-
Die
Erfindung betrifft eine Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung,
die insbesondere für
Kraftfahrzeugführer
geeignet ist, um die aktuelle und/oder zukünftige Müdigkeit eines Fahrzeugführers zur
Erhöhung der
Sicherheit zu ermitteln.
-
Aus
DE 102 18 676 ist es bekannt,
in einem Bordcomputer, der in der Regel dazu dient, den Fahrzeugführer mit
Informationen über
den Zustand des Fahrzeugs, die Geschwindigkeit, Verkehrsstaus etc. zu
informieren, auch personenbezogene Parameter des Fahrzeugführers zu
berücksichtigen.
Dies dient zur Bestimmung der Müdigkeit
des Fahrers, die vom Fahrer selbst häufig falsch eingeschätzt wird.
Durch eine Müdigkeitsbestimmung
mittels des Bordcomputers ist es möglich, dem Fahrer beispielsweise
bei der Routenplanung Empfehlungen für Ruhepausen zu geben oder
den Fahrer auf Zeiträume
hinzuweisen, in denen voraussichtlich mit einer erhöhten Müdigkeit gerechnet
werden muss. Hierzu ist in
DE
102 18 676 beschrieben, bei der Ermittlung der Müdigkeit
eine Schlafkomponente, eine Schlafträgheitskomponente und eine zirkadiane
Komponente zu berücksichtigen. Hierbei
wird durch die Schlafkomponente beschrieben, dass die Müdigkeit
mit zeitlichem Abstand zum letzten Schlaf zunimmt, wobei die Länge des
letzten Schlafs berücksichtigt
wird. Die Schlafträgheit
besagt, dass eine Person direkt nach dem Aufwachen müde ist,
wobei die Schlafträgheit
mit dem zeitlichen Abstand zum letzten Schlaf abnimmt. Die zirkadiane Komponente
der Müdigkeit
ist abhängig
von der Tageszeit. Ferner kann bei der Ermittlung der Müdigkeit eine
Belastungskomponente berücksichtigt
werden. Die Belastungskomponente berücksichtigt die Belastung des
Fahrers. Ferner ist in
DE 102
18 676 beschrieben, dass weitere Belastungskomponenten
für Regen
bzw. für
Helligkeit berücksichtigt
werden können.
Ein derartiges Warnsystem weist jedoch den Nachteil auf, dass eine
Vielzahl von Daten von dem Fahrer bzw. Fahrzeugführer eingegeben werden müssen und
die Genauigkeit des Systems von der Richtigkeit der eingegebenen
Daten abhängig
ist. Auf Grund der erforderlichen Dateneingabe und der insbesondere
bei ungenauer Dateneingabe erfolgenden Fehlalarme ist die Akzeptanz
dieses Systems für breite
Einsatzzwecke noch zu gering.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung
für Fahrzeugführer zu schaffen,
durch die die Häufigkeit
von Fehlalarmen verringert wird.
-
Die
Lösung
erfolgt erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1.
-
Die
erfindungsgemäße Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung
weist eine Datenerfassungseinrichtung auf, durch die automatisch
benutzerspezifische Daten erfasst werden. Bei der Datenerfassungseinrichtung
handelt es sich insbesondere um einen Bewegungssensor, einen Aktometer
oder dgl., durch den die Bewegung des Benutzers erfasst wird. Ferner
kann die Datenerfassungseinrichtung beispielsweise einen Sensor
zur Pulserfassung, zur Erfassung der Körpertemperatur und dgl. aufweisen.
Hierbei ist die Datenerfassungseinrichtung vorzugsweise derart ausgebildet,
dass sie den Benutzer nicht stört und
ununterbrochen getragen werden kann. Beispielsweise kann die Datenerfassungseinrichtung
in eine Armbanduhr integriert sein.
-
Ferner
weist die erfindungsgemäße Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung
eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, die mit der Datenerfassungseinrichtung
verbunden ist. Hierbei kann die Verbindung derart erfolgen, dass
die Datenverarbeitungseinrichtung in einer gemeinsamen Vorrichtung
mit der Datenerfassungseinrichtung integriert ist, wobei beide Einrichtungen
sodann beispielsweise entsprechend einer Armbanduhr am Handgelenk
getragen werden können.
