JP4640687B2 - 脳波で起動される自動操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、脳波により起動される 自動操舵装置についての ものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵装置としては、特開平５−５０９３４とゆう、すぐれた先行技術がある。
当発明者は、先に ９９年７月２５日に、居ねむり事故防止用の「脳波による制動装置」を出願した。上記 ９９年７月２５日の出願によれば、道路が まっすぐであり、自車が その直線道路に沿って、走っておるならば、居ねむりが完全な睡眠に なろうと、なんら 問題は、生じない。
【０００３】
【課題】
実在するドライバーとして、特開平５−５０９３４を拝見したとき、以下の疑問を感じる。
自動操舵の仕組みは立派だが、いつ どんな時に 行うのか。
現実の運転では、１ｍ の差で ガードレールを よけたり、中央分離体から３０ｃｍ のところを通りつつ 左折したり、停止車両の５０ｃｍ 以内のところを通過することが 時々ある。ベテランのバスの運転手は、停止車両に さらに接近しつつ バスを あやつることもある。
これらの例では、いずれも 上記先行技術、特開平５−５０９３４で いう「最小車間距離」、「許容範囲」を おそらく割ったこところまで、自車が 先行車やガードレールに近ずいておるのである。
これらの実例は、人間の３次元的視覚能力と、頭脳という認識判断手段の すばらしさを示しておるのであるが、人が 覚醒しておる限り、自動操舵の必要性は 事実上、無いことを示してもおるように 思える。
【０００４】
さて、特開平５−５０９３４を含め、衝突回避を目的とした、多くの先行技術が、車間距離の測定にレーザーを用いておる。
しかし、レーザーは 人の目に有害である。自車から発射したレーザービームが、対向車の運転手や、助手席の人の目に入ったり、又、前方車両で反射したレーザービームが 自車の運転席、助手席の人物の目に入る可能性が 有る。
すると、その人々の目を痛めたり、レーザービームの 当たりどころが悪いと、目つぶしとなり、かえって 交通事故を 引きおこすことになろう。図６は、後続車が 発射したレーザービームが、先行車の車体の へりで反射し、後部座席から後ろを向いておる子供に当たるところを描いている。
【０００５】
さて、当発明者の ９９年７月２５日 の出願に戻って論じると、居ねむりにおちいっておる時に
イ）道路が カーブしておるならば、
ロ）道路が まっすぐでも、ちょっとした きっかけで、ハンドルを左右にきったような時、
その出願では、自動制動装置により、減速しつつあるので 、ガードレールに激突しないにしても、
接触する可能性も 出てこよう。また、減速しておるので、激突とは いえないにしても、中央分離帯に接触する可能性も、でてくる。
たまたま、対向車が 有れば、自車は減速しておるので、相手のほうで よけてくれるかもしれないが、ぶつかる可能性も ０ とは いえない。
本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、
ドライバーが 覚醒時には、自動操舵を行わず、ドライバーが 居ねむりにおちいった時のみ、自動操舵を行うように したものである。
また、レーザービームの使用を局限したものである。
【０００６】
なお、米国特許４９４９７２６では、脳波により おもちゃを左右に動かす仕組みが 開示されておるが、次ぎのように論じることができる。
米国特許４９４９７２６は、本発明のように、居ねむり時の、つまり、意識が消失しつつある時、もしくは、消失した後の脳波を検出して、自動操舵を掛けるのとは違い、覚醒時の脳波を用いて、手足は使わず、意識的に脳波で、おもちゃを左右に動かすものであり、本発明とは、趣旨が異なる。
米国特許４９４９７２６では、睡眠時のδ波について、触れていない。
米国特許４９４９７２６は、脳波そのものにより、おもちゃを左右に転回させようとするものであるが、本発明の自動操舵は、その起動こそは 脳波によりなされるが、起動後の細かい制御は、マイクロプロセサに依るものである。
【０００７】
【手段】
脳波入力手段１と、その脳波から、人が眠りに入ろうとする状態を示すシータ波や、既に睡眠中の時に現れるデルタ波を分析するための脳波分析手段２と、車両のハンドル制御を自動で行う自動操舵装置３からなるものである。図１。
【０００８】
【作用】
車両の運転手の脳波が、脳波入力手段１により、本システムに取りこまれ、その脳波は 脳波分析手段２により解析され、
居ねむりの始めを意味するθ波、もしくは、完全な居ねむりを示すδ波が、検出された時に、脳波分析手段２により、自動操舵が開始されるのである。
居ねむりから覚めると、自動操舵がキャンセルされ、ドライバーによる操舵に戻るのである。
【０００９】
【実施例】
脳波入力手段１としては、脳波計を用いることができる。
脳波分析手段２は、増幅器６、帯域通過フィルタ７、Ａ／Ｄコンバータ８、そして コンピュータ９、もしくは、マイクロプロセサ９から 成るものである。図１３。
脳波のうち、δ波は 睡眠時に現れるものであり、０．５〜３．５Ｈｚ．θ波は、居ねむりし始める時に現れるものであり、３．５〜７．５Ｈｚ。
このθ波、δ波の周波数帯域は、脳医学の進歩により、今後 少し変わる可能性が有るし、又、個人差も有り、さらに、年令によっても、少し 変わろう。
他に、覚醒時に現れるα波、β波が有ることが 知られておる。
【００１０】
電動式の自動操舵装置としては、特開平５−５０９３２、公報ｐ２４４、左コラム、下から３行目〜右コラム、上から５行目に、すぐれた一例が開示されている。又、その公報、ｐ２４６、右コラム２行目〜１２行目に油圧式の一例も、開示されておる。図７は、電動式の一例である。
本発明においては、計測制御プロセサ１６は、処理速度向上のために、脳波分析手段２の制御下にある、独立したマイクロプロセサとしてもよいし、また、処理容量に余力が あれば、脳波分析手段２のコンピュータ９を流用してもよい。いずれの構成でも、ドライバーが居ねむりに陥る時、つまり、
θ波、あるいは、δ波の比率が大のときのみ、計測制御プロセサ１６は、脳波分析手段２により 作動され、ドライバーの覚醒時には 計測制御プロセサ１６は作動しない。後述の、自動操舵の始まる、少し前に 初期値としての、ガードレールとの距離を得るために、超音波による計測を始めるのは、その例外である。
脳波入力手段１と、先駆的な脳波分析手段を統合した、優れた先行技術がＨＡＬ＜Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ＞として 知られておる。
Ｓｔｅｖｅ Ｃｉａｒｃｉａ＜Ｊｕｌｙ １９８８、”ＢＹＴＥ” ＞
ここでは、本システムの脳波分析手段２の特徴となる部分を述べる。
入力された脳波は、高速フーリエ変換することで、その周波数成分が得られる。その周波数分布をＢ（ｆ）とする。ここに ｆは 脳波の周波数、Ｂ（ｆ）は脳波の強度、脳波信号の振幅である。
これを、θ波やδ波の周波数帯域で積分したものが、θ波や、δ波の信号強度である。それらを元にして、図２のδｐ，図３のθｐが得られる。
ここで図２、図３の分母は、脳波の全周波数成分＜０．５〜３０．５Ｈｚ＞についての、脳波信号の積分値である。図２の分子は、δ波の脳波信号の積分値である。図３の分子は、θ波の脳波信号積分値である。
δｐは、脳波の全成分中で、δ波が占める比率であり、
θｐは、脳波の全成分中で、θ波が 占める比率である。
δｐ，θｐと共に、図４、図５のδｐ’，θｐ’を用いることもできる。
図４、図５で ｍａｘ（δ）は δ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（θ）は θ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（α）は、α波＜７．５〜１３．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
ｍａｘ（β）は、β波＜１３．５〜３０．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
δｐ’は、δ波、θ波、α波、β波の各信号成分の最大値にのみ着目して、そのうちのδ波の比率を表すのであり、 θｐ’は、同様に θ波の比率を表すものである。以上、δ波やθ波が、全脳波成分のうちで占める比率を表す、二つの方法を述べたのであるが、これら以外でも、δ波やθ波が全脳波に占める比率を表す、より適切な計算式が 脳医学の進歩により発見されたならば、それをソフトウエアとして組みこむことは、困難では あるまい。
【００１１】
前述した解析手段が、脳波分析手段２のコンピュータ９の中にソフトウエア化されており、たとえば１ｍｓ単位で計算される。かくして、θｐ，δｐ、および、θｐ’，δｐ’が算出される。θ波が、他の脳波の成分に比して強くなったならば、一例として、θｐ＞０．７になれば、居ねむりを始めた可能性が、大である。そこで、その旨をアナウンスしつつ自動操舵を開始する。このアナウンスは、テープレコーダ、もしくは、半導体ＩＣに登録したものを、コンピュータ９の指示により再生するのである。＿＿
