運転者支援装置
【課題】 前庭感覚への電気刺激を利用してバランス動作により方向を変化する乗物を運手している運転者の誘導をリアルタイムに行うことを可能にする運転者支援装置を提供する。
【解決手段】 電流指令値入力装置が、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を運転者に備え付けられた前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給し、前庭感覚刺激装置が、皮膚表面電極に供給する電流の基準となる電流を前記電流指令値入力装置から入力される前記電流指令値まで上昇させるときの当該電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値に制御する。そして前庭感覚へ電気刺激を与えられた運転者は、その電極の陽極方向へ体を傾けることにより、乗物のバランスを制御する。
【解決手段】 電流指令値入力装置が、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を運転者に備え付けられた前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給し、前庭感覚刺激装置が、皮膚表面電極に供給する電流の基準となる電流を前記電流指令値入力装置から入力される前記電流指令値まで上昇させるときの当該電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値に制御する。そして前庭感覚へ電気刺激を与えられた運転者は、その電極の陽極方向へ体を傾けることにより、乗物のバランスを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前庭感覚への電気刺激を利用してバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者を支援する運転者支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているように、平衡感覚の受容器である前庭感覚への電気刺激を利用して身体の誘導を行う電気刺激誘導装置が知られている。この電気刺激誘導装置１０００の電気刺激による歩行の誘導は次のようなものである。
図９に示すように、装着者１の左耳の後ろに皮膚表面電極１００１ａを、右耳の後ろに皮膚表面電極１０００ｂを設置し、電気刺激誘導装置１０００の本体１００２からこれらの電極間に数ｍＡ程度の微弱な電流を流すと、陽極側に向かって装着者１の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。すなわち、装着者１の主観的な重力の方向が傾き、電流の向きと強さに応じて装着者１の重心が揺らいで左又は右へ体が泳ぐ。皮膚への刺激が無いので装着者１は自分の体が動いた後で気が付く。
【０００３】
このように左右方向への加速度感を生じさせることによって、立体動作の原点である鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができ、これによって装着者１の立位姿勢は当人の意図的な応答によらず陽極側に傾く。この傾きを歩行中に生じさせると、図１０に示すように装着者１の歩行方向は陽極側に向かって曲がって行くことになる。すなわち、図１０に示すように、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ａを陽極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ｂを陰極として電流を流すと、装着者１は陽極側である左方向に向かって曲がって歩いていく。装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ａを陰極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ｂを陽極として電流を流すと、装着者１は陽極側である右方向に向かって歩いて行く。
【０００４】
上記のようにして電気刺激誘導装置１０００の装着者１の歩行を誘導した事例を図１１に示す。図１１のグラフは、図１０のｚ軸の方向に向けて直進しているつもりで歩いている人間の腰の位置を歩行軌跡として上方からプロットしたものである。グラフの横軸は図１０のｚ軸方向すなわち前方への移動量、縦軸は図１０のｘ軸方向すなわち左右方向への移動量を表す。電流量は装着者１の左耳の後ろに設置する皮膚表面電極１００１ａを陽極、右耳の後ろに設置する皮膚表面電極１００１ｂを陰極とした場合をプラスの値、その逆の場合をマイナスの値で表し、電流量ごとに装着者１の歩行軌跡がプロットされている。各マークは０．５秒毎の位置を表し、電気刺激は横軸０の位置から開始した。
【０００５】
図１１によると、電流量がプラス側に大きくなるほど左方向への曲がり方が大きく、電流量がマイナス側に大きくなるほど右方向への曲がり方が大きくなっており、電流量に応じて装着者１の左右の加速度感の強さを制御できることを表している。この現象を利用して、装着者１の歩行を強制的な外力無しに再現性高く誘導することができる。
【０００６】
上記のような電気刺激において、装着者１の皮膚痛覚が刺激され痛みを感じる場合がある。このような皮膚痛覚刺激を抑制するには高周波の交流成分を抑制すればよいとされ、一般的にはローパスフィルタによって高周波数成分を抑制した刺激信号が用いられていた。以下、図１２を参照して、このような電気刺激を行う従来の電気刺激誘導装置２０００の構成を説明する。
【０００７】
従来の電気刺激誘導装置２０００は、電流指令値（アナログ電圧）を出力する電流指令値入力装置１０、この電圧に前処理を行って出力する前処理フィルタ部３０、前処理フィルタ部３０の出力電圧に従って１対の皮膚表面電極４４へ電流を出力する定電流発生・制御装置４０から構成される。なお、図９の本体１００２は、これらから定電流発生・制御装置４０に含まれる皮膚表面電極４４を除いた部分により構成されている。
【０００８】
電流指令値入力装置１０は、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前処理フィルタ部３０へ出力する。前処理フィルタ部３０のローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１は、入力された電圧を徐々に増加させる。ゲイン調整器３２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。
【０００９】
定電流発生・制御装置４０の電源４１は、一定電流を出力する。電流検出器４２は、電源４１から電流調整器４３へ流れる電流量を検出し、検出した電流量に比例した電圧を比較器４５へ出力する。比較器４５は、電流検出器４２が出力する電圧と前処理フィルタ部３０が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、電流検出器４２の出力する電圧が前処理フィルタ部３０の出力する電圧より小さい場合は、ハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。電流調整器４３は、比較器４５からハイレベルの電圧が入力されたときは電流量を増加させ、ローレベルの電圧が入力されたときは電流量を減少させる。皮膚表面電極４４は、左耳の後ろに設置される皮膚表面電極１００１ａ及び右耳の後ろに設置される皮膚表面電極１００１ｂから構成され、電流調整器４３から出力された電流を装着者１に入力する。定電流発生・制御装置４０は上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、前処理フィルタ部３０から入力される電圧に対応する電流量を達成するように電流供給を制御する。
【００１０】
電気刺激誘導装置が図１２に示すように構成される以前は、電流指令値入力装置１０が出力する電流指令値に合わせた定電流を定電流発生・制御装置４０において発生・制御し、皮膚表面電極４４を通じて装着者１に刺激を与える構成であった。これに対し、上記のように構成することにより、装着者１に入力される電流量は徐々に増加して電流指令値が示す電流量に到達するので、皮膚痛覚刺激が抑制される。
【特許文献１】特開２００４−２５４７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、上述のような前庭感覚への電気刺激を利用して人の動作を誘導する、様々な仕組みが考えられるが、自転車や自動二輪車のようなバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者に利用する装置がなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、前庭感覚への電気刺激を利用してバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者の誘導をリアルタイムに行うことを可能にする運転者支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電流指令値入力装置と、皮膚表面電極を介した電気刺激によって運転者の前庭感覚を刺激する複数の前庭感覚刺激装置とを備え、バランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者を支援する運転者支援装置において、前記電流指令値入力装置が、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前記前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給する電流指令値供給手段を備え、各前記前庭感覚刺激装置が、前記皮膚表面電極に供給する電流の基準となる電流を前記電流指令値入力装置から入力される前記電流指令値まで上昇させるときの当該電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値に制御する電流変化量制御手段とを備えることを特徴とする運転者支援装置である。
