PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004047136A1 13.04.2006
Titel Verfahren zum Erlernen der Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Gehring, Ottmar, 71394 Kernen, DE;
Paasche, Sascha, 73732 Esslingen, DE;
Schwarzhaupt, Andreas, 76829 Landau, DE;
Sulzmann, Armin, 68723 Oftersheim, DE;
Spiegelberg, Gernot, 71296 Heimsheim, DE;
Holzmann, Frederic, 70597 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 27.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004047136
Offenlegungstag 13.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.04.2006
IPC-Hauptklasse G08B 21/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60K 28/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60T 7/14(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Verfahren zum Erlernen von Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs, bei dem übliche Reaktionen des Fahrers auf Ereignisse aus dessen Betätigung von Bedienelementen des Fahrzeugs ermittelt werden und aus Abweichungen von diesen üblichen Reaktionen auf einen müden oder ausgeruhten Zustand des Fahrers geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannt müdem Fahrer eine fahrzeugseitige Korrektur einer Ist-Reaktion in eine als üblich erkannte Soll-Reaktion vorgenommen wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erlernen der Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, bei dem übliche Reaktionen des Fahrers auf Ereignisse aus dessen Betätigung von Bedienelementen des Fahrzeugs ermittelt werden, und aus Abweichungen von diesen üblichen Reaktionen auf einen müden oder ausgeruhten Zustand des Fahrers geschlossen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Erlernen der Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs nach Anspruch 12, mit einer Sensorik zum Erfassen der Aktivitäten des Fahrers, deren Signale an eine Verarbeitungseinheit übermittelt und zum Steuern von Aktuatoren des Fahrzeugs ausgewertet werden.

Jeder Fahrer fährt abhängig von Fahrzeugtyp und seinem physischen Zustand anders. Jeder Fahrer zeigt dennoch fast immer die gleichen Reaktionen auf die gleichen Ereignisse, weil er kontinuierlich lernt. Ein stressfreier, voll konzentrierter Fahrer wird zB kontinuierlich und ruckfrei fahren. Bei einem unter Stress stehenden Fahrer verschlechtert sich der Fahrzustand, was zu ruckartigen Lenkbewegungen führt. Ein müder Fahrer wird nur kurz vor einem Hindernis reagieren. Je gefährlicher die Fahrsituation ist, desto größer ist der Ausschlag der Lenkbewegung, der jedoch meist nicht entsprechend der Situation gewählt ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 101 52 852 ist ein System zum Bestimmen und Beeinflussen der emotionalen Verfassung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bekannt. Einer Bewertungseinrichtung werden Signale einer Emotionssensorik zugeführt, die verschiedene emotionsbedingte Parameter erfasst. Auf Basis dieser Parameter und gespeichertem medizinischen Wissen wird die emotionale Verfassung des Fahrers durch Sensorfusion, adaptives neuronales Netz, adaptive Filter, Fuzzy-Logik oder eine virtuelle biophysische Sensorik bewertet. Zum Herstellen einer für die Verkehrssicherheit günstigen emotionalen Verfassung wird der Fahrer durch optische, akustische, olfaktorische, haptische und/oder thermische Einflüsse stimuliert.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 100 39 795 zeigt ein Verfahren zum Warnen des Fahrers eines Fahrzeugs, bei dem die Ausgabe von Warnungen in Abhängigkeit von dessen Aufmerksamkeit erfolgt. Der Aufmerksamkeitszustand des Fahrers wird dabei von der Bedienung im Fahrzeug angeordneter Geräte abhängig gemacht, genauso wie von optischen und physiologischen Daten, die von einer Kamera bzw mittels physiologischer Sensoren erfasst werden.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 63 967 beschreibt ein Fahrerassistenzsystem unter Berücksichtigung des Aufmerksamkeitszustands eines Kraftfahrzeugführers. Dessen Aufmerksamkeitszustand wird aus der Betätigung bzw Nichtbetätigung von Bedienelementen des Fahrzeugs, insbesondere von Komfortgeräten, abgeleitet und zum Ansteuern einer Warneinrichtung und/oder eines Aktuators zum Eingreifen in das Fahrverhalten herangezogen.