【００１２】
本出願の主目的は、ハイウエイ等を走行中、居ねむり運転中の車を、ガードレール、中央分離帯に接触せずに安全に停止せしめることである。＜以下では、もっぱら、ガードレールとの接触防止の観点に立って説明する。すなわち、コンピュータ９の指示で作動する計測制御用マイクロプロセサ９により下記のような自動操舵がなされる。なお、車はハイウエイの第一車線を走るとする＞。自動操舵に入ると同時に、ガードレールとの距離を検出するための自動計測もなされるのである。ガードレール等との距離を検出する手段としては、超音波センサを用いる。すなわち、１台の超音波発信器１０と数台の超音波受信器１１が車体の横に、車の進行方向に沿って設けられておる。図８。超音波ビームは、車体に垂直に発せられる。１２０ｋｍ／ｈでは、１ｓに約３４ｍ、１０ｍｓで約３４ｃｍだけ車体は動く。６０ｋｍ／ｈでは、１０ｍｓに約１７ｃｍ動く。超音波受信器１１を数台設けておるのは、上記の事情、および、超音波ビームのガードレールへの入射角がかならずしも９０度ではないことを考慮しておる。＿＿運転手のくせ、特性として、長時間運転時の速度、ガードレールとの離隔距離は、概ね、決まっておるだろう。それらの値が、各々６０ｋｍ／ｈ、２ｍならば、発射されたビームが受信されるのは、後述のように約１１．８ｍｓ後であり、この間、車体は１．７×１１．８＝約２０ｃｍ動く。そこで、一つめの受信器は、発信器のすぐ横にもうけ、そこから、２０ｃｍのところに、別の受信器を置く。運転状況の変化を考え、その前後に、一例１０ｃｍ間隔で、数台または十数台の受信器を置く。なお、超音波ビームは一例として１ｍｓ程のパルス幅で発射するのであるが、その集束度をやや緩め、ビームに若干の広がりを持たせてガードレールの形状にかかわらず、又、車体がガードレールに対し、傾いていたとしても、そこでの反射波を車のほうで受信しやすくすることができよう。後述の図１０、図１１も参照。なお、感度の高い受信器を用いれば、超音波ビームにかなりの程度まで、広がりをもたすことができ、その場合には受信機は１台で済ますこともできよう。たとえば、受信機１１の据え付けの便を考え、バスやトラックでは、感度の低いしかし低価格の受信器１１を、前後方向に数台ならべ、乗用車では高価格だが、高い感度の受信機を１台設けるのもよかろう。図８では、左側通行を考え、車体の左側に超音波発信器１０、超音波受信器１１を設けておるが、車体の右側にも設置すれば、中央分離帯などの自動計測も可能であろう。
【００１３】
さて、車体とガードレールの間の 超音波の伝搬時間は、発信と受信のタイミングの差として 容易に測定できる。その時間が短くなるならば、それは 車体が ガードレールに接近しておるのであり、その伝搬時間が長くなるならば、それは 車体が ガードレールから離れ、たとえば、第１車線を走っていたものが、第２車線へ入ろうと しておるのである。
この、車体とガードレール間の伝搬時間の初期値は、あらかじめ、キーボードより、入力しておくことができる。また、時間ではなく、車体とガードレールの間の距離として、入力しておくのもよい。例 ２ｍ。あるいは、自動操舵の始まる、少し前に 超音波による計測を始めるようにし、一例として θｐ＞０．６，
その時の伝搬時間、もしくは、ガードレールとの距離を 初期値として用いると、より その時の運転状況に みあったものとなろう。
その居ねむり前の時点における、最初の伝搬時間を維持する、つまり、居ねむり前の ガードレールとの間の距離を維持するように、システムは 働くのである。下記は、その初期値の例である。
例 ２ｍ であれば、２ｍ × ２ ÷ ３４０ ＝１１、８ｍｓ。
３４０ｍ／ｓ は 、 大約 室温での音速。音速は気温で、変わる。
左側通行を考えると、計測により 伝搬時間が短くなったならば、微小角Δ だけ、ハンドルを右に回す に相当する動きを、電動モータに なさしめる。
この微小角Δ は 一例として、ハンドルの遊び角ａ の２倍の角度であってもよい、また、普段の運転、長時間運転時の常用の速度にて 車体を９０度 転回させる時の操舵角の１％であってもよい。この微小角Δ は、あらかじめ キーボードから 入力しておけば よい。
脳波の計測は、一例として、１０ｍｓごとに行うのだが
上記のガードレールの計測とハンドル制御を、一例として６０ｍｓ ごとに行う。この計測と制御の時間間隔も、事前にキーボードより、入力しておくことができる。すなわち、これらのパラメータは、キーボードより変更入力が可能とし、ドライバーの考える最適値となるように フィードバックできるようにしておく。
６０ｋｍ／ｈは 約１．７ｃｍ／ｍｓ に あたるので、この間に 概ね、車体が １ｍ 進むと みてよい。
【００１４】
さて、計測の結果、伝搬時間が １０．６ｍｓ であるならば、ガードレールとの距離は、 １０．６×３４０ ÷ ２÷ １０００＝ １．８ｍ ゆえ、２０ｃｍほど ガードレールへ近ずいたことになり、ハンドルを Δ だけ、右へ回すに相当する、自動操舵をする。
さらに、６０ｍｓ後、計測して 伝搬時間が１１．２ｍｓ になれば、距離は
１１．２ × ３４０ ÷２÷ １０００ ＝ １．９ｍ
これは、ガードレールへの接近が やんだ ことを意味しておる。ハンドル は、そのままにする。
さらに、６０ｍｓ後、計測して ガードレールとの距離が ２．１ｍ になったら、これは 初期値 ２ｍ より大きいので、ハンドル を Δ だけ、左に回す に相当する、自動操舵を行う。
このような、自動操舵が 繰り返され、ガードレールとの距離を一定に保つのである。
図９は、 この仕組みを示す フローチャート である。
【００１５】
名紳や東名のようなガードレールのあるハイウエイでは、上記の仕組みをそのまま用いることができるし、名古屋市内の都市高速のように、ガードレールの無いハイウエイでは、側壁または防音壁が、ガードレールと同様 超音波の反射体の役目をし、やはり 上記の仕組みを用いることができる。
防音壁とガードレールが両方ある時、ケースによっては、内側のガードレールからの反射波が、まず検出され、ついで、外側の防音壁からの反射波が、受信器に入ることが ありえようが、パルス波を用いておるので、より車体に近いほうの、ガードレールからの反射波により、伝搬時間がカウントされるので、計測上の問題は生じない。
このガードレールとの距離を一定ならしめるための自動操舵では、右もしくは左へ、車体を転回させるわけではないので、方向指示器の点灯は不用と いえる。
なお、前記 計測と制御の時間間隔は、伝搬時間より やや大きくなるように設定するのが良いかもしれない。なお、本文の末尾で述べるように、超音波に代えて、マイクロ波を用いるときには、この考慮は 不用である。
ところで、本実施例において、前掲「脳波による制動装置」を併用しておれば、居ねむりが 始まると同時に、エンジンブレーキが 掛かり、その後、居ねむりが 深まるについて、ハーフブレーキ、フルブレーキが 掛かるので、車体はやがて停止する。その停止に到る、数分間、もしくは、１０分間なり 自動操舵が、適切に行われれば、道路がカーブしていても、車は 第１車線で安全に停止するはずである。しかし、この間に、ガードレールが 間断なく、延びておるとは限らず、途中にガードレールの切れめが １ｍなり、２ｍある こともあろう。さて、ガードレールに 切れめが有って、その外側に 側壁も防音壁も無いならば、発信した超音波パルスは、行きっぱなしで、反射波が 無い。
この場合は、システムの方で、ガードレールも、側壁も無い と、容易に判断できる。この場合、ハンドルは そのままに、すれば良い。
ガードレールに、１ｍの切れめが有り、ただし、その外側に 奥行き１ｍ のところに、防音壁が有るとする。設定離隔距離を２ｍとすると、このときの伝搬時間は、（２＋１）×２／３４０＝約１７．６ｍｓ。
初期値 １１．８ｍｓに比し、５．８ｍｓ 長くなっておる。
ところが、６０ｋｍ／ｈでの、６０ｍｓでの進行距離は約１ｍである。
自動ハンドル操作は、微小角Δ の単位で行っており、１ｍ 前進する間に、横方向に、１ｍに相当する距離を、車体が急に移動することは、ありえない。
＜微小角Δの設定にあたっては、東名高速なり、中央高速なりの、ゆるやかなカーブを もっぱら想定して入力するのであり、この意味の入力チェックが なされる。＞つまり、６０ｋｍ／ｈで６０ｍｓごとの、計測であれば、１ｍ 前進する間の、横方向の偏位は、それを越えぬはずである。＜これが、上記の入力チェックの意味であり、そのように 微小角Δが 設定されることを推奨する。＞
伝搬時間の変化は、１×２／３４０＝約５．８ｍｓ以下のはずである。
また、計測間隔４０ｍｓ ならば、この４０ｍｓの間の前進距離は約６８ｃｍ、横方向への、その間のシフトは、６８ｃｍを越えぬはずである。ゆえに、伝搬時間の変化は、０．６８×２／３４０＝約４ｍｓ以下のはずである。
これらの想定される、伝搬時間の変化の最大値は、１２０ｋｍ／ｈの時にも、同様に算出できる。この最大値を越える伝搬時間の変化が、時間が大きくなる方向で観測された時には、すなわち、ガードレールの切れめが有ると、推定せられる。したがって、この場合には、１ｍなり、２ｍなり、ガードレールの切れめを想定し、その切れめを通過するに要する、６０ｍｓなり、１２０ｍｓの間、システムは、ハンドルをそのままに維持し、左方向への自働操舵を行わぬのである。