【００１４】
また本発明は、前記電流指令値入力装置が、障害物の検出を行う障害物検出手段と、検出された障害物の少なくとも距離と方向とに基づいて、前記障害物を回避する前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記電流指令値入力装置が、少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、予め所定の位置における前記車体の少なくとも傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数からなる規範情報を記憶する規範情報記憶手段と、前記車体の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が検出した前記所定の位置に対応付けられて前記規範情報記憶手段で記憶している少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を読取る規範情報読取手段と、前記所定の位置において前記センサ手段で検出した情報と、前記読取った規範情報とを比較して、その差異を補正するための前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記電流指令値入力装置は、少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、車体の方向転換の指示を受付ける方向転換指示受付手段と、前記方向転換の指示により生成される少なくとも車体の傾き、加速度、角速度何れか１つまたは複数と、前記センサ手段で検出した少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数とをそれぞれ比較して、その差異に基づいて、前記方向転換の指示を受付けた時点の車体のバランスを考慮した前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電流指令値入力装置から同じ電流指令値を各前庭感覚刺激装置に対して入力し、各前記前庭感覚刺激装置は、電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値にしているため、誘導対象者に対して刺激を与えることがない。また前庭感覚へ電気刺激を与えることで、二輪車などの運転者へのリアルタイムな操縦方向の誘導を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の各実施の形態において使用する前庭電気刺激装置について図１を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態において用いる前庭電気刺激装置の構成を示すブロック図であり、前庭電気刺激装置１００は電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成されている。図１に示す前庭電気刺激装置１００は、図１２に示した従来の前庭電気刺激装置とは前処理フィルタ部３０に代えて電流変化量制御装置２０を設けた点において異なっている。この電流変化量制御装置２０は、従来の図１２のローパスフィルタ３１による処理では刺激提示のタイミングが大きく遅れる問題を、周波数を基準とした処理ではなく、単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に抑える処理によって、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくするものである。なお、図１に示す電流変化量制御装置２０および定電流発生・制御装置４０の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００１９】
電流変化量制御装置２０の定数値出力部２１は、一定電圧を出力する。ゲイン調整器２２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。この電圧は積分器２４において積分され電流量を指示する値として用いられるので、ゲイン調整器２２から出力され積分器２４に入力される電圧は単位時間当たりの電流変化量を指示する値となる。すなわち、ゲイン調整器２２の増幅率を調整することにより電流変化量を制御することができる。図１３のグラフにおいて刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形の電流変化量が皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分であるので、ゲイン調整器２２が出力する電圧がこの電流変化量に対応する値となるように、ゲイン調整器２２の増幅率を設定する。
【００２０】
比較器２６は、電流指令値入力装置１０が出力する電圧と積分器２４が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、積分器２４の出力する電圧が電流指令値入力装置１０の出力する電圧より小さい場合は、比較器２６はハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。スイッチ２３は、比較器２６からハイレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３をオンにしてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させ、ローレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３をオフしてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させない。積分器２４は、ゲイン調整器２２が出力する電圧を積分して出力する。すなわち、積分器２４の出力電圧は時間に比例して上昇し、電流指令値に等しい値まで上昇すると、以後、その値を維持する。
【００２１】
ゲイン調整器２５は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。電流指令値に等しい値に維持された積分器２４の出力電圧がゲイン調整器２５の増幅率に従って増減された電圧は定常目標電流量を指示する値として定電流発生・制御装置４０に入力される。すなわち、ゲイン調整器２５の増幅率を調整することにより定常目標電流量を制御することができる。
【００２２】
電流変化量制御装置２０は上記のような構成により、定常目標電流量と単位時間あたりの電流変化量を制御する。また、定電流発生・制御装置４０は従来と同様に構成され、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御装置２０から入力される定常目標電流量と電流変化量を達成するように電流供給を制御する。
【００２３】
上述した前庭電気刺激装置１００による電流波形を図２のグラフにおいて破線で示す。図２のグラフは、図１３のグラフに破線が追加されたものであり、この破線は前庭電気刺激装置１００により装着者１に入力される電流値を示す。電流変化量制御装置２０は電流指令値入力装置１０が電流指令値として出力する電圧をランプ型時間応答追従特性の電圧に変換し、電流指令値に等しい電圧まで上昇させて、以後、その値を維持する。この電圧はゲイン調整器２５の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流が定電流発生・制御装置４０の皮膚表面電極４４から装着者１に入力される。
【００２４】
なお、電流指令値入力装置１０からＩ０より小さい刺激目標の電流値を指示する電流指令値が出力された場合は装着者１には上記より弱い刺激が与えられ、Ｉ０により奏する効果より小さい効果を奏する。
【００２５】
従来の電気刺激装置２０００のローパスフィルタ３１による処理において、皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分は、刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形である。これよりも急激な電流量の変化、すなわち刺激電流の時間波形をグラフに表したときに図２の斜線部分に含まれる場合には、皮膚痛覚を刺激することとなる。したがって、電流値の時間変化量を一定以下にする必要がある。図１の前庭電気刺激装置１００において、ゲイン調整器２２を適切に設定することにより、常にこの皮膚痛覚を刺激しない限界値となる最大の変化量で電流を制御することが可能となり、皮膚痛覚を刺激せずに最短時間であるｔ０からｔ１までの時間で刺激目標の電流値Ｉ０に到達することができる。
【００２６】
上述した図１の前庭電気刺激装置１００を利用すれば、刺激提示してから刺激提示された人物の行動の誘導が開始されるまでの時間が短く、動作している人の誘導を行うことが可能になり、例えば、二輪車の運転時に障害物などの危険物の回避に利用することも可能になる。
【００２７】
