DE102009047323A1 - Method for detecting fatigue state of driver while driving motor vehicle, involves completing active driver moment cycle based on comparison of active driver moment cycle with reference cycle or threshold value - Google Patents

Method for detecting fatigue state of driver while driving motor vehicle, involves completing active driver moment cycle based on comparison of active driver moment cycle with reference cycle or threshold value Download PDF

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Roland Greul
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Abstract

The method involves detecting a present steering moment (M1) by a detecting unit (16) of a steering system (1), and determining an active driver moment based on the present steering moment. The active driver moment cycle is compared with a reference cycle or a threshold value. The active driver moment cycle is completed based on the comparison result to determine the existence of a fatigue state of a driver, where the active driver moment specifies the torque applied by the driver to steer the vehicle. An independent claim is also included for an apparatus for detecting a fatigue state of a driver while driving a vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Erkennen eines Ermüdungszustands eines Fahrers während des Führens eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Lenksystem aufweist und das Lenksystem Mittel zur Erfassung eines Lenkmoments umfasst.The invention relates to a method and a device for detecting a fatigue state of a driver while driving a vehicle, wherein the vehicle has a steering system and the steering system comprises means for detecting a steering torque.

Eine Ermüdung eines Fahrers eines Fahrzeug vermindert regelmäßig die Reaktionsfähigkeit des Fahrers und kann zu einem kurzzeitigen oder länger andauernden Einschlafen des Fahrers führen. Unfälle, die auf Ermüdung eines Fahrers zurückzuführen sind, haben häufig schwerste Unfallfolgen, da von dem Fahrzeugführer keine oder nur unzureichende Maßnahmen ergriffen werden, um die Unfallfolgen zu mindern. Derartige Maßnahmen wären beispielsweise das Einleiten einer Vollbremsung oder eines Ausweichmanövers.Fatigue of a driver of a vehicle regularly reduces the responsiveness of the driver and may result in short-term or prolonged falling asleep of the driver. Accidents that are due to fatigue of a driver, often have serious consequences of the accident, as the vehicle driver or no action is taken insufficient to mitigate the consequences of accidents. Such measures would be, for example, the initiation of full braking or an evasive maneuver.

Um einen Ermüdungszustand und insbesondere eine auftretende Schläfrigkeit eines Fahrzeugführers zu erkennen, sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Hierbei werden Systeme eingesetzt, die den Fahrer durch visuelle, akustische und/oder haptische Maßnahmen warnen beziehungsweise zu einer Unterbrechung der Fahrt auffordern. Zur Erkennung eines Ermüdungszustands des Fahrers werden unterschiedliche Verfahren eingesetzt.In order to detect a state of fatigue and in particular a drowsiness of a driver, various methods and devices are known. In this case, systems are used which warn the driver by visual, acoustic and / or haptic measures or prompt him to interrupt the journey. Different methods are used to detect a state of fatigue of the driver.

Bei einem ersten bekannten Verfahren wird der Fahrer beobachtet beziehungsweise es wird das Verhalten des Fahrers überwacht. Beispielsweise ist es bekannt, die Blick- und Kopfrichtung des Fahrers zu erfassen und auszuwerten, einen Lidschlag, die Atmung, die Herzfrequenz und den Blutdruck zu überwachen.In a first known method, the driver is observed or the behavior of the driver is monitored. For example, it is known to detect and evaluate the driver's gaze and head direction, to monitor a blink, breathing, heart rate and blood pressure.

Ein anderes bekanntes Verfahren beruht auf einer Spurerkennung. Hier wird ein Spurverlauf überwacht und ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben, wenn der Fahrer die Spur verlässt, ohne dass dies beabsichtigt ist.Another known method is based on track recognition. Here a lane course is monitored and a corresponding warning signal is output when the driver leaves the lane without this being intended.