【００１６】
ところで、車が トンネルへ入った場合、超音波の使用は 混信を生じる可能性が 有る。 先に、一例として １ｍｓ のパルス幅の超音波ビームとしたが、混信が 無いならば、前記の計測間隔６０ｍｓ の間に、このパルス は「パルス」として計測される はずである。ガードレールでの反射のさい、その形状のために、反射波のパルス幅が 若干広がるかもしれない。しかし、この パルスが まだん無く続くようでは、混信が 生じておるのであり、トンネル 等に入ったといえる。
このことは、車体に照度センサ１５、もしくは、光センサ１５を設けておき、トンネルへ 入ったか、どうかの判断の一助とすることができる。
このような場合に限って、 つまり 、 トンネル壁との離隔距離を一定ならしめる場合にのみ、レーザービームを計測に用いるのである。
実用上、トンネルの少ないハイウエイを往復する、バスやトラック では、このための考慮は不用であろう。
なお、レーザービームによる計測は、雨の有無により、大きく精度が左右されるが、本システムのように、トンネル内に限定して、使用すれば 精度を落とさずに済む。
【００１７】
さて、レーザーは より 光学的性質が大きいので、車体が やや傾いて、トンネル壁に車体が 近ずいておる時、つまり、レーザービームのトンネル壁への入射角が９０度でない時には、一例として 図１０では、反射光は 少し後方にて検出されよう。そこで、レーザー受光素子を 図８ の時と同様、前後方向へ水平に複数個 車体へ付けるのが よかろう。又、レーザービームも 一例として、２ｍ先で １０ｃｍのように光学上 やや広がりをもたせて発射するのもよい。これは、レンズにより可能である。
また、車体が トンネル壁１７から離れて行く時には、一例として 図１１の時には、車体の前方においたレーザー発光器１３の反射波を、前方に併設した受光器１４で得られることができないので、車体の後方に設けたレーザー発光器１３から発射したビームを、後方に併設した受光器１４で受けることになる。
一例として、３０ｍｓごとに車体の前方においた発光器１３と、後方においた発光器１３により、交互にレーザービームを発しつつ、距離計測を行うのである。
レーザーによる距離の測定については、レーザー計測ハンドブック、１９９３に＜その基礎についてはｐ１３５−１３９，その応用についてはｐ４０８−４１３＞明示されておるように、既に商品化されておる。
レーザービームを用いる場合には、伝搬時間には注目せず、 トンネルとの距離が 一例２ｍ を保つように、自動ハンドルを行うのである。図１２ 。
【００１８】
当出願人は、先に レーザーの有害を説いたが、本システムでは レーザーによる計測は トンネルの中でのみ行うのであり、トンネルの外と違い、助手席に人が いたとしても、その人が 景色を眺めるために、よこを向く ことも少ないだろう。つまり、助手席の人へ損傷を与えることは、ちいさかろう。
しかも、本システムは 元来 居ねむり運転時にのみ、自動操舵を行うのであり、したがって、トンネルの中なら 常に、レーザー計測をする わけではないのである。居ねむり運転の途中で、トンネルに さしかかった時のみ、しかも、超音波で混信が生じた時のみ、レーザーによる計測が、なされるのである。
この意味で、レーザーによる、歩行者を含め、周囲の人々へのダメージは 先行技術と違って、本システムでは 最小化されておる。
なお、ガードレールや 先行車の車体と違って、トンネル壁は より ざらざらしておるので、投射したレーザービームは 散乱され、この意味からも安全度は 高いと いえよう。
【００１９】
さて、まれな ケースとして、自車が居ねむり運転に入ってまもなく、ハイウエイの渋滞に 巻き込まれることが あろう。このような 停止した先行車両は、たとえば 前記の超音波発信器１１と超音波受信器１２を車体の前面に設置し、使用することで容易に検出可能である。
本実施例では、前記９９年７月２５日 出願の「脳波による制動装置」を搭載しておることになっておるので、居ねむり時には 既にエンジンブレーキなり、ハーフブレーキが かかっておると いえる。が、停止した先行車両が検出されたときには、そこに記載の自動制動手段を流用し、計測制御プロセサ１６が 停止車両を検出と同時に、脳波分析手段２により、ただちに フルブレーキを かけることが可能であり、追突を防ぐことになろう。
なお、後述の図１５のパラメタのうち、左上の項目、及び、枠内の項目以外については、つまり、計測制御プロセサ１６でのみ使われる諸項目は、覚醒時に疑似的に、コンピュータ９へ、テストモードとして、居ねむり情報を与え、テスト的に自動操舵を 行わしめ、そのパラメタ設定の よしあしを事前に検討できる。そこで、調整された最適値を、居ねむりが起きた時に、実際に使うようにすれば、実状に即した好結果を得よう。
【００２０】
以上、もっぱら本システムでの自動操舵のありかたについて、また、補足的に、自動停止についても述べたのであるが、以下において、そのトリガーとなる脳波情報の扱い方について述べる。先に、θｐ＞０．７とゆう条件で、自動操舵に入るとのべたが、ぼんやりながら自動操舵の状況を、かすかに覚えておれば、事後的にドライバーが自動操舵を行うタイミングが早すぎると感じた時、計器パネルのキーボードから、この０．７を、たとえば、０．８へ変えることができる。図１５。逆に、自動操舵の掛かりかたが遅いと感じたならば、一例として、０．６を変更入力すれば良い。こうして、ユーザーは各人の体質に応じた最適値を、コンピュータ９、つまり、脳波分析手段２へ、使わせることができる。同様に、θｐ’＞０．７になった時も、居ねむりを始めた可能性が有るので、その旨アナウンスしつつ、自動操舵をかける。ユーザーが、居ねむりの検出手続として、θｐ’を用いたほうが、θｐを用いることより、効果的だと判断したら、θｐ＞０．７の０．７の代わりに１を入力する。すると、θｐ＞１は起こりえないので、この条件はシステムにより無視される。
【００２１】
他のα波、β波に対して、θ波とδ波の成分が強くなったならば、一例としてθｐ ＋ δｐ ＞ ０．７ なら、居ねむりが進んだ可能性が高いので、その旨、やや大きな音でアナウンスしつつ、自動操舵を継続する。
ユーザーが使っていて、自動ハンドルの制御が粗いと判断したならば、よりきめ細かにハンドル制御を すべく、その時間間隔を５０ｍｓへ 事後的に変更入力できる。すると、自動計測、自動ハンドル制御の時間間隔として、この５０ｍｓが、以後、計測制御プロセサ１６により使用される。
すなわち、ドライバーは うとうとしていて、手足を動かす気力が無いとしても、ハッとした瞬間のことを覚えていて、事後的にでも 計測と制御のパラメタを修正し、次回の居ねむり運転に生かすのである。
【００２２】
θｐ’ ＋ δｐ’ ＞ ０．７ になった時も、居ねむり状態が進んだ可能性が高いので、その旨、やや大きな音量でアナウンスしつつ、自動操舵を 継続する。この場合も、「中ほどの居ねむり」用の、自動計測、自動ハンドルの時間間隔が、計測制御プロセサ１６により利用される。図１５。
なお、この 中ほどの居ねむりの判断基準として、θｐ＋δｐ を用いるほうが、θｐ’＋δｐ’ を用いることより、効果的だと判断したら、θｐ’＋δｐ’＞１ とゆう条件式にすれば、この条件は シスデムにより無視される。
他のα波、β波、θ波に対して、δ波の比率が大きくなったら、一例として、δｐ ＞ ０．７ となったら、完全な居ねむり状態になった可能性が高いので、大きな、もしくは、特大の音量で、その旨、アナウンスしつつ、自動操舵を継続する。
この場合は、完全な居ねむりと いえるので、もっとも、きめ細かく自動操舵をしようと思ったら、事後的に、この「深い居ねむり」の時の、自動計測、自動ハンドル制御の時間間隔を４０ｍｓへ変更入力できる。
この深い居ねむりの状態では、人手による操舵が入る可能性が、最も小さいので、自動計測、自動ハンドルの時間間隔が、浅い居ねむり、中ほどの居ねむりの時に比べて、最も短くなるのである。なお、変更入力のさい、この意味での入力チェックが なされる。
【００２３】
同様に、δｐ’＞０．７になった時も、完全な居ねむり状態に陥った可能性が高いので、その旨、大声でアナウンスしつつ、自動操舵をかける。ユーザーが、居ねむりに完全に陥ったことの検出手段として、δｐを用いた方が、δｐ’を用いることよりも、効果が有ると判断したら、δｐ’＞０．７の０．７の代わりに１．０を入力すればよい。図１５は、本システムで用いた計測と制御のためのパラメタの入力画面である。これらのパラメタを修正入力することで、ユーザーは各自の体質、平常の運転状況にマッチした最適値を、本システムへフィードバックすることが可能なのである。図１５の枠内のパラメタは、前記「脳波による制動装置」との併用を考慮して描かれておる。さて、「脳波による制動装置」を併用しておるのであれば、δｐ＞０．８あるいは、δｐ’＞０．９の深い居ねむりの時には、本来、そこで記載の自動制動手段により、急ブレーキがかかり停止するのであるが、万一、自動制動手段が故障していても、なお、ドライバーの居ねむり中に、事故無く、車体を運行せしめることが、自動操舵手段３により可能となるのである。ところで、システムによりユーザーが目を覚ましたと判断される時には、つまり、α波、β波の脳波全体に占める比率が高くなった時には、脳波分析手段２のコンピュータ９の指示により、計測制御プロセサはその働きを停止し、自動操舵が解除されるのである。ところで、図１５の枠内のパラメタの設定は、前記「脳波による制動装置」を併用しておれば、おそらく、各個人の体質に応じて最も合理的に、ユーザー自身により、なされうると思われるが、もし、併用していないならば、一般的な標準値として、δ波や、θ波あるいは、それらの積算値が、７０〜８０％以上であるように設定しておけば良い。
