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JP5640537B2 - Driver's fatigue estimation device and fatigue estimation method - Google Patents
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JP5640537B2 - Driver's fatigue estimation device and fatigue estimation method - Google Patents

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Description

本発明は、車両を運転する運転者の疲労状態を推定する疲労推定の技術に関する。   The present invention relates to a fatigue estimation technique for estimating a fatigue state of a driver who drives a vehicle.

特許文献1には、操作反力を調整して運転者の疲労を低減するステアリング操作反力調整装置が記載されている。この装置では、シートスライド位置、シートバック角度、シートクッション角度、ステアリング操作角から、ステアリング装置に対する運転者の肩関節位置、肘関節位置を演算して運転者の姿勢(運転者の状態)を検出する。その検出した運転者の姿勢から、運転者が現在上肢を保持するために必要とされる筋力、つまり現在の上肢の各筋の負荷を求める。そして、運転者が感じる操作感(負荷)が一定となるようにステアリング装置の操作反力を調整する。   Patent Literature 1 describes a steering operation reaction force adjusting device that reduces an operator's fatigue by adjusting an operation reaction force. This device detects the driver's posture (driver state) by calculating the shoulder joint position and elbow joint position of the driver relative to the steering device from the seat slide position, seat back angle, seat cushion angle, and steering operation angle. To do. From the detected posture of the driver, the muscle force required for the driver to hold the current upper limb, that is, the load of each muscle of the current upper limb is obtained. Then, the reaction force of the steering device is adjusted so that the operational feeling (load) felt by the driver is constant.

上記筋力(各筋の負荷)の検出は、人体骨格標本の寸法(肘関節の角度や肩関節から肘関節までの距離など)を利用した筋骨格モデルに基づき検出する。   The muscular strength (load of each muscle) is detected based on a musculoskeletal model using the dimensions of the human skeletal specimen (such as the angle of the elbow joint and the distance from the shoulder joint to the elbow joint).

特開平8−301136号公報JP-A-8-301136

一般に、筋骨格モデルは、骨格モデルの自由度に対しその運動を制御する筋の数が多いことから、一意に筋力が定まらないという冗長問題がある。このため、一般には、予め設定した境界条件で最適化をして筋力を推定しているが、必ずしも生理学的に妥当な筋力となるか保証がない。   In general, the musculoskeletal model has a redundant problem that the muscular strength cannot be uniquely determined because the number of muscles that control the movement is large with respect to the degree of freedom of the skeletal model. For this reason, in general, the muscle strength is estimated by optimization under preset boundary conditions, but there is no guarantee that the muscle strength is physiologically appropriate.

例えば、上記従来技術では、筋骨格モデルに運転操作時の操作反力を入力しているが、運転者の内部で相殺される力は操作反力に反映されないため、疲労状態を精度良く推定できないおそれがある。具体的には、操作反力が1Nであっても、拮抗する筋肉間の筋力差が1Nで各筋が働いているということであって、拮抗する筋肉(例えば上腕三頭筋と上腕二頭筋)の一方の筋肉で負担している筋力が不明であるために、疲労状態の推定精度が悪くなる。   For example, in the above prior art, an operation reaction force at the time of driving operation is input to the musculoskeletal model. However, since the force canceled inside the driver is not reflected in the operation reaction force, the fatigue state cannot be accurately estimated. There is a fear. Specifically, even if the operation reaction force is 1N, the muscle strength difference between the antagonizing muscles is 1N, and each muscle is working, and the antagonizing muscles (for example, triceps and biceps) Since the muscular strength borne by one of the muscles is unknown, the estimation accuracy of the fatigue state is deteriorated.

本発明は、上記のような点に着目したもので、運転者の疲労状態をより正確に推定可能とすることを課題としている。   The present invention focuses on the above points, and has an object to make it possible to more accurately estimate the driver's fatigue state.

上記課題を解決するために、本発明は、操作子を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の疲労状態を筋骨格モデルに基づき推定する際に、別に推定した上記筋骨格部全体の硬さ状態を利用することで、推定する疲労状態の精度を向上する。   In order to solve the above-described problem, the present invention provides the entire musculoskeletal portion estimated separately when estimating the fatigue state of the driver's musculoskeletal portion used when operating the operator based on the musculoskeletal model. The accuracy of the estimated fatigue state is improved by utilizing the hardness state.

本発明によれば、対象とする筋骨格部の硬さ状態を推定することで、筋骨格モデルによって推定する推定値の妥当性判断、若しくは筋骨格モデルで推定値を推定する際に適切な絞り込みが可能となる。この結果、推定値の精度が向上し、もって運転者の疲労状態をより正確に推定可能となる。   According to the present invention, by estimating the hardness state of the target musculoskeletal part, it is possible to judge the validity of the estimated value estimated by the musculoskeletal model, or to appropriately narrow down when estimating the estimated value by the musculoskeletal model. Is possible. As a result, the accuracy of the estimated value is improved, so that the driver's fatigue state can be estimated more accurately.

本発明に基づく実施形態に係る疲労推定装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the fatigue estimation apparatus which concerns on embodiment based on this invention. 筋骨格モデルの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a musculoskeletal model. 本発明に基づく実施形態に係る運転者の疲労推定装置の説明図である。It is explanatory drawing of the driver | operator's fatigue estimation apparatus which concerns on embodiment based on this invention. 本発明に基づく第1実施形態に係る運転者の疲労推定装置の説明図である。It is explanatory drawing of the driver | operator's fatigue estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第1実施形態に係る運転者の疲労推定装置の説明図である。It is explanatory drawing of the driver | operator's fatigue estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment based on this invention. 本発明に基づく第1実施形態に係る運転者の疲労推定装置のシステム図である。1 is a system diagram of a driver fatigue estimation device according to a first embodiment based on the present invention. FIG. 外乱トルクAを説明する図である。It is a figure explaining disturbance torque A. 外乱トルクBを説明する図である。It is a figure explaining the disturbance torque B. FIG. インピーダンス計測のブロック図である。It is a block diagram of impedance measurement. インピーダンスの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of an impedance. 筋骨格モデルのモデルを求める概念図である。It is a conceptual diagram which calculates | requires the model of a musculoskeletal model. 筋モデルを説明する図である。It is a figure explaining a muscle model. 長さ変化と力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between length change and force. 収縮速度と力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between contraction speed and force. 収縮要素の刺激と活性化関係の経時変化を示す図である。It is a figure which shows the time-dependent change of the stimulation of a contraction element, and activation. 収縮要素の力と長さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the force and length of a contraction element. 並列弾性要素の力と長さの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the force of a parallel elastic element, and length. 数式を示す図である。It is a figure which shows numerical formula. 腕の粘弾性のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the viscoelasticity of an arm. 筋骨格モデルを利用した粘性、弾性、慣性の算出のイメージ図である。It is an image figure of calculation of viscosity, elasticity, and inertia using a musculoskeletal model. 筋骨格モデルの概念図である。It is a conceptual diagram of a musculoskeletal model. 筋力推定値の決定(選択)の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the determination (selection) of a muscular strength estimated value. ステアリングホイールに対する把持の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the holding | grip with respect to a steering wheel. 掌の位置とインピーダンスの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of a palm, and impedance. 掌の位置と弾性等との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the position of a palm, elasticity, etc. FIG. 本発明に基づく第1実施形態に係る疲労推定装置の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the fatigue estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment based on this invention. 筋力と持続時間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between muscular strength and duration. 疲労判定の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of fatigue determination. 本発明に基づく第1実施形態に係る動作等を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement etc. which concern on 1st Embodiment based on this invention. インピーダンスの計測を説明する図である。It is a figure explaining the measurement of an impedance. 本発明に基づく第2実施形態に係る疲労推定装置の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the fatigue estimation apparatus which concerns on 2nd Embodiment based on this invention. 腕のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of an arm. インピーダンス計測に基づく境界条件を説明する図である。It is a figure explaining the boundary conditions based on impedance measurement. 筋骨格モデルの推定結果における主導筋と拮抗筋の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the main muscle and antagonistic muscle in the estimation result of a musculoskeletal model.

「第1実施形態」
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
(疲労推定装置の概念)
図1は、本実施形態の概念図である。
ここで、操作子100は、運転者が操作することで、車両に運転指示を与えるためのものである。
“First Embodiment”
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Concept of fatigue estimation device)
FIG. 1 is a conceptual diagram of this embodiment.
Here, the operator 100 is for giving a driving instruction to the vehicle when operated by the driver.

本実施形態の運転者の疲労推定装置は、外乱トルク付与手段101、硬さ推定手段102、操作反力取得手段103、姿勢取得手段104、推定値算出手段105、及び疲労推定手段を備える。
上記外乱トルク付与手段101は、操作子100に目的の反力を付与する。外乱トルク付与手段101は必ずしも必要でない。操作子100に所要の外乱が入力する場合には、その外乱を反力として使用することができる。
The driver's fatigue estimation device of this embodiment includes disturbance torque applying means 101, hardness estimation means 102, operation reaction force acquisition means 103, posture acquisition means 104, estimated value calculation means 105, and fatigue estimation means.
The disturbance torque applying means 101 applies a desired reaction force to the operation element 100. The disturbance torque applying means 101 is not always necessary. When a required disturbance is input to the operation element 100, the disturbance can be used as a reaction force.

硬さ推定手段102は、操作子100を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の硬さ状態を推定する。本実施形態の硬さ推定手段102は、具体的には、上記操作子100に反力が入力されたときの筋骨格部全体の筋肉による抵抗(抑え込み)状態の特性を硬さ状態として取得する。上記特性は、本実施形態では周波数特性とする。硬さ推定手段102は、推定した硬さ状態の情報を疲労推定手段に出力する。   The hardness estimation means 102 estimates the hardness state of the driver's musculoskeletal part used when operating the operator 100. Specifically, the hardness estimation unit 102 of the present embodiment acquires, as the hardness state, the characteristic of the resistance (suppressed) state by the muscles of the entire musculoskeletal part when the reaction force is input to the operation element 100. . The above characteristic is a frequency characteristic in the present embodiment. The hardness estimation unit 102 outputs information on the estimated hardness state to the fatigue estimation unit.

本実施形態の硬さ推定手段102は、外乱トルク検出手段102Aと抵抗特性検出手段102Bとを備える。外乱トルク検出手段102Aは、上記操作子100に入力する外乱トルクを検出する。抵抗特性検出手段102Bは、上記外乱トルク検出手段102Aが検出する外乱トルクに対する上記筋骨格部の抵抗特性であるインピーダンスを上記硬さ状態として検出する。   The hardness estimation means 102 of this embodiment includes disturbance torque detection means 102A and resistance characteristic detection means 102B. The disturbance torque detecting means 102A detects the disturbance torque input to the operation element 100. The resistance characteristic detection unit 102B detects an impedance, which is a resistance characteristic of the musculoskeletal portion, with respect to the disturbance torque detected by the disturbance torque detection unit 102A as the hardness state.

操作反力取得手段103は、運転者が操作子100を操作するときに受ける操作反力を取得する。
姿勢取得手段104は、上記操作子100を操作する際に主に使用される運転者の筋骨格部の骨格姿勢の情報を取得する。姿勢取得手段104は、例えば車両に取り付けられた1又は2以上のカメラ104A(撮像手段)、及びカメラ104Aが撮像した画像を画像処理する画像処理部104Bと、からなる。操作子100がステアリングホイールの場合には、主として肩から手までの筋骨格部が対象となる。そして、カメラ104Aが、運転者の対象とする筋骨格部を撮像する。画像処理部104Bは、カメラが撮像した画像を画像処理することで、対象とする筋骨格部を構成する各関節の角度及び位置、さらには、関節間の距離などの姿勢を特定する姿勢情報を演算する。画像処理部104Bは、演算した姿勢情報を推定値算出手段105に出力する。
The operation reaction force acquisition unit 103 acquires an operation reaction force received when the driver operates the operation element 100.
The posture acquisition means 104 acquires information on the skeletal posture of the driver's musculoskeletal portion that is mainly used when operating the operator 100. The posture acquisition unit 104 includes, for example, one or more cameras 104A (imaging unit) attached to the vehicle, and an image processing unit 104B that performs image processing on an image captured by the camera 104A. When the operation element 100 is a steering wheel, the musculoskeletal part from the shoulder to the hand is mainly targeted. Then, the camera 104A images the musculoskeletal portion targeted by the driver. The image processing unit 104B performs image processing on an image captured by the camera, thereby obtaining posture information for specifying a posture such as an angle and a position of each joint constituting the target musculoskeletal portion, and a distance between the joints. Calculate. The image processing unit 104B outputs the calculated posture information to the estimated value calculation unit 105.

