範囲でチルト可能となっている。また、ブラケットにはステアリングシャフト２０の軸方向に案内溝が設けられており、案内溝に係合するステアリングシャフト２０の係合部がブラケットに対し相対移動することで、ステアリングホイール１６は所定範囲でテレスコピック可能となっている。

図３は、運転席から視認されるカメラアッシー１４を示す図である。カメラ３３は、ステアリングホイール１６の円周部とスポークとに囲まれた扇状の開口部１６ａを通して、運転者の顔が存在する方向（車両後方かつ斜め上方）に光軸を向けて配置される。カメラ３３は所定の画角を備え、車両運転者の顔の全体をほぼ正面から撮影する。

開口部１６ａは、カメラ３３の画角を遮ることなく運転者の顔の全体を撮影できるよう、カメラアッシー１４をアッパーカバー１２に搭載する場合よりもステアリングホイール１６の中心Ｏ側に赤外線投光器３２の高さだけ拡大される。具体的には、開口部１６ａはカメラ３３の光軸と運転者の顔中心を結ぶ直線に対し車両上下方向に所定角（例えば１０〜３０度）の画角を遮らないだけ開口されている。ステアリングホイール１６をチルトした場合、運転者の顔位置とカメラアッシー１４の相対的な位置関係が変化するが、開口部１６ａはチルト角が最小であっても（水平方向をゼロ、天井方向を９０度とした場合）運転者の顔の全体を撮影できるよう開口されている。

図４（ａ）はカメラアッシー１４の正面図を、図４（ｂ）はカメラアッシー１４の側面図をそれぞれ示す。カメラアッシー１４は、ケース３１内にカメラ３３及び赤外線投光器３２を収納している。カメラ３３は、カメラアッシー１４の中央に１台搭載されており、ステアリングホイール１６の中心Ｏを通る鉛直軸線上に位置している。

カメラ３３はＣＣＤ（Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成され、赤外線投光器３２が照射する赤外光（ピーク波長約８７０ｎｍ付近）に感度を有しており、入射した光を電気に変換したあと所定階調のデジタルデータ（顔画像）を生成する。なお、カメラアッシー１４をステアリングコラム１１のロワーカバー１３に配置する場合、図４（ａ）の状態とカメラアッシー１４の天地は逆になる。

また、赤外線投光器３２は、カメラアッシー１４においてカメラ３３の左右両側に同数ずつ（図では３個ずつ）配置されている。各赤線外投光器３２は、運転者の顔部へ向けて近赤外光を投光するＬＥＤランプであり、夜間における運転者の顔の撮影を可能としている。なお、赤外線投光器３２をカメラ３３の左右両側に同数ずつ設けるのは、運転者がほぼ正面を向いている際（非脇見時）に近赤外光による運転者の顔への照度を左右均等にすることができ、これにより、夜間撮影時に顔画像から運転者の顔幅や顔中心線などの特徴部位を適正に検出し易くなり、運転者の顔向き角度の検出を正確に実行することが可能となるからである。

カメラ３３及び赤外線投光器３２はコンピュータ（以下、画像処理部という）により制御され、例えば、赤外線投光器３２を毎秒６０回発光させて、運転者の顔に向けて近赤外光を照射し、カメラ３３は近赤外光で照射された運転者の顔画像を毎秒３０フレーム（＝６０フィールド）で取得し画像処理部に送出される。

画像処理部は、カメラ３３から供給される顔画像からエッジ情報を抽出し、エッジ強度と閾値と比較することで顔画像を２値化したエッジ画像を生成する。そして、このエッジ画像のエッジ点を垂直下方向に投影するヒストグラムを作成し、ヒストグラムがピークを示す顔の両端を検出する。

また、画像処理部はエッジ点の数が左右に均等となるように顔の中心線を検出し、中心線から両端部までの左右の顔の比率から顔向き角度を算出する。顔向き角度は、運転者が直線走行時にその走行レーンに沿って車両進行方向に真正面に視線を向けたときを０°とし、例えば右向きが正である。