【００２４】
通常は、超音波のみを使用し、照度センサ、光センサ１５で 車外の明るさの変化も参照しつつ、超音波計測で混信が生じた時に、トンネルへ入ったと判断し、トンネル内でのみ、レーザーによる計測を行うようにしたのは、本システムの特徴の一つである。図１４。
なお、この超音波による計測でさえ、常に行うのでは なく、ドライバーが居ねむり運転に陥ったときのみ、その自動計測、自動操舵を行うのである。
それゆえ、本システムが 地上の全車両に採用されたとしても、他車の発する超音波、あるいは、レーザー光により、混信が生じる可能性は小さいのである。同時刻、同じ場所で、２台以上の車が 居ねむり運転に陥ったとしても、たとえば、超音波ビームの波長を、自動車ナンバーに関連させ、少しずつ、各車で区別を することで、混信の可能性を 絶無にできる。
本システムでは、そのドライバーの常用の速度、ガードレール、トンネル壁との 常用の離隔距離を考慮して、複数の超音波受信器を設置しておるので、自動計測の精度が高い。
また、レーザー光の トンネル壁への入射角が垂直でなくても、誤差が生じぬように、レーザー発信器を車体の前方と後方へ設置し、それぞれに、数台ずつのレーザー受信器を併設しておる。
なお、レーザーに光学上のビームの広がりを持たせることで、受信精度を上げることができ、また、乗用車では 感度の高いレーザー受信器を、車体の前方と後方へ１台ずつ設置するだけで済ますことも、可能となろう。
本システムでは、いったんは、θｐ，θｐ’，δｐ，δｐ’なりの居ねむりパラメタにより、居ねむりを検出するのであるが、同時に、その前後の脳波パターンを、そのときの運転状況、ガードレールとの離隔距離と共に、ディスク、半導体メモリへ記憶し、パラメタ設定が最適値の時の、その記憶した脳波パターンを、事後的に抽出して、次ぎの運転からは、その脳波パターンが現れたことを 脳波分析手段２が 検出した時に、自動操舵を行うようにしてもよい。
【００２５】
【効果】
ドライバーの居ねむり運転時に、その車両へ自動操舵を掛けるので、ガードレール、あるいは、トンネル壁との接触を、自動的に 無からしめることができる。
なお、超音波ビームの使用に代えて、特公平４−２１１４５記載のマイクロ波技術を用いてもよい。この先行技術は、先行車との車間距離の測定用に開発されたものだが、これを ガードレールとの距離の測定に流用するのである。
この場合には、図１２の仕組みが、自働操舵に使われるのである。
特公平４−２１１４５を利用すれば、送信用アンテナ、受信用アンテナ、各々１台で済ますことが、できよう。
なお、このマイクロ波技術のうち、速度検出回路、速度演算、道路の粗さ演算に関わる、信号処理部分は、本システムでは、直接には使わず不用ゆえ、該技術を使うにしろ、多少コストを低減できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略 構成図。
【図２】積分値により、δ波の比率を求めるための計算式
【図３】積分値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図４】最大値により、δ波の比率を求めるための計算式。図３と図５の中の説明文も参照。
【図５】最大値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図６】レーザービーム利用の危険性を示す、説明図。
【図７】電動式、自動操舵機構の概略図。
車軸２４には、ギヤ２６が噛合し、このギヤ２６が クラッチ手段２７を介して、モータ２８によって回転駆動される。なお、ステアリングホイールのシャフトの下端、ピニオン２３は 車軸２４のラック部２５に、噛合している。
【図８】バスの車体に、超音波発信器１０と超音波受信器１１が 設置されておる様子。図は、その一部を表し、超音波受信器１１は １２台なり、１８台 設けることになる。０〜２０ｃｍは、その設置間隔の一例。
【図９】超音波利用時の、自動ハンドル制御のフローチャート。
【図１０】トンネル壁に、バスが やや傾いて、接近しておる様子。加えて、車体の前方に、レーザー発信器１３とレーザー受信器１４が、設置されておる様子。トンネル壁の法線に対して、レーザービームが 角度を持って入射、反射しておる。レーザービームに持たせる、光学的なビームの広がりに応じて、一例 ０〜１０ｃｍの間隔で、数台のレーザー受信器が、設けられている。
【図１１】トンネル壁から、やや傾いて バスが、離れて行く時の、車体の後方に設置されておる、レーザー発信器１３とレーザー受信器１４。
【図１２】レーザー利用時の、自動ハンドル制御のフローチャート。
【図１３】脳波分析手段２の概略図
【図１４】自動操舵手段３の中身を、やや詳しく描いた、本システムの構成図。図７の電動式、自働操舵機構を用いる時には、計測制御プロセサ１６が、電動モータ２８を稼動制御して、微小角Δに相当する、自働操舵を実現しておるのである。
なお、油圧式の自動操舵機構を簡単に説明する。車軸に、自動操舵と共用のパワーステアリング装置のパワーシリンダが設けてある。油ポンプより供給される圧油を、自動操舵バルブ、パワーバルブを通じて、このパワーシリンダ、＜自動操舵シリンダ＞へ供給する。計測制御プロセサ１６により、自動操舵バルブ、パワーバルブが 制御され、微小角Δのハンドル操作に相当する、自動操舵がおこなわれるのである。
【図１５】計測と制御の各パラメタの入力画面。イ）とロ）は、又、ハ）とニ）は、どちらか、一方のみ 必ず入力が 必要である。使わぬ方は、ブランクにする。下線部は、入力可能項目である ことを、示す。
ここで、あらかじめ入力された値にしたがって、脳波分析手段２と、計測制御プロセサ１６が動くのである。
ガードレールの切れめの長さは、場所によって変わるかもしれない。そこで、やや長い切れめの時には、第１車線の中とはいっても、多少左側へ、シフトして走行することが、あるかもしれない。念のため「左側物体との距離」としては、自車が第１車線内で走るとして、自車とガードレールとの間に、後続車が割り込んで来ない程度の、ガードレールとの離隔距離を考慮しつつ、その値を決めるのもよい。
但し、実用上、これが 問題となるのは、居ねむりを していて、しかも、上記のような箇所を、自車が通りかかった時に、限られる。
【符号の説明】
１は 脳波入力手段。
２は 脳波分析手段。
３は 自動操舵手段。
６は 増幅器。
７は 帯域フィルタ。
８は Ａ／Ｄコンバーター
９は コンピュータ
１０は 超音波発信器。
１１は 超音波受信器。
１２は ガードレール。
１３は レーザー発信器。
１４は レーザー受信器。
１５は 照度センサ、もしくは、光センサ
１６は 計測制御のためのマイクロプロセサ
１７は トンネル壁
２３は ピニオン
２４は 車軸
２５は 車軸のラック部
２６は ギヤ
２７は クラッチ手段
２８は 電動モータ
本発明は、脳波により起動される 自動操舵装置についての ものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵装置としては、特開平５−５０９３４とゆう、すぐれた先行技術がある。
当発明者は、先に ９９年７月２５日に、居ねむり事故防止用の「脳波による制動装置」を出願した。上記 ９９年７月２５日の出願によれば、道路が まっすぐであり、自車が その直線道路に沿って、走っておるならば、居ねむりが完全な睡眠に なろうと、なんら 問題は、生じない。
【０００３】
【課題】
実在するドライバーとして、特開平５−５０９３４を拝見したとき、以下の疑問を感じる。
自動操舵の仕組みは立派だが、いつ どんな時に 行うのか。
現実の運転では、１ｍ の差で ガードレールを よけたり、中央分離体から３０ｃｍ のところを通りつつ 左折したり、停止車両の５０ｃｍ 以内のところを通過することが 時々ある。ベテランのバスの運転手は、停止車両に さらに接近しつつ バスを あやつることもある。
これらの例では、いずれも 上記先行技術、特開平５−５０９３４で いう「最小車間距離」、「許容範囲」を おそらく割ったこところまで、自車が 先行車やガードレールに近ずいておるのである。
これらの実例は、人間の３次元的視覚能力と、頭脳という認識判断手段の すばらしさを示しておるのであるが、人が 覚醒しておる限り、自動操舵の必要性は 事実上、無いことを示してもおるように 思える。
【０００４】
さて、特開平５−５０９３４を含め、衝突回避を目的とした、多くの先行技術が、車間距離の測定にレーザーを用いておる。
しかし、レーザーは 人の目に有害である。自車から発射したレーザービームが、対向車の運転手や、助手席の人の目に入ったり、又、前方車両で反射したレーザービームが 自車の運転席、助手席の人物の目に入る可能性が 有る。