推定値算出手段105は、姿勢取得手段104が演算した姿勢情報と操作反力取得手段103が取得した操作反力を入力値として、筋骨格モデルによる運転方程式から、対象とする筋骨格部の筋力値に関わる推定値を求める。   The estimated value calculation means 105 uses the posture information calculated by the posture acquisition means 104 and the operation reaction force acquired by the operation reaction force acquisition means 103 as input values, and the muscle strength of the target musculoskeletal part from the driving equation based on the musculoskeletal model. Find an estimate for the value.

筋骨格モデルは、図2に示すような、剛体からなる複数の骨格をリンク構造で連結した骨格モデルと、その骨格モデルの骨格上に張られた筋・腱・靱帯系ワイヤモデル(単に筋モデルと呼ぶ)とからなる。筋モデルは、筋肉を収縮力を発揮するアクチュエータとしてモデル化したものである。そして、上記筋骨モデルを表現する運転方程式を計算することで、各筋の筋力値に関わる推定値を求めることが出来る。筋力値に関わる推定値は、筋力値、筋の粘性、弾性、慣性に関する値でもよい。ただし、冗長性があるので、境界条件として、何らかの評価関数や拘束条件を設定する必要がある。   As shown in FIG. 2, the musculoskeletal model includes a skeletal model in which a plurality of skeletons composed of rigid bodies are connected by a link structure, and a muscle / tendon / ligament system wire model (simply a muscle model) stretched on the skeleton of the skeleton model. Called). The muscle model is a model of a muscle as an actuator that exerts contractile force. And the estimated value regarding the muscular strength value of each muscle can be calculated | required by calculating the driving | operation equation expressing the said musculoskeletal model. The estimated value related to the muscle strength value may be a value related to the muscle strength value, muscle viscosity, elasticity, or inertia. However, since there is redundancy, it is necessary to set some evaluation function or constraint condition as a boundary condition.

また、筋骨格モデル用のデータベースを備える。データベースには、例えば、対象とする筋骨格部の各筋の特性(標準の最大筋力値など)や、姿勢に応じた筋負担比などの運動方程式で使用するデータが格納されている。   A database for musculoskeletal models is also provided. The database stores, for example, data used in equations of motion such as the characteristics of each muscle of the target musculoskeletal portion (standard maximum muscle strength value, etc.) and the muscle load ratio according to the posture.

上記推定値算出手段105は、例えば、姿勢取得手段104が演算した姿勢情報に基づいて、対象とする筋骨格部の骨格モデルの関節位置を特定して、操作反力に対する各関節部の関節トルクを求め、また、上記姿勢情報から、各筋の長さなどから各筋の筋力の発生可能な範囲とか、各筋の負担比率である筋力比を推定し、運動方程式に基づき逆動力学計算を実施して推定値を演算する。このとき、不定要素のある冗長度のある計算となる。本実施形態では、最適化を行うことなく、複数の妥当と思われる推定値を演算する。   The estimated value calculation means 105 specifies the joint position of the skeletal model of the target musculoskeletal part based on the posture information calculated by the posture acquisition means 104, for example, and the joint torque of each joint part with respect to the operation reaction force In addition, from the above posture information, estimate the range of muscle strength that can be generated from the length of each muscle, the muscle strength ratio that is the burden ratio of each muscle, and calculate the inverse dynamics based on the equation of motion. Calculate the estimated value. At this time, the calculation has a certain degree of redundancy and indefinite elements. In the present embodiment, a plurality of reasonable estimated values are calculated without performing optimization.

疲労推定手段106は、硬さ推定手段102が推定する硬さの状態と、推定値算出手段105が求める推定値とに基づき、運転者の疲労状態を推定する。本実施形態の疲労推定手段106は、上記推定値算出手段105から推定した複数の推定値について、その複数の推定値の各特性と、上記硬さ推定手段102の硬さの状態特性(本実施形態では周波数特性)とを比較して、硬さの状態特性に最も近似した特性の推定値を選択する。そして本実施形態の疲労推定手段106は、選択した推定値から運転者の疲労状態を推定する。   The fatigue estimation unit 106 estimates the driver's fatigue state based on the hardness state estimated by the hardness estimation unit 102 and the estimated value obtained by the estimated value calculation unit 105. The fatigue estimation unit 106 according to the present embodiment includes, for a plurality of estimated values estimated from the estimated value calculating unit 105, characteristics of the plurality of estimated values and a hardness state characteristic of the hardness estimating unit 102 (this embodiment). In the embodiment, an estimated value of the characteristic most similar to the hardness state characteristic is selected. And the fatigue estimation means 106 of this embodiment estimates a driver | operator's fatigue state from the selected estimated value.

(具体的構成)
次に、具体的な構成を例示して本実施形態を説明する。
(Specific configuration)
Next, the present embodiment will be described by exemplifying a specific configuration.

以下の実施形態では、操作子100としてステアリングホイール7を例に挙げて説明する。対象とする操作子100は、ステアリングホイール7に限定されず、ブレーキペダルやシフトレバーなどであっても良い。要は、運転する際に操作する操作子100であって、運転者に操作反力が発生する操作子100であれば適用可能である。   In the following embodiments, the steering wheel 7 will be described as an example of the operation element 100. The target operating element 100 is not limited to the steering wheel 7 but may be a brake pedal, a shift lever, or the like. In short, it is applicable to any operator 100 that is operated when driving and that generates an operation reaction force on the driver.

また、本実施形態では、主として肩部から手までの身体部分が、対象とする筋骨格部となる。
なお、疲労度の指標は、筋力そのもの、もしくは、筋の粘性、弾性、慣性でもよい。また疲労度の指標として、筋の粘性、弾性、慣性を利用できる。
In the present embodiment, the body part from the shoulder part to the hand is the target musculoskeletal part.
The index of fatigue may be muscle strength itself, or muscle viscosity, elasticity, or inertia. In addition, muscle viscosity, elasticity, and inertia can be used as indicators of fatigue.

図3は、車両に搭載された本実施形態の疲労推定装置を説明するための全体図である。
符号1はステアリングギヤ機構である。ステアリングギヤ機構1は、ステアリングの回転をラック/ピニオン機構などによって車幅方向(横方向)の動きに変換する装置である。
FIG. 3 is an overall view for explaining the fatigue estimation device of the present embodiment mounted on a vehicle.
Reference numeral 1 denotes a steering gear mechanism. The steering gear mechanism 1 is a device that converts the rotation of the steering into movement in the vehicle width direction (lateral direction) by a rack / pinion mechanism or the like.

符号2及び3は転舵輪である。転舵輪2,3のタイヤは、一般的なセダンタイプに取り付けられるタイヤであれば種類(扁平率、タイヤ径、ラジアル/スタッドレス、等)を問わない。
符号4は反力装置モータ角センサである。反力装置モータ角センサ4は、ステアリングコラムシャフトと操舵反力用アクチュエータ5の間に設置されたモータ角センサであって、回転するステアリングの現在の角度を検出して出力する。
Reference numerals 2 and 3 are steered wheels. The tires of the steered wheels 2 and 3 may be of any type (flatness, tire diameter, radial / studless, etc.) as long as they are attached to a general sedan type.
Reference numeral 4 denotes a reaction force device motor angle sensor. The reaction device motor angle sensor 4 is a motor angle sensor installed between the steering column shaft and the steering reaction force actuator 5, and detects and outputs the current angle of the rotating steering wheel.

符号5は、外乱付与手段を構成する操舵反力用アクチュエータである。操舵反力用アクチュエータ5は、ステアリングコラムに設置されたモータである。操舵反力用アクチュエータ5は、運転者がステアリングを回転するのに要する力を増幅してアシストしたり、タイヤ側から入ってくる不要な外乱を減少したりするに利用可能な装置である。操舵反力用アクチュエータ5は、コントローラ6からの指令に応じた制御電流を入力することにより、目的とする反力を発生できる。   Reference numeral 5 denotes a steering reaction force actuator that constitutes a disturbance applying means. The steering reaction force actuator 5 is a motor installed on the steering column. The steering reaction force actuator 5 is a device that can be used to amplify and assist the driver's force required to rotate the steering, or to reduce unnecessary disturbance that enters from the tire side. The steering reaction force actuator 5 can generate a desired reaction force by inputting a control current according to a command from the controller 6.

符号6は操舵反力装置用コントローラ(操舵反力制御手段)である。操舵反力装置用コントローラ6は、目標とする操舵反力&操舵角に応じた制御電流を出力する。操舵反力装置用コントローラは、上記アクチュエータ5を駆動するため制御装置である。
符号7は、運転者が操作する操作子100としてのステアリングホイール(操舵手段)である。ステアリングホイール7はステアリングを介してステアリングギヤ機構1に連結する。
Reference numeral 6 denotes a steering reaction force controller (steering reaction force control means). The steering reaction force device controller 6 outputs a control current corresponding to a target steering reaction force and steering angle. The controller for the steering reaction force device is a control device for driving the actuator 5.
Reference numeral 7 denotes a steering wheel (steering means) as the operator 100 operated by the driver. The steering wheel 7 is connected to the steering gear mechanism 1 via the steering.

符号8は操作反力取得手段103を構成するステアリングリンク部内蔵型トルクセンサである。トルクセンサ8は、運転者がステアリングホイール7を操作することで発生する力を計測するためのセンサである。
符号9は操舵情報伝送ハーネスである。操舵情報伝送ハーネス9は、操舵反力用アクチュエータ5から、筋力計算/指示装置利用判定装置10まで、操舵力、操舵角、外乱トルク信号を伝送するためのケーブルからなる。
Reference numeral 8 denotes a torque sensor with a built-in steering link that constitutes the operation reaction force acquisition means 103. The torque sensor 8 is a sensor for measuring the force generated when the driver operates the steering wheel 7.
Reference numeral 9 denotes a steering information transmission harness. The steering information transmission harness 9 includes a cable for transmitting a steering force, a steering angle, and a disturbance torque signal from the steering reaction force actuator 5 to the muscle force calculation / instruction device use determination device 10.

符号10は筋力計算/指示装置利用判定装置である。筋力計算/指示装置利用判定装置10は、運転者の上肢身体(対象とする筋骨格部)の筋力を推定するための演算装置である。
符号11は運転者用カメラである。運転者用カメラ11は、運転者の姿勢を検出するための撮像デバイスである。カメラとしては、CCDカメラやCMOSカメラなどが例示出来る。
Reference numeral 10 denotes a muscular strength calculation / instruction device use determination device. The muscular strength calculation / instruction device use determination device 10 is an arithmetic device for estimating the muscular strength of the upper limb body (target musculoskeletal portion) of the driver.
Reference numeral 11 denotes a driver camera. The driver camera 11 is an imaging device for detecting the posture of the driver. Examples of the camera include a CCD camera and a CMOS camera.

符号12はタイヤ横力検出センサである。タイヤ横力検出センサ12は、タイヤに働く横力を計測するセンサである。
符号13は指示装置である。この指示装置13は、運転者が疲労状態あるいは今後疲労につながりそうな状態であることを検出したら、例えば、運転者に休憩するように促す、もしくは、車線維持支援装置を使用するように促すための指示装置である。
Reference numeral 12 denotes a tire lateral force detection sensor. The tire lateral force detection sensor 12 is a sensor that measures the lateral force acting on the tire.
Reference numeral 13 denotes a pointing device. When the instruction device 13 detects that the driver is in a fatigued state or a state that is likely to lead to fatigue in the future, for example, the instruction device 13 prompts the driver to take a break or use a lane keeping assist device. It is a pointing device.

図4は、筋力計算/指示装置利用判定装置の構成を説明する図である。図5はその概念図である。
符号14は外乱トルク検出手段102Aを構成する外乱トルク信号検出部である。外乱トルク信号検出部14は、過去一定時間の実測トルク信号、および、セルフアライニングトルクと路面外乱、横風外乱によってタイヤに働く力の信号(タイヤ発生トルク信号)から、つまり、タイヤ発生トルク信号と実測トルクの履歴から、運転者のインピーダンス計測に利用できる所定の外乱トルクを検出する。タイヤ発生トルク信号の車両信号はタイヤ発生トルク信号検出部15から取得する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the muscle strength calculation / instruction device usage determination device. FIG. 5 is a conceptual diagram thereof.
Reference numeral 14 denotes a disturbance torque signal detector that constitutes the disturbance torque detector 102A. The disturbance torque signal detection unit 14 is based on an actually measured torque signal for a certain past time, and a self-aligning torque, a road surface disturbance, and a force signal acting on the tire due to a crosswind disturbance (tire generation torque signal), that is, a tire generation torque signal A predetermined disturbance torque that can be used to measure the driver's impedance is detected from the history of the measured torque. The vehicle signal of the tire generation torque signal is acquired from the tire generation torque signal detection unit 15.

