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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Belastung eines
Fahrzeugführers
auf Grundlage vereinheitlichter Belastungsfaktoren entsprechend
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Moderne
Kraftfahrzeuge verfügen über eine Vielzahl
von Einrichtungen, welche dem Fahrzeugführer Informationen zur Verfügung stellen
oder diesen vor kritischen Verkehrssituationen oder Betriebszuständen warnen.
Damit diese Informations- und Warnmeldungen den Fahrzeugführer tatsächlich unterstützen und
nicht von seiner eigentlichen Fahraufgabe ablenken und zusätzlich belasten
ist es geboten, den augenblicklichen Belastungszustand des Fahrzeugführers zu
ermitteln und um dem entsprechend den Zeitpunkt sowie die Art und
Dauer von Meldungen optimieren zu können.
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Um
die Belastung eines Fahrzeugführers
bestimmen zu können
wird in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 22 458 A1 vorgeschlagen
eine Vielzahl unterschiedlicher, auf den Fahrzeugführer einwirkender
Belastungsfaktoren zu ermitteln. Hieraus soll sodann ein fahrerunabhängiger Belastungswert,
sowie ein fahrerabhängiger
Belastungswert ermittelt werden, um aus deren Kombination auf die Gesamtbelastung
des Fahrzeugführers
zu schießen. Wie
ausgehend von den unterschiedlichen Belastungsfaktoren konkret die
einzelnen Belastungsfaktoren und die Gesamtbelastung des Fahrzeugführers ermittelt
werden kann, wird geht aus der Offenlegungsschrift jedoch nicht
hervor.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 11 069 A1 wird vorgeschlagen, eine
Informationsausgabe abhängig
von der aktuellen Belastung des Fahrzeugführers zu gestalten. Hierzu
werden mehrere, auf den Fahrzeugführer einwirkenden Belastungsfaktoren
ermittelt und nach individueller Normierung und Mittelung miteinander
addiert, um auf die Gesamtbelastung des Fahrzeugführers zu
schließen.
Auf welche Weise die auf unterschiedlichste Art und mittels unterschiedlichster
Sensoren ermittelten Daten von Belastungsfaktoren sinnvoll normiert
bzw. gewichtet werden sollen, kann der Fachmann der Offenlegungsschrift
jedoch nicht entnehmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es ein Verfahren zur Bestimmung der Belastung
eines Fahrzeugführers
zu finden, welches es ermöglicht
hierzu unterschiedlichst geartete Belastungsfaktoren heranzuziehen
und nachvollziehbar miteinander zu korrelieren.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden
durch die Unteransprüche
beschrieben.
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Bei
dem Verfahren zur Bestimmung der Belastung eines Fahrzeugführers werden
unterschiedliche, auf den Fahrzeugführer einwinkende Belastungsfaktoren
bestimmt. Diese Belastungsfaktoren werden sodann normiert und miteinander
kombi niert, um aus dem Ergebnis der Kombination auf einen die Belastung
des Fahrzeugführers
beschreibenden Wert zu schließen.
In erfinderischer Weise sind hierbei jedem einzelnen Belastungsfaktor
jeweils mehrere diskrete Laststufen zugeordnet, welche jeweils unterschiedliche
Intensitäten
des einzelnen Belastungsfaktors beschreiben. Hiervon ausgehend wird sodann
die Normierung der Belastungsfaktoren dergestalt, dass die einzelnen
Belastungsfaktoren durch diejenigen Laststufen repräsentiert
werden, die der augenblicklichen Intensität des Belastungsfaktors entsprechen.
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Nachfolgen
wird die Erfindung anhand von Figuren im Detail erläutert. Dabei
zeigt
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1 ein
Beispiel zur Bestimmung des aus der Fahrzeugdynamik resultierenden
Belastungsfaktors,
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2 ein
Beispiel zur Bestimmung des aus der Streckenkomplexität resultierenden
Belastungsfaktors,
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3 ein
Beispiel zur Bestimmung des aus dem Verkehrsumfeld resultierenden
Belastungsfaktors,
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4 ein
Beispiel zur Bestimmung des aus der Witterung resultierenden Belastungsfaktors,
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5 ein
Beispiel zur Bestimmung des aus Fahrzeugzustand resultierenden Belastungsfaktors,
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6 eine
Möglichkeit
zur Bestimmung des die Belastung des Fahrzeugführers beschreibenden Wertes,
durch die Kombination von UND-/ODER-Verknüpfungen,
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7 eine
weitere Alternative zur Bestimmung des die Belastung des Fahrzeugführers beschreibenden
Wert, mittels der Verwendung einer Tabelle,
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8 eine
Alternative zur Bestimmung des die Belastung des Fahrzeugführers beschreibenden Wert,
mittels der Gewichtung der Laststufen,
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9 die
Vorgehen zur Individualisierung des die Belastung des Fahrzeugführers beschreibenden
Wertes.