以下において、自動二輪車（または自転車や一輪車の場合も含む）を運転する操縦者の操縦方向の強い加速度刺激が加わることで、操縦すべき方向に自然に身体を傾ける現象（人間の体に備わった姿勢反射の一種）を利用して、自動二輪車の操縦を制御する手法について説明する。なお本実施形態においては自動二輪車を用いて説明するが、バランス動作により方向を変化する乗物であれば自動二輪車以外であってもよい。
【００２８】
以下、本発明の第１の実施の形態における運転者支援装置について図３、図４を参照しつつ説明する。
図３は第１の実施の形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
また図４は第１の実施の形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。図３が示すように本実形態における運転者支援装置２００は、視認困難な物体や移動中の驚異物などの障害物を避けるよう自動二輪車の操縦者へ指示する処理を行う。
図４に示す運転者支援装置２００は、電流指令値入力装置２１０と前庭電気刺激装置２２０とから構成される。前庭電気刺激装置２２０は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２０が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の自動二輪車の操縦者２３０の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。
【００２９】
また電流指令値入力装置２１０は、障害物検出センサ２１１と操縦方向判定部２１２とを備えている。障害物検出センサ２１１は自動二輪車の後方または前方に設置され、障害物を検出する。ここで障害物は、障害物検出センサ２１１が後方に設置されている場合には、自動二輪車の後方の車両などを検出するセンサであり、また前方に設置されている場合には、前方の障害物（例えば車両、二輪車、壁）などを検出するセンサである。この障害物検出センサ２１１は赤外線、超音波などの探査波を発信させ、その反射によって障害物の距離や方向を検出するものである。また障害物検出センサ２１１は、自動二輪車の前方または後方の何れか一方または両方に設置されていても良いし、障害物検出行う各方向に別々に設置されるようにしてもよい。
【００３０】
そして操縦方向判定部２１２は、障害物検出センサ２１１より受付けた、障害物有りを示す情報と、その障害物の方向と、距離などの情報によって、自動二輪車の操縦方向を判定し、その操縦方向の方角に対応する電圧値を示す電流指令値を生成する。例えば右後方に車両が所定の閾値（距離）以上に接近している場合には、操縦方向判定部２１２は、右後方の障害物を検出する障害物検出センサ２１１から操縦者の背面垂直方向の角度を０とした場合の、右後方の角度（車両の接近してきた角度）と、車両の距離とを受付ける。そして、操縦方向判定部２１２は、接近してきた車両の角度と反対方向の角度へ誘導すると判定する。そして操縦方向判定部２１２は、操縦者が左方向へ体を傾けるように、自動二輪車の操縦者２５０の左耳の後ろに設置された皮膚表面電極が陽極であることを示す電流指令値を前庭電気刺激装置２２０へ出力する。
【００３１】
前庭電気刺激装置２２０は、夫々、電流指令値入力装置２１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、操縦者に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００３２】
上述したように、電流指令値入力装置２１０から前庭電気刺激装置２２０に対して、操縦者の操縦方向を誘導する電流指令値を出力するので、障害物を回避させるための操縦者の誘導を行うことが可能となる。また、前庭電気刺激装置２２０は、上述したように単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に設定しているので、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくすることができる。また、前庭感覚へ電気刺激を与えることで、自動二輪車などのバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者へのリアルタイムな操縦方向の誘導を行うことができる。
【００３３】
以下、本発明の第２の実施の形態における運転者支援装置について図５、図６を参照しつつ説明する。
図５は第２の実施の形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
また図６は第２の実施の形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。図５が示すように本実形態における運転者支援装置２００は、熟練者が自動二輪車を運転した際の自動二輪車に設置された各種センサが取得したデータに基づいて、訓練者へ自動二輪車の運転における熟練者との差異を通知する処理を行う。
図６に示す運転者支援装置２００は、電流指令値入力装置２４０と前庭電気刺激装置２２０とから構成される。前庭電気刺激装置２２０は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２０が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の自動二輪車の操縦者２３０の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。
【００３４】
また電流指令値入力装置２４０は、熟練者データベース２４１、加速度センサ２４２、ジャイロセンサ２４３、姿勢センサ２４４、位置センサ２４５、操縦方向判定部２４６、を備えている。ここで、熟練者データベース２４１は熟練者が自動二輪車を運転した際の各種センサによって取得されたデータを記憶している。例えば、この熟練者データベース２４１にはレーシングサーキット場を熟練者が自動二輪車で走行した際の各種センサで取得した情報が記憶されている。各種センサとは、上記加速度センサ２４２、ジャイロセンサ２４３、姿勢センサ２４４、位置センサ２４５であり、これらは自動二輪車に設置されている。
【００３５】
また加速度センサ２４２は、所定のタイミング（例えば位置センサ２４５が移動距離５ｍおきに信号を出力するタイミングなど）ごとに自動二輪車の加速度を検出して操縦方向判定部２４６に通知する。またジャイロセンサ２４３は、上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の角速度（例えば地上に対して垂直方向を０度とする）を検出して操縦方向判定部２４６に通知する。また姿勢センサ２４４は例えば、上記所定のタイミングごとに、体の傾きなどを検出する。また位置センサ２４５は上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の位置を検出する。そして、操縦方向判定部２４６は、上記各種センサによって検出された情報と、熟練者データベース２４１に記録されている情報とを比較して、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００３６】
次に熟練者データベースの記憶する情報について説明する。
熟練者データベース２４１は、予め熟練者が自動二輪車を操縦してレーシングサーキット場を走行した際の、各種センサの検出した情報を記憶している。例えば、位置センサ２４５は、熟練者の操縦により自動二輪車がレーシングサーキット場を走行すると、そのスタート地点からの移動距離を検出する。例えば、自動二輪車に設置された距離メータから出力されるスタート地点からの距離を検出し、所定の距離ごとに（例えば５メータごとに）信号のクロックを出力する。また、各種センサは位置センサ２４５が出力したクロック信号に応じて、検出した値を出力する。そして、移動距離ごとに各種センサを記録したデータが熟練者データベース２４１に格納される。なお、位置センサ２４５は、例えばＧＰＳから受信した信号に基づいて自動二輪車の位置（座標）検出するようにしても良いし、また、サーキット場の各地点に設置された発信装置から発信される赤外線や音波などの電磁波の信号を受けることにより、その発信装置の位置に到達したことを検出するといった方法により自動二輪車の位置を検出するようにしてもよい。
【００３７】
次に、本実施形態により運転者支援装置の処理について説明する。
まず、訓練者が自動二輪車を操縦してレーシングサーキットのスタート位置からスタートすると、そのスタートと同時に位置センサ２４５は距離メータから出力される移動距離を受信し、５ｍおきにクロック信号を出力する。加速度センサ２４５、ジャイロセンサ２４３、姿勢センサ２４４のそれぞれのセンサは、位置センサ２４５からクロック信号を受付けると、そのクロック信号を受付けることを契機に、それぞれが検出した情報（加速度、角速度、体の傾き）を操縦方向判定部２４６に出力する。
【００３８】
操縦方向判定部２４６は、位置センサ２４６から出力されるクロック信号を受付けるごとに、移動距離に対応して訓練者データベース２４１に記録されている各種情報（加速度、角速度、体の傾き）を読み出す。そして、操縦判定部２４６は、各種センサから受付けた値と、熟練者データベース２４１から取得した値とを比較して、その差異を算出する。そして、操縦方向判定部２４６は、加速度、角速度、体の傾きの差の値に応じて、自動二輪車の方向を制御するための電流指令値を生成する。そして、操縦方向判定部２４６は、自動二輪車の操縦者２３０の左耳または右耳の後ろに設置されたいずれかの皮膚表面電極が陽極であることを示す電流指令値を前庭電気刺激装置２２０へ出力する。
【００３９】