計測に利用するタイヤ発生トルク信号、及び、実測トルクの検出条件は以下の通りとする。
すなわち、1Hz〜100Hzの周波数において、実測トルクとのコヒーレンスが0.9以上で、セルフアライニングトルクの方が位相が早い場合を検出条件とする。
The tire generation torque signal used for measurement and the detection conditions of the measured torque are as follows.
That is, the detection condition is that the coherence with the actually measured torque is 0.9 or more and the phase of the self-aligning torque is earlier at a frequency of 1 Hz to 100 Hz.

この検出条件を満たさない場合は、外乱トルク付与手段101は、事前に準備した所定の外乱トルク信号を利用する。すなわち、外乱トルク付与手段101は、操舵反力用アクチュエータ5を利用して、所定の外乱トルクをステアリングホイール7に伝達する。   When this detection condition is not satisfied, the disturbance torque applying unit 101 uses a predetermined disturbance torque signal prepared in advance. That is, the disturbance torque applying means 101 transmits a predetermined disturbance torque to the steering wheel 7 using the steering reaction force actuator 5.

符号15はタイヤ発生トルク信号検出部である。タイヤ発生トルク信号検出部15において、セルフアライニングトルクを推定する。推定方法は、タイヤ横力とキャスタトレールの積から、転舵輪である前輪に発生しているセルフアライニングトルクを推定する。
符号16は姿勢取得手段104を構成する姿勢検出部である。姿勢検出部16は、運転者用カメラ11が撮像した画像を画像処理することで、身体(主に腕)の関節位置と関節角度を検出する。
Reference numeral 15 denotes a tire generated torque signal detector. The tire generation torque signal detection unit 15 estimates the self-aligning torque. The estimation method estimates the self-aligning torque generated in the front wheels that are steered wheels from the product of the tire lateral force and the caster trail.
Reference numeral 16 denotes an attitude detection unit constituting the attitude acquisition unit 104. The posture detection unit 16 detects the joint position and joint angle of the body (mainly the arm) by performing image processing on the image captured by the driver camera 11.

符号17は、推定値算出手段105を構成する筋個別の粘弾性推定部である。筋個別の粘弾性推定部17は、車内の計算機に登録されている筋骨格モデル、若しくは、車外に設置されたサーバに登録されている筋骨格モデルをネットワーク経由で参照して、腕の所定の部位に発生する筋単体の粘性、弾性、慣性を推定する。粘弾性推定部105は、運転者の関節位置、関節角度、及び操舵角、実測トルクを入力信号とし、演算結果として、粘性、弾性、慣性を出力する。ここで、求まる筋個別の粘性、弾性、慣性は複数解となる。例えば、2つの筋で構成される関節がある場合、関節にかかる回転モーメントを逆力学的計算により2つの筋に配分する場合、配分の組み合わせは複数存在する   Reference numeral 17 denotes a muscle-specific viscoelasticity estimation unit that constitutes the estimated value calculation means 105. The muscle-specific viscoelasticity estimation unit 17 refers to a musculoskeletal model registered in a computer in the vehicle or a musculoskeletal model registered in a server installed outside the vehicle via a network, and determines a predetermined arm. Estimate the viscosity, elasticity, and inertia of a single muscle that occurs in a region. The viscoelasticity estimation unit 105 receives the driver's joint position, joint angle, steering angle, and measured torque as input signals, and outputs viscosity, elasticity, and inertia as calculation results. Here, there are a plurality of solutions for individual muscle viscosity, elasticity, and inertia. For example, when there is a joint composed of two muscles, when the rotational moment applied to the joint is distributed to the two muscles by inverse mechanical calculation, there are multiple combinations of allocation.

符号18は、硬さ推定手段102を構成し、対象とする筋骨格部における筋全体のインピーダンス計測部である。インピーダンス計測部18は、筋全体のインピーダンスを計測する。ここで、インピーダンス計測には幾つか手法がある。本実施形態のインピーダンス計測部18は、外乱トルクを用いた腕の周波数特性を求める手法を用いる。すなわち、インピーダンス計測部18は、操舵角、実測トルク、外乱トルクを入力信号として、外乱トルクをステアリングに加えながら、実測トルクと操舵角を計測する。もしくは、タイヤ発生トルク信号検出部15の処理を実行しながら、実測トルクと操舵角を計測する。同時刻に得られた、つまり対応関係にある外乱トルク、実測トルク、操舵角の信号に基づき、インピーダンスを計算する。ここで、外乱トルクTaと実測トルクTbのクロススペクトルを、外乱トルクと操舵角のクロススペクトルで除した値を、インピーダンスとする。すなわち、下記式によって、インピーダンスを計算する。 Reference numeral 18 denotes a hardness estimation unit 102, which is an impedance measurement unit for the entire muscle in the target musculoskeletal unit. The impedance measuring unit 18 measures the impedance of the entire muscle. Here, there are several methods for impedance measurement. The impedance measuring unit 18 of the present embodiment uses a technique for obtaining the arm frequency characteristics using disturbance torque. That is, the impedance measuring unit 18 measures the measured torque and the steering angle while applying the disturbance torque to the steering wheel using the steering angle, the measured torque, and the disturbance torque as input signals. Alternatively, the measured torque and the steering angle are measured while executing the processing of the tire generation torque signal detection unit 15. Based on the disturbance torque, measured torque, and steering angle signals obtained at the same time, that is, in a corresponding relationship, the impedance is calculated. Here, a value obtained by dividing the cross spectrum of the disturbance torque Ta and the actually measured torque Tb by the cross spectrum of the disturbance torque and the steering angle is defined as impedance. That is, the impedance is calculated by the following formula.

インピーダンス計算式:
Hnms=−STaTb/STax [Nm*Nm/Nm*deg]
Impedance calculation formula:
Hnms = −STaTb / STAx [Nm * Nm / Nm * deg]

符号19は推定値算出手段105を構成する伝達関数算出部である。伝達関数算出部19は、腕を構成する複数の筋の伝達関数を一つに統合した伝達関数において、その伝達関数と、筋個別の粘弾性推定部で求めた粘性、弾性、慣性の解を基に、腕の伝達関数を算出する。ここで、上記算出する伝達関数は、筋個別の粘弾性推定部で求めた解の数だけ存在する。この伝達関数が推定値を構成する。   Reference numeral 19 denotes a transfer function calculation unit constituting the estimated value calculation means 105. The transfer function calculation unit 19 is a transfer function in which transfer functions of a plurality of muscles constituting the arm are integrated into one, and the transfer function and solutions of viscosity, elasticity, and inertia obtained by the individual viscoelasticity estimation unit are obtained. Based on this, the arm transfer function is calculated. Here, there are as many transfer functions as calculated above as the number of solutions obtained by the individual viscoelasticity estimation unit. This transfer function constitutes the estimated value.

符号20は疲労推定手段106を構成する周波数特性比較部である。周波数特性比較部20は、伝達関数算出部19で求めた各伝達関数の周波数特性(ゲイン特性、位相特性)についてインピーダンス計測部で計測したインピーダンスのゲイン特性、位相特性とを比較する。この比較結果は、粘弾性推定部17で求めた解(推定値)の数だけ存在するが、インピーダンス計測部18で求めたインピーダンスのゲイン特性と位相特性に最も近しい解を最適解とする。なお、比較は少なくともゲイン特性を使用して比較すればよい。   Reference numeral 20 denotes a frequency characteristic comparison unit constituting the fatigue estimation means 106. The frequency characteristic comparison unit 20 compares the gain characteristic and phase characteristic of the impedance measured by the impedance measurement unit with respect to the frequency characteristic (gain characteristic and phase characteristic) of each transfer function obtained by the transfer function calculation unit 19. Although there are as many comparison results as the number of solutions (estimated values) obtained by the viscoelasticity estimation unit 17, the solution closest to the impedance gain characteristic and phase characteristic obtained by the impedance measurement unit 18 is determined as the optimum solution. The comparison may be performed using at least the gain characteristic.

符号21は疲労推定手段106を構成する筋個別の筋力計算部である。筋力計算部21は、周波数特性比較部で求めた粘性、弾性、慣性、筋個別の状態(筋の長さ、筋の収縮速度など)から、筋力を求める。筋の長さと収縮速度は、予め設定した所定の値を用いる。   Reference numeral 21 denotes a muscle strength calculation unit for each muscle constituting the fatigue estimation means 106. The muscular strength calculator 21 calculates the muscular strength from the viscosity, elasticity, inertia, and individual muscle states (muscle length, muscle contraction speed, etc.) determined by the frequency characteristic comparator. Predetermined values are used for the muscle length and the contraction speed.

符号22は掌状態補正部22である。掌状態補正部22は、ステアリングホイール7に対する腕の位置や向きに応じて、筋力計算部の筋力推定値、もしくは、インピーダンス計測部のインピーダンス、周波数特性比較部20の周波数特性を補正する。掌状態補正部22は、腕の位置がステアリングの下側にある場合には、腕が体幹に支えられるためインピーダンス計測部のインピーダンスは、腕に力を入れていなくても大きくなるという影響を減らす方向に補正する。   Reference numeral 22 denotes a palm state correction unit 22. The palm state correction unit 22 corrects the muscle strength estimation value of the muscle strength calculation unit, the impedance of the impedance measurement unit, or the frequency characteristic of the frequency characteristic comparison unit 20 according to the position and orientation of the arm with respect to the steering wheel 7. When the arm position is on the lower side of the steering wheel, the palm state correcting unit 22 has an effect that the impedance of the impedance measuring unit becomes large even if no force is applied to the arm because the arm is supported by the trunk. Correct the direction to decrease.

符号23は、疲労推定手段106を構成する指示装置利用の判定部である。指示装置利用の判定部23は、筋単体もしくは複数の筋肉における疲労状態あるいは今後疲労につながりそうな状態を検出する。   Reference numeral 23 denotes a determination unit using the pointing device that constitutes the fatigue estimation means 106. The determination unit 23 using the pointing device detects a fatigue state in a single muscle or a plurality of muscles or a state likely to lead to fatigue in the future.

図6は、疲労推定装置を説明するためのシステム構成図である。
上記疲労推定装置は、機能的には、インピーダンス取得処理A、筋骨格モデルを用いた筋力推定値取得処理B、疲労度指標値決定処理Cを備える。
FIG. 6 is a system configuration diagram for explaining the fatigue estimation device.
The fatigue estimation device functionally includes an impedance acquisition process A, a muscle force estimated value acquisition process B using a musculoskeletal model, and a fatigue index value determination process C.

インピーダンス取得処理Aは、硬さ推定手段102に対応し、上記外乱トルク信号検出部14、タイヤ発生トルク信号検出部15、インピーダンス計測部18での処理に相当する。   The impedance acquisition process A corresponds to the hardness estimation unit 102 and corresponds to the process in the disturbance torque signal detection unit 14, the tire generation torque signal detection unit 15, and the impedance measurement unit 18.

インピーダンス取得処理Aは、次のように実施される。
まず、運転者の対象とする筋骨格部位置における身体の硬さ状態(インピーダンス)の特性を示す、周波数特性(ゲイン特性、位相特性)を得る。
The impedance acquisition process A is performed as follows.
First, frequency characteristics (gain characteristics, phase characteristics) indicating the characteristics of the hardness state (impedance) of the body at the musculoskeletal position targeted by the driver are obtained.

具体的には、外乱トルクをステアリングホイール7に加えながら、実測トルクと操舵角を計測する。もしくは、タイヤ発生トルク信号検出部15の処理を実行しながら、実測トルクと操舵角を計測する。次に、同時刻に得られた外乱トルク、実測トルク、操舵角の信号に基づき、インピーダンスを計算する。その計算では、外乱トルクと実測トルクのクロススペクトルを、外乱トルクと操舵角のクロススペクトルで除した値を、インピーダンスとする。   Specifically, the measured torque and the steering angle are measured while applying disturbance torque to the steering wheel 7. Alternatively, the measured torque and the steering angle are measured while executing the processing of the tire generation torque signal detection unit 15. Next, the impedance is calculated based on the disturbance torque, measured torque, and steering angle signals obtained at the same time. In the calculation, the impedance is a value obtained by dividing the cross spectrum of the disturbance torque and the actually measured torque by the cross spectrum of the disturbance torque and the steering angle.

ここで、インピーダンスの算出方法は、次の1)〜3)に3つに分類される。
下記1)と2)は、粘性、弾性、慣性を求めた後、2次の伝達関数に代入して、その周波数特性を求めることでインピーダンスが決まるため、粘性、弾性、慣性の求め方のみ記す。また、3)は、粘性、弾性、慣性を求めず、直接、周波数特性を求める手法である。
Here, the impedance calculation methods are classified into the following 1) to 3).
In the following 1) and 2), after obtaining the viscosity, elasticity, and inertia, the impedance is determined by substituting it into the second-order transfer function and obtaining its frequency characteristics, so only the method for obtaining the viscosity, elasticity, and inertia is described. . Further, 3) is a method for directly obtaining frequency characteristics without obtaining viscosity, elasticity, and inertia.