また、画像処理部は顔画像から比較的検出しやすい鼻孔位置を検出し、鼻孔位置と眼の位置の相対関係の統計情報を用いて鼻孔位置から眼球追跡領域を設定し、顔画像毎に眼の開閉をカウントし、閉眼が所定時間以上継続した場合には、運転者が居眠りしていることや眠気が強いことを検出する。

車両の運転支援装置は、検出した顔向き角度や眠気に応じて例えば警報を行い、又は、自車両の前方に存在する障害物との衝突前に警報を開始するうえで、警報開始タイミングを変更する（早出しする）処理を行う。

本実施例の運転者状態検出装置１００の作用について説明する。図２に示したように、車両が障害物と衝突した場合、インナーチューブ１７はアウターチューブ１８の内部を摺動すると共に、インターミディエイトシャフトのスライド機構がスライドして衝撃を吸収することで、ステアリングコラム１１及びステアリングホイール１６が車両前方へストロークする。ストロークすることで、ステアリングホイール１６と運転者との距離が増大し、また、エアバッグが展開する空間を十二分に確保できる。

図５はステアリングコラム１１のストローク前後の概略側面図を示す。ストローク量は例えば最大で７０〜１００〔ｍｍ〕程度であるが、比較のため示した、アッパーカバー１２にカメラアッシー１４を配置した場合、ストロークによりカメラアッシー１４が保護パネル１５又はメータクラスタ２２の特に下辺部材２２ｂと干渉してしまい、ストロークがそこで停止してしまう。アッパーカバー１２にカメラアッシー１４を配置した状態でストローク量を確保しようとすると、カメラアッシー１４の奥行き長ｄを低減したり、保護パネル１５及びメータ基板２１を車両前方にレイアウトする必要があるなど各種部品の設計変更をもたらしコスト増となる。

これに対し、本実施例の運転者状態検出装置１００のように、ロワーカバー１３の下部にカメラアッシー１４を配設することで、カメラアッシー１４の車両前方の端部とエンジンルームとを区画する区画壁との間隔を少なくともストローク量以上確保できるので、衝撃吸収のために生じるストロークを阻害することを防止できる。

また、カメラアッシー１４は乗員から見にくい位置にあるため意匠生が向上し、運転者がメータ基板２１を視認する場合にもカメラアッシー１４は視界に入りにくいのでメータ基板２１の視認性を向上させることができる。また、日光が直接当たりにくい位置に配置できるので、カメラの性能劣化を抑制できる。

また、運転者の顔画像を撮影して顔向きや開閉を検出する場合、上記のように顔の中心線を検出するが、カメラアッシー１４をロワーカバー１３に配置することでカメラ３３の仰角が大きくなり運転者の鼻尖（鼻の尖端部）が顔の他の領域よりも突出して撮影されることになるので、鼻尖から顔の中心線を検出することが可能となり中心線の検出を容易にできる。したがって、顔向きの検出処理を高速にできる。また、カメラ３３の仰角が大きくなることで鼻孔の検出が容易になるため、眼球追跡領域を容易に設定でき眼の開閉の検出処理を高速化できる。

〔変形例〕
運転者状態検出装置１００の変形例について説明する。図４ではカメラ３３と赤外線投光器３２を一体としたが、カメラ３３と赤外線投光器３２とは別体であってもよい。図６（ａ）は、カメラ３３と赤外線投光器３２とが別体の運転者状態検出装置１００を示す図である。開口部１６ａにカメラ３３が配置されているが、赤外線投光器３２は開口部１６ａの左右の開口部１６ｂ、１６ｃにそれぞれ配置されている。左右に赤外線投光器３２を配置することで、図４（ａ）のようにカメラ３３と一体に配置するよりも、運転者がほぼ正面を向いている際の顔への照度を左右均等にすることができ、カメラアッシー１４は赤外線投光器３２を搭載する必要がないので開口部１６ａを縮小してもよく、意匠上の制約を低減できる。