Aus der Patentschrift JP 04250171 ist schließlich ein Regelkreis bekannt, bei dem ein optimales Fahrverhalten und der physiologische und psychologische Zustand des Fahrers eines Fahrzeugs ermittelt wird. Der Fahrer wird entsprechend seines Zustands mit Hinweisen versorgt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Erlernen der Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs anzugeben, mit dem die Fahrsicherheit einfach und sicher gesteigert werden kann. Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das bei erkannt müdem Fahrer eine fahrzeugseitige Korrektur seiner Ist-Reaktion in eine als üblich erkannte Soll-Reaktion vornimmt.

Wenn die Reaktion des Fahrers fahrzeugseitig permanent ermittelt und analysiert wird, kann der aktuelle Zustand des Fahrers anhand von in einer Bibliothek abgelegten Daten bestimmt werden. Ein ausgeruhter Zustand des Fahrers wird dabei durch seine übliche (Soll)-Reaktion auf Ereignisse repräsentiert. Ein müder Zustand des Fahrers wird an seiner davon abweichenden Ist-Reaktion erkannt. Die aktuelle Kondition des Fahrers ist damit ermittelbar.

Die Erkennung des Zustands eines Fahrers basiert dabei auf medizinischen Analysemethoden. Das Verfahren verwendet verschiedene Kriterien, welche eindeutige Hinweise auf den Zustand eines nicht ausgeruhten Fahrers liefern. Diese Kriterien müssen leicht beobachtbar sein. Es existieren grundsätzlich zB folgende Hinweise auf den Zustand eines nicht ausgeruhten Fahrers.

So gibt ein häufiges Schließen und Öffnen der Augen als auch eine Verlängerung der Schließdauer eine fortschreitende Ermüdung an. Die 1a zeigt eine Schließfrequenz der Augen eines ausgeruhten Fahrers, die 1b eine erhöhte Frequenz und Schließdauer bei gleichen Zeitintervallen. Weitere Indikatoren für nachlassende Aufmerksamkeit sind ein Ausbleiben der Irisbewegung zur Kurvenverfolgung von Objekten.

Ähnliche Hinweise ergeben sich aus der Beobachtung betätigter Bedienelemente des Fahrzeugs. Auch die Verkleinerung des Handdrucks am Lenkrad, eine Vergrößerung der Regelungsintervalle an den Pedalen, stark schwankende Lenkbewegungen und verminderte Schalttätigkeit zeigen eine zunehmende Ermüdung an.

Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Fahrer nicht nur vor Ermüdung gewarnt, sondern seine Ist-Reaktion kompensiert wird, wenn diese von der Soll-Reaktion abweicht. Dadurch wird die Fahrsicherheit erhöht. Gleichzeitig ist der Zustand des Fahrers durch Überwachen der Bedienelemente besonders einfach und sicher feststellbar. Dabei ist das Verfahren grundsätzlich nicht nur auf das Feststellen und Kompensieren von ermüdungsbedingten Reaktionen beschränkt. Es kann auch zum Erkennen und Korrigieren von anderweitig begründeten Reaktionsabweichungen verwendet werden, zB im Fall agressiven Fahrens.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 angegeben.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Korrektur eine zeitliche oder betragsmäßige Kompensation umfasst. Das Verfahren liest eine Sollbewegung, bestimmt wie es korrigieren soll (Vorkompensierung, Verstärkung usw) und führt dann eine Korrektur durch. Dies ist insbesondere sinnvoll, wenn das Fahrzeug über ein System zur automatischen Spurhaltung, ein Abstandshaltesystem oder ein prediktives Notbremssystem verfügt.

Bevorzugt wird ein als müde erkannter Fahrer zusätzlich stimuliert. Dies ist dann der Fall, wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen müden Fahrer vorliegt. Da das Verfahren eine Erkennung des jeweiligen Fahrerzustands zulässt, kann die Stimulation auch stufenweise intensitätsgesteuert durchgeführt werden. Einflussnahmen auf den Fahrer können haptischer, visueller, olfaktorischer oder akustischer Natur sein.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Fahrzeug autonom reagiert, wenn ein Stimulieren des Fahrers erfolglos bleibt. Dies kann bei einem nicht mehr aktionsfähigen Fahrer von Bedeutung sein. Es wird dann – nach und unabhängig von der Korrekturbewegung – eine autonome Bremsung oder eine andere Notstrategie des Fahrzeugs eingeleitet.

