DE102004048566A1

DE102004048566A1 - Zustandsüberwachung für die Führung von Fahrzeugen aller Art

Info

Publication number: DE102004048566A1
Application number: DE102004048566A
Authority: DE
Inventors: Lothar Jander; Ulrich Wesler
Original assignee: Weßler Ulrich
Current assignee: Weßler Ulrich
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-06

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Zustandsüberwachung für die Führung von Fahrzeugen aller Art erfassen über die Leitparameter Muskelelektrik und Pulsschlag und andere den Wachheitszustand eines Fahrers bzw. einer Fahrerin, indem in der Hohlhand mittels einer Messmimik in der Fahrzeugsteuerung oder im Schaltknüppel Daten erhoben und diese in einer zentralen Einheit ausgewertet werden, worauf dann ggf. ein Signal an den Fahrer bzw. die Fahrerin gesendet wird. Damit ist eine permanente Selbst- wie auch Fremdkontrolle eines Fahrers, eines Piloten, eines Steuermannes, eines Motorradfahrers usw. möglich.

Description

Das Führen von Fahrzeugen auf der Straße, auf der Schiene, auf dem Wasser oder auch von Luftfahrzeugen bereitet neben Freude auch Anspannung und Stress in der Form von Disstress. Dieser erhöht sich in der Regel, wenn ein bestimmtes Zeitmaß überschritten wird. Die Risiken, die daraus entstehen können, betreffen Berufskraftfahrer (LKW- und Taxifahrer, Handelsvertreter) ebenso wie Privatfahrer auf Urlaubsfahrt usw., Steuerleute in der Berufsschiffahrt und beim Führen einer Yacht, Flugzeugführer, Zugführer, Motorradfahrer, Fahrradfahrer auf Touren usw.
Aus Anspannung können eine Überforderung, eine schleichend fortschreitende Ermüdung, eine manifeste Ermüdung und der sogenannte Sekundenschlaf entstehen. Ein solcher Prozess zeigt eine nahezu exponentielle Kurve zunehmender Unkonzentriertheit und Erschlaffung und daraus resultierenden mangelnden Fahrvermögens auf.
Das Ziel ist, eine solche Entwicklung über die Erfassung von Daten über entsprechende organisch-medizinische Parameter frühzeitig zu registrieren, die Daten zu interpretieren und dann entsprechende Hinweise (optisch-visuell, akustisch, durch Vibration usw.) an den Fahrer usw. zurückzugeben. Damit wird er mittels objektivierbarer Daten in die Lage versetzt, früh genug entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, z.B. die Fahrt zu unterbrechen. Die gewonnenen Daten können auch für eine bestimmte Zeit gespeichert werden und somit z.B. bei Unfällen zur Ursachenerforschung herangezogen werden.
Zum Stand der Technik ist auszuführen, dass z.B. die Bayerischen Motorenwerke München an einer Vorrichtung („Aufmerksamkeitsassistent") arbeiten, mit deren Hilfe der Lidschlag der Augen eines Fahrers nach seiner Frequenz und Geschwindigkeit ebenso wie der Öffnungsgrad des Auges gemessen wird. Je müder ein Fahrer ist, desto häufiger und langsamer werden die Lidbewegungen. Ein wacher Mensch dagegen macht wenige, aber sehr schnelle Lidschläge. Dieser organisch-medizinische Anzeiger ist brauchbar, allerdings erscheint es als schwierig, Schwellenwerte z.B. über den Beginn einer Ermüdung festzulegen. Eine weitere Schwierigkeit entsteht durch die notwendige Fixierung der Kamera und damit des Kopfes.
Eine weitere prinzipielle Möglichkeit zur Erhebung von relevanten organisch-medizinischen Daten sieht vor, an den genannten Körperstellen Messsonden für Parameter wie Blutdruck, Hautwiderstand usw. zu platzieren. Eine Übertragung dieser aus der Medizin bekannten Erfassungstechnik von Daten auf das Führen von Fahrzeugen provoziert Abwehr z.B. gegen die notwendige Verkabelung und Anlegung der Geräte vor dem Antritt der Fahrt. Würde man die Daten kabellos übertragen, käme man in elektromagnetische Störfelder bzw. würde diese erzeugen. Das legt nahe, die Datenübertragung über Infrarotlicht vorzunehmen.
Die hier vorgestellte Lösung baut hingegen auf den folgenden Aspekten auf und führt damit zu einem neuen Lösungsansatz:

1. Es werden mehrere medizinisch-organische Parameter verwendet, deren Daten zusammen ein annähernd realistisches Bild des Zustands eines Organismus ergeben und die sich gegenseitig kontrollieren können. Es sind dies als Leitparameter die elektrischen Muskelströme und der Pulsschlag. Ihnen können als weitere Parameter noch Hautwiderstand, Schweißbildung, der Sauerstoffgehalt im Blut und die Stärke des Drucks der Hand um das Lenkrad hinzugefügt werden.
2. Zur Messung der Muskelströme werden EMG's (Elektromyographie) verwendet. Dazu werden kleine Scheibenelektroden so angeordnet, dass sie beim Umschließen des Lenkrads mit einem oder mehreren der folgenden Handmuskel in Kontakt kommen. Als Referenzmuskel werden bevorzugt herangezogen: Kurzer Hohlhandsehnenspanner (M. palmaris brevis) und Langer Daumenabspreizer (M. abductor pollicis longus). Die elektrischen Ströme in einem dieser Muskeln werden z.B. am Beginn einer Fahrt im Zustand der Ruhe und der Anspannung gemessen. Aus diesen Werten kann eine mittlere Signalfrequenz für jeden Fahrer erstellt werden (MPF = mean power frequenz). Von verschiedenen Autoren wurde bei isometrischen Kontraktionen mit einsetzender Ermüdung eine Abnahme der MPF festgestellt. Die Ursachen dieser Frequenzänderung sind aber noch weitgehend ungeklärt. Als mögliche Hauptursachen werden die Verlangsamung der Reizleitungsgeschwindigkeit der Aktionspotentiale entlang den Muskelfasern, die Änderung der Erregungsfrequenz sowie die Synchronisation der motorischen Einheiten angesehen (s. u.a. L. Janshen). Die mittlere Signalfrequenz kann als Soll-Wert definiert werden. Erhebliche Abweichungen davon werden als potentielle Gefahren definiert und auf dem beschriebenen Weg angezeigt. Zur Messung der Pulsfrequenz werden Messgeräte so eingebaut, dass sie bei vorab definierten Handhaltungen über der Speichen- und Ellenschlagader im Bereich der o.g. Handmuskeln, also in der Hohlhand, platziert sind.
3. Als Messgeräte werden hier das EMG und ein Pulsmessgerät eingeführt. Die Messgeräte werden in einem Band nacheinander oder in einem Set angeordnet, der z.B. die folgende Anordnung haben kann: In einem festgelegten Abstand voneinander werden die zwei Platten zur Messung angeordnet. Zwischen ihnen wird das Pulsmessgerät platziert. Um diese Leitmessstellen können nach Bedarf noch andere Messstellen in Form von Sensoren angeordnet werden, z.B. Drucksensoren, Vorrichtungen zur Messung des Hautwiderstands und zur Analyse der mittels Schweiß nach außen transportierten Schlackenstoffe bzw. Stoffwechselprodukte.
4. Als Messorte kommen z.B. Teile einer Vorrichtung bei den o.g. Fahrzeugen in Frage, die von dem Fahrer ohne Unterbrechung in der Hand zu halten ist: das Steuerrad, das Lenkrad, der Lenker, die Pinne, der Steuerknüppel usw. Auch der Schaltknüppel ist ein geeigneter Messort. Die Berührungsflächen zwischen Hand und z.B. dem Lenkrad in einem Auto, Lkw oder der Lenkstange eines Motorrads lassen sich relativ genau definieren. Die Messsensorik wie oben beschrieben kann neben- bzw. nacheinander wie in einem Band oder als eine Reihe von Mess-Sets, die eine Einheit bilden, ausgeführt werden. Diese sind z.B. bei dem Autolenkrad etwa im Bereich von 8 bis etwa 4 Uhr anzubringen. Beim Schaltknüppel ist es der obere Teil. In diese Bereiche werden die Messgeräte leicht erhaben bzw. bündig eingebaut, sodass bei einer der üblichen Handhaltungen permanent eine Messung erfolgt.
5. Als ein weiterer möglicher Messort bzw. Träger der Messvorrichtungen kommen Handschuhe in Frage, die als Datenhandschuhe ausgeführt sind und zugleich die normalen Funktionen von Handschuhen ausüben können. Die Messsensorik wird ebenso wie in den vorangehenden Punkten ausgeführt und positioniert.
6. Die Daten werden zu einer Auswertungseinheit weitergeleitet und dort in einem Parameterabgleich ausgewertet. Bei Über- bzw. Unterschreitung definierter Parameter und individueller Sollwerte werden akustische, optisch-visuelle und körperlich wahrnehmbare Signale wie z.B. Vibrationen am Lenkrad, am Sitz, an der Kopfstütze oder an anderer Stelle ausgelöst.
7. Die erhobenen Daten können gespeichert werden, so dass z.B. nach einem möglichen Unfall oder bei einer Fahrzeugkontrolle (z.B. Bus) eine Analyse des Fahrerverhaltens vorgenommen werden kann.
8. Erfolgt nach den beschriebenen Signalen keine Veränderung des Fahrerverhaltens, können die Signale gesteigert werden. Auch ist es denkbar, dass nach erneuter Missachtung der Aufforderung die Geschwindigkeit z.B. von LKWs oder Bussen oder die Innentemperatur des Fahrzeugs herabgesetzt wird. Ebenso kann auch die Blinkanlage des Fahrzeugs, z.B. eines LKW oder eines Busses aktiviert werden.