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In
der 1 wird beispielhaft die Bestimmung des aus der
Fahrzeugdynamik resultierenden Belastungsfaktors aufgezeigt. Der
,Belastungsfaktor Fahrzeugdynamik' betrachtet die Kombination aus Längs- und
Querbeschleunigung des Fahrzeuges bzw. die identifizierten Fahrmanöver/Bedienhandlungen,
wie Abbiegen, Spurwechsel, Überholen,
Einparken, Rückwärtsfahren,
Blinkersetzen. Vorzugsweise wird dieser Belastungsfaktor durch Normierung
in eine der nachfolgenden 3 diskreten Laststufen überführt:
- 1 ≅ vorausschauend,
ruhig
- 2 ≅ komfortabel
- 3 ≅ dynamisch,
sportlich.
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In
gewinnbringender Weise wird das der Normierung zu Grunde liegende
Regelwerk in Probandenversuchen ermittelt. Als dynamisch oder sportlich kann
z.B. eine Serpentinenfahrt mit rasch änderndem Geschwindigkeitsverlauf
eingestuft werden, da hierbei sowohl hohe Querbeschleunigungen als
auch hohe Längsbeschleunigungen
auftreten. Einer Geradeaus-Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit
wird bevorzugt die Stufe vorausschauend oder ruhig zugewiesen.
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Ein
Beispiel für
die Bestimmung des aus der Streckenkomplexität resultierenden Belastungsfaktors
wird in 2 aufgezeigt. Der ,Belastungsfaktor Streckenkomplexität' be schreibt die Belastung
resultierend aus der vorliegenden Streckengeometrie und der Verkehrsregelung
(z.B.: Vorfahrtsregelung). Vorzugsweise wird dieser Belastungsfaktor
durch Normierung in eine der nachfolgenden 3 diskreten Laststufen überführt:
- 1 ≅ leicht
- 2 ≅ mittel
- 3 ≅ schwierig.
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Hierbei
wird beispielsweise aus den gespeicherten Streckenattributen einer
digitalen Karte und/oder der über
ein GPS-Sensor und
Raddrehzahlen ermittelten Fahrzeugposition die Streckenkomplexität bestimmt.
So ist z.B. eine unübersichtliche Kreuzung
in einer „30-Zone" ein schwieriger
Streckenabschnitt, während
ein gerades Autobahnstück zwischen
einzelnen Ausfahrten als leicht eingestuft werden könnte.
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Der
,Belastungsfaktor Verkehrumfeld' beschreibt
die Situation zum vorausfahrenden Fahrzeug bzw. die Verkehrsdichte
der Umgebung; dessen Ermittlung zeigt beispielhaft die 3.
Vorzugsweise wird dieser Belastungsfaktor durch Normierung in eine
der nachfolgenden 3 diskreten Laststufen überführt:
- 1 ≅ komfortabel
(niedrig)
- 2 ≅ normal
(mittel)
- 3 ≅ kritisch
(hoch).
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Vorzugsweise
könnte
ein ACC-Sensor (autonomous cruise control) Informationen über den
Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen, sowie deren Relativgeschwindigkeit
und Beschleu nigung zur Verfügung
stellen. Im Rahmen der Normierung des Belastungsfaktors Verkehrsumfeld
kann dieser auf die Laststufe kritisch normiert werden, wenn vorausfahrend
ein stark verzögerndes
Fahrzeug detektiert wurde, während
eine Normierung auf die Laststufe ,komfortabel' bei einem weit entfernten, sich mit
konstanter Geschwindigkeit weg bewegenden Fahrzeug erfolgen wird.
Zusätzlich
ist es denkbar, dass sich ausgehend von einer ergänzenden
Erfassung der Verkehrsdichte bei deren hohem Wert die Laststufe
,kritisch', bei
mittlerem Wert die Laststufe ,normal' und bei niedrigem Wert die Laststufe
,komfortabel' ergibt.
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Die
Klassifikation des ,Belastungsfaktors Witterung' zeigt 4 beschreibt
die Sicht aus dem Fahrzeug, vorzugsweise in den 3 Laststufen:
- 1 ≅ gut
- 2 ≅ mittel
- 3 ≅ schlecht.