Ebenso kann es sich bei der Datenverarbeitungseinrichtung um eine
gesonderte Einrichtung handeln, die über ein Kabel mit der Datenerfassungseinrichtung
verbunden werden kann. Bevorzugt ist eine kabellose Verbindung,
beispielsweise über
Funk oder Bluetooth. Mit Hilfe der Datenverarbeitungseinrichtung
werden die ermittelten benutzerspezifischen Daten zur Bestimmung
eines Müdigkeitswerts
verarbeitet, wobei die Bestimmung des Müdigkeitswerts insbesondere
anhand vorgegebener Gleichungen erfolgt. Dies ist möglich, da
die Müdigkeit
nicht überraschend
oder zufällig
auftritt, sondern durch definierbare Faktoren bestimmbar ist. Bei den
Faktoren handelt es sich insbesondere um natürliche Müdigkeitskomponenten, wie eine
schlafabhängige
Komponente, eine Schlafträgheit
und eine zirkadiane Komponente.
-
Bei
der Datenverarbeitungseinrichtung kann es sich auch um eine Softwareapplikation
handeln, die in ein tragbares Gerät, wie einem Mobiltelefon,
einem PDA, einem Smartphone etc., integriert ist. Hierbei ist es
besonders bevorzugt, dass das tragbare Gerät zur Datenerfassung vom Benutzer
möglichst ununterbrochen
getragen wird.
-
Der
ermittelte Müdigkeitswert
wird sodann dem Benutzer über
eine Ausgabeeinrichtung, wie einem Display, ausgegeben. Hierbei
kann es sich bei dem Müdigkeitswert
um einen aktuellen Müdigkeitswert,
aber auch um einen ermittelten bzw. abgeschätzten zukünftigen Müdigkeitsverlauf handeln.
-
Bei
den zur Ermittlung des Müdigkeitswerts relevanten
Daten handelt es sich um Daten, aus denen sich das Schlafverhalten
des Benutzers ermitteln lässt.
-
Es
handelt sich hierbei insbesondere um eine Schlafkomponente, die
berücksichtigt,
seit wann der Benutzer wach ist. Relevant ist auch die Länge des
vorangegangenen Schlafs. Diese Daten können mit Hilfe eines Bewegungssensors
auf einfache Weise ermittelt werden. Da mit Hilfe der erfindungsgemäßen Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung
eine annähernd
ununterbrochene Erfassung interessierender benutzerspezifischer
Daten erfolgen kann, ist es ferner möglich, das Schlafverhalten über einen
langen Zeitraum zu berücksichtigen.
Dies hat einen Einfluss darauf, wie schnell der Benutzer wieder
ermüdet.
-
Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung
ist es somit ohne die manuelle Eingabe von Schlaf-Informationsdaten durch
den Benutzer möglich,
einen Müdigkeitswert zu
bestimmen. Hierdurch ist die Akzeptanz einer derartigen Einrichtung
erheblich verbessert. Ferner sind Fehleingaben vermieden. Auch können beispielsweise
Daten, die über
mehrere Tage hinweg erfasst werden, berücksichtigt werden.
-
Da
die Erfassung der Müdigkeit
insbesondere bei Kraftfahrzeugführern
einen großen
Beitrag zur Unfallvermeidung leisten kann, ist die Datenverarbeitungseinrichtung
vorzugsweise in einen Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs integriert.
Die von der Datenerfassungseinrichtung ermittelten Daten werden
hierbei vorzugsweise in der Datenerfassungseinrichtung zwischengespeichert
und automatisch oder durch eine Benutzereingabe von der Datenerfassungseinrichtung
an den Bordcomputer übertragen.
-
Insbesondere
bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung zur Bestimmung
der aktuellen und/oder zukünftigen Müdigkeit
eines Kraftfahrzeugführers
ist es vorteilhaft, weitere benutzerunabhängige Daten zu ermitteln und
bei der Bestimmung des Müdigkeitswerts
zu berücksichtigen.
Derartige benutzerunabhängige
Daten können über fahrzeuggebundene
Sensoreinrichtungen ermittelt werden. Beispielsweise handelt es sich
hierbei um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, um die Verkehrsdichte,
die Ermittlung der Helligkeit, der Feuchtigkeit etc. Derartige benutzerunabhängige Daten
können
insbesondere bei der Bestimmung einer Belastungskomponente berücksichtigt
werden. Die Belastungskomponente kann sodann wiederum bei der Ermittlung
des Müdigkeitswerts
berücksichtigt werden.
Dies ist insbesondere für
eine Vorherbestimmung des Müdigkeitsverlaufs
relevant.