(インピーダンス算出方法)
1)連立方程式による算出方法
予め設定した所定の時間間隔で計測した実測トルクから粘性、弾性、慣性を変数とする連立方程式を解くことでインピーダンスを算出する。
2)粘性、弾性、慣性を個別に測ってインピーダンスを算出する方法
ここで、弾性は、ステアリングホイール7にステップ状の外乱トルクを加えて計測する。粘性は、一定速度でステアリングホイール7を回転させて計測する。慣性は、腕の重さ、体積を参考値として求める。
(Impedance calculation method)
1) Calculation method using simultaneous equations Impedances are calculated by solving simultaneous equations having viscosity, elasticity, and inertia as variables from measured torque measured at predetermined time intervals set in advance.
2) Method of calculating impedance by individually measuring viscosity, elasticity, and inertia Here, elasticity is measured by applying stepwise disturbance torque to the steering wheel 7. The viscosity is measured by rotating the steering wheel 7 at a constant speed. Inertia is determined using the weight and volume of the arm as reference values.

3)外乱トルクをステアリングホイール7に加えながら、実測トルクと操舵角を計測することでインピーダンスを算出する方法
3−1)外乱トルクを運転者が操作する操作子に加える。
3−2)ステアリングホイール7に発生する実測トルクと操舵角の変移量を計測する。
3−1)と3−2)の周波数特性の比較から、運転者の身体のインピーダンス情報を得る。
3) Method of calculating impedance by measuring measured torque and steering angle while applying disturbance torque to steering wheel 7. 3-1) Applying disturbance torque to operator operated by driver.
3-2) Measure the actual torque generated in the steering wheel 7 and the shift amount of the steering angle.
From the comparison of the frequency characteristics of 3-1) and 3-2), the impedance information of the driver's body is obtained.

上述のインピーダンス算出方法のうちでは3)が最も精度よく、インピーダンスを計測できる。これに基づき、本実施形態では、3)の方法によってインピーダンスを計測(算出)する。このインピーダンス算出方法は、ステアリングホイール7に伝達される外乱トルクを利用する。   Of the above impedance calculation methods, 3) can measure impedance with the highest accuracy. Based on this, in this embodiment, the impedance is measured (calculated) by the method of 3). This impedance calculation method uses disturbance torque transmitted to the steering wheel 7.

ここで、対象とする外乱トルクとしては次のものを採用すればよい。
A)予め設定した所定の信号:0〜100Hzの周波数帯による正弦波を位相をずらして畳み込んだ擬似M系列、スイープ波形、ホワイトノイズ、など(図7参照)
B)車両の走行データから得た外乱トルク
この外乱トルクBは、例えば、タイヤからステアリングに伝わる力、若しくは、ステアリングからタイヤに伝わる力の時系列データをメモリに記録する。そして時系列データの波形が予め設定した所定の形状、所定のスペクトルになるとき、外乱トルクとして利用する(図8参照)。
Here, the following may be adopted as the target disturbance torque.
A) Predetermined predetermined signal: pseudo M series, swept waveform, white noise, etc. convolved with a sine wave in a frequency band of 0 to 100 Hz shifted in phase (see FIG. 7)
B) Disturbance torque obtained from travel data of the vehicle As the disturbance torque B, for example, time series data of the force transmitted from the tire to the steering or the force transmitted from the steering to the tire is recorded in the memory. When the waveform of the time series data has a predetermined shape and a predetermined spectrum set in advance, it is used as a disturbance torque (see FIG. 8).

図9は、運転者が操作部であるステアリングホイール7を握っている状態で、ステアリングホイール7に繋がっているアクチュエータ5で外乱トルクを加えた場合の模式図である。
この模式図中
Ta:外乱トルク
Tb:実測トルク
Tc:外乱トルクと実測トルクの差分値(=Ta−Tb)
x:操舵角
である。
FIG. 9 is a schematic diagram when disturbance torque is applied by the actuator 5 connected to the steering wheel 7 in a state where the driver is holding the steering wheel 7 as the operation unit.
In this schematic diagram
Ta: Disturbance torque
Tb: Actual torque
Tc: Difference between disturbance torque and measured torque (= Ta-Tb)
x: Steering angle.

このとき、運転者のインピーダンスは、「−STaTb/STax(外乱トルクと実測トルクのクロススペクトルを、外乱トルクと操舵角のクロススペクトルで除した値)」から求めることが出来る。図10にインピーダンス計測結果の例を示す。この左下図から、腕に入っている力の状態、つまり筋骨格部の硬さの状態を推定することが出来る。例えば、ステアリングを握る力が増すと1Hz以下の周波数帯域でインピーダンスが上がることが確認できる。   At this time, the driver's impedance can be obtained from “−STaTb / STAx (a value obtained by dividing the cross spectrum of the disturbance torque and the actually measured torque by the cross spectrum of the disturbance torque and the steering angle)”. FIG. 10 shows an example of the impedance measurement result. From this lower left figure, it is possible to estimate the state of force entering the arm, that is, the state of hardness of the musculoskeletal part. For example, it can be confirmed that the impedance increases in a frequency band of 1 Hz or less when the force for grasping the steering wheel increases.

ここで、上述の外乱トルクAとしてのホワイトノイズの与え方について補足する。
粘性と弾性がインピーダンスに及ぼす影響は低周波側に限定されるが、慣性の影響は比較的に高周波まで影響する。
このため、精度よく乗員のインピーダンスを測る場合には、下記の仕様でホワイトノズルとしての外乱トルクを発生する。
Here, it supplements about how to give the white noise as the above-mentioned disturbance torque A. FIG.
The influence of viscosity and elasticity on impedance is limited to the low frequency side, but the influence of inertia affects relatively high frequencies.
For this reason, when measuring the impedance of an occupant with high accuracy, a disturbance torque as a white nozzle is generated with the following specifications.

・周波数帯:0Hzの低周波から100Hzの高周波まで
・波の種類:正弦波、三角波、方形波
・トルク:ステアリングホイール7が動き出すレベルを下限値、乗員がオーバーライドできる限界を上限値とする。この範囲であれば、乗員のインピーダンスを計測できると推定される。
・ステアリングホイール7の回転させ方については、外乱トルクを生成する途中で、異なる波の信号を位相をずらすか、ずらさないかによって、回転のさせ方は違う。
・ Frequency band: From low frequency of 0 Hz to high frequency of 100 Hz ・ Types of waves: sine wave, triangular wave, square wave ・ Torque: The level at which the steering wheel 7 starts moving is the lower limit value, and the limit that can be overridden by the passenger is the upper limit value. Within this range, it is estimated that the occupant impedance can be measured.
-About how to rotate the steering wheel 7, the method of rotating differs depending on whether the phase of different wave signals is shifted or not during the generation of disturbance torque.

位相をずらす場合には、0〜2piの間で位相をランダムにふる。位相をずらす場合には、長時間計測になりがちであるので、計測は直進時、一定保舵時のみに行うことが好ましい。   When shifting the phase, the phase is randomly set between 0 and 2 pi. When the phase is shifted, the measurement tends to be performed for a long time. Therefore, it is preferable to perform the measurement only when traveling straight and at a constant steering.

一方、位相をずらさない場合には、同位相で信号を重ね合わせる。位相をずらさない場合には、短時間計測が可能であるので、計測時の走行シーンは、位相をずらす場合よりも緩やかとなる。
ここで、簡易に乗員のインピーダンスを測る場合には、次のように実施すればよい。
On the other hand, when the phase is not shifted, the signals are superimposed with the same phase. When the phase is not shifted, the measurement can be performed for a short time, and the traveling scene at the time of measurement becomes gentler than when the phase is shifted.
Here, when the impedance of the occupant is simply measured, it may be carried out as follows.

すなわち、所定の周波数以上の値だけを用い、乗員の全周波数帯のインピーダンスを計測する。腕の位置は連続的にしか変化しないため、予め決めた周波数以上の信号だけを用いて、全周波数帯のインピーダンスを計測することができる。たとえば、乗員は共振周波数以下でステアリング操作をすることがほとんどである。そして、共振周波数は1Hz近辺に現れることが多い。したがって、1Hz以上の信号だけを使って0〜100Hzのインピーダンスを計測できる。1Hz以上の反力の変化は乗員が気付き難いため計測による不快感は少ない。また、高周波成分だけを用いると計測時間が短くてすむ。   That is, the impedance of the entire frequency band of the occupant is measured using only a value equal to or higher than a predetermined frequency. Since the position of the arm changes only continuously, it is possible to measure the impedance in the entire frequency band using only signals having a predetermined frequency or higher. For example, an occupant mostly performs a steering operation at a resonance frequency or lower. The resonance frequency often appears in the vicinity of 1 Hz. Therefore, the impedance of 0 to 100 Hz can be measured using only a signal of 1 Hz or more. The change in reaction force of 1 Hz or more is less noticeable by the measurement because it is difficult for the passenger to notice. Also, if only high frequency components are used, the measurement time can be shortened.

なお、外乱トルクは、ステップ応答やスイープ波形で付与しても良い。
また、筋骨格モデルを用いた筋力推定値取得処理Bは、姿勢取得手段104を構成する姿勢検出部16と、推定値算出手段105を構成する粘弾性推定部17及び伝達関数算出部19での処理に相当する。
The disturbance torque may be applied by a step response or a sweep waveform.
Further, the estimated muscle force value acquisition process B using the musculoskeletal model is performed by the posture detection unit 16 constituting the posture acquisition unit 104, the viscoelasticity estimation unit 17 and the transfer function calculation unit 19 constituting the estimated value calculation unit 105. It corresponds to processing.

筋力推定値取得処理Bは、次のように実施される。
まず、運転操作時の操作反力、運転者の関節角度、関節位置を取得して筋骨格モデルに入力して、運転者の筋個別の粘性、弾性、慣性を得る。すなわち、図11(a)のように、車室内に設置されたカメラよって、運転風景を撮影する。次に、図11(b)のように、運転風景から運転者の関節位置と関節角度を検出する。そして、図11(c)のように、運転者の関節位置と関節角度、および、車両の操作量から筋骨格モデルを用いて、筋個別の粘性、弾性、慣性を推定する。
The muscular strength estimated value acquisition process B is performed as follows.
First, an operation reaction force, a driver's joint angle, and a joint position at the time of driving operation are acquired and input to a musculoskeletal model to obtain a driver's individual viscosity, elasticity, and inertia. That is, as shown in FIG. 11A, the driving scenery is photographed by a camera installed in the vehicle interior. Next, as shown in FIG. 11B, the joint position and joint angle of the driver are detected from the driving scenery. Then, as shown in FIG. 11C, the viscosity, elasticity, and inertia of each muscle are estimated from the joint position and joint angle of the driver and the operation amount of the vehicle using the musculoskeletal model.

ここで、筋骨格モデルによる各筋の筋力の計算、及び各筋の筋力の粘性、弾性、慣性の算出例について説明する。筋個別の粘性、弾性、慣性の推定は、これに限定されず、公知の手法を採用すればよい。   Here, calculation of muscle strength of each muscle using a musculoskeletal model and calculation examples of viscosity, elasticity, and inertia of muscle strength of each muscle will be described. The estimation of the viscosity, elasticity, and inertia of each muscle is not limited to this, and a known method may be adopted.

筋モデルとして、図12で示すモデルを想定する。この筋モデルは、筋単体の筋力を計算するためのものである。また、収縮要素CCは粘性に、総合の弾性要素は弾性に対応する。またどの筋をモデル化したかによって慣性が決定する。   As a muscle model, a model shown in FIG. 12 is assumed. This muscle model is for calculating the muscle strength of a muscle alone. The contraction element CC corresponds to viscosity, and the total elastic element corresponds to elasticity. The inertia is determined by which muscle is modeled.

そして、筋毎に、時間ステップΔt毎に次のような演算を行う。
まず対象とする筋肉に対して、収縮要素と直列要素の筋パラメータを得る。また、筋長と刺激入力を得る。次に、収縮要素の活性化レベルと長さを前の時間ステップから得る。また、直列弾性要素の長さと張力の前の時間ステップから得る。
Then, for each line, the following calculation is performed for each time step Δt.
First, the muscle parameters of the contraction element and the serial element are obtained for the target muscle. Also get muscle length and stimulus input. The activation level and length of the contraction element is then obtained from the previous time step. Also obtained from the time step before the length and tension of the series elastic element.

次に、筋モデルのサブルーチンを呼び出し、次の1〜4の処理を行うことで、筋個別の粘性、弾性、慣性を求める。   Next, the muscle model subroutine is called and the following processes 1 to 4 are performed to obtain the individual muscle viscosity, elasticity, and inertia.