前庭電気刺激装置２２０は、夫々、電流指令値入力装置２４０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、操縦者（訓練者）に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００４０】
上述したように、電流指令値入力装置２４０から前庭電気刺激装置２２０に対して、操縦者（訓練者）２３０の操縦方向を誘導する電流指令値を出力するので、訓練者は、熟練者のレーシングサーキット場での高速走行時の姿勢や、自動二輪車の車体の加速度や傾きを直感的に体験することができる。またこのような手法により、レーシングサーキット場等における練習に際しての、ライントレース・ライトポジション訓練などを行うことができる。
【００４１】
以下、本発明の第３の実施の形態における運転者支援装置について図７、図８を参照しつつ説明する。
図７は第３の実施の形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
また図８は第３の実施の形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。図７が示すように本実形態における運転者支援装置２００は、カーナビゲーション装置を備えており、自動二輪車の車体の角度やハンドルの角度を考慮して、操縦者の自動二輪車の操縦を誘導する処理を行う。
図８に示す運転者支援装置２００は、電流指令値入力装置２５０と前庭電気刺激装置２２０とから構成される。前庭電気刺激装置２２０は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２０が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の自動二輪車の操縦者２３０の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。
【００４２】
また電流指令値入力装置２５０は、ナビゲーション装置２５１、加速度センサ２５２、ジャイロセンサ２５３、姿勢センサ２５４、位置センサ２５５、操縦方向判定部２５６、を備えている。ここで、ナビゲーション装置２５１は、地図データとＧＰＳ装置によって取得した自動二輪車の座標とに基づいて、地図上における現在位置特定し、予め設定された道路の走行経路に応じて交差点などに差しかかった際の走行方向を通知する処理を行う。なお上記加速度センサ２５２、ジャイロセンサ２５３、姿勢センサ２５４、位置センサ２５５は、自動二輪車に設置されている。
【００４３】
加速度センサ２５２は、所定のタイミングごとに自動二輪車の加速度を検出して操縦方向判定部２５６に通知する。またジャイロセンサ２５３は、上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の角速度（例えば地上に対して垂直方向を０度とする）を検出して操縦方向判定部２５６に通知する。また姿勢センサ２５４は例えば、上記所定のタイミングごとに、体の傾きなどを検出する。また位置センサ２５５は上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の位置を検出する。そして、操縦方向判定部２５６は、ナビゲーション装置２５１から受付けた情報と、各種センサによって検出された情報を用いて、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００４４】
次に、本実施形態により運転者支援装置の処理について説明する。
まず、センサ操縦者２３０が自動二輪車の運転を開始すると、ナビゲーション装置２５１が、入力された目的地や現在地から地図上の道路における移動経路を検出する。そして、位置センサ２５５（例えばＧＰＳ装置）から受付けた座標に基づいて地図上の現在位置を把握する。次にナビゲーション装置２５１は、移動経路上において、道路を左折（または右折）する場合には、左折（または右折）の情報（例えば左折前の直進方向を０度とした際の左折の角度）を操縦方向判定部２５６へ通知する。
【００４５】
次に、操縦方向判定部２５６は、ナビゲーション装置２５１から通知を受けた情報の各種センサから受付けた情報とを比較する。そして、ナビゲーション装置２５１から受付けた情報に基づいて算出された車体の加速度、角速度と、体の傾きと、実際にセンサから受け付けた車体の加速度、角速度、体の傾きとの差異を算出し、その差異の分だけ、加速度、角速度、体の傾きを増加または減少させるための電流指令値を生成する。そして、操縦方向判定部２５６は、自動二輪車の操縦者２３０の左耳または右耳の後ろに設置されたいずれかの皮膚表面電極が陽極であることを示す電流指令値を前庭電気刺激装置２２０へ出力する。
【００４６】
前庭電気刺激装置２２０は、夫々、電流指令値入力装置２５０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、操縦者に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００４７】
上述したように、電流指令値入力装置２５０から前庭電気刺激装置２２０に対して、既に車体が加速度や傾きを増加または減少させている際や、体を傾ける際に、ナビゲーション装置２５１から出力される情報によって、同一の方向にさらに加速度や傾きを増加または減少させる情報を出力してバランスを失う危険性を減少させる処理を行う。これにより、角に加速度感や傾きの度合が大きく（または小さく）ならないように補正して前庭刺激を行うことで、操縦者のバランスを崩すことなく操縦の誘導をすることができる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００４９】
尚、上述した各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上記各種処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５０】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に用いる前庭電気刺激装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１の前庭電気刺激装置による電流波形を示すグラフである。
【図３】第１の実施形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
【図４】第１の実施形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
【図６】第２の実施形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
【図８】第３の実施形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の電気刺激誘導装置の装着例を示す図。
【図１０】図９の電気刺激誘導装置による電流の極性と歩行方向の関係を示す図。
【図１１】図９の電気刺激誘導装置を用いた歩行誘導における歩行軌跡を示すグラフ。
【図１２】従来の電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。
【図１３】図１２の電気刺激誘導装置による電流波形を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５２】
２００…運転者支援装置
２１０、２４０、２５０…電流指令値入力装置
２２０…前庭電気刺激装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前庭感覚への電気刺激を利用してバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者を支援する運転者支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載されているように、平衡感覚の受容器である前庭感覚への電気刺激を利用して身体の誘導を行う電気刺激誘導装置が知られている。この電気刺激誘導装置１０００の電気刺激による歩行の誘導は次のようなものである。
図９に示すように、装着者１の左耳の後ろに皮膚表面電極１００１ａを、右耳の後ろに皮膚表面電極１０００ｂを設置し、電気刺激誘導装置１０００の本体１００２からこれらの電極間に数ｍＡ程度の微弱な電流を流すと、陽極側に向かって装着者１の前庭感覚に加速度感を生じさせることができる。すなわち、装着者１の主観的な重力の方向が傾き、電流の向きと強さに応じて装着者１の重心が揺らいで左又は右へ体が泳ぐ。皮膚への刺激が無いので装着者１は自分の体が動いた後で気が付く。
【０００３】
このように左右方向への加速度感を生じさせることによって、立体動作の原点である鉛直方向感覚に傾きを生じさせることができ、これによって装着者１の立位姿勢は当人の意図的な応答によらず陽極側に傾く。この傾きを歩行中に生じさせると、図１０に示すように装着者１の歩行方向は陽極側に向かって曲がって行くことになる。すなわち、図１０に示すように、装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ａを陽極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ｂを陰極として電流を流すと、装着者１は陽極側である左方向に向かって曲がって歩いていく。装着者１の左耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ａを陰極、右耳の後ろに設置した皮膚表面電極１００１ｂを陽極として電流を流すと、装着者１は陽極側である右方向に向かって歩いて行く。