Eine besonders einfache Beurteilung des Zustands des Fahrers lässt sich mit Hilfe permanenter Beobachtung der Schnittstelle Fahrer-Fahrzeug ableiten. Dabei sind zwei Zeitkriterien von besonderer Bedeutung.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen des Fahrerzustands eine Korrekturfrequenz der Fahrbewegungen herangezogen wird. Eine niedrige Frequenz mit chaotischen Korrekturen ist ein Hinweis auf einen müden Fahrer. Hingegen weist eine niedrige Regelungsfrequenz mit kleinen Korrekturen eindeutig auf einen ausgeruhten Fahrer hin.

Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zum Bestimmen des Fahrerzustands eine Korrekturamplitude der Fahrbewegungen herangezogen wird. Je niedriger die Amplitude der Kurskorrektur, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für einen ausgeruhten Fahrer. Dabei das Messsignalrauschen von der Kurskorrektur zu unterscheiden. Bei Auftreten starker Lenkbewegungen ist die Wahrscheinlichkeit für einen nicht ausgeruhten Fahrer besonders hoch.

Bevorzugt resultiert die Korrekturfrequenz und -amplitude aus einer Lenkrad- oder Pedalbewegung. Damit ist nicht nur eine bloße Ein-/Ausschaltung von Bedienelementen ausschlaggebend für die erlernte Soll-Reaktion, sondern die Art der Aktivierung auf Ereignisse nach Frequenz und Amplitude. Gleichzeitig macht die Nutzung vorhandener Bedienelemente das Verfahren einfache und kostengünstig umsetzbar.

Besonders bevorzugt wird zum Bestimmen des Fahrerzustands eine Extrapolation verschiedener Sensorsignale durchgeführt. Dadurch kann der Zustand des Fahrers umfassend bewertet werden. Hierfür muss eine Datenfusion aller oder wenigstens eines für die Zustandsbewertung repräsentativen Teils der Sensorsignale durchgeführt werden. Der Zustand des Fahrers wird schließlich anhand verschiedener Merkmale bewertet.

Bevorzugt wird der Fahrerzustand anhand deterministischer oder adaptiver Merkmale festgelegt. So kann zB ein Korrekturband vorgegeben sein, in dessen Grenzen die Reaktionen des Fahrers in ausgeruhtem Zustand auftreten. Ein Überschreiten dieser Grenzen gibt dagegen eine Reaktion an, die auf einen müden Fahrer schließen lässt. Eine adaptive Anpassung eines solchen Korrekturbandes verbessert die Qualität der Zustandserkennung.

Besonders bevorzugt umfassen die Merkmale eine Häufigkeit und/oder eine Abfolge von Abweichungen. Da nicht nur einzelne Grenzwertüberschreitungen von Reaktionen betrachtet werden, sondern zB deren typisch gruppenweises Auftreten im Ermüdungsfall, wird die Aussagekraft des Verfahrens verbessert.

Besonders bevorzugt sind die adaptiven Merkmale mit Hilfe von Bayes Regeln, Neuronalen Netzen oder Fuzzy Logik bestimmbar. Damit stehen an sich bekannte und erprobte Verfahren zur Verfügung, durch die eine einfache und kontinuierliche Verbesserung der Erkennungsqualität des Verfahrens gewährleistet wird.

Die Aufgabe wird auch durch eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, deren Verarbeitungseinheit mit einem Datenspeicher zum Aufnehmen von üblichen Reaktionen des Fahrers ausgestattet und zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist. Die Informationen über den Fahrerzustand werden dabei in einer Datenbank verwaltet, die den Speicher nutzt. Damit steht ein Fahrerzustandsbeobachtungssystem zur Verfügung, das die Erkennung des Zustands des Fahrers und die Berechnung der Soll-Reaktion des ausgeruhten Fahrers ermöglicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 13 und 14 angegeben.

Bevorzugt umfasst die Sensorik optische Sensoren, Abstands-, Winkel-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und/oder Drucksensoren. Damit lässt sich eine Betätigung von Bedienelementen wie zB der Pedale, des Lenkrads, der Schaltung usw durch den Fahrer verschiedentlich überwachen. Zusätzlich kann das System auch eine Beobachtung der Augentätigkeit zum Bewerten des Zustands des Fahrers vorsehen, wie sie vorstehend beschrieben wurde.