1.直列弾性要素張力=f(直列弾性要素長)
これは図13のような関係にある。
収縮要素の力 =直列弾性要素張力
2.収縮要素の活性化レベル=f(刺激)
3.収縮要素速度=f(収縮要素の力、活性化レベル、長さ)
4.収縮要素長=∫収縮要素速度dt
1. Inline elastic element tension = f (inline elastic element length)
This has a relationship as shown in FIG.
Contraction element force = inline elastic element tension Activation level of contraction element = f (stimulation)
3. Contraction element speed = f (force of contraction element, activation level, length)
4). Contraction element length = ∫ contraction element speed dt

上記2〜4は、図14〜図17の関係にある。
図18に基となる関係式を示す。
次に、腕を構成する複数の筋の伝達関数を一つに統合した伝達関数において、その伝達関数と筋個別に求めた粘性、弾性、慣性の解とを基に、腕の伝達関数を算出する。続いて、その算出した腕の伝達関数についての周波数特性(ゲイン特性、位相特性)を得る。
The above 2 to 4 are in the relationship shown in FIGS.
FIG. 18 shows a basic relational expression.
Next, in the transfer function that integrates the transfer functions of multiple muscles that make up the arm, the transfer function of the arm is calculated based on the transfer function and the solution of viscosity, elasticity, and inertia obtained for each muscle. To do. Subsequently, frequency characteristics (gain characteristics and phase characteristics) of the calculated arm transfer function are obtained.

ここで、腕の粘弾性の式及び伝達関数について説明する。
腕の関節は2次系のシステムであり、図19(a)に示すようなマスバネモデルで表現することが出来る。
すなわち、このマスバネモデルは、図19(b)に示すような、粘性と弾性を有する。なお、腕の質量を慣性とする。
Here, the viscoelasticity equation and transfer function of the arm will be described.
The arm joint is a secondary system and can be represented by a mass spring model as shown in FIG.
That is, this mass spring model has viscosity and elasticity as shown in FIG. The mass of the arm is inertia.

そして、乗員が目標角αに対しハンドル角θで腕を動かすとき、下記のような(式1)で表現できる。なお、2次系のシステム以外でも、粘性、慣性、弾性相当のパラメータを近似的に求めることが可能であれば、厳密に(式1)に従わなくても構わない。   When the occupant moves his / her arm at the handle angle θ with respect to the target angle α, it can be expressed by the following (Expression 1). It should be noted that it is not necessary to strictly follow (Equation 1) as long as it is possible to approximately obtain parameters corresponding to viscosity, inertia, and elasticity even in systems other than secondary systems.

Figure 0005640537
Figure 0005640537

この(式1)に対応する伝達関数は、下記の(式2)で表すことが出来る。なお、ゲインG0、減衰比ζ、共振周波数ωn 2は、乗員の粘性・弾性・慣性のパラメータを含む。 The transfer function corresponding to (Equation 1) can be expressed by the following (Equation 2). The gain G 0 , the damping ratio ζ, and the resonance frequency ω n 2 include occupant viscosity, elasticity, and inertia parameters.

Figure 0005640537
Figure 0005640537

ここで、筋骨格モデルとは、筋骨格の力学的特性(腕の重さ、筋力、速度)を数式モデル化したものである。コンピュータによる解析では、測定可能な情報から測定が困難な物理量を推定するのに利用する。図20に筋骨格モデルを利用した粘性、弾性、慣性の算出のイメージ図を示す。筋力を求めるには、入力情報として筋骨格モデルに作用する力(手に作用する外力)、筋骨格の幾何形状(長さ、角度)、筋骨格の運動情報(位置、速度)が必要である。また、図21に示す様な事前に知りたい身体の部位の少なくとも一部を筋骨格モデルとしてコンピュータ内に定義しておく必要がある。   Here, the musculoskeletal model is a mathematical model of the musculoskeletal mechanical properties (arm weight, muscle strength, speed). In computer analysis, it is used to estimate physical quantities that are difficult to measure from measurable information. FIG. 20 shows an image diagram for calculating viscosity, elasticity, and inertia using a musculoskeletal model. In order to obtain the muscular strength, the force that acts on the musculoskeletal model (external force acting on the hand), the musculoskeletal geometric shape (length, angle), and the musculoskeletal motion information (position, velocity) are required as input information. . Further, it is necessary to define in the computer at least a part of the body part desired to know in advance as shown in FIG. 21 as a musculoskeletal model.

また、疲労度指標値決定処理Cは、疲労推定手段106に対応し、周波数特性比較部20及び筋力計算部21での処理に相当する。
疲労度指標値決定処理Cは、次のように実施される。
Further, the fatigue index value determination process C corresponds to the fatigue estimation means 106 and corresponds to the processes in the frequency characteristic comparison unit 20 and the muscle strength calculation unit 21.
The fatigue index value determination process C is performed as follows.

インピーダンス取得処理Aで求めたインピーダンスと、筋力推定値取得処理Bで求めた、各推定値に対応する腕の伝達関数の周波数特性(複数解)とを比較することで、筋個別の粘性、弾性、慣性を決定し、その結果に基づき、疲労状態を推定する。上記比較は、筋力推定値取得処理Bで求まる解の数だけ実施する。そして、特性(少なくともゲイン特性を比較する)が最も近似していると推定される筋力推定値取得処理Bで求めた解を最適解として選択する。最適解は、例えば、2つの周波数特異性の差分が最小化、もしくは、比(筋力推定値取得処理Bの結果/インピーダンス取得処理Aの結果)が最大となる値とする。   By comparing the impedance obtained in the impedance acquisition process A with the frequency characteristics (multiple solutions) of the arm transfer function corresponding to each estimated value obtained in the muscle force estimated value acquisition process B, the viscosity and elasticity of each muscle are compared. The inertia is determined, and the fatigue state is estimated based on the result. The comparison is performed by the number of solutions obtained by the muscle strength estimation value acquisition process B. And the solution calculated | required by the muscular strength estimated value acquisition process B estimated that the characteristic (at least a gain characteristic is compared) is the most approximate is selected as an optimal solution. The optimal solution is, for example, a value that minimizes the difference between the two frequency singularities or maximizes the ratio (result of muscle strength estimation value acquisition process B / result of impedance acquisition process A).

最適解が求まったら、その粘性、弾性、慣性の数値を基に、筋力を推定する。そして、この推定した筋力から運転者の疲労状態を推定する。
上記周波数特性の比較方法を図22に示す。すなわち、先ずステップ1で筋力推定値取得処理Bが、筋骨格モデルに基づき、複数の解を求める。ステップ2で筋力推定値取得処理Bが、上記求めた複数の解毎に、上腕全体の2次伝達関数を求める。ステップ3でインピーダンス取得処理Aが、インピーダンスを示す周波数特性を算出する。ステップS4で疲労度指標値決定処理Cが、周波数特性を比較して最適解を選択する。
Once the optimal solution is found, muscle strength is estimated based on the viscosity, elasticity, and inertia values. And a driver | operator's fatigue state is estimated from this estimated muscular strength.
A method for comparing the frequency characteristics is shown in FIG. That is, first, in step 1, the muscular strength estimated value acquisition process B obtains a plurality of solutions based on the musculoskeletal model. In step 2, the muscle strength estimation value acquisition process B obtains a secondary transfer function of the entire upper arm for each of the plurality of obtained solutions. In step 3, impedance acquisition processing A calculates a frequency characteristic indicating impedance. In step S4, the fatigue index value determination process C compares the frequency characteristics and selects an optimum solution.

次に、上述の掌状態補正部22の処理について説明する。
腕の位置(主に掌の位置)がステアリングホイール7の中心よりも下側にある場合(図23参照)には、腕が体幹に支えられる度合いが高くなる。このため、インピーダンス取得処理Aで計測したインピーダンスが、腕に力をいれていなくても大きくなる傾向となる。
Next, the process of the palm state correction unit 22 will be described.
When the position of the arm (mainly the position of the palm) is below the center of the steering wheel 7 (see FIG. 23), the degree to which the arm is supported by the trunk increases. For this reason, the impedance measured by the impedance acquisition process A tends to increase even if no force is applied to the arm.

このような掌の位置がインピーダンスに及ぼす影響を減らすために、掌状態補正部22は、図24に示すように、掌の位置が下側にあるほど、ゲイン特性を小さくする方向に、インピーダンス取得処理Aで求めたインピーダンスを補正する。
また、掌の位置の替わりに慣性を用いて判断することもできる。すなわち、図25に示すように、慣性が増加し、弾性が変化するような場合は、掌の位置が変化したものと考えることができ、掌状態補正部22は、同様にインピーダンスを小さくする様に補正をかける。
In order to reduce the influence of the palm position on the impedance, as shown in FIG. 24, the palm state correction unit 22 obtains the impedance in such a direction that the gain characteristic becomes smaller as the palm position is lower. The impedance obtained in process A is corrected.
It is also possible to make a determination using inertia instead of the palm position. That is, as shown in FIG. 25, when inertia increases and elasticity changes, it can be considered that the position of the palm has changed, and the palm state correction unit 22 similarly reduces the impedance. Apply correction to.

ここで、上腕の2次伝達関数は、例えば下記式のように表すことが出来る。   Here, the secondary transfer function of the upper arm can be expressed, for example, by the following equation.

Figure 0005640537
Figure 0005640537

なお、状況に応じて(掌がステアリングの下側にあっても、脇が開いており、腕が体幹で支えられてない場合など)、インピーダンスを補正しないという条件を加えても良い。   Depending on the situation (such as when the palm is below the steering wheel, the side is open and the arm is not supported by the trunk), a condition that the impedance is not corrected may be added.

次に、疲労推定装置の処理を、図26のフローチャートを参照して説明する。
まずインピーダンス計測に必要な外乱トルクを生成するために、ステップS1では、運転者の操作量を計測する。そしてステップS2に進む。
ステップS2では、メモリに操作量を記録し、所定の時間だけ保持する。続いて、ステップS3では、予め設定した所定の時間の操作量を周波数解析する。
Next, the processing of the fatigue estimation device will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in order to generate a disturbance torque necessary for impedance measurement, in step S1, an operation amount of the driver is measured. Then, the process proceeds to step S2.
In step S2, the operation amount is recorded in the memory and held for a predetermined time. Subsequently, in step S3, frequency analysis is performed on the operation amount for a predetermined time set in advance.

次にステップS4では、予め設定した所定の周波数帯域において、インピーダンス計測に足るパワー&位相特性を有すると判断できるか否かを判定し、判断できると判定した場合にはステップS6に移行する。一方、不十分と判定した場合には、操作量の計測であるステップS1に戻る。   Next, in step S4, it is determined whether or not it can be determined that the power and phase characteristics are sufficient for impedance measurement in a predetermined frequency band set in advance. If it is determined that determination is possible, the process proceeds to step S6. On the other hand, when it determines with it being inadequate, it returns to step S1 which is measurement of the operation amount.

ステップS6では、上述の手法によって、運転者のインピーダンス(硬さの状態)を計測する。そして、ステップS14に移行する。
また上記の処理と併行してステップS7〜S13が実施される。
ステップS7では、カメラなどの撮像手段を用い運転者の運転風景を撮影する。そして、その撮影した画像に基づき、運転者の関節位置(もしくは、関節長さ)と角度を算出する。
In step S6, the driver's impedance (hardness state) is measured by the above-described method. Then, the process proceeds to step S14.
In parallel with the above processing, steps S7 to S13 are performed.
In step S7, the driving scenery of the driver is photographed using an imaging means such as a camera. Then, based on the captured image, the joint position (or joint length) and angle of the driver are calculated.

次に、ステップS8では、筋骨格モデルで筋力を求めるために、姿勢と寸法を決める。
次に、ステップS9では、筋骨格モデルで筋力を求めるために、外力値を計測する。
次に、ステップS10では、外力値と姿勢、寸法を入力とし、筋骨格モデルを用いて、各筋の粘弾性を算出する。
ここで、一つの筋の粘弾性の解は、筋骨格モデルで定義された筋と腱の数に依存して決まり、基本的には複数解となる。
Next, in step S8, the posture and dimensions are determined in order to obtain muscle strength with the musculoskeletal model.
Next, in step S9, an external force value is measured in order to obtain muscle strength using a musculoskeletal model.
Next, in step S10, the viscoelasticity of each muscle is calculated using the external force value, posture, and dimensions as inputs and using the musculoskeletal model.
Here, the solution of viscoelasticity of one muscle is determined depending on the number of muscles and tendons defined in the musculoskeletal model, and is basically a plurality of solutions.

次に、ステップS11では、ステップS10で求めた複数解のうち、予め決めた所定の組み合わせを用い、腕全体の粘弾性を算出する。
次に、ステップS12では、運転者の腕の系を、ステアリングと同じ2次系と仮定して、算出した腕全体の粘弾性から2次の伝達関数を算出する。
次に、ステップS13では、ステップS12で算出した伝達関数のボード線図を求める。そしてステップS14に移行する。
Next, in step S11, the viscoelasticity of the entire arm is calculated using a predetermined combination among a plurality of solutions obtained in step S10.
Next, in step S12, assuming that the driver's arm system is the same secondary system as the steering, a secondary transfer function is calculated from the calculated viscoelasticity of the entire arm.
Next, in step S13, a Bode diagram of the transfer function calculated in step S12 is obtained. Then, the process proceeds to step S14.