-
Vorzugsweise
werden aus den benutzerspezifischen Daten, die automatisch mit Hilfe
der Datenerfassungseinrichtung erfasst werden und ggf. durch vom
Benutzer eingegebene Daten ergänzt
werden, Schlaf-Informationsdaten abgeleitet. Hierbei handelt es
sich beispielsweise um die Länge
des letzten Schlafs, um den zeitlichen Abstand seit dem letzten Schlaf
etc. Aus den Schlaf-Informationsdaten werden vorzugsweise anhand
vorgegebener Gleichungen die natürliche
Müdigkeitskomponenten,
bei denen es sich insbesondere um eine schlafabhängige Komponente, eine Schlafträgheit und
eine zirkadiane Komponente handelt, bestimmt. Mit Hilfe der vorgegebenen
Gleichungen, die insbesondere auch mindestens eine mit Hilfe der
benutzerunabhängigen
Daten bestimmten Belastungskomponente berücksichtigt, erfolgt sodann
die Ermittlung des Müdigkeitswerts.
-
Der
Begriff "Fahrzeug" ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt, sondern breit zu verstehen.
Er umfasst insbesondere Straßen-
und Schienenfahrzeuge sowie Flugzeuge, Schiffe und dgl.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
schematisches Schaubild der Müdigkeits-Ermittlungseinrichtung,
-
2 eine
schematische, grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der
Schlafkomponente 5,
-
3 eine
schematische, grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der
zirkadianen Komponente C,
-
4 eine
schematische, grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der
Belastungskomponente T, und
-
5 ein
Beispiel eines in Form eines Balkendiagramms dargestellten Müdigkeitsverlaufs.
-
Mit
Hilfe einer Datenverarbeitungseinrichtung 10, die in einem
Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs integriert sein kann, erfolgt
die Bestimmung eines Müdigkeitswertes
M, wobei auf Basis des Müdigkeitswertes
M ein zukünftiger
Müdigkeitsverlauf
ermittelt bzw. abgeschätzt
wird und dem Benutzer beispielsweise Pausenempfehlungen dargeboten
werden können.
-
Zur
Ermittlung des Müdigkeitswertes
M durch vorgegebene Gleichungen in der Datenverarbeitungseinrichtung 10 werden
der Datenverarbeitungseinrichtung 10 über eine Datenerfassungseinrichtung 12 automatisch
erfasste benutzerspezifische Daten übermittelt. Bei der Datenerfassungseinrichtung
handelt es sich vorzugsweise um einen Bewegungssensor und dgl.,
der von einem Benutzer beispielsweise am Handgelenk getragen wird.
-
Ferner
können
der Datenverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung des Müdigkeitswertes
M über eine
Dateneingabeeinrichtung 14 manuell eingegebene benutzerspezifische
Daten übermittelt
werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Eingabe des Geschlechts,
die Eingabe eines Schlaftyps etc. handeln. Die Eingabeeinrichtung
kann hierbei mit der Datenerfassungseinrichtung zusammen in einer Armbanduhr
oder dgl. integriert sein. Hierzu weist die Armbanduhr oder dgl.
Eingabetasten auf. Ebenso kann eine entsprechende Eingabeeinrichtung
in dem Kraftfahrzeug vorgesehen sein und unmittelbar mit der Datenverarbeitungseinrichtung 10 verbunden sein.
Vorzugsweise ist die manuelle Dateneingabe menügestützt.
-
Über fahrzeuggebundene
Sensoreinrichtungen 16 erfolgt die Ermittlung von sensorerfassten
benutzerunspezifischen Daten, die ebenfalls an die Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt
werden.
-
Mit
Hilfe der unten erläuterten,
vorgegebenen Gleichungen kann die Datenverarbeitungseinrichtung
einen Müdigkeitswert
M ermitteln und hieraus einen zukünftigen Müdigkeitsverlauf berechnen. Die
aktuelle Müdigkeit
und/oder der Müdigkeitsverlauf
werden beispielsweise in Form eines Balkendiagramms, einer Kurve
oder dgl. über
eine Ausgabeeinrichtung 18 ausgegeben. Bei der Ausgabeeinrichtung 18 handelt
es sich insbesondere um ein Display.
-
Die
Berechnung des Müdigkeitszustandes erfolgt
unter Berücksichtigung
der natürlichen
Müdigkeitskomponenten.
Hierzu gehören
eine Schlafkomponente S (2), eine Schlafträgheitskomponente I,
eine zirkadiane Komponente C (3) und eine Belastungskomponente
T (4).