また、図３や図６（ａ）では４本スポークのステアリングホイール１６の開口部１６ａを利用してカメラアッシー１４を配置したが、３本スポークのステアリングホイール１６を備えたステアリングコラム１１にカメラアッシー１４を搭載してもよい。

図６（ｂ）は３本スポークのステアリングホイール１６の場合の運転者状態検出装置１００の一例を示す図である。図６（ｂ）では２つのカメラアッシー１４Ａ、１４Bを、ステアリングコラム１１を軸視してその側面の左右やや下方に配置する。右側のカメラ３３は右の開口部１６ｒから運転者の顔画像のやや右寄りを、左のカメラ３３は左の開口部１６ｌから運転者の顔画像のやや左寄りを撮影する。顔画像は顔向きを検出するため、運転者の正面から撮影することが好ましいが、左右対称にカメラ３３を配置し例えばそれぞれの顔画像を中央で切断し切断後の一方を合成することで、正面から撮影した場合と同様に顔向きや眼の開閉を検出できる。また、カメラアッシー１４Ａ又は１４Ｂのいずれか一方を搭載し、正面方向の顔画像に修正して顔向きや眼の開閉を検出してもよい。
［参考例］

実施例１の運転者状態検出装置１００では、衝撃吸収によりステアリングコラム１１がストロークしても保護パネル１５と干渉しない位置にカメラアッシー１４を配置したが、カメラアッシー１４をアッパーカバー１２に配置してもストロークを阻害しなければ、メータアッシー３０と干渉する位置にカメラアッシー１４を配置してもよいといえる。

図７（ａ）は、メータアッシー３０と干渉したカメラアッシー１４の概略断面図を示す。なお、図７（ａ）において図２と同一構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。図７（ａ）では、ステアリングコラム１１がストロークすることによりカメラアッシー１４が保護パネル１５と干渉しているが、さらにメータクラスタ２２の下辺部材２２ｂと干渉している。すなわち、衝撃吸収時、ステアリングコラム１１は下辺部材２２ｂの下側をストロークするため、カメラアッシー１４はメータクラスタ２２の下辺部材２２ｂと干渉することになる。メータクラスタ２２は高強度であり、また、下辺部材２２ｂはストローク方向に所定幅を有するのでストロークを阻害する作用が強い。

図７（ｂ）はメータクラスタ２２の下辺部材２２ｂと干渉したカメラアッシー１４の関係の一例を示す。下辺部材２２ｂと、カメラアッシー１４を取り付けたステアリングコラム１１の取り付け面１１ａの角度をθとすると、カメラアッシー１４は角度θが鋭角側となる取り付け面１１ａに配置されている。鋭角の下辺部材２２ｂに向かってカメラアッシー１４がストロークすると、ストロークするほどにカメラアッシー１４が下辺部材２２ｂとステアリングコラム１１の間で圧縮され、ステアリングコラム１１のストロークを完全に阻害してしまう。

これに対し、図７（ｃ）に示すように、カメラアッシー１４を取り付け面１１ａと下辺部材２２ｂとの角度θが鈍角となる側に取り付けた場合、カメラアッシー１４は下辺部材２２ｂに乗り上げる態様でメータクラスタ２２と干渉するため、ステアリングコラム１１のストロークを阻害する作用は低減する。したがって、図７（ｃ）のごとく、カメラアッシー１４を下辺部材２２ｂとの角度θが鈍角になる取り付け面１１ａに取り付けることで、ストローク時にカメラアッシー１４と保護パネル１５が干渉してもストローク量を確保しやすくすることができる。

また、カメラアッシー１４を、メータクラスタ２２からの所定以上の外力により取りはずれるように取り付けておけば、カメラアッシー１４とメータクラスタ２２が干渉した場合にカメラアッシー１４が取り外れるので設計上のストロークが可能となる。画像処理部との電気的な接続の他に、例えば、メータクラスタ２２から受ける反力により外れるフックで取り付け面１１ａに固定してもよいし、所定以上の張力で断線する接続線で固定しておいてもよい。