すると、その人々の目を痛めたり、レーザービームの 当たりどころが悪いと、目つぶしとなり、かえって 交通事故を 引きおこすことになろう。図６は、後続車が 発射したレーザービームが、先行車の車体の へりで反射し、後部座席から後ろを向いておる子供に当たるところを描いている。
【０００５】
さて、当発明者の ９９年７月２５日 の出願に戻って論じると、居ねむりにおちいっておる時に
イ）道路が カーブしておるならば、
ロ）道路が まっすぐでも、ちょっとした きっかけで、ハンドルを左右にきったような時、
その出願では、自動制動装置により、減速しつつあるので 、ガードレールに激突しないにしても、
接触する可能性も 出てこよう。また、減速しておるので、激突とは いえないにしても、中央分離帯に接触する可能性も、でてくる。
たまたま、対向車が 有れば、自車は減速しておるので、相手のほうで よけてくれるかもしれないが、ぶつかる可能性も ０ とは いえない。
本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、
ドライバーが 覚醒時には、自動操舵を行わず、ドライバーが 居ねむりにおちいった時のみ、自動操舵を行うように したものである。
また、レーザービームの使用を局限したものである。
【０００６】
なお、米国特許４９４９７２６では、脳波により おもちゃを左右に動かす仕組みが 開示されておるが、次ぎのように論じることができる。
米国特許４９４９７２６は、本発明のように、居ねむり時の、つまり、意識が消失しつつある時、もしくは、消失した後の脳波を検出して、自動操舵を掛けるのとは違い、覚醒時の脳波を用いて、手足は使わず、意識的に脳波で、おもちゃを左右に動かすものであり、本発明とは、趣旨が異なる。
米国特許４９４９７２６では、睡眠時のδ波について、触れていない。
米国特許４９４９７２６は、脳波そのものにより、おもちゃを左右に転回させようとするものであるが、本発明の自動操舵は、その起動こそは 脳波によりなされるが、起動後の細かい制御は、マイクロプロセサに依るものである。
【０００７】
【手段】
脳波入力手段１と、その脳波から、人が眠りに入ろうとする状態を示すシータ波や、既に睡眠中の時に現れるデルタ波を分析するための脳波分析手段２と、車両のハンドル制御を自動で行う自動操舵装置３からなるものである。図１。
【０００８】
【作用】
車両の運転手の脳波が、脳波入力手段１により、本システムに取りこまれ、その脳波は 脳波分析手段２により解析され、
居ねむりの始めを意味するθ波、もしくは、完全な居ねむりを示すδ波が、検出された時に、脳波分析手段２により、自動操舵が開始されるのである。
居ねむりから覚めると、自動操舵がキャンセルされ、ドライバーによる操舵に戻るのである。
【０００９】
【実施例】
脳波入力手段１としては、脳波計を用いることができる。
脳波分析手段２は、増幅器６、帯域通過フィルタ７、Ａ／Ｄコンバータ８、そして コンピュータ９、もしくは、マイクロプロセサ９から 成るものである。図１３。
脳波のうち、δ波は 睡眠時に現れるものであり、０．５〜３．５Ｈｚ．θ波は、居ねむりし始める時に現れるものであり、３．５〜７．５Ｈｚ。
このθ波、δ波の周波数帯域は、脳医学の進歩により、今後 少し変わる可能性が有るし、又、個人差も有り、さらに、年令によっても、少し 変わろう。
他に、覚醒時に現れるα波、β波が有ることが 知られておる。
【００１０】
電動式の自動操舵装置としては、特開平５−５０９３２、公報ｐ２４４、左コラム、下から３行目〜右コラム、上から５行目に、すぐれた一例が開示されている。又、その公報、ｐ２４６、右コラム２行目〜１２行目に油圧式の一例も、開示されておる。図７は、電動式の一例である。
本発明においては、計測制御プロセサ１６は、処理速度向上のために、脳波分析手段２の制御下にある、独立したマイクロプロセサとしてもよいし、また、処理容量に余力が あれば、脳波分析手段２のコンピュータ９を流用してもよい。いずれの構成でも、ドライバーが居ねむりに陥る時、つまり、
θ波、あるいは、δ波の比率が大のときのみ、計測制御プロセサ１６は、脳波分析手段２により 作動され、ドライバーの覚醒時には 計測制御プロセサ１６は作動しない。後述の、自動操舵の始まる、少し前に 初期値としての、ガードレールとの距離を得るために、超音波による計測を始めるのは、その例外である。
脳波入力手段１と、先駆的な脳波分析手段を統合した、優れた先行技術がＨＡＬ＜Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃ Ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ＞として 知られておる。
Ｓｔｅｖｅ Ｃｉａｒｃｉａ＜Ｊｕｌｙ １９８８、”ＢＹＴＥ” ＞
ここでは、本システムの脳波分析手段２の特徴となる部分を述べる。
入力された脳波は、高速フーリエ変換することで、その周波数成分が得られる。その周波数分布をＢ（ｆ）とする。ここに ｆは 脳波の周波数、Ｂ（ｆ）は脳波の強度、脳波信号の振幅である。
これを、θ波やδ波の周波数帯域で積分したものが、θ波や、δ波の信号強度である。それらを元にして、図２のδｐ，図３のθｐが得られる。
ここで図２、図３の分母は、脳波の全周波数成分＜０．５〜３０．５Ｈｚ＞についての、脳波信号の積分値である。図２の分子は、δ波の脳波信号の積分値である。図３の分子は、θ波の脳波信号積分値である。
δｐは、脳波の全成分中で、δ波が占める比率であり、
θｐは、脳波の全成分中で、θ波が 占める比率である。
δｐ，θｐと共に、図４、図５のδｐ’，θｐ’を用いることもできる。
図４、図５で ｍａｘ（δ）は δ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（θ）は θ波の信号成分の最大値である。
ｍａｘ（α）は、α波＜７．５〜１３．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
ｍａｘ（β）は、β波＜１３．５〜３０．５Ｈｚ＞の信号成分の最大値。
δｐ’は、δ波、θ波、α波、β波の各信号成分の最大値にのみ着目して、そのうちのδ波の比率を表すのであり、 θｐ’は、同様に θ波の比率を表すものである。以上、δ波やθ波が、全脳波成分のうちで占める比率を表す、二つの方法を述べたのであるが、これら以外でも、δ波やθ波が全脳波に占める比率を表す、より適切な計算式が 脳医学の進歩により発見されたならば、それをソフトウエアとして組みこむことは、困難では あるまい。
【００１１】
前述した解析手段が、脳波分析手段２のコンピュータ９の中にソフトウエア化されており、たとえば１ｍｓ単位で計算される。かくして、θｐ，δｐ、および、θｐ’，δｐ’が算出される。θ波が、他の脳波の成分に比して強くなったならば、一例として、θｐ＞０．７になれば、居ねむりを始めた可能性が、大である。そこで、その旨をアナウンスしつつ自動操舵を開始する。このアナウンスは、テープレコーダ、もしくは、半導体ＩＣに登録したものを、コンピュータ９の指示により再生するのである。＿＿
【００１２】
本出願の主目的は、ハイウエイ等を走行中、居ねむり運転中の車を、ガードレール、中央分離帯に接触せずに安全に停止せしめることである。＜以下では、もっぱら、ガードレールとの接触防止の観点に立って説明する。すなわち、コンピュータ９の指示で作動する計測制御用マイクロプロセサ９により下記のような自動操舵がなされる。なお、車はハイウエイの第一車線を走るとする＞。自動操舵に入ると同時に、ガードレールとの距離を検出するための自動計測もなされるのである。ガードレール等との距離を検出する手段としては、超音波センサを用いる。すなわち、１台の超音波発信器１０と数台の超音波受信器１１が車体の横に、車の進行方向に沿って設けられておる。図８。超音波ビームは、車体に垂直に発せられる。１２０ｋｍ／ｈでは、１ｓに約３４ｍ、１０ｍｓで約３４ｃｍだけ車体は動く。６０ｋｍ／ｈでは、１０ｍｓに約１７ｃｍ動く。超音波受信器１１を数台設けておるのは、上記の事情、および、超音波ビームのガードレールへの入射角がかならずしも９０度ではないことを考慮しておる。＿＿運転手のくせ、特性として、長時間運転時の速度、ガードレールとの離隔距離は、概ね、決まっておるだろう。それらの値が、各々６０ｋｍ／ｈ、２ｍならば、発射されたビームが受信されるのは、後述のように約１１．８ｍｓ後であり、この間、車体は１．７×１１．８＝約２０ｃｍ動く。そこで、一つめの受信器は、発信器のすぐ横にもうけ、そこから、２０ｃｍのところに、別の受信器を置く。運転状況の変化を考え、その前後に、一例１０ｃｍ間隔で、数台または十数台の受信器を置く。なお、超音波ビームは一例として１ｍｓ程のパルス幅で発射するのであるが、その集束度をやや緩め、ビームに若干の広がりを持たせてガードレールの形状にかかわらず、又、車体がガードレールに対し、傾いていたとしても、そこでの反射波を車のほうで受信しやすくすることができよう。後述の図１０、図１１も参照。なお、感度の高い受信器を用いれば、超音波ビームにかなりの程度まで、広がりをもたすことができ、その場合には受信機は１台で済ますこともできよう。たとえば、受信機１１の据え付けの便を考え、バスやトラックでは、感度の低いしかし低価格の受信器１１を、前後方向に数台ならべ、乗用車では高価格だが、高い感度の受信機を１台設けるのもよかろう。図８では、左側通行を考え、車体の左側に超音波発信器１０、超音波受信器１１を設けておるが、車体の右側にも設置すれば、中央分離帯などの自動計測も可能であろう。