ステップS14では、インピーダンス計測結果とボード線図の比較する。続いて、 ステップS15では、上述の所定の組み合わせの結果は、インピーダンス計測結果に最も近しいかを判断する。判断結果が最も近しい場合にはステップS17に移行する。一方、判断結果が近しくない場合は、ステップS11に移行して、別の組み合わせで再度、ステップS12〜S16の計算を行う。   In step S14, the impedance measurement result is compared with the Bode diagram. Subsequently, in step S15, it is determined whether the result of the predetermined combination is closest to the impedance measurement result. If the determination result is the closest, the process proceeds to step S17. On the other hand, if the determination result is not close, the process proceeds to step S11, and the calculations of steps S12 to S16 are performed again with another combination.

ステップS17では、近しい値(最適値)における粘弾性の組み合わせから1又は2以上の筋肉の筋力値を算出する。
次に、ステップS18では、ステアリングホイール7の下側に掌が位置するほど、筋力値を小さくする。上述のように、このステップS18の補正処理はステップS6の後、若しくは、ステップS17の前に実施しても良い。
In step S17, the muscular strength value of one or more muscles is calculated from a combination of viscoelasticity at close values (optimum values).
Next, in step S18, the muscular strength value is decreased as the palm is positioned below the steering wheel 7. As described above, the correction process in step S18 may be performed after step S6 or before step S17.

次に、ステップS19では、単一の筋若しくは複数の筋群の筋力推定値の履歴に基づいて疲労の兆候があると判定すると、運転者に報知する。報知は、例えば音声やシートへの振動付与などによって行うことで、運転者の運転支援を行う。
ここで、疲労度の指標である筋力推定値に基づく、疲労推定手段106を構成する判定部23における、運転者の疲労推定の処理方法について説明する。
Next, in step S19, if it is determined that there is a sign of fatigue based on the history of muscle strength estimation values of a single muscle or a plurality of muscle groups, the driver is notified. The notification is performed, for example, by voice or vibration applied to the seat, thereby providing driving assistance to the driver.
Here, the processing method of the driver's fatigue estimation in the determination unit 23 constituting the fatigue estimation means 106 based on the muscle strength estimation value that is an index of the fatigue level will be described.

一般に、筋力(瞬時値)の持続時間とは、図27に示すような関係がある。したがって、筋力が大きいと筋肉が力を出し続けられる持続時間が短い。逆に、筋力が小さいと筋肉が力を出し続けられる持続時間が長い。そして、上記図27のように、筋力が大きいほど、持続時間は指数関数的に減少する関係にある。
これに基づき、疲労推定の方法としては、例えば下記の方策1と方策2を例示出来る。
In general, the duration of muscle strength (instantaneous value) has a relationship as shown in FIG. Therefore, when the muscular strength is large, the duration in which the muscle continues to exert force is short. Conversely, if the muscle strength is small, the duration that the muscle can continue to exert force is long. As shown in FIG. 27, the duration decreases exponentially as the muscular strength increases.
Based on this, the following methods 1 and 2 can be exemplified as fatigue estimation methods.

(疲労推定の方策1)
筋力の瞬時値の頻度から疲労を判定する。すなわち、上記図27の関係(疲労曲線)より瞬時値の継続時間に基づき、どの程度の疲労状態か、また運転者に報知すべき疲労状態かを推定する。
(Measure 1 for fatigue estimation)
Fatigue is determined from the frequency of instantaneous muscle strength. That is, based on the duration of the instantaneous value from the relationship of FIG. 27 (fatigue curve), the degree of fatigue state and the fatigue state to be notified to the driver are estimated.

上記推定には統計的知見に基づく認識処理を実施すればよい。統計的処理は、例えば、ベイズ推定、ファジー推定、サポートベクターマシン、遺伝的アルゴリズム、ニューラルネットワーク、などが例示出来る。   For the above estimation, recognition processing based on statistical knowledge may be performed. Examples of statistical processing include Bayesian estimation, fuzzy estimation, support vector machine, genetic algorithm, neural network, and the like.

(疲労推定の方策2)
筋力の瞬時値が予め設定した閾値を超えたか否かによってどの程度の疲労状態か、また運転者に報知すべき疲労状態かを推定する。閾値は1つでも良いし、何段階か複数持っていても良い。
(Measure 2 for fatigue estimation)
Depending on whether or not the instantaneous value of the muscular strength exceeds a preset threshold value, it is estimated how much the fatigue state is and whether the fatigue state should be notified to the driver. There may be one threshold value or a plurality of threshold values.

ここで、筋肉は100%以上の力を出すとツルという現象を生じる。したがって、その極限状態を基準にして閾値を設定する。
次に、上記方策1を採用した疲労推定の処理について図28を参照して説明する。
まず、前処理として、筋力計算、筋力と時間のヒストグラムを算出する。
Here, when a muscle exerts a force of 100% or more, a phenomenon called a crane occurs. Therefore, the threshold is set based on the extreme state.
Next, the fatigue estimation process employing the above-described measure 1 will be described with reference to FIG.
First, as preprocessing, muscle strength calculation and a histogram of muscle strength and time are calculated.

次に、特徴抽出では、ヒストグラムの面積や大きさなどを特徴量とする。
次に、後処置では、特徴量の平均、中央値、最頻値を算出、もしくは、異なる複数の特徴量をもとに特徴空間を作成する。
次の判別では、予め設定した数値、もしくは、特徴空間の予め設定した所定範囲にある値(閾値を超える値)か否かを判別する。この判別を満足しない場合には、前処理に戻って処理を繰り返す。一方、この判別を満足する場合には、運転者への疲労に対する報知が必要と判定して処理を終了する。
Next, in the feature extraction, the area or size of the histogram is used as a feature amount.
Next, in post-processing, an average, median, and mode value of feature quantities are calculated, or a feature space is created based on a plurality of different feature quantities.
In the next determination, it is determined whether or not a preset numerical value or a value within a predetermined range of the feature space (a value exceeding a threshold value). If this determination is not satisfied, the process returns to the preprocess and the process is repeated. On the other hand, when this determination is satisfied, it is determined that the driver is required to be notified of fatigue, and the process ends.

(動作その他)
操作子100であるステアリングホイール7に働く反力(操作反力)と、姿勢情報である関節位置から筋骨格モデルに基づき推定する場合には、筋力を正確に推定できないおそれがある。
(Operation other)
When estimating based on the musculoskeletal model from the reaction force (operation reaction force) acting on the steering wheel 7 that is the operation element 100 and the joint position that is posture information, there is a possibility that the muscle force cannot be estimated accurately.

例えば、図29の(a)と(b)とでは各筋肉の筋力が異なっていても、同じ操作反力である「1(N)」がステアリングホイール7に付加される。このとき、図29のように、筋Aの筋力が2Nの場合と10Nの場合とでは、筋Bに発生している筋力は異なるはずである。しかしながら、このような腕の内部で相殺される力は、筋骨格モデルからは求めることが出来ない。   For example, the same operation reaction force “1 (N)” is added to the steering wheel 7 even if the muscular strength of each muscle is different between (a) and (b) of FIG. At this time, as shown in FIG. 29, the muscular strength generated in the muscle B should be different between the case where the muscular strength of the muscle A is 2N and 10N. However, such a force cancelled inside the arm cannot be obtained from the musculoskeletal model.

通常は予め設定した境界状態を適用して、筋推定値を演算しているが、上述のように、筋推定値の精度が悪い恐れがある。
これに対し、本実施形態では、この問題を解決するためには、腕の内部で相殺される力を、インピーダンス計測から推定して、より適切な筋推定値を得るようにしている。
Normally, the muscle estimation value is calculated by applying a preset boundary state. However, as described above, the accuracy of the muscle estimation value may be poor.
On the other hand, in the present embodiment, in order to solve this problem, the force canceled inside the arm is estimated from the impedance measurement to obtain a more appropriate muscle estimation value.

インピーダンス計測は、図30のように、入力する外乱トルク回転しようとするステアリングホイール7の動きに拮抗する腕のインピーダンス(硬さ状態)を計測する。ここで、対象とする筋骨格部(身体)が硬い状態の場合には、操作子100に外力が入力されても操作子100は、入力した外力通りに動かない。これに基づき、操作子100に入力する力と当該操作子100の動き(位置や実際に発生した力など)から、運転者の身体の硬さ状態を計測することが可能である。   In the impedance measurement, as shown in FIG. 30, the impedance (hardness state) of the arm that antagonizes the movement of the steering wheel 7 to be rotated by the input disturbance torque is measured. Here, when the target musculoskeletal part (body) is in a hard state, even if an external force is input to the operation element 100, the operation element 100 does not move according to the input external force. Based on this, it is possible to measure the hardness state of the driver's body from the force input to the operating element 100 and the movement (position, actual generated force, etc.) of the operating element 100.

計測したインピーダンスは、外乱トルクに抵抗する身体部分(対処とする筋骨格部)の全体の筋力の状態であるので、対処とする筋骨格部における腕の内部力の情報を反映している。また、実際の筋力の実際の特性を示している。   Since the measured impedance is the state of the overall muscular strength of the body part (the musculoskeletal part to be dealt with) that resists disturbance torque, it reflects information on the internal force of the arm in the musculoskeletal part to be dealt with. It also shows the actual characteristics of actual muscle strength.

これに基づき、この計測したインピーダンスの特性に近い筋推定値を選択することで、すなわち、筋骨格モデルとあわせることで、内部力も加味したより正確な筋推定値を推定できる。この結果、内部力の情報を含め、筋力を精度よく推定できるため、より正確に疲労推定を行うことが可能となる。   Based on this, by selecting a muscle estimation value close to the measured impedance characteristic, that is, by combining with the musculoskeletal model, a more accurate muscle estimation value can be estimated in consideration of the internal force. As a result, the muscle strength can be accurately estimated including the internal force information, so that the fatigue estimation can be performed more accurately.

(本実施形態の効果)
(1)硬さ推定手段102は、車両に運転指示を与えるための操作子100を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の硬さ状態を推定する。操作反力取得手段103は、上記運転者が上記操作子100を操作するときの操作反力を取得する。姿勢取得手段104は、運転者の上記筋骨格部の骨格姿勢の情報を取得する。推定値算出手段105は、上記操作反力及び上記骨格姿勢の情報に基づき、筋骨格モデルから、上記筋骨格部の筋力に関わる推定値を求める。疲労推定手段106は、上記硬さ推定手段102が推定する硬さ状態と、上記推定値算出手段105が求める推定値とに基づき、運転者の疲労状態を推定する。
運転者の内部で相殺される力も加味して、疲労状態を推定することで、より精度良く疲労状態を推定できる。
(Effect of this embodiment)
(1) The hardness estimation means 102 estimates the hardness state of the driver's musculoskeletal part used when operating the operator 100 for giving a driving instruction to the vehicle. The operation reaction force acquisition unit 103 acquires an operation reaction force when the driver operates the operation element 100. The posture acquisition means 104 acquires information on the skeletal posture of the musculoskeletal portion of the driver. The estimated value calculating means 105 obtains an estimated value related to the muscle force of the musculoskeletal part from the musculoskeletal model based on the operation reaction force and the skeletal posture information. The fatigue estimation unit 106 estimates the driver's fatigue state based on the hardness state estimated by the hardness estimation unit 102 and the estimated value obtained by the estimated value calculation unit 105.
The fatigue state can be estimated with higher accuracy by estimating the fatigue state in consideration of the force offset within the driver.

(2)上記推定値算出手段105は、筋骨格モデルに基づき複数の推定値を求める。上記疲労推定手段106は、上記推定値算出手段105が求めた複数の推定値のうち、上記硬さ推定手段102で推定した硬さ状態の特性に最も近い推定値を選択し、その選択した推定値に基づき疲労状態を推定する。
筋骨格モデルから求める推定値は、運転操作時の操作反力を入力しているが、運転者の内部で相殺される力は操作反力上に反映されない。これに対し、実際の硬さ状態の特性に最も近い推定値を選択することで、より精度がよい推定値を選択できることから、より精度良く疲労状態を推定できる。
(2) The estimated value calculation means 105 obtains a plurality of estimated values based on the musculoskeletal model. The fatigue estimation unit 106 selects an estimated value closest to the characteristic of the hardness state estimated by the hardness estimation unit 102 from the plurality of estimated values obtained by the estimated value calculation unit 105, and the selected estimation Estimate the fatigue state based on the value.
The estimated value obtained from the musculoskeletal model inputs the operation reaction force at the time of the driving operation, but the force canceled inside the driver is not reflected on the operation reaction force. On the other hand, since the estimated value with higher accuracy can be selected by selecting the estimated value closest to the characteristics of the actual hardness state, the fatigue state can be estimated with higher accuracy.