図８はメータアッシー３０と干渉したカメラアッシー１４の概略断面図の別の一例を示す。図８において図２と同一構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。図８では保護パネル１５の上側が車両後方（運転者側）へ傾斜してメータアッシー３０に保持され、また、下辺部材２２ｂがより鋭角に屈曲している。この結果、カメラアッシー１４の車両前方側の端部と保護パネル１５との相対距離が十分に確保できる。図８では、メータクラスタの下辺部材２２ｂ１とカメラアッシー１４の取り付け面１１ａとの角度θは鈍角である。これに対し、下辺部材２２ｂ２と取り付け面１１ａとの角度θは鋭角となるが、ステアリングコラム１１がストロークした際には、下辺部材２２ｂ１と２２ｂ２の境界に干渉するので、下辺部材２２ｂ１と干渉する場合と同様に、カメラアッシー１４の取り付け面１１ａとの角度θは鈍角となる。したがって、図８に示したメータアッシー３０の形態を用いても、メータクラスタ２２によるストロークを阻害する作用を小さくすることができる。なお、図８のメータアッシー３０を例えば図２のようにカメラアッシー１４をロワーカバー１３に配置する場合に用いてもよい。

本参考例の運転者状態検出装置１００によれば、カメラアッシー１４と保護パネル１５が干渉してもストローク量を確保しやすくすることができる。また、カメラアッシー１４が干渉により取り外された場合には、ストローク量を設計上のストローク量を確保することができる。なお、本参考例の運転者状態検出装置１００と実施例１の運転者状態検出装置１００を組み合わせてもよい。

カメラアッシーの搭載構造の概略側面図である。 カメラアッシーの搭載構造の概略断面図である。 運転席から視認されるカメラアッシーを示す図である。 カメラアッシーの正面図及び側面図をそれぞれ示す図である。 ステアリングコラムのストローク前後の概略側面図である。 運転席から視認されるカメラアッシーの一例を示す図である。 カメラアッシーの搭載構造の概略側面図である（参考例）。 メータアッシーと干渉したカメラアッシーの概略断面図の別の一例である。 従来のカメラの搭載構造の一例を示す図である。

符号の説明

１１ ステアリングコラム
１２ アッパーカバー
１３ ロワーカバー
１４、１４Ａ、１Ｂ カメラアッシー
１５ 保護パネル
１６ ステアリングホイール
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｒ、１６ｌ 開口部
１７ インナーチューブ
１８ アウターチューブ
２０ ステアリングシャフト
２１ メータ基板
２２ メータクラスタ
３０ メータアッシー
１００ 運転者状態検出装置

Claims (2)

1. インストルメントパネル又はメータクラスタを有するパネル面と、車両のステアリングシャフトを支えるステアリングコラム部と、前記ステアリングコラム部が軸方向に衝撃を受けた場合に変位を吸収する変位吸収部と、前記ステアリングコラム部の側面に取り付けた運転者状態検知部と、を有する車両運転者状態検出装置において、
   前記運転者状態検知部は、車室とエンジンルームとを区画する区画壁から前記変位吸収部が吸収する変位の最大値よりもステアリングホイール側に離れた位置に取り付けられており、
   前記運転者状態検知部は前記ステアリングコラム部の床面と対向する一側面に設けられ、前記運転者状態検知部は運転者の顔を撮像する撮像装置である、
   ことを特徴とする車両運転者状態検出装置。
2. 前記運転者状態検知部は、ステアリングホイールの円周部とスポークとに囲まれた開口部を通して、車両後方かつ斜め上方に光軸を向けて配置され、
   前記開口部は前記ステアリングシャフトのチルト角に関係なく、運転者の顔の全体を撮影できるよう開口されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両運転者状態検出装置。

Images