Claims

Zustandsüberwachung für die Führung von Fahrzeugen aller Art, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung Daten über organisch-medizinische Parameter erfasst, dass diese Daten in einer zentralen Einheit mittels eines Rechners und eines Programms ausgewertet und die dabei anfallenden Ergebnisse als Hinweise an den Fahrer zurückgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtungen ein System bilden und die anfallenden Informationen Hinweise auf den Wachheits- bzw. Ermüdungsgrad eines Fahrzeugführers geben.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Leitparameter die elektrischen Muskelströme und der Pulsschlag ausgewählt werden, denen als weitere Parameter noch der Hautwiderstand, die Schweißbildung, der Sauerstoffgehalt im Blut und die Stärke des Drucks der Hand um eine Steuervorrichtung, z.B. ein Lenkrad, und den Schaltknüppel zugesellt werden können.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Muskelströme Techniken der Elektromyographie verwendet werden, indem z.B. kleine Scheibenelektroden so angeordnet werden, dass sie mit einem oder mehreren Handmuskeln in der Hohlhand in Kontakt kommen.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung bevorzugt der musculus palmaris brevis und der musculus abductor pollicis longus oder andere geeignete Muskeln in der Hohlhand jeweils allein oder zusammen herangezogen werden.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Ströme in einem oder in beiden dieser Muskeln im Zustand der Ruhe und der Anspannung gemessen werden und daraus eine mittlere Signalfrequenz gebildet wird. Abweichungen nach unten werden als Anzeichen zunehmender Ermüdung interpretiert und lösen Signale aus. Abweichungen nach oben werden als Zustand übergroßer Erregung interpretiert, worauf spezifische Signale ausgelöst werden.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Signalfrequenz als Sollwert definiert wird und Abweichungen auf verschiedene Art angezeigt werden: akustisch, optisch-visuell, durch Vibrationen, sprachlich.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Pulsfrequenz Messgeräte über der Speichen- und Ellenschlagader im Bereich der Hohlhand platziert werden.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgeräte einzeln, in einem Set oder nacheinander in einem fortlaufenden Band angeordnet werden. So können z.B. die zwei Platten aus dem EMG in einem definierten Abstand zueinander festgelegt werden und zwischen ihnen oder neben ihnen wird das Pulsmessgerät platziert.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass um die genannten Messstellen in der Hohlhand nach Bedarf weitere z.B. in Form von Sensoren, etwa Drucksensoren Vorrichtungen zur Messung des Hautwiderstands und zur Analyse des Schweißes angebracht werden.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Messorte neben der Hohlhand die jeweilige Fahrzeugsteuerung per Hand in Frage kommt, z.B. das Steuerrad, das Lenkrad, der Lenker, die Pinne, der Steuerknüppel usw. Alternativ dazu oder ergänzend kommt auch ein entsprechend der Innenhand ergonomisch geformter Schaltknüppel bzw. – knauf bzw. der Einstellhebel der Automatik in Frage.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messmimik an den Steuerungen bzw. bei dem Schaltknüppel dort angebracht wird, wo in der Regel die Hände des Fahrers, des Piloten, des Steuermannes oder eines Fahrzeugführers zupacken, z.B. dürften diese Stellen beim Lenkrad vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 8 und etwa 4 Uhr liegen. Beim Schaltknüppel liegen sie vorzugsweise im oberen Bereich, also bei dem Knauf, der von der Hand umschlossen wird.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsensorik leicht erhaben oder bündig in die Oberfläche der Steuerung bzw. des Schaltknüppels eingebaut wird.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als ein weiterer oder ausschließlicher Messort bzw. Träger der Messmimik Handschuhe, z.B. als Datenerfassungshandschuhe, in Frage kommen, in der die Messvorrichtungen wie gehabt ausgeführt und positioniert sind.
Zustandsüberprüfung für die Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erhobenen Daten an eine Auswertungseinheit z.B. über Infrarot oder eine Verkabelung weitergeleitet und dort in einem Parameterabgleich ausgewertet werden. Bei Über- oder Unterschreitung definierter Parameter und individueller Sollwerte werden akustische, optisch-visuelle, körperlich wahrnehmbare Signale (z.B. Vibrationen an der Steuerung am Sitz, an der Kopfstütze oder an anderer Stelle) oder sprachliche Mitteilungen ausgelöst.
Zustandsüberprüfung der Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erhobenen Daten mittels Speichervorrichtungen gespeichert werden können.
Zustandsüberprüfung der Führung von Fahrzeugen aller Art nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Über- oder Unterschreitung definierter Parameter und Auslösung der beschriebenen Signale mittels einer Kontrollfunktion überprüft werden kann, ob und wenn ja welche aktiven Konsequenzen aus den Signalen im Fahrverhalten erfolgen. Im Falle fehlender Konsequenzen können z.B. die beschriebenen Signale gesteigert werden. Ebenso kann u.a. eine Verringerung der Geschwindigkeit herbeigeführt werden, der Blinkeralarm kann ausgelöst und die Innentemperatur des Autos herabgesetzt werden.