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Zum
Beispiel aus dem Zustand der Bedienelemente der Beleuchtung (Abblendlicht,
Fernlicht, Nebelscheinwerfer, ...) und zahlreicher Sensoren, insbesondere
für Helligkeit,
Regen und Temperatur, wird die Bewertung der Wetter-Kombination
bestimmt. Die qualitative Bewertung der Kombinationen für Helligkeit,
Regen, Nebel, Schnee, Blendung, u. a. ergibt die Einteilung der
Sicht in die unterschiedlichen Laststufen. Eine schlechte Sicht
ist z.B. bei Nebel oder bei Nacht und heftigem Regen. Dagegen ist eine
gute Sicht z.B. bei Tag und keinem Niederschlag gegeben. Zusätzlich kann
vorteilhaft ein geringer oder starker Helligkeitssprung für eine Übergangsphase
zu einer mittleren oder schlechten Sicht führen.
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Die
Klassifikation des ,Belastungsfaktors Fahrzeugzustand' beschreibt die Verkehrssicherheit, Abnutzung
und Beladung des Fahrzeuges; seine Bestimmung wird beispielhaft
in 5 aufgezeigt. Vorzugsweise wird dieser Belastungsfaktor
durch Normierung in eine der nachfolgenden 3 diskreten Laststufen überführt:
- 1 ≅ gut
- 2 ≅ mittel
- 3 ≅ schlecht.
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In
den Zwischenwertungen ,Verkehrssicherheit' und ,Abnutzung' des Fahrzeuges sind vorzugsweise Warnmeldungen
zahlreicher Fahrzeugsysteme, insbesondere von Motor, Bremsen, Getriebe, Beleuchtung
und Signalgebung zusammengefasst. Aus der Sitzbelegung, Tankfüllstand
und Informationen des Anhängerbetriebs
wird die Information über die
,Beladung' generiert.
Die qualitative Bewertung der Kombinationen von ,Verkehrssicherheit', ,Abnutzung' und ,Beladung' ergibt die Einteilung
des ,Belastungsfaktors Fahrzeugzustandes' in mehreren Laststufen. Ein schlechter
Fahrzeugzustand resultiert zum Beispiel aus sehr niedrigem Druck
in den Reifen und hoher Beladung bei verschlissenen Bremsbelägen und
ausgefallenen (defekten) Frontscheinwerfer-Lampen. Ein guter Fahrzeugzustand
ist durch den „ordnungsgemäßen" Zustand des Fahrzeuges (d.h.
keine Warnmeldungen oder übermäßige Beladung)
gekennzeichnet.
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Die
oben angeführten
Beispiele für
bei der Bestimmung der aktuellen Fahrerbelastung zu beachtenden
Belastungsfaktoren ist nicht abschließend, sondern kann je nach
Anwendungsfall auch noch durch zusätzliche andere Belastungsfak toren ergänzt werden.
Andererseits ist es gleichsam auch denkbar in anwendungs-spezifisch
nur eine Auswahl aus den bekannten Belastungsfaktoren zu betrachten
und so die den notwendigen Aufwand bezüglich der Sensorik und Rechenkapazität zu begrenzen.
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Wie
auch die Anzahl der Laststufen für
die einzelnen Belastungsfaktoren nicht auf 3 beschränkt zu werden
braucht, ist es sehr wohl auch denkbar unterschiedliche Belastungsfaktoren
mit einer unterschiedlichen Anzahl von Lastfaktoren zu versehen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann gar
eine Laststufe definiert werden, welcher das Nichtvorliegen von
Information über
die Intensität
dieses Belastungsfaktors beschreibt. Auf diese Weise kann das Verfahren
zur Bestimmung der Belastung eines Fahrzeugführers allgemeingültig für eine Vielzahl
von Fahrzeugtypen und Einsatzgebieten ausgestaltet werden, da bei Fahrzeugen,
welche über
keine Mittel zur Bestimmung eines bestimmten Belastungsfaktors verfügen, dieser
Belastungsfaktor auf die Laststufe ,Nichtvorliegen von Information' gesetzt wird. In
der der allgemeingültigen
Version der erfindungsgemäßen Belastungsbestimmung
zu Grunde liegenden Logik ist sodann bereits der so gestaltete Fall
abgebildet.