(3)外乱トルク検出手段102Aは、上記操作子100に入力する外乱トルクを検出する。抵抗特性検出手段102Bは、上記外乱トルク検出手段102Aが検出する外乱トルクに対する上記筋骨格部の抵抗特性を上記硬さ状態として検出する。
これによって、硬さ状態を検出することが出来る。
(3) The disturbance torque detecting means 102A detects the disturbance torque input to the operation element 100. The resistance characteristic detection unit 102B detects the resistance characteristic of the musculoskeletal portion with respect to the disturbance torque detected by the disturbance torque detection unit 102A as the hardness state.
Thereby, the hardness state can be detected.

(4)上記硬さ推定手段102は、操作子100に外乱トルクを付与する外乱トルク付与手段101を備える。
これによって、フラットな路面を走行中など操作子100に外乱が入力しないような走行状態であっても、安定して硬さ状態を推定可能となる。
(4) The hardness estimation unit 102 includes disturbance torque applying unit 101 that applies disturbance torque to the operation element 100.
This makes it possible to stably estimate the hardness state even in a traveling state in which no disturbance is input to the operating element 100 such as traveling on a flat road surface.

(5)上記外乱トルクは、路面からステアリングホイール7に伝達されるトルクである。
これによって、外乱トルク付与手段101が無くても硬さ状態を推定可能となる。例えば悪路を走行中に推定可能となる。
(6)上記硬さ推定手段102が推定する硬さ状態を、運転者のステアリングホールの把持状態によって補正する。
操作子100と身体の相対的な位置・向きの関係を反映することで、より精度良く疲労推定が可能となる。
(5) The disturbance torque is torque transmitted from the road surface to the steering wheel 7.
As a result, the hardness state can be estimated without the disturbance torque applying means 101. For example, it can be estimated while traveling on a rough road.
(6) The hardness state estimated by the hardness estimation unit 102 is corrected by the gripping state of the driver's steering hole.
By reflecting the relationship between the relative position and orientation of the operator 100 and the body, it is possible to estimate fatigue more accurately.

(変形例)
(1)上記実施形態では、操作子100としてステアリングホイール7を対象とした場合で説明した。適用対象となる操作子100としては、例えばシフトレバー、アクセルペダル、ブレーキペダルであっても良い。但し、運転者による操作量や操作時間が大きい操作子100を選択することが好ましい。
(Modification)
(1) In the above embodiment, the case where the steering wheel 7 is used as the operation element 100 has been described. The operation element 100 to be applied may be, for example, a shift lever, an accelerator pedal, or a brake pedal. However, it is preferable to select the operation element 100 with a large operation amount and operation time by the driver.

「第2実施形態」
次に第2実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様な装置については同一の符号を付して説明する。
“Second Embodiment”
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. In addition, about the apparatus similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.

本実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様である。
ただし、上記第1実施形態では、筋骨格モデルを使用して求めた複数の推定値(解)のうち、インピーダンスに特性が一番近い推定値を最適値とし、その最適値を疲労度の指標として疲労状態を推定した。
The basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment.
However, in the first embodiment, among the plurality of estimated values (solutions) obtained using the musculoskeletal model, an estimated value having the characteristic closest to the impedance is set as the optimum value, and the optimum value is used as an index of fatigue level. The fatigue state was estimated as follows.

これに対し、第2実施形態では、インピーダンスによって筋骨格モデルの境界条件を決めて推定値を求め、その推定値から疲労度の指標としての最適な推定値を推定する。   On the other hand, in the second embodiment, the boundary condition of the musculoskeletal model is determined based on the impedance, an estimated value is obtained, and the optimum estimated value as an index of the degree of fatigue is estimated from the estimated value.

すなわち、第1実施形態では、境界条件を設定しないか境界条件を緩く設定することで、筋骨格モデルから複数の筋力推定値の組み合わせ(解)を求める。そして、その筋骨格モデルから求まる全ての筋力推定値の組み合わせについてインピーダンス計測結果と特性を比較する。従って、この比較のための計算回数が多くなる傾向にある。   That is, in the first embodiment, a combination (solution) of a plurality of estimated muscle strength values is obtained from the musculoskeletal model by setting no boundary condition or setting the boundary condition loosely. Then, impedance measurement results and characteristics are compared for all combinations of muscle strength estimation values obtained from the musculoskeletal model. Therefore, the number of calculations for this comparison tends to increase.

これに対し、第2実施形態では、筋骨格モデルで筋力を計算する過程で、インピーダンス計測結果に基づく境界条件を予め設定する。これによって、第1実施形態に比べて、計算回数を少なくすることが可能となる。   In contrast, in the second embodiment, boundary conditions based on the impedance measurement result are set in advance in the process of calculating the muscular strength using the musculoskeletal model. This makes it possible to reduce the number of calculations compared to the first embodiment.

ここで、本実施形態の説明を簡単にするため、動作は肘関節が伸展状態とし、筋肉は肘関節に付着する上腕二頭筋と上腕三頭筋に着目して説明する。ただし、以下の説明では、上腕二頭筋や上腕三頭筋との単語を使用せず、上腕二頭筋を所定の動作に主として働く筋肉を主導筋と表記し、上腕三頭筋は、主導筋に拮抗して働く拮抗筋、とする。
本実施形態の疲労推定装置の処理を、図31を参照して説明する。
Here, in order to simplify the description of the present embodiment, the operation will be described with the elbow joint in the extended state, and the muscles will focus on the biceps and triceps muscles attached to the elbow joint. However, in the following description, the word biceps or triceps is not used, the biceps muscle is mainly referred to as the leading muscle, and the triceps is the leading muscle. An antagonistic muscle that works by antagonizing muscles.
The process of the fatigue estimation apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.

まず、ステップS100で、対象とする筋骨格部全体(腕全体)のインピーダンス(硬さ状態)を計測する。
次に、ステップS110で、計測された腕全体のインピーダンス計測結果に基づき、主導筋及び拮抗筋の共収縮のレベル(筋肉の分配条件)を算出する。
すなわち、計測したインピーダンスは、腕全体に発生する力の状態を示すとみなされる。つまり、インピーダンスを、主導筋と拮抗筋の筋力の和に応じた値として、腕全体の筋力のレベルを求めることが出来る(=共収縮のレベルを決める)。
このインピーダンス計測結果を筋骨格モデルにおける境界条件とする。
First, in step S100, the impedance (hardness state) of the entire target musculoskeletal portion (the entire arm) is measured.
Next, in step S110, based on the measured impedance measurement result of the entire arm, the level of co-contraction of the main muscle and antagonist muscle (muscle distribution condition) is calculated.
That is, the measured impedance is regarded as indicating the state of the force generated in the entire arm. In other words, the level of the muscular strength of the entire arm can be obtained (= determining the level of co-contraction) using the impedance as a value corresponding to the sum of the muscular strengths of the main muscle and antagonist muscle.
This impedance measurement result is used as a boundary condition in the musculoskeletal model.

次に、ステップS120で、筋骨格モデルに基づき筋力推定値を計算する。
次に、ステップS130で、ステップS120で計算した筋力推定値から共収縮のバランスを算出する。
具体的には、操作子100に対する操作反力から、操作子100の操作で使われる主導筋と拮抗筋の筋力のバランスを決める(=共収縮のバランスを決める)。
Next, in step S120, an estimated muscle strength value is calculated based on the musculoskeletal model.
Next, in step S130, the co-contraction balance is calculated from the muscle strength estimation value calculated in step S120.
Specifically, the balance of the muscle strength of the main muscle and the antagonistic muscle used in the operation of the operating element 100 is determined from the operating reaction force with respect to the operating element 100 (= the balance of co-contraction is determined).

筋骨格モデルから求めた筋力推定値は、主導筋と拮抗筋の筋力の差、つまり共収縮のバランスの状態を示している。   The estimated muscle strength value obtained from the musculoskeletal model indicates the difference in muscle strength between the main muscle and the antagonist muscle, that is, the co-contraction balance.

次に、ステップS140で、ステップS110で求めた腕全体の筋力のレベル(分配条件)と、S130で求めた共収縮のバランスとの両方を満足する筋力推定値を決定(選択)する。
次に、ステップS150では、ステップS140で決定した筋力推定値に基づき、第1実施形態で説明した方法によって、疲労推定を行う。
Next, in step S140, an estimated muscle strength value that satisfies both the muscle strength level (distribution condition) of the entire arm obtained in step S110 and the co-contraction balance obtained in step S130 is determined (selected).
Next, in step S150, fatigue estimation is performed by the method described in the first embodiment, based on the muscle force estimation value determined in step S140.

(作用その他)
(1)インピーダンス計測結果に基づく境界条件の設定について
腕全体は、図32のようなモデルで示すことができ、粘性B、弾性K、慣性Iと変位量(角度or位置)xから、下式に基づき、腕全体の筋力(orトルク)Fを算出することが出来る。
(Action and others)
(1) Setting of boundary condition based on impedance measurement result The entire arm can be shown by a model as shown in FIG. 32. From the viscosity B, elasticity K, inertia I, and displacement (angle or position) x, the following equation is obtained. Based on the above, the muscle strength (or torque) F of the entire arm can be calculated.

F=Ix″+Bx′+Kx         F = Ix ″ + Bx ′ + Kx

ここで、腕全体の筋力の最大値をMとすると、F≦Mの関係があり、Fは、単純に主導筋筋力と拮抗筋筋力の和で現すことが出来る。そして、主導筋筋力と拮抗筋筋力の差が例えば「1(N)」の場合、各筋の筋力は以下の様になる。これが分配条件となる。   Here, if the maximum value of the muscle strength of the entire arm is M, there is a relationship of F ≦ M, and F can be expressed simply as the sum of the main muscle strength and antagonistic muscle strength. When the difference between the main muscle strength and the antagonistic muscle strength is, for example, “1 (N)”, the muscle strength of each muscle is as follows. This is the distribution condition.

(主導筋筋力、拮抗筋筋力) = (F、0)
(F−1、1)
(F−2、2)
・・・
(0、F)
すなわち、図33のような関係(分配条件)で表すことが出来る。
なお、筋骨格モデルや筋の情報を参考にし、Fを精度よく分解すればするほど、この境界条件の精度はよくなる。
(Lead muscle strength, antagonist muscle strength) = (F, 0)
(F-1, 1)
(F-2, 2)
...
(0, F)
That is, it can be expressed by a relationship (distribution condition) as shown in FIG.
Note that the more accurate F is resolved with reference to the musculoskeletal model and muscle information, the better the accuracy of this boundary condition.

(2)筋骨格モデルによる筋力推定について
筋力の最大値Mとし、例えば筋力の差が「1(N)」である場合、主導筋に働いている筋力と拮抗筋に働いている筋力は以下のような関係にある。すなわち、筋骨格モデルからこのような筋力推定値を推定することが出来る。なお、この筋力の差は操作反力に対応する。
(2) About muscle strength estimation by the musculoskeletal model When the maximum muscle strength M is set, for example, when the difference in muscle strength is “1 (N)”, the muscle strength acting on the main muscle and the muscle strength acting on the antagonist muscle are as follows: There is such a relationship. That is, such a muscle force estimated value can be estimated from the musculoskeletal model. The difference in muscle strength corresponds to the operation reaction force.

(主導筋筋力、拮抗筋筋力) =(1,0)
(2,1)
(3,2)
・・・
(M,M−1)
すなわち、図26のような関係で表すことが出来る。
(Lead muscle strength, antagonist muscle strength) = (1, 0)
(2,1)
(3, 2)
...
(M, M-1)
That is, it can be expressed by the relationship as shown in FIG.

(2)筋力推定値の決定について
したがって、インピーダンス計測結果に基づく境界条件(共収縮のレベル)と、主導筋と拮抗筋の筋力のバランス共収縮のバランスとの交点(図34における実線と破線の交点)から、2つの筋肉の筋力推定値を決定することが出来る。
(2) Determination of muscle strength estimation value Therefore, the intersection of the boundary condition (co-contraction level) based on the impedance measurement result and the balance of the muscle strength of the main muscle and antagonist muscle (the solid and broken lines in FIG. 34) From the intersection point), it is possible to determine the estimated strength values of the two muscles.

これは筋肉の数が増えても、主導筋に相当する複数の筋群と、拮抗筋に相当する複数の筋群とを定義すれば同様の手法で筋力を推定できる。
ここで、上記の主導筋と拮抗筋の筋力のバランスの情報は、操作子100の操作力から求まる関節まわりの回転モーメントを筋力に分配するときの分配係数(分配条件)としても利用可能であり、筋の不静定問題を解く際の手がかかりとしても使える。
Even if the number of muscles increases, if a plurality of muscle groups corresponding to the main muscles and a plurality of muscle groups corresponding to antagonistic muscles are defined, the muscle strength can be estimated by the same method.
Here, the information on the balance between the muscle strength of the main muscle and the antagonist muscle can be used as a distribution coefficient (distribution condition) when the rotational moment around the joint obtained from the operation force of the operation element 100 is distributed to the muscle force. It can also be used as a starting point for solving muscle instability problems.