-
2 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Müdigkeitskomponente "Müdigkeit" S beginnend mit dem Zeitpunkt 0 des
Erwachens aus dem letzten Schlaf. Dieser Zeitpunkt ist auf Grund
der automatischen Erfassung der benutzerspezifischen Daten mit Hilfe
der Datenerfassungseinrichtung bekannt. Die Müdigkeit ist hier zwischen 0
und 1 eingestuft, was bedeutet, dass der Wert 0 dem wachen Zustand
(keine Müdigkeit)
entspricht und der Wert 1 der maximalen Müdigkeit. Die Müdigkeit
während
des Wachseins entwickelt sich nach der Formel St =
e–Δt/A St–1 während des
Schlafs
St = 1 – e–Δ/B·(1 – St–1)
während
des Wachseins. (1)
-
Hierbei
ist St der S-Wert zum aktuellen Zeitpunkt,
St–1 der
letzte berechnete S-Wert, Δt der Abstand
zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und der letzten Berechnung. A =
4,2 h und B = 18,2 h sind Zeitkonstanten.
-
Eine
Komponente der Müdigkeit,
die "Schlafträgheit" I, besagt, dass
man direkt nach dem Aufwachen müde
ist. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wird
1 – S,
die Wachheit, mit einem Faktor I multipliziert I = e–0.317/t, (2)wobei t die
Zeit seit dem letzten Schlaf in Stunden ist.
-
In 3 ist
die zirkadiane Komponente C der Müdigkeit dargestellt. Diese
hängt von
der Tageszeit ab und wird gesteuert von der inneren Uhr und vom Hell-Dunkel-Rhythmus.
Die Formel lautet C
= 13.4·cos(2·π·(t – circmin)/24)
+ 13,4 (3)
-
Hierbei
bedeutet circmin die Tageszeit des zirkadianen Minimums. Dies liegt
bei einem Abendtyp bei sechs Uhr, bei einem normalen Typ bei fünf Uhr und
bei einem Morgentyp bei vier Uhr.
-
In 4 ist
der Verlauf einer Belastungskomponente T dargestellt. Hierbei handelt
es sich um Strecken, deren Steigung von dem Ausmaß der Belastung
abhängt.
Diese Komponente wird als "Time-On-Task" bezeichnet. Sie
steigt während
unterschiedlicher Tätigkeiten
stark an und nimmt in einer Pause ab.
-
Zur
Bestimmung der Belastungskomponente T werden die durch die fahrzeugspezifischen
Sensoreinrichtung ermittelten benutzerunspezifischen Daten, wie
Helligkeit, Geschwindigkeit, Verkehrsaufkommen, Feuchtigkeit etc.,
genutzt.
-
Die
Belastungskomponente T kann bestimmt werden durch T = A·12,8·(1 + b/4)·(M/100)2 – B·14,13 (4)
-
Hierbei
ist A die seit Fahrtbeginn verstrichene Zeit (eine Einheit = 90
Min.), B die seit einem Pausenbeginn verstrichene Zeit (eine Einheit
= 15 Min.) und b der Bewertungsfaktor. Der Bewertungsfaktor kann
beispielsweise anhand von Umfragen ermittelt werden und stellt eine
Müdigkeitsbeurteilung
dar. Hierbei werden unterschiedliche Fahrsituationen beschrieben
und von Testpersonen der individuelle Einfluss auf die Ermüdung bewertet.
Insbesondere handelt es sich hierbei um Einflüsse wie Helligkeit, Regen und
Verkehrsaufkommen.
-
Insgesamt
lautet die Formel für
die aktuelle Müdigkeit M = 73,2 – 96·(1 – S)·I + C + T. (5)
-
Die
Formel für
die Müdigkeit
ergibt einen Müdigkeitswert
M zwischen 0 und 100. Dabei entspricht der Wert 0 dem Zustand "keine Müdigkeit" und der Wert 100
dem Zustand "maximale
Müdigkeit".
-
5 zeigt
ein Balkendiagramm mit einem Müdigkeitsverlauf,
wie er in der Praxis auftreten kann. Dabei entspricht der Wert 0
dem Zustand "keine
Müdigkeit" und der Wert 100
dem Zustand "maximale
Müdigkeit".
-
Die
Farbe blau im Balkendiagramm gibt an, dass der Fahrer hinreichend
wach ist, um die Tätigkeit
auszuüben.
Die Farbe rosa gibt an, dass der Müdigkeitswert unter "58" gefallen ist und
dass eine Pause eingelegt werden soll. Nach der Pause steigt der
Wert auf "15" an und anschließend sinkt
er auf Werte unter "58" ab, was durch die
Farben rosa, rot und dunkelrot angezeigt wird. Dadurch ist der Fahrer stets über seinen
aktuellen Müdigkeitswert
informiert.