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Da
in erfinderischer Weise die unterschiedlichsten Belastungsfaktoren,
welche auf den verschiedensten physikalischen und psychologischen Modellen
basieren, auf für
alle einheitliche, skalare Laststufen normiert wurden, können diese
zur Bestimmung der Belastung des Fahrzeugführers problemlos mittels Logiken
und Tabellen miteinander verknüpft
werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden
die einzelnen nach Laststufen normierten Belastungsfaktoren zur
Auswertung und Bestimmung der Belastung des Fahrzeugführers einer
Kombination von logischen UND- und/oder ODER-Verknüpfung zugeführt, wie
entsprechend beispielhaft in 6 aufgezeigt.
Dabei wird durch die ODER-Verknüpfung
das Maximum der den jeweiligen Belastungsfaktoren zugeordneten Laststufen
bestimmt. Demgegenüber
resultiert aus einer UND-Verknüpfung
das Minimum der den jeweiligen Belastungsfaktoren zugeordnete Laststufen.
Aus diesen Maximal- und Minimalwerten kann für sich alleine genommen oder
in Kombination ein Wert für
die Belastung des Fahrzeugführers
abgeleitet werden. Selbstverständlich
können
in entsprechender Weise an Stelle einer einfachen UND- bzw. ODER-Logik auch
komplexerer Logikverknüpfungen
einzelner Laststufen treten.
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In
der 7 wird eine Möglichkeit
zur Kombination der Belastungsfaktoren mittels einer Tabelle aufgezeigt.
In der Tabelle sind mögliche
Kombinationen von den die einzelnen Laststufen repräsentierenden
Laststufen aufgeführt.
Den jeweiligen Kombinationen sind Werte zugeordnet, welche die aus
dieser Kombination von Belastungsfaktoren resultierende Belastung
des Fahrzeugführers
beschreiben. Eine derartige Tabelle kann für einen schnellen Zugriff als Look-up-Tabelle
im Speicher einer Recheneinheit realisiert werden.
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Um
den notwendigen Speicherplatz zu minimieren können in gewinnbringend diejenigen
in der Tabelle angeführten
Kombinationen auf diejenigen Kombinationen beschränkt werden,
mit deren Auftreten im Rahmen einer realen Verkehrssituation zu rechnen
ist. Da es sich aber nicht ausschließen lässt dass sich, insbesondere
in Extremsituationen, eine Kombination von Laststufen der Belastungsfaktoren ergibt,
welche in der Tabelle nicht enthalten ist, bietet es sich in besonders
vorteilhafter Weise an, einen Standardbelastungswert zu definieren,
auf welchen in diesen Fällen
zurückgegriffen
wird und welcher mit einem vordefinierten, die Belastung des Fahrzeugführers beschreibenden
Wert belegt ist.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Bestimmung der Belastung des Fahrzeugführers ausgehend von den durch
Laststufen beschriebenen Belastungsfaktoren ist in der 8 aufgezeigt.
Hierbei werden in einem ersten Schritt die Laststufen einer Gewichtung unterzogen
und miteinander addiert. Auf diese Weise ergibt sich im Allgemeinen
aus den skalaren Laststufen ein stetig verlaufender Belastungswert.
Um diesen Belastungswert wieder in gestufte, die Belastung des Fahrzeugführers beschreibende
Werte zu diskretisieren, wird der steigende Belastungswert einem mehrstufigen
Schwellwertvergleich unterzogen. Hierbei wird als Wert für die Belastung
des Fahrzeugführers
der Wert derjenigen Stufe angesetzt, dessen zugeordneter Schwellwert
durch den stetigen Belastungswert nicht überschritten wurde.
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In
besonders vorteilhafter Weise ist bei dem Verfahren zur Bestimmung
der Belastung eines Fahrzeugführers
eine Möglichkeit
zur Individualisierung des die Belastung des Fahrzeugführers beschreibenden
Wertes, welcher beispielsweise mittels einem mit den 6, 7 oder 8 beschriebenen
Vorgehens bestimmt wurde, vorgesehen. Diese Individualisierung könnte insbesondere
mittels eine in der Umgebung des Fahrzeugführers befindliches Mittel,
beispielsweise einem Rändelrad,
vorgenommen werden. Alternativ oder ergänzend wäre es jedoch gewinnbringend
auch möglich
eine elektronisch ge steuerte Individualisierungsmittel zur Verfügung zu
stellen, dieses könnte
beispielsweise über
elektronisch belegte Tastmittel oder mittels eine in einen Kartenleser
einschiebbare Chipkarte bedient werden. Gleichsam wäre es denkbar
die Individualisierung des Belastungswertes mittels Funkkommunikation
zu beeinflussen; so könnte
beispielsweise die Vorgabe für
die Individualisierung des Belastungswertes für einen Fahrzeugführer über ein
ferngewirktes, fahrer-inividuelles Einstellen erfolgen.