【０００４】
上記のようにして電気刺激誘導装置１０００の装着者１の歩行を誘導した事例を図１１に示す。図１１のグラフは、図１０のｚ軸の方向に向けて直進しているつもりで歩いている人間の腰の位置を歩行軌跡として上方からプロットしたものである。グラフの横軸は図１０のｚ軸方向すなわち前方への移動量、縦軸は図１０のｘ軸方向すなわち左右方向への移動量を表す。電流量は装着者１の左耳の後ろに設置する皮膚表面電極１００１ａを陽極、右耳の後ろに設置する皮膚表面電極１００１ｂを陰極とした場合をプラスの値、その逆の場合をマイナスの値で表し、電流量ごとに装着者１の歩行軌跡がプロットされている。各マークは０．５秒毎の位置を表し、電気刺激は横軸０の位置から開始した。
【０００５】
図１１によると、電流量がプラス側に大きくなるほど左方向への曲がり方が大きく、電流量がマイナス側に大きくなるほど右方向への曲がり方が大きくなっており、電流量に応じて装着者１の左右の加速度感の強さを制御できることを表している。この現象を利用して、装着者１の歩行を強制的な外力無しに再現性高く誘導することができる。
【０００６】
上記のような電気刺激において、装着者１の皮膚痛覚が刺激され痛みを感じる場合がある。このような皮膚痛覚刺激を抑制するには高周波の交流成分を抑制すればよいとされ、一般的にはローパスフィルタによって高周波数成分を抑制した刺激信号が用いられていた。以下、図１２を参照して、このような電気刺激を行う従来の電気刺激誘導装置２０００の構成を説明する。
【０００７】
従来の電気刺激誘導装置２０００は、電流指令値（アナログ電圧）を出力する電流指令値入力装置１０、この電圧に前処理を行って出力する前処理フィルタ部３０、前処理フィルタ部３０の出力電圧に従って１対の皮膚表面電極４４へ電流を出力する定電流発生・制御装置４０から構成される。なお、図９の本体１００２は、これらから定電流発生・制御装置４０に含まれる皮膚表面電極４４を除いた部分により構成されている。
【０００８】
電流指令値入力装置１０は、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前処理フィルタ部３０へ出力する。前処理フィルタ部３０のローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１は、入力された電圧を徐々に増加させる。ゲイン調整器３２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。
【０００９】
定電流発生・制御装置４０の電源４１は、一定電流を出力する。電流検出器４２は、電源４１から電流調整器４３へ流れる電流量を検出し、検出した電流量に比例した電圧を比較器４５へ出力する。比較器４５は、電流検出器４２が出力する電圧と前処理フィルタ部３０が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、電流検出器４２の出力する電圧が前処理フィルタ部３０の出力する電圧より小さい場合は、ハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。電流調整器４３は、比較器４５からハイレベルの電圧が入力されたときは電流量を増加させ、ローレベルの電圧が入力されたときは電流量を減少させる。皮膚表面電極４４は、左耳の後ろに設置される皮膚表面電極１００１ａ及び右耳の後ろに設置される皮膚表面電極１００１ｂから構成され、電流調整器４３から出力された電流を装着者１に入力する。定電流発生・制御装置４０は上記のような構成により、実際に流れる電流量を測定して、前処理フィルタ部３０から入力される電圧に対応する電流量を達成するように電流供給を制御する。
【００１０】
電気刺激誘導装置が図１２に示すように構成される以前は、電流指令値入力装置１０が出力する電流指令値に合わせた定電流を定電流発生・制御装置４０において発生・制御し、皮膚表面電極４４を通じて装着者１に刺激を与える構成であった。これに対し、上記のように構成することにより、装着者１に入力される電流量は徐々に増加して電流指令値が示す電流量に到達するので、皮膚痛覚刺激が抑制される。
【特許文献１】特開２００４−２５４７９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、上述のような前庭感覚への電気刺激を利用して人の動作を誘導する、様々な仕組みが考えられるが、自転車や自動二輪車のようなバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者に利用する装置がなかった。
【００１２】
そこで、本発明は、前庭感覚への電気刺激を利用してバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者の誘導をリアルタイムに行うことを可能にする運転者支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、電流指令値入力装置と、皮膚表面電極を介した電気刺激によって運転者の前庭感覚を刺激する複数の前庭感覚刺激装置とを備え、バランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者を支援する運転者支援装置において、前記電流指令値入力装置が、刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前記前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給する電流指令値供給手段を備え、各前記前庭感覚刺激装置が、前記皮膚表面電極に供給する電流の基準となる電流を前記電流指令値入力装置から入力される前記電流指令値まで上昇させるときの当該電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値に制御する電流変化量制御手段とを備えることを特徴とする運転者支援装置である。
【００１４】
また本発明は、前記電流指令値入力装置が、障害物の検出を行う障害物検出手段と、検出された障害物の少なくとも距離と方向とに基づいて、前記障害物を回避する前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記電流指令値入力装置が、少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、予め所定の位置における前記車体の少なくとも傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数からなる規範情報を記憶する規範情報記憶手段と、前記車体の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が検出した前記所定の位置に対応付けられて前記規範情報記憶手段で記憶している少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を読取る規範情報読取手段と、前記所定の位置において前記センサ手段で検出した情報と、前記読取った規範情報とを比較して、その差異を補正するための前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記電流指令値入力装置は、少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、車体の方向転換の指示を受付ける方向転換指示受付手段と、前記方向転換の指示により生成される少なくとも車体の傾き、加速度、角速度何れか１つまたは複数と、前記センサ手段で検出した少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数とをそれぞれ比較して、その差異に基づいて、前記方向転換の指示を受付けた時点の車体のバランスを考慮した前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電流指令値入力装置から同じ電流指令値を各前庭感覚刺激装置に対して入力し、各前記前庭感覚刺激装置は、電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値にしているため、誘導対象者に対して刺激を与えることがない。また前庭感覚へ電気刺激を与えることで、二輪車などの運転者へのリアルタイムな操縦方向の誘導を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の各実施の形態において使用する前庭電気刺激装置について図１を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態において用いる前庭電気刺激装置の構成を示すブロック図であり、前庭電気刺激装置１００は電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成されている。図１に示す前庭電気刺激装置１００は、図１２に示した従来の前庭電気刺激装置とは前処理フィルタ部３０に代えて電流変化量制御装置２０を設けた点において異なっている。この電流変化量制御装置２０は、従来の図１２のローパスフィルタ３１による処理では刺激提示のタイミングが大きく遅れる問題を、周波数を基準とした処理ではなく、単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に抑える処理によって、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくするものである。なお、図１に示す電流変化量制御装置２０および定電流発生・制御装置４０の構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。