【００１３】
さて、車体とガードレールの間の 超音波の伝搬時間は、発信と受信のタイミングの差として 容易に測定できる。その時間が短くなるならば、それは 車体が ガードレールに接近しておるのであり、その伝搬時間が長くなるならば、それは 車体が ガードレールから離れ、たとえば、第１車線を走っていたものが、第２車線へ入ろうと しておるのである。
この、車体とガードレール間の伝搬時間の初期値は、あらかじめ、キーボードより、入力しておくことができる。また、時間ではなく、車体とガードレールの間の距離として、入力しておくのもよい。例 ２ｍ。あるいは、自動操舵の始まる、少し前に 超音波による計測を始めるようにし、一例として θｐ＞０．６，
その時の伝搬時間、もしくは、ガードレールとの距離を 初期値として用いると、より その時の運転状況に みあったものとなろう。
その居ねむり前の時点における、最初の伝搬時間を維持する、つまり、居ねむり前の ガードレールとの間の距離を維持するように、システムは 働くのである。下記は、その初期値の例である。
例 ２ｍ であれば、２ｍ × ２ ÷ ３４０ ＝１１、８ｍｓ。
３４０ｍ／ｓ は 、 大約 室温での音速。音速は気温で、変わる。
左側通行を考えると、計測により 伝搬時間が短くなったならば、微小角Δ だけ、ハンドルを右に回す に相当する動きを、電動モータに なさしめる。
この微小角Δ は 一例として、ハンドルの遊び角ａ の２倍の角度であってもよい、また、普段の運転、長時間運転時の常用の速度にて 車体を９０度 転回させる時の操舵角の１％であってもよい。この微小角Δ は、あらかじめ キーボードから 入力しておけば よい。
脳波の計測は、一例として、１０ｍｓごとに行うのだが
上記のガードレールの計測とハンドル制御を、一例として６０ｍｓ ごとに行う。この計測と制御の時間間隔も、事前にキーボードより、入力しておくことができる。すなわち、これらのパラメータは、キーボードより変更入力が可能とし、ドライバーの考える最適値となるように フィードバックできるようにしておく。
６０ｋｍ／ｈは 約１．７ｃｍ／ｍｓ に あたるので、この間に 概ね、車体が １ｍ 進むと みてよい。
【００１４】
さて、計測の結果、伝搬時間が １０．６ｍｓ であるならば、ガードレールとの距離は、 １０．６×３４０ ÷ ２÷ １０００＝ １．８ｍ ゆえ、２０ｃｍほど ガードレールへ近ずいたことになり、ハンドルを Δ だけ、右へ回すに相当する、自動操舵をする。
さらに、６０ｍｓ後、計測して 伝搬時間が１１．２ｍｓ になれば、距離は
１１．２ × ３４０ ÷２÷ １０００ ＝ １．９ｍ
これは、ガードレールへの接近が やんだ ことを意味しておる。ハンドル は、そのままにする。
さらに、６０ｍｓ後、計測して ガードレールとの距離が ２．１ｍ になったら、これは 初期値 ２ｍ より大きいので、ハンドル を Δ だけ、左に回す に相当する、自動操舵を行う。
このような、自動操舵が 繰り返され、ガードレールとの距離を一定に保つのである。
図９は、 この仕組みを示す フローチャート である。
【００１５】
名紳や東名のようなガードレールのあるハイウエイでは、上記の仕組みをそのまま用いることができるし、名古屋市内の都市高速のように、ガードレールの無いハイウエイでは、側壁または防音壁が、ガードレールと同様 超音波の反射体の役目をし、やはり 上記の仕組みを用いることができる。
防音壁とガードレールが両方ある時、ケースによっては、内側のガードレールからの反射波が、まず検出され、ついで、外側の防音壁からの反射波が、受信器に入ることが ありえようが、パルス波を用いておるので、より車体に近いほうの、ガードレールからの反射波により、伝搬時間がカウントされるので、計測上の問題は生じない。
このガードレールとの距離を一定ならしめるための自動操舵では、右もしくは左へ、車体を転回させるわけではないので、方向指示器の点灯は不用と いえる。
なお、前記 計測と制御の時間間隔は、伝搬時間より やや大きくなるように設定するのが良いかもしれない。なお、本文の末尾で述べるように、超音波に代えて、マイクロ波を用いるときには、この考慮は 不用である。
ところで、本実施例において、前掲「脳波による制動装置」を併用しておれば、居ねむりが 始まると同時に、エンジンブレーキが 掛かり、その後、居ねむりが 深まるについて、ハーフブレーキ、フルブレーキが 掛かるので、車体はやがて停止する。その停止に到る、数分間、もしくは、１０分間なり 自動操舵が、適切に行われれば、道路がカーブしていても、車は 第１車線で安全に停止するはずである。しかし、この間に、ガードレールが 間断なく、延びておるとは限らず、途中にガードレールの切れめが １ｍなり、２ｍある こともあろう。さて、ガードレールに 切れめが有って、その外側に 側壁も防音壁も無いならば、発信した超音波パルスは、行きっぱなしで、反射波が 無い。
この場合は、システムの方で、ガードレールも、側壁も無い と、容易に判断できる。この場合、ハンドルは そのままに、すれば良い。
ガードレールに、１ｍの切れめが有り、ただし、その外側に 奥行き１ｍ のところに、防音壁が有るとする。設定離隔距離を２ｍとすると、このときの伝搬時間は、（２＋１）×２／３４０＝約１７．６ｍｓ。
初期値 １１．８ｍｓに比し、５．８ｍｓ 長くなっておる。
ところが、６０ｋｍ／ｈでの、６０ｍｓでの進行距離は約１ｍである。
自動ハンドル操作は、微小角Δ の単位で行っており、１ｍ 前進する間に、横方向に、１ｍに相当する距離を、車体が急に移動することは、ありえない。
＜微小角Δの設定にあたっては、東名高速なり、中央高速なりの、ゆるやかなカーブを もっぱら想定して入力するのであり、この意味の入力チェックが なされる。＞つまり、６０ｋｍ／ｈで６０ｍｓごとの、計測であれば、１ｍ 前進する間の、横方向の偏位は、それを越えぬはずである。＜これが、上記の入力チェックの意味であり、そのように 微小角Δが 設定されることを推奨する。＞
伝搬時間の変化は、１×２／３４０＝約５．８ｍｓ以下のはずである。
また、計測間隔４０ｍｓ ならば、この４０ｍｓの間の前進距離は約６８ｃｍ、横方向への、その間のシフトは、６８ｃｍを越えぬはずである。ゆえに、伝搬時間の変化は、０．６８×２／３４０＝約４ｍｓ以下のはずである。
これらの想定される、伝搬時間の変化の最大値は、１２０ｋｍ／ｈの時にも、同様に算出できる。この最大値を越える伝搬時間の変化が、時間が大きくなる方向で観測された時には、すなわち、ガードレールの切れめが有ると、推定せられる。したがって、この場合には、１ｍなり、２ｍなり、ガードレールの切れめを想定し、その切れめを通過するに要する、６０ｍｓなり、１２０ｍｓの間、システムは、ハンドルをそのままに維持し、左方向への自働操舵を行わぬのである。
【００１６】
ところで、車が トンネルへ入った場合、超音波の使用は 混信を生じる可能性が 有る。 先に、一例として １ｍｓ のパルス幅の超音波ビームとしたが、混信が 無いならば、前記の計測間隔６０ｍｓ の間に、このパルス は「パルス」として計測される はずである。ガードレールでの反射のさい、その形状のために、反射波のパルス幅が 若干広がるかもしれない。しかし、この パルスが まだん無く続くようでは、混信が 生じておるのであり、トンネル 等に入ったといえる。
このことは、車体に照度センサ１５、もしくは、光センサ１５を設けておき、トンネルへ 入ったか、どうかの判断の一助とすることができる。
このような場合に限って、 つまり 、 トンネル壁との離隔距離を一定ならしめる場合にのみ、レーザービームを計測に用いるのである。
実用上、トンネルの少ないハイウエイを往復する、バスやトラック では、このための考慮は不用であろう。
なお、レーザービームによる計測は、雨の有無により、大きく精度が左右されるが、本システムのように、トンネル内に限定して、使用すれば 精度を落とさずに済む。
【００１７】
さて、レーザーは より 光学的性質が大きいので、車体が やや傾いて、トンネル壁に車体が 近ずいておる時、つまり、レーザービームのトンネル壁への入射角が９０度でない時には、一例として 図１０では、反射光は 少し後方にて検出されよう。そこで、レーザー受光素子を 図８ の時と同様、前後方向へ水平に複数個 車体へ付けるのが よかろう。又、レーザービームも 一例として、２ｍ先で １０ｃｍのように光学上 やや広がりをもたせて発射するのもよい。これは、レンズにより可能である。
また、車体が トンネル壁１７から離れて行く時には、一例として 図１１の時には、車体の前方においたレーザー発光器１３の反射波を、前方に併設した受光器１４で得られることができないので、車体の後方に設けたレーザー発光器１３から発射したビームを、後方に併設した受光器１４で受けることになる。