また、操作状態(操作反力、関節位置、関節角度)と筋骨格モデルより筋力を計測し、操作状態とインピーダンス計測結果との対応関係をデータベース化すれば、筋骨格モデルを用いて筋力を毎回計算しなくても、操作状態とインピーダンス計測結果だけから、筋力を推定することができる。   In addition, if muscle strength is measured from the operation state (operation reaction force, joint position, joint angle) and the musculoskeletal model, and the correspondence between the operation state and the impedance measurement result is made into a database, the muscle strength is measured each time using the musculoskeletal model. Without calculation, muscle strength can be estimated from only the operation state and the impedance measurement result.

(本実施形態の効果)
(1)上記硬さ推定手段102が推定した硬さ状態に基づき、上記筋骨格モデルに基づき推定値を求める際の筋力の分配条件を求め、その求めた分配条件によって、推定値算出手段105が推定する推定値の最適値を決定し、その最適値に基づき疲労状態を推定する。
(Effect of this embodiment)
(1) Based on the hardness state estimated by the hardness estimating means 102, a muscle force distribution condition for obtaining an estimated value based on the musculoskeletal model is obtained, and the estimated value calculating means 105 is determined based on the obtained distribution condition. The optimum value of the estimated value to be estimated is determined, and the fatigue state is estimated based on the optimum value.

これによって、全ての推定値と硬さ状態の特性との比較が不要とないので、その分だけ短時間で疲労状態が算出できる。   Thereby, since it is not necessary to compare all the estimated values with the characteristics of the hardness state, the fatigue state can be calculated in a shorter time.

4 反力装置モータ角センサ
5 操舵反力用アクチュエータ(外乱トルク付与手段)
6 操舵反力装置用コントローラ
7 ステアリングホイール(操作子)
8 トルクセンサ(操作反力取得手段)
10 指示装置利用判定装置
11 運転者用カメラ(姿勢取得手段)
12 タイヤ横力検出センサ
13 指示装置
14 外乱トルク信号検出部(外乱トルク検出手段)
15 タイヤ発生トルク信号検出部
16 姿勢検出部(姿勢取得手段)
17 粘弾性推定部(推定値算出手段)
18 インピーダンス計測部(硬さ推定手段)
19 伝達関数算出部(推定値算出手段)
20 周波数特性比較部(疲労推定手段)
21 筋力計算部(疲労推定手段)
22 掌状態補正部
23 判定部(疲労推定手段)
100 操作子
101 外乱トルク付与手段
102 推定手段
102A 外乱トルク検出手段
102B 抵抗特性検出手段
103 操作反力取得手段
104 姿勢取得手段
104A カメラ
104B 画像処理部
105 推定値算出手段
106 疲労推定手段
A インピーダンス取得処理
B 筋力推定値取得処理
C 疲労度指標値決定処理
4 Reaction force device motor angle sensor 5 Steering reaction force actuator (disturbance torque applying means)
6 Steering reaction force controller 7 Steering wheel (operator)
8 Torque sensor (Operation reaction force acquisition means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Instruction apparatus utilization determination apparatus 11 Driver camera (attitude acquisition means)
12 tire lateral force detection sensor 13 indicating device 14 disturbance torque signal detection unit (disturbance torque detection means)
15 Tire generation torque signal detection unit 16 Posture detection unit (posture acquisition means)
17 Viscoelasticity estimation unit (estimated value calculation means)
18 Impedance measurement unit (hardness estimation means)
19 Transfer function calculation unit (estimated value calculation means)
20 Frequency characteristic comparison part (fatigue estimation means)
21 Strength calculation part (fatigue estimation means)
22 palm state correction unit 23 determination unit (fatigue estimation means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Manipulator 101 Disturbance torque provision means 102 Estimation means 102A Disturbance torque detection means 102B Resistance characteristic detection means 103 Operation reaction force acquisition means 104 Posture acquisition means 104A Camera 104B Image processing part 105 Estimate value calculation means 106 Fatigue estimation means A Impedance acquisition process B Muscle strength estimated value acquisition process C Fatigue degree index value determination process

Claims (8)

車両に運転指示を与えるための操作子を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の硬さ状態を推定する硬さ推定手段と、
上記運転者が上記操作子を操作するときの操作反力を取得する操作反力取得手段と、
運転者の上記筋骨格部の骨格姿勢の情報を取得する姿勢取得手段と、
上記操作反力及び上記骨格姿勢の情報に基づき、筋骨格モデルから、上記筋骨格部の筋力に関わる推定値を求める推定値算出手段と、
上記硬さ推定手段が推定する硬さ状態と、上記推定値算出手段が求める推定値とに基づき、運転者の疲労状態を推定する疲労推定手段と、を備え、
上記推定値算出手段は、筋骨格モデルに基づき複数の推定値を求め、
上記疲労推定手段は、上記推定値算出手段が求めた複数の推定値のうち、上記硬さ推定手段で推定した硬さ状態の特性に最も近い推定値を選択し、その選択した推定値に基づき疲労状態を推定することを特徴とする運転者の疲労推定装置。
Hardness estimation means for estimating the hardness state of the driver's musculoskeletal part used when operating an operator for giving driving instructions to the vehicle;
An operation reaction force acquisition means for acquiring an operation reaction force when the driver operates the operation element;
Posture acquisition means for acquiring information on the skeletal posture of the musculoskeletal part of the driver;
Based on the operation reaction force and the skeletal posture information, from the musculoskeletal model, an estimated value calculating means for obtaining an estimated value related to the muscular strength of the musculoskeletal portion;
Fatigue estimating means for estimating the driver's fatigue state based on the hardness state estimated by the hardness estimating means and the estimated value obtained by the estimated value calculating means ,
The estimated value calculating means obtains a plurality of estimated values based on the musculoskeletal model,
The fatigue estimation means selects an estimated value closest to the characteristic of the hardness state estimated by the hardness estimation means from the plurality of estimated values obtained by the estimated value calculation means, and based on the selected estimated value A driver fatigue estimation device characterized by estimating a fatigue state .
車両に運転指示を与えるための操作子を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の硬さ状態を推定する硬さ推定手段と、
上記運転者が上記操作子を操作するときの操作反力を取得する操作反力取得手段と、
運転者の上記筋骨格部の骨格姿勢の情報を取得する姿勢取得手段と、
上記操作反力及び上記骨格姿勢の情報に基づき、筋骨格モデルから、上記筋骨格部の筋力に関わる推定値を求める推定値算出手段と、
上記硬さ推定手段が推定する硬さ状態と、上記推定値算出手段が求める推定値とに基づき、運転者の疲労状態を推定する疲労推定手段と、を備え、
上記硬さ推定手段が推定した硬さ状態に基づき、上記筋骨格モデルに基づき推定値を求める際の筋力の分配条件を求め、その求めた分配条件によって、上記推定値算出手段が推定する推定値の最適値を決定し、その最適値に基づき疲労状態を推定することを特徴とする運転者の疲労推定装置。
Hardness estimation means for estimating the hardness state of the driver's musculoskeletal part used when operating an operator for giving driving instructions to the vehicle;
An operation reaction force acquisition means for acquiring an operation reaction force when the driver operates the operation element;
Posture acquisition means for acquiring information on the skeletal posture of the musculoskeletal part of the driver;
Based on the operation reaction force and the skeletal posture information, from the musculoskeletal model, an estimated value calculating means for obtaining an estimated value related to the muscular strength of the musculoskeletal portion;
Fatigue estimating means for estimating the driver's fatigue state based on the hardness state estimated by the hardness estimating means and the estimated value obtained by the estimated value calculating means ,
Based on the hardness state estimated by the hardness estimation means, a muscle force distribution condition for obtaining an estimated value based on the musculoskeletal model is obtained, and an estimated value estimated by the estimated value calculation means based on the obtained distribution condition A driver's fatigue estimation device characterized by determining an optimal value of the vehicle and estimating a fatigue state based on the optimal value .
上記硬さ推定手段は、
上記操作子に入力する外乱トルクを検出する外乱トルク検出手段と、
上記外乱トルク検出手段が検出する外乱トルクに対する上記筋骨格部の抵抗特性を上記硬さ状態として検出する抵抗特性検出手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した運転者の疲労推定装置。
The hardness estimation means is
Disturbance torque detection means for detecting disturbance torque input to the operation element;
Driving resistance characteristics of the musculoskeletal unit to the disturbance torque according to claim 1 or claim 2, characterized in that and a resistance characteristic detecting means for detecting a state the hardness which the disturbance torque detection means for detecting Fatigue estimation device.
上記硬さ推定手段は、操作子に外乱トルクを付与する外乱トルク付与手段を備えることを特徴とする請求項に記載した運転者の疲労推定装置。 4. The driver fatigue estimating apparatus according to claim 3 , wherein the hardness estimating means includes disturbance torque applying means for applying disturbance torque to the operator. 上記操作子は、ステアリングホイールであり、
上記外乱トルクは、路面からステアリングホイールに伝達されるトルクであることを特徴とする請求項又は請求項に記載した運転者の疲労推定装置。
The operation element is a steering wheel,
The driver's fatigue estimation device according to claim 3 or 4 , wherein the disturbance torque is a torque transmitted from a road surface to a steering wheel.
上記操作子は、ステアリングホイールであり、
上記硬さ推定手段が推定する硬さ状態を、運転者のステアリングホールの把持状態によって補正することを特徴とする請求項1〜請求項のいずれか1項に記載した運転者の疲労推定装置。
The operation element is a steering wheel,
The hardness state in which the hardness estimating means for estimating, driver fatigue estimation device driver described in any one of claims 1 to 5, characterized in that the correction by the gripping state of the steering Hall .
車両に運転指示を与えるための操作子を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の硬さ状態を推定し、
上記運転者が上記操作子を操作するときの操作反力、及び運転者の上記筋骨格部の骨格姿勢に基づき、筋骨格モデルから、上記筋骨格部の筋力に関わる推定値を求めて、
上記硬さ状態と上記推定値とに基づき、運転者の疲労状態を推定し、
上記筋骨格部の筋力に関わる推定値として、筋骨格モデルに基づき複数の推定値を求め、
上記運転者の疲労状態の推定は、上記求めた複数の推定値のうち、上記推定した硬さ状態の特性に最も近い推定値を選択し、その選択した推定値に基づき疲労状態を推定することを特徴とする運転者の疲労推定方法。
Estimating the hardness state of the driver's musculoskeletal part used when operating the operator to give driving instructions to the vehicle,
Based on the operation reaction force when the driver operates the operation element and the skeletal posture of the driver's musculoskeletal part, from the musculoskeletal model, an estimated value related to the muscular strength of the musculoskeletal part is obtained,
Based on the hardness state and the estimated value, the driver's fatigue state is estimated ,
As an estimated value related to the muscle strength of the musculoskeletal part, a plurality of estimated values are obtained based on the musculoskeletal model,
The driver's fatigue state is estimated by selecting an estimated value closest to the estimated hardness state characteristic from the plurality of estimated values obtained above and estimating the fatigue state based on the selected estimated value. A method for estimating driver fatigue.
車両に運転指示を与えるための操作子を操作する際に使用される運転者の筋骨格部の硬さ状態を推定し、
上記運転者が上記操作子を操作するときの操作反力、及び運転者の上記筋骨格部の骨格姿勢に基づき、筋骨格モデルから、上記筋骨格部の筋力に関わる推定値を求めて、
上記硬さ状態と上記推定値とに基づき、運転者の疲労状態を推定し、
上記運転者の疲労状態の推定は、上記推定した硬さ状態に基づき、上記筋骨格モデルに基づき推定値を求める際の筋力の分配条件を求め、その求めた分配条件によって、上記推定する推定値の最適値を決定し、その最適値に基づき疲労状態を推定することを特徴とすることを特徴とする運転者の疲労推定方法。
Estimating the hardness state of the driver's musculoskeletal part used when operating the operator to give driving instructions to the vehicle,
Based on the operation reaction force when the driver operates the operation element and the skeletal posture of the driver's musculoskeletal part, from the musculoskeletal model, an estimated value related to the muscular strength of the musculoskeletal part is obtained,
Based on the hardness state and the estimated value, the driver's fatigue state is estimated ,
The estimation of the driver's fatigue state is based on the estimated hardness state, obtaining a muscle force distribution condition when obtaining an estimated value based on the musculoskeletal model, and the estimated value estimated based on the obtained distribution condition. A driver's fatigue estimation method characterized by determining an optimal value of the vehicle and estimating a fatigue state based on the optimal value .
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