Das Verfahren ist vorzugsweise als ablauffähige Software auf einem von der Verarbeitungseinheit umfassten digitalen Rechner implementiert. Dies kann auch ein zB über einen CAN-Bus vernetzter Rechner einer schon vorhandenen Steuereinheit im Fahrzeug sein, wodurch zusätzliche Kosten für Hardware entfallen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1a und 1b eine Lidfrequenz eines ausgeruhten bzw eines nichtausgeruhten Fahrers;

2 einen Verlauf von Lenkbewegungen eines Fahrers mit einem einzelnen (Korrektur)Peak, sowie

3 einen Verlauf von Lenkbewegungen eines Fahrers mit abnehmender Amplitude und anschließend starker Korrektur.

1 zeigt eine Lidfrequenz eines ausgeruhten bzw eines nichtausgeruhten Fahrers, wie sie ähnlich auch für die Betätigung von Bedienelementen des Fahrzeugs gilt und vorstehend schon erläutert wurde.

2 zeigt einen Verlauf von Lenkbewegungen eines Fahrers in einem Korrekturband, das eine Spanne von als üblich erkannten Lenkbewegungen angibt. Der abgebildete Peak überschreitet die obere Grenze des Korrekturbandes und weist mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einen nicht ausgeruhten Fahrer hin.

3 zeigt einen Verlauf von Lenkbewegungen eines Fahrers mit abnehmender Amplitude und anschließend starker Korrektur. Ein solches Muster deutet auf einen nicht ausgeruhten Fahrer hin, der seine abnehmende Aufmerksamkeit schließlich – unzureichend – zu korrigieren versucht. Bei der Korrektur wird er durch das vorgestellte Verfahren in zweierlei Hinsicht unterstützt. Zum einen wird seine Ist-Reaktion auf eine als üblich erkannte Soll-Reaktion vorkompensiert, dh unverzögert ausgeführt. Zum anderen wird seine Ist-Reaktion auch auf die übliche Soll-Reaktion verstärkt.

Das vorgestellte Verfahren lässt damit eine einfache und sichere Steigerung der Fahrsicherheit zu. Grundsätzlich ist es für Fahrzeuge aller Art geeignet, soll aber insbesondere in Straßenfahrzeugen Anwendung finden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Erlernen von Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs, bei dem übliche Reaktionen des Fahrers auf Ereignisse aus dessen Betätigung von Bedienelementen des Fahrzeugs ermittelt werden, und aus Abweichungen von diesen üblichen Reaktionen auf einen müden oder ausgeruhten Zustand des Fahrers geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannt müdem Fahrer eine fahrzeugseitige Korrektur seiner Ist-Reaktion in eine als üblich erkannte Soll-Reaktion vorgenommen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur eine zeitliche oder betragsmäßige Kompensation umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein als müde erkannter Fahrer stimuliert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug autonom reagiert, wenn ein Stimulieren des Fahrers erfolglos bleibt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Fahrerzustands eine Korrekturfrequenz der Fahrbewegungen herangezogen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Fahrerzustands eine Korrekturamplitude der Fahrbewegungen herangezogen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturfrequenz und -amplitude aus einer Lenkrad- oder Pedalbewegung resultiert.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen des Fahrerzustands eine Extrapolation der Sensorsignale durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrerzustand anhand deterministischer oder adaptiver Merkmale festgelegt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Merkmale eine Häufigkeit und/oder eine Abfolge von Abweichungen umfassen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die adaptiven Merkmale mit Hilfe von Bayes Regeln, Neuronalen Netzen oder Fuzzy Logik bestimmbar sind.
  12. Vorrichtung zum Erlernen der Reaktionen des Fahrers eines Fahrzeugs, mit einer Sensorik zum Erfassen der Aktivitäten des Fahrers, deren Signale an eine Verarbeitungseinheit übermittelt und zum Steuern von Aktuatoren des Fahrzeugs ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit mit einem Datenspeicher zum Aufnehmen von üblichen Reaktionen des Fahrers ausgestattet und zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik optische Sensoren, Abstands-, Winkel-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und/oder Drucksensoren umfasst.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit einen digitalen Rechner umfasst, worauf das Verfahren als ablauffähige Software implementiert ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com