一例として、３０ｍｓごとに車体の前方においた発光器１３と、後方においた発光器１３により、交互にレーザービームを発しつつ、距離計測を行うのである。
レーザーによる距離の測定については、レーザー計測ハンドブック、１９９３に＜その基礎についてはｐ１３５−１３９，その応用についてはｐ４０８−４１３＞明示されておるように、既に商品化されておる。
レーザービームを用いる場合には、伝搬時間には注目せず、 トンネルとの距離が 一例２ｍ を保つように、自動ハンドルを行うのである。図１２ 。
【００１８】
当出願人は、先に レーザーの有害を説いたが、本システムでは レーザーによる計測は トンネルの中でのみ行うのであり、トンネルの外と違い、助手席に人が いたとしても、その人が 景色を眺めるために、よこを向く ことも少ないだろう。つまり、助手席の人へ損傷を与えることは、ちいさかろう。
しかも、本システムは 元来 居ねむり運転時にのみ、自動操舵を行うのであり、したがって、トンネルの中なら 常に、レーザー計測をする わけではないのである。居ねむり運転の途中で、トンネルに さしかかった時のみ、しかも、超音波で混信が生じた時のみ、レーザーによる計測が、なされるのである。
この意味で、レーザーによる、歩行者を含め、周囲の人々へのダメージは 先行技術と違って、本システムでは 最小化されておる。
なお、ガードレールや 先行車の車体と違って、トンネル壁は より ざらざらしておるので、投射したレーザービームは 散乱され、この意味からも安全度は 高いと いえよう。
【００１９】
さて、まれな ケースとして、自車が居ねむり運転に入ってまもなく、ハイウエイの渋滞に 巻き込まれることが あろう。このような 停止した先行車両は、たとえば 前記の超音波発信器１１と超音波受信器１２を車体の前面に設置し、使用することで容易に検出可能である。
本実施例では、前記９９年７月２５日 出願の「脳波による制動装置」を搭載しておることになっておるので、居ねむり時には 既にエンジンブレーキなり、ハーフブレーキが かかっておると いえる。が、停止した先行車両が検出されたときには、そこに記載の自動制動手段を流用し、計測制御プロセサ１６が 停止車両を検出と同時に、脳波分析手段２により、ただちに フルブレーキを かけることが可能であり、追突を防ぐことになろう。
なお、後述の図１５のパラメタのうち、左上の項目、及び、枠内の項目以外については、つまり、計測制御プロセサ１６でのみ使われる諸項目は、覚醒時に疑似的に、コンピュータ９へ、テストモードとして、居ねむり情報を与え、テスト的に自動操舵を 行わしめ、そのパラメタ設定の よしあしを事前に検討できる。そこで、調整された最適値を、居ねむりが起きた時に、実際に使うようにすれば、実状に即した好結果を得よう。
【００２０】
以上、もっぱら本システムでの自動操舵のありかたについて、また、補足的に、自動停止についても述べたのであるが、以下において、そのトリガーとなる脳波情報の扱い方について述べる。先に、θｐ＞０．７とゆう条件で、自動操舵に入るとのべたが、ぼんやりながら自動操舵の状況を、かすかに覚えておれば、事後的にドライバーが自動操舵を行うタイミングが早すぎると感じた時、計器パネルのキーボードから、この０．７を、たとえば、０．８へ変えることができる。図１５。逆に、自動操舵の掛かりかたが遅いと感じたならば、一例として、０．６を変更入力すれば良い。こうして、ユーザーは各人の体質に応じた最適値を、コンピュータ９、つまり、脳波分析手段２へ、使わせることができる。同様に、θｐ’＞０．７になった時も、居ねむりを始めた可能性が有るので、その旨アナウンスしつつ、自動操舵をかける。ユーザーが、居ねむりの検出手続として、θｐ’を用いたほうが、θｐを用いることより、効果的だと判断したら、θｐ＞０．７の０．７の代わりに１を入力する。すると、θｐ＞１は起こりえないので、この条件はシステムにより無視される。
【００２１】
他のα波、β波に対して、θ波とδ波の成分が強くなったならば、一例としてθｐ ＋ δｐ ＞ ０．７ なら、居ねむりが進んだ可能性が高いので、その旨、やや大きな音でアナウンスしつつ、自動操舵を継続する。
ユーザーが使っていて、自動ハンドルの制御が粗いと判断したならば、よりきめ細かにハンドル制御を すべく、その時間間隔を５０ｍｓへ 事後的に変更入力できる。すると、自動計測、自動ハンドル制御の時間間隔として、この５０ｍｓが、以後、計測制御プロセサ１６により使用される。
すなわち、ドライバーは うとうとしていて、手足を動かす気力が無いとしても、ハッとした瞬間のことを覚えていて、事後的にでも 計測と制御のパラメタを修正し、次回の居ねむり運転に生かすのである。
【００２２】
θｐ’ ＋ δｐ’ ＞ ０．７ になった時も、居ねむり状態が進んだ可能性が高いので、その旨、やや大きな音量でアナウンスしつつ、自動操舵を 継続する。この場合も、「中ほどの居ねむり」用の、自動計測、自動ハンドルの時間間隔が、計測制御プロセサ１６により利用される。図１５。
なお、この 中ほどの居ねむりの判断基準として、θｐ＋δｐ を用いるほうが、θｐ’＋δｐ’ を用いることより、効果的だと判断したら、θｐ’＋δｐ’＞１ とゆう条件式にすれば、この条件は シスデムにより無視される。
他のα波、β波、θ波に対して、δ波の比率が大きくなったら、一例として、δｐ ＞ ０．７ となったら、完全な居ねむり状態になった可能性が高いので、大きな、もしくは、特大の音量で、その旨、アナウンスしつつ、自動操舵を継続する。
この場合は、完全な居ねむりと いえるので、もっとも、きめ細かく自動操舵をしようと思ったら、事後的に、この「深い居ねむり」の時の、自動計測、自動ハンドル制御の時間間隔を４０ｍｓへ変更入力できる。
この深い居ねむりの状態では、人手による操舵が入る可能性が、最も小さいので、自動計測、自動ハンドルの時間間隔が、浅い居ねむり、中ほどの居ねむりの時に比べて、最も短くなるのである。なお、変更入力のさい、この意味での入力チェックが なされる。
【００２３】
同様に、δｐ’＞０．７になった時も、完全な居ねむり状態に陥った可能性が高いので、その旨、大声でアナウンスしつつ、自動操舵をかける。ユーザーが、居ねむりに完全に陥ったことの検出手段として、δｐを用いた方が、δｐ’を用いることよりも、効果が有ると判断したら、δｐ’＞０．７の０．７の代わりに１．０を入力すればよい。図１５は、本システムで用いた計測と制御のためのパラメタの入力画面である。これらのパラメタを修正入力することで、ユーザーは各自の体質、平常の運転状況にマッチした最適値を、本システムへフィードバックすることが可能なのである。図１５の枠内のパラメタは、前記「脳波による制動装置」との併用を考慮して描かれておる。さて、「脳波による制動装置」を併用しておるのであれば、δｐ＞０．８あるいは、δｐ’＞０．９の深い居ねむりの時には、本来、そこで記載の自動制動手段により、急ブレーキがかかり停止するのであるが、万一、自動制動手段が故障していても、なお、ドライバーの居ねむり中に、事故無く、車体を運行せしめることが、自動操舵手段３により可能となるのである。ところで、システムによりユーザーが目を覚ましたと判断される時には、つまり、α波、β波の脳波全体に占める比率が高くなった時には、脳波分析手段２のコンピュータ９の指示により、計測制御プロセサはその働きを停止し、自動操舵が解除されるのである。ところで、図１５の枠内のパラメタの設定は、前記「脳波による制動装置」を併用しておれば、おそらく、各個人の体質に応じて最も合理的に、ユーザー自身により、なされうると思われるが、もし、併用していないならば、一般的な標準値として、δ波や、θ波あるいは、それらの積算値が、７０〜８０％以上であるように設定しておけば良い。
【００２４】
通常は、超音波のみを使用し、照度センサ、光センサ１５で 車外の明るさの変化も参照しつつ、超音波計測で混信が生じた時に、トンネルへ入ったと判断し、トンネル内でのみ、レーザーによる計測を行うようにしたのは、本システムの特徴の一つである。図１４。
なお、この超音波による計測でさえ、常に行うのでは なく、ドライバーが居ねむり運転に陥ったときのみ、その自動計測、自動操舵を行うのである。
それゆえ、本システムが 地上の全車両に採用されたとしても、他車の発する超音波、あるいは、レーザー光により、混信が生じる可能性は小さいのである。同時刻、同じ場所で、２台以上の車が 居ねむり運転に陥ったとしても、たとえば、超音波ビームの波長を、自動車ナンバーに関連させ、少しずつ、各車で区別を することで、混信の可能性を 絶無にできる。
本システムでは、そのドライバーの常用の速度、ガードレール、トンネル壁との 常用の離隔距離を考慮して、複数の超音波受信器を設置しておるので、自動計測の精度が高い。
また、レーザー光の トンネル壁への入射角が垂直でなくても、誤差が生じぬように、レーザー発信器を車体の前方と後方へ設置し、それぞれに、数台ずつのレーザー受信器を併設しておる。
なお、レーザーに光学上のビームの広がりを持たせることで、受信精度を上げることができ、また、乗用車では 感度の高いレーザー受信器を、車体の前方と後方へ１台ずつ設置するだけで済ますことも、可能となろう。