【００１９】
電流変化量制御装置２０の定数値出力部２１は、一定電圧を出力する。ゲイン調整器２２は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。この電圧は積分器２４において積分され電流量を指示する値として用いられるので、ゲイン調整器２２から出力され積分器２４に入力される電圧は単位時間当たりの電流変化量を指示する値となる。すなわち、ゲイン調整器２２の増幅率を調整することにより電流変化量を制御することができる。図１３のグラフにおいて刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形の電流変化量が皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分であるので、ゲイン調整器２２が出力する電圧がこの電流変化量に対応する値となるように、ゲイン調整器２２の増幅率を設定する。
【００２０】
比較器２６は、電流指令値入力装置１０が出力する電圧と積分器２４が出力する電圧とを比較し、ハイレベル又はローレベルの電圧を出力する。例えば、積分器２４の出力する電圧が電流指令値入力装置１０の出力する電圧より小さい場合は、比較器２６はハイレベルの電圧を出力し、そうでない場合はローレベルの電圧を出力する。スイッチ２３は、比較器２６からハイレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３をオンにしてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させ、ローレベルの電圧が入力されたときはスイッチ２３をオフしてゲイン調整器２２の出力電圧を積分器２４へ入力させない。積分器２４は、ゲイン調整器２２が出力する電圧を積分して出力する。すなわち、積分器２４の出力電圧は時間に比例して上昇し、電流指令値に等しい値まで上昇すると、以後、その値を維持する。
【００２１】
ゲイン調整器２５は、増幅率を調整する可変抵抗器が設けられ、入力された電圧を増幅率に従って増減して出力する。電流指令値に等しい値に維持された積分器２４の出力電圧がゲイン調整器２５の増幅率に従って増減された電圧は定常目標電流量を指示する値として定電流発生・制御装置４０に入力される。すなわち、ゲイン調整器２５の増幅率を調整することにより定常目標電流量を制御することができる。
【００２２】
電流変化量制御装置２０は上記のような構成により、定常目標電流量と単位時間あたりの電流変化量を制御する。また、定電流発生・制御装置４０は従来と同様に構成され、実際に流れる電流量を測定して、電流変化量制御装置２０から入力される定常目標電流量と電流変化量を達成するように電流供給を制御する。
【００２３】
上述した前庭電気刺激装置１００による電流波形を図２のグラフにおいて破線で示す。図２のグラフは、図１３のグラフに破線が追加されたものであり、この破線は前庭電気刺激装置１００により装着者１に入力される電流値を示す。電流変化量制御装置２０は電流指令値入力装置１０が電流指令値として出力する電圧をランプ型時間応答追従特性の電圧に変換し、電流指令値に等しい電圧まで上昇させて、以後、その値を維持する。この電圧はゲイン調整器２５の増幅率に従って増減して出力され、この電圧に対応する電流が定電流発生・制御装置４０の皮膚表面電極４４から装着者１に入力される。
【００２４】
なお、電流指令値入力装置１０からＩ０より小さい刺激目標の電流値を指示する電流指令値が出力された場合は装着者１には上記より弱い刺激が与えられ、Ｉ０により奏する効果より小さい効果を奏する。
【００２５】
従来の電気刺激装置２０００のローパスフィルタ３１による処理において、皮膚痛覚を刺激しない最も単位時間あたりの電流量の変化の大きい部分は、刺激入力開始時刻ｔ０における立ち上がり波形である。これよりも急激な電流量の変化、すなわち刺激電流の時間波形をグラフに表したときに図２の斜線部分に含まれる場合には、皮膚痛覚を刺激することとなる。したがって、電流値の時間変化量を一定以下にする必要がある。図１の前庭電気刺激装置１００において、ゲイン調整器２２を適切に設定することにより、常にこの皮膚痛覚を刺激しない限界値となる最大の変化量で電流を制御することが可能となり、皮膚痛覚を刺激せずに最短時間であるｔ０からｔ１までの時間で刺激目標の電流値Ｉ０に到達することができる。
【００２６】
上述した図１の前庭電気刺激装置１００を利用すれば、刺激提示してから刺激提示された人物の行動の誘導が開始されるまでの時間が短く、動作している人の誘導を行うことが可能になり、例えば、二輪車の運転時に障害物などの危険物の回避に利用することも可能になる。
【００２７】
以下において、自動二輪車（または自転車や一輪車の場合も含む）を運転する操縦者の操縦方向の強い加速度刺激が加わることで、操縦すべき方向に自然に身体を傾ける現象（人間の体に備わった姿勢反射の一種）を利用して、自動二輪車の操縦を制御する手法について説明する。なお本実施形態においては自動二輪車を用いて説明するが、バランス動作により方向を変化する乗物であれば自動二輪車以外であってもよい。
【００２８】
以下、本発明の第１の実施の形態における運転者支援装置について図３、図４を参照しつつ説明する。
図３は第１の実施の形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
また図４は第１の実施の形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。図３が示すように本実形態における運転者支援装置２００は、視認困難な物体や移動中の驚異物などの障害物を避けるよう自動二輪車の操縦者へ指示する処理を行う。
図４に示す運転者支援装置２００は、電流指令値入力装置２１０と前庭電気刺激装置２２０とから構成される。前庭電気刺激装置２２０は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２０が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の自動二輪車の操縦者２３０の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。
【００２９】
また電流指令値入力装置２１０は、障害物検出センサ２１１と操縦方向判定部２１２とを備えている。障害物検出センサ２１１は自動二輪車の後方または前方に設置され、障害物を検出する。ここで障害物は、障害物検出センサ２１１が後方に設置されている場合には、自動二輪車の後方の車両などを検出するセンサであり、また前方に設置されている場合には、前方の障害物（例えば車両、二輪車、壁）などを検出するセンサである。この障害物検出センサ２１１は赤外線、超音波などの探査波を発信させ、その反射によって障害物の距離や方向を検出するものである。また障害物検出センサ２１１は、自動二輪車の前方または後方の何れか一方または両方に設置されていても良いし、障害物検出行う各方向に別々に設置されるようにしてもよい。
【００３０】
そして操縦方向判定部２１２は、障害物検出センサ２１１より受付けた、障害物有りを示す情報と、その障害物の方向と、距離などの情報によって、自動二輪車の操縦方向を判定し、その操縦方向の方角に対応する電圧値を示す電流指令値を生成する。例えば右後方に車両が所定の閾値（距離）以上に接近している場合には、操縦方向判定部２１２は、右後方の障害物を検出する障害物検出センサ２１１から操縦者の背面垂直方向の角度を０とした場合の、右後方の角度（車両の接近してきた角度）と、車両の距離とを受付ける。そして、操縦方向判定部２１２は、接近してきた車両の角度と反対方向の角度へ誘導すると判定する。そして操縦方向判定部２１２は、操縦者が左方向へ体を傾けるように、自動二輪車の操縦者２５０の左耳の後ろに設置された皮膚表面電極が陽極であることを示す電流指令値を前庭電気刺激装置２２０へ出力する。
【００３１】
前庭電気刺激装置２２０は、夫々、電流指令値入力装置２１０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、操縦者に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００３２】
上述したように、電流指令値入力装置２１０から前庭電気刺激装置２２０に対して、操縦者の操縦方向を誘導する電流指令値を出力するので、障害物を回避させるための操縦者の誘導を行うことが可能となる。また、前庭電気刺激装置２２０は、上述したように単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを越えない近傍の値に設定しているので、皮膚痛覚刺激を生じさせることなく刺激が効果を奏するまでの時間の遅れを小さくすることができる。また、前庭感覚へ電気刺激を与えることで、自動二輪車などのバランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者へのリアルタイムな操縦方向の誘導を行うことができる。
【００３３】
以下、本発明の第２の実施の形態における運転者支援装置について図５、図６を参照しつつ説明する。
図５は第２の実施の形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