本システムでは、いったんは、θｐ，θｐ’，δｐ，δｐ’なりの居ねむりパラメタにより、居ねむりを検出するのであるが、同時に、その前後の脳波パターンを、そのときの運転状況、ガードレールとの離隔距離と共に、ディスク、半導体メモリへ記憶し、パラメタ設定が最適値の時の、その記憶した脳波パターンを、事後的に抽出して、次ぎの運転からは、その脳波パターンが現れたことを 脳波分析手段２が 検出した時に、自動操舵を行うようにしてもよい。
【００２５】
【効果】
ドライバーの居ねむり運転時に、その車両へ自動操舵を掛けるので、ガードレール、あるいは、トンネル壁との接触を、自動的に 無からしめることができる。
なお、超音波ビームの使用に代えて、特公平４−２１１４５記載のマイクロ波技術を用いてもよい。この先行技術は、先行車との車間距離の測定用に開発されたものだが、これを ガードレールとの距離の測定に流用するのである。
この場合には、図１２の仕組みが、自働操舵に使われるのである。
特公平４−２１１４５を利用すれば、送信用アンテナ、受信用アンテナ、各々１台で済ますことが、できよう。
なお、このマイクロ波技術のうち、速度検出回路、速度演算、道路の粗さ演算に関わる、信号処理部分は、本システムでは、直接には使わず不用ゆえ、該技術を使うにしろ、多少コストを低減できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略 構成図。
【図２】積分値により、δ波の比率を求めるための計算式
【図３】積分値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図４】最大値により、δ波の比率を求めるための計算式。図３と図５の中の説明文も参照。
【図５】最大値により、θ波の比率を求めるための計算式
【図６】レーザービーム利用の危険性を示す、説明図。
【図７】電動式、自動操舵機構の概略図。
車軸２４には、ギヤ２６が噛合し、このギヤ２６が クラッチ手段２７を介して、モータ２８によって回転駆動される。なお、ステアリングホイールのシャフトの下端、ピニオン２３は 車軸２４のラック部２５に、噛合している。
【図８】バスの車体に、超音波発信器１０と超音波受信器１１が 設置されておる様子。図は、その一部を表し、超音波受信器１１は １２台なり、１８台 設けることになる。０〜２０ｃｍは、その設置間隔の一例。
【図９】超音波利用時の、自動ハンドル制御のフローチャート。
【図１０】トンネル壁に、バスが やや傾いて、接近しておる様子。加えて、車体の前方に、レーザー発信器１３とレーザー受信器１４が、設置されておる様子。トンネル壁の法線に対して、レーザービームが 角度を持って入射、反射しておる。レーザービームに持たせる、光学的なビームの広がりに応じて、一例 ０〜１０ｃｍの間隔で、数台のレーザー受信器が、設けられている。
【図１１】トンネル壁から、やや傾いて バスが、離れて行く時の、車体の後方に設置されておる、レーザー発信器１３とレーザー受信器１４。
【図１２】レーザー利用時の、自動ハンドル制御のフローチャート。
【図１３】脳波分析手段２の概略図
【図１４】自動操舵手段３の中身を、やや詳しく描いた、本システムの構成図。図７の電動式、自働操舵機構を用いる時には、計測制御プロセサ１６が、電動モータ２８を稼動制御して、微小角Δに相当する、自働操舵を実現しておるのである。
なお、油圧式の自動操舵機構を簡単に説明する。車軸に、自動操舵と共用のパワーステアリング装置のパワーシリンダが設けてある。油ポンプより供給される圧油を、自動操舵バルブ、パワーバルブを通じて、このパワーシリンダ、＜自動操舵シリンダ＞へ供給する。計測制御プロセサ１６により、自動操舵バルブ、パワーバルブが 制御され、微小角Δのハンドル操作に相当する、自動操舵がおこなわれるのである。
【図１５】計測と制御の各パラメタの入力画面。イ）とロ）は、又、ハ）とニ）は、どちらか、一方のみ 必ず入力が 必要である。使わぬ方は、ブランクにする。下線部は、入力可能項目である ことを、示す。
ここで、あらかじめ入力された値にしたがって、脳波分析手段２と、計測制御プロセサ１６が動くのである。
ガードレールの切れめの長さは、場所によって変わるかもしれない。そこで、やや長い切れめの時には、第１車線の中とはいっても、多少左側へ、シフトして走行することが、あるかもしれない。念のため「左側物体との距離」としては、自車が第１車線内で走るとして、自車とガードレールとの間に、後続車が割り込んで来ない程度の、ガードレールとの離隔距離を考慮しつつ、その値を決めるのもよい。
但し、実用上、これが 問題となるのは、居ねむりを していて、しかも、上記のような箇所を、自車が通りかかった時に、限られる。
【符号の説明】
１は 脳波入力手段。
２は 脳波分析手段。
３は 自動操舵手段。
６は 増幅器。
７は 帯域フィルタ。
８は Ａ／Ｄコンバーター
９は コンピュータ
１０は 超音波発信器。
１１は 超音波受信器。
１２は ガードレール。
１３は レーザー発信器。
１４は レーザー受信器。
１５は 照度センサ、もしくは、光センサ
１６は 計測制御のためのマイクロプロセサ
１７は トンネル壁
２３は ピニオン
２４は 車軸
２５は 車軸のラック部
２６は ギヤ
２７は クラッチ手段
２８は 電動モータ
Claims (6)
- 脳波入力手段１と、脳波から人が眠りに入ろうとする時の状態を示すθ波や、既に睡眠中の時に現れるδ波を分析するための脳波分析手段２を有し、
ハイウエイ＿を走行中、
θ波やδ波の＿脳波全体に占める比率が、ユーザーによりあらかじめ入力された
居眠りに陥る時の値より大きくなった時に、ガードレール、トンネル壁、側壁または防音壁など左側物体との距離を検出する自動計測をなし、道路がカーブしていても、
左側物体との間の距離を維持するように、車両の自動操舵手段３により、ハンドル制御を自動的に行うようにした、脳波で起動される自動操舵装置。 - 脳波入力手段１と、脳波から人が眠りに入ろうとする時の状態を示すθ波や、既に睡眠中の時に現れるδ波を分析するための脳波分析手段２を有し、
ハイウエイ＿を走行中、
θ波やδ波の＿脳波全体に占める比率が、ユーザーによりあらかじめ入力された
居眠りに陥る時の値より大きくなった時に、ガードレール、トンネル壁、側壁または防音壁など左側物体との距離を検出する自動計測をなし、左側物体との間の距離を維持するように、車両の自動操舵手段３により、ハンドル制御を自動的に行うようにし、
左側物体へ近づいた時に、あらかじめ入力した微小角、ハンドルを右へ回すに相当する自動操舵をし、左側物体との距離が、入力しておいた距離より大きくなった時に、ハンドルを左へ微小角回すに相当する自動操舵を行い、このような自動操舵をくりかえし、左側物体との距離を一定に保つようにした、脳波で起動される自動操舵装置。 - 脳波入力手段１と、脳波から人が眠りに入ろうとする時の状態を示すθ波や、既に睡眠中の時に現れるδ波を分析するための脳波分析手段２を有し、
ハイウエイ＿を走行中、
θ波やδ波の＿脳波全体に占める比率が、ユーザーによりあらかじめ入力された
居眠りに陥る時の値より大きくなった時に、ガードレール、トンネル壁、側壁または防音壁など左側物体との距離を検出する自動計測をなし、左側物体との間の距離を維持するように、車両の自動操舵手段３により、ハンドル制御を自動的に行うようにし、
イ）入力した初期値と比べ、左側物体との離隔距離が変わらず、当初の離隔距離なら、
ハンドルはそのままにし、
ロ）入力した初期値と比べ、左側物体との離隔距離が短くなった時、
ロ−１）直前の計測より離隔距離が長いなら、左側物体への接近は止んだとみて、ハンドルはそのままにし、
ロ−２）直前の計測より離隔距離が短いなら、当初の離隔距離を割って、左側物体へ近づいているとみて、
又、
直前の計測と離隔距離が同じなら、左側物体に平行して走っているが、左側物体にシフトしているとみて、
左側物体から離れる方向へ、ハンドルを自動操舵し、
ハ）入力した初期値と比べ、左側物体との距離が長くなった時、
ハ−１）直前の計測より離隔距離が短いときは、ハンドルはそのままにし、
ハ−２）直前の計測より離隔距離が長い時は、当初の離隔距離を越えて、左側物体から離れているとみて、
又、
直前の計測と離隔距離が同じ時は、
左側物体へ近付く方向へ、ハンドルを自動操舵する
ようにした、脳波で起動される自動操舵装置。 - 深い居眠りの状態では、自動計測、自動ハンドルの時間間隔が、浅い居眠り、中ほどの居眠りの時に比べて、最も短くなるようにした、請求項１〜請求項３の脳波で起動される自動操舵装置。
- α波、β波の脳波全体に占める比率が高くなった時に、ユーザーが目を覚ましたと判断し、脳波分析手段２の指示により、自動操舵が解除される、請求項１〜請求項３の脳波で起動される自動操舵装置。
- 居眠りを検出した時の脳波パターンを記憶し、次ぎの運転からはその脳波パターンが現れたことを、脳波分析手段２が検出した時に、自動操舵を行うようにした、請求項１〜請求項３の脳波で起動される自動操舵装置。
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