また図６は第２の実施の形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。図５が示すように本実形態における運転者支援装置２００は、熟練者が自動二輪車を運転した際の自動二輪車に設置された各種センサが取得したデータに基づいて、訓練者へ自動二輪車の運転における熟練者との差異を通知する処理を行う。
図６に示す運転者支援装置２００は、電流指令値入力装置２４０と前庭電気刺激装置２２０とから構成される。前庭電気刺激装置２２０は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２０が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の自動二輪車の操縦者２３０の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。
【００３４】
また電流指令値入力装置２４０は、熟練者データベース２４１、加速度センサ２４２、ジャイロセンサ２４３、姿勢センサ２４４、位置センサ２４５、操縦方向判定部２４６、を備えている。ここで、熟練者データベース２４１は熟練者が自動二輪車を運転した際の各種センサによって取得されたデータを記憶している。例えば、この熟練者データベース２４１にはレーシングサーキット場を熟練者が自動二輪車で走行した際の各種センサで取得した情報が記憶されている。各種センサとは、上記加速度センサ２４２、ジャイロセンサ２４３、姿勢センサ２４４、位置センサ２４５であり、これらは自動二輪車に設置されている。
【００３５】
また加速度センサ２４２は、所定のタイミング（例えば位置センサ２４５が移動距離５ｍおきに信号を出力するタイミングなど）ごとに自動二輪車の加速度を検出して操縦方向判定部２４６に通知する。またジャイロセンサ２４３は、上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の角速度（例えば地上に対して垂直方向を０度とする）を検出して操縦方向判定部２４６に通知する。また姿勢センサ２４４は例えば、上記所定のタイミングごとに、体の傾きなどを検出する。また位置センサ２４５は上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の位置を検出する。そして、操縦方向判定部２４６は、上記各種センサによって検出された情報と、熟練者データベース２４１に記録されている情報とを比較して、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００３６】
次に熟練者データベースの記憶する情報について説明する。
熟練者データベース２４１は、予め熟練者が自動二輪車を操縦してレーシングサーキット場を走行した際の、各種センサの検出した情報を記憶している。例えば、位置センサ２４５は、熟練者の操縦により自動二輪車がレーシングサーキット場を走行すると、そのスタート地点からの移動距離を検出する。例えば、自動二輪車に設置された距離メータから出力されるスタート地点からの距離を検出し、所定の距離ごとに（例えば５メータごとに）信号のクロックを出力する。また、各種センサは位置センサ２４５が出力したクロック信号に応じて、検出した値を出力する。そして、移動距離ごとに各種センサを記録したデータが熟練者データベース２４１に格納される。なお、位置センサ２４５は、例えばＧＰＳから受信した信号に基づいて自動二輪車の位置（座標）検出するようにしても良いし、また、サーキット場の各地点に設置された発信装置から発信される赤外線や音波などの電磁波の信号を受けることにより、その発信装置の位置に到達したことを検出するといった方法により自動二輪車の位置を検出するようにしてもよい。
【００３７】
次に、本実施形態により運転者支援装置の処理について説明する。
まず、訓練者が自動二輪車を操縦してレーシングサーキットのスタート位置からスタートすると、そのスタートと同時に位置センサ２４５は距離メータから出力される移動距離を受信し、５ｍおきにクロック信号を出力する。加速度センサ２４５、ジャイロセンサ２４３、姿勢センサ２４４のそれぞれのセンサは、位置センサ２４５からクロック信号を受付けると、そのクロック信号を受付けることを契機に、それぞれが検出した情報（加速度、角速度、体の傾き）を操縦方向判定部２４６に出力する。
【００３８】
操縦方向判定部２４６は、位置センサ２４６から出力されるクロック信号を受付けるごとに、移動距離に対応して訓練者データベース２４１に記録されている各種情報（加速度、角速度、体の傾き）を読み出す。そして、操縦判定部２４６は、各種センサから受付けた値と、熟練者データベース２４１から取得した値とを比較して、その差異を算出する。そして、操縦方向判定部２４６は、加速度、角速度、体の傾きの差の値に応じて、自動二輪車の方向を制御するための電流指令値を生成する。そして、操縦方向判定部２４６は、自動二輪車の操縦者２３０の左耳または右耳の後ろに設置されたいずれかの皮膚表面電極が陽極であることを示す電流指令値を前庭電気刺激装置２２０へ出力する。
【００３９】
前庭電気刺激装置２２０は、夫々、電流指令値入力装置２４０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、操縦者（訓練者）に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００４０】
上述したように、電流指令値入力装置２４０から前庭電気刺激装置２２０に対して、操縦者（訓練者）２３０の操縦方向を誘導する電流指令値を出力するので、訓練者は、熟練者のレーシングサーキット場での高速走行時の姿勢や、自動二輪車の車体の加速度や傾きを直感的に体験することができる。またこのような手法により、レーシングサーキット場等における練習に際しての、ライントレース・ライトポジション訓練などを行うことができる。
【００４１】
以下、本発明の第３の実施の形態における運転者支援装置について図７、図８を参照しつつ説明する。
図７は第３の実施の形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
また図８は第３の実施の形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。図７が示すように本実形態における運転者支援装置２００は、カーナビゲーション装置を備えており、自動二輪車の車体の角度やハンドルの角度を考慮して、操縦者の自動二輪車の操縦を誘導する処理を行う。
図８に示す運転者支援装置２００は、電流指令値入力装置２５０と前庭電気刺激装置２２０とから構成される。前庭電気刺激装置２２０は図１の電流変化量制御装置２０と定電流発生・制御装置４０とから構成され、前庭電気刺激装置２２０が備える１対の皮膚表面電極は、夫々、誘導対象の自動二輪車の操縦者２３０の左耳の後ろ、右耳の後ろに設置されている。
【００４２】
また電流指令値入力装置２５０は、ナビゲーション装置２５１、加速度センサ２５２、ジャイロセンサ２５３、姿勢センサ２５４、位置センサ２５５、操縦方向判定部２５６、を備えている。ここで、ナビゲーション装置２５１は、地図データとＧＰＳ装置によって取得した自動二輪車の座標とに基づいて、地図上における現在位置特定し、予め設定された道路の走行経路に応じて交差点などに差しかかった際の走行方向を通知する処理を行う。なお上記加速度センサ２５２、ジャイロセンサ２５３、姿勢センサ２５４、位置センサ２５５は、自動二輪車に設置されている。
【００４３】
加速度センサ２５２は、所定のタイミングごとに自動二輪車の加速度を検出して操縦方向判定部２５６に通知する。またジャイロセンサ２５３は、上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の角速度（例えば地上に対して垂直方向を０度とする）を検出して操縦方向判定部２５６に通知する。また姿勢センサ２５４は例えば、上記所定のタイミングごとに、体の傾きなどを検出する。また位置センサ２５５は上記所定のタイミングごとに、自動二輪車の位置を検出する。そして、操縦方向判定部２５６は、ナビゲーション装置２５１から受付けた情報と、各種センサによって検出された情報を用いて、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００４４】
次に、本実施形態により運転者支援装置の処理について説明する。
まず、センサ操縦者２３０が自動二輪車の運転を開始すると、ナビゲーション装置２５１が、入力された目的地や現在地から地図上の道路における移動経路を検出する。そして、位置センサ２５５（例えばＧＰＳ装置）から受付けた座標に基づいて地図上の現在位置を把握する。次にナビゲーション装置２５１は、移動経路上において、道路を左折（または右折）する場合には、左折（または右折）の情報（例えば左折前の直進方向を０度とした際の左折の角度）を操縦方向判定部２５６へ通知する。
【００４５】
次に、操縦方向判定部２５６は、ナビゲーション装置２５１から通知を受けた情報の各種センサから受付けた情報とを比較する。そして、ナビゲーション装置２５１から受付けた情報に基づいて算出された車体の加速度、角速度と、体の傾きと、実際にセンサから受け付けた車体の加速度、角速度、体の傾きとの差異を算出し、その差異の分だけ、加速度、角速度、体の傾きを増加または減少させるための電流指令値を生成する。そして、操縦方向判定部２５６は、自動二輪車の操縦者２３０の左耳または右耳の後ろに設置されたいずれかの皮膚表面電極が陽極であることを示す電流指令値を前庭電気刺激装置２２０へ出力する。
【００４６】
前庭電気刺激装置２２０は、夫々、電流指令値入力装置２５０から入力される電流指令値に基づいて、図１および図１２を用いて説明した動作を行い、操縦者に取り付けられた一対の皮膚表面電極４４に電流を流す。これによって、操縦者２３０の自動二輪車の操縦における左方向または右方向への操縦を誘導する。
【００４７】
上述したように、電流指令値入力装置２５０から前庭電気刺激装置２２０に対して、既に車体が加速度や傾きを増加または減少させている際や、体を傾ける際に、ナビゲーション装置２５１から出力される情報によって、同一の方向にさらに加速度や傾きを増加または減少させる情報を出力してバランスを失う危険性を減少させる処理を行う。これにより、角に加速度感や傾きの度合が大きく（または小さく）ならないように補正して前庭刺激を行うことで、操縦者のバランスを崩すことなく操縦の誘導をすることができる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００４９】
尚、上述した各処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上記各種処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
【００５０】
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。更に、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に用いる前庭電気刺激装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１の前庭電気刺激装置による電流波形を示すグラフである。
【図３】第１の実施形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
【図４】第１の実施形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
【図６】第２の実施形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第３の実施形態における運転者支援装置の処理概要を示す図である。
【図８】第３の実施形態における運転者支援装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の電気刺激誘導装置の装着例を示す図。
【図１０】図９の電気刺激誘導装置による電流の極性と歩行方向の関係を示す図。
【図１１】図９の電気刺激誘導装置を用いた歩行誘導における歩行軌跡を示すグラフ。
【図１２】従来の電気刺激誘導装置の構成を示すブロック図。
【図１３】図１２の電気刺激誘導装置による電流波形を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５２】
２００…運転者支援装置
２１０、２４０、２５０…電流指令値入力装置
２２０…前庭電気刺激装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流指令値入力装置と、皮膚表面電極を介した電気刺激によって運転者の前庭感覚を刺激する複数の前庭感覚刺激装置とを備え、バランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者を支援する運転者支援装置において、
前記電流指令値入力装置が、
刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前記前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給する電流指令値供給手段を備え、
各前記前庭感覚刺激装置が、
前記皮膚表面電極に供給する電流の基準となる電流を前記電流指令値入力装置から入力される前記電流指令値まで上昇させるときの当該電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値に制御する電流変化量制御手段とを備える
ことを特徴とする運転者支援装置。
【請求項２】
前記電流指令値入力装置は、
障害物の検出を行う障害物検出手段と、
検出された障害物の少なくとも距離と方向とに基づいて、前記障害物を回避する前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の運転者支援装置。
【請求項３】
前記電流指令値入力装置は、
少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、
予め所定の位置における前記車体の少なくとも傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数からなる規範情報を記憶する規範情報記憶手段と、
前記車体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段が検出した前記所定の位置に対応付けられて前記規範情報記憶手段で記憶している少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を読取る規範情報読取手段と、
前記所定の位置において前記センサ手段で検出した情報と、前記読取った規範情報とを比較して、その差異を補正するための前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の運転者支援装置。
【請求項４】
前記電流指令値入力装置は、
少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、
車体の方向転換の指示を受付ける方向転換指示受付手段と、
前記方向転換の指示により生成される少なくとも車体の傾き、加速度、角速度何れか１つまたは複数と、前記センサ手段で検出した少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数とをそれぞれ比較して、その差異に基づいて、前記方向転換の指示を受付けた時点の車体のバランスを考慮した前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の運転者支援装置。
【請求項１】
電流指令値入力装置と、皮膚表面電極を介した電気刺激によって運転者の前庭感覚を刺激する複数の前庭感覚刺激装置とを備え、バランス動作により方向を変化する乗物を運転する運転者を支援する運転者支援装置において、
前記電流指令値入力装置が、
刺激目標の電流値を指示する電流指令値を前記前庭感覚刺激装置の夫々に対して供給する電流指令値供給手段を備え、
各前記前庭感覚刺激装置が、
前記皮膚表面電極に供給する電流の基準となる電流を前記電流指令値入力装置から入力される前記電流指令値まで上昇させるときの当該電流の単位時間当たりの電流変化量を皮膚痛覚を刺激しない最大値またはそれを超えない近傍の値に制御する電流変化量制御手段とを備える
ことを特徴とする運転者支援装置。
【請求項２】
前記電流指令値入力装置は、
障害物の検出を行う障害物検出手段と、
検出された障害物の少なくとも距離と方向とに基づいて、前記障害物を回避する前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の運転者支援装置。
【請求項３】
前記電流指令値入力装置は、
少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、
予め所定の位置における前記車体の少なくとも傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数からなる規範情報を記憶する規範情報記憶手段と、
前記車体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段が検出した前記所定の位置に対応付けられて前記規範情報記憶手段で記憶している少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を読取る規範情報読取手段と、
前記所定の位置において前記センサ手段で検出した情報と、前記読取った規範情報とを比較して、その差異を補正するための前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の運転者支援装置。
【請求項４】
前記電流指令値入力装置は、
少なくとも前記乗物の車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数を検出するセンサ手段と、
車体の方向転換の指示を受付ける方向転換指示受付手段と、
前記方向転換の指示により生成される少なくとも車体の傾き、加速度、角速度何れか１つまたは複数と、前記センサ手段で検出した少なくとも車体の傾き、加速度、角速度の何れか１つまたは複数とをそれぞれ比較して、その差異に基づいて、前記方向転換の指示を受付けた時点の車体のバランスを考慮した前記電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の運転者支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２９８０１２（Ｐ２００６−２９８０１２Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１８７５３（Ｐ２００５−１１８７５３）
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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