Gemäß einem dritten bekannten Verfahren werden Fahrparameter überwacht. Diesbezüglich relevante Fahrparameter beschreiben ein Fahr-, Bedien- und Reaktionsverhalten des Fahrers in unterschiedlichen Fahrsituationen.According to a third known method, driving parameters are monitored. In this regard, relevant driving parameters describe driving, operating and reaction behavior of the driver in different driving situations.

Es ist ferner bekannt, durch die Auswertung eines Lenkwinkelsignals Aussagen über einen Ermüdungszustand des Fahrers zu erhalten. Hierzu werden charakteristische Verläufe des Lenkwinkels sowie der Lenkwinkelgeschwindigkeit, die ein Zeichen für eine zunehmende Ermüdung des Fahrers sind, erkannt und ausgewertet. Überschreiten diese Verläufe festgelegte Schwellwerte, erfolgt eine Signalisierung beziehungsweise Warnung des Fahrers.It is also known to obtain statements about a state of fatigue of the driver by the evaluation of a steering angle signal. For this purpose, characteristic curves of the steering angle and the steering angle speed, which are a sign of increasing fatigue of the driver, are detected and evaluated. If these courses exceed specified threshold values, the driver is signaled or warned.

Die grundsätzliche Schwierigkeit bei den bekannten Verfahren ist, möglichst sicher einen Ermüdungszustand des Fahrers erkennen zu können, ohne jedoch von einem Ermüdungszustand des Fahrers auszugehen und den Fahrer zu warnen, wenn kein Ermüdungszustand vorliegt. Außerdem sind die bekannten Verfahren zur Erkennung eines Ermüdungszustands häufig technisch sehr aufwändig zu realisieren. Beispielsweise muss zur Erkennung der Blick- und Kopfrichtung beziehungsweise zur Erkennung des Lidschlags, der Atmung, der Herzfrequenz und des Blutdrucks eines Fahrers eine Vielzahl von Sensoren zur Verfügung stehen, deren Signale erfasst und ausgewertet werden müssen. Hierzu ist häufig eine aufwändige Berechnung durchzuführen.The fundamental difficulty with the known methods is to be able to recognize a state of fatigue of the driver as safely as possible, without, however, starting from a state of fatigue of the driver and warning the driver when no state of fatigue is present. In addition, the known methods for detecting a fatigue state are often technically very complex to implement. For example, to detect the direction of view and head or to detect the eyelid impact, the respiration, the heart rate and the blood pressure of a driver, a large number of sensors must be available whose signals must be recorded and evaluated. This often requires a complex calculation.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, um mit möglichst geringem technischen Aufwand einen Ermüdungszustand eines Fahrers möglichst sicher erkennen zu können.The object of the invention is to provide a way to identify a driver's state of fatigue as safely as possible with the least possible technical effort.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.The object is achieved by a method of the type mentioned above with the features of claim 1. The object is further achieved by a device according to claim 9.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung und deren Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.Further advantageous embodiments of the invention and their features are mentioned in the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird ein aktuell am Lenkrad anliegendes Lenkmoment erfasst und es wird in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkmoment ein aktives Fahrermoment ermittelt. Das aktive Fahrermoment beschreibt den von dem Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs bewusst aufgebrachten Momentenanteil, der beispielsweise um Anregungen durch aktuelle Fahrbahnverhältnisse bereinigt ist. Der Verlauf des aktiven Lenkmoments wird mit einem Referenzverlauf oder mit Schwellwerten verglichen, wobei der Referenzverlauf bzw. die Schwellwerte von einem Fahrstil des jeweiligen Fahrers abhängen können und vorzugsweise adaptierbar sind. In Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs wird auf das Vorliegen eines Ermüdungszustands geschlossen. Vorzugsweise wird erst dann auf einen Ermüdungszustand geschlossen, wenn eine Mehrzahl von hintereinander ausgeführten Vergleichen auf Basis der jeweils aktuellen Lenkmomente jeweils das Vorliegen eines Ermüdungszustands nahelegen, wodurch implizit eine Plausibilitätsprüfung realisiert wird.According to the invention, a steering torque currently applied to the steering wheel is detected and an active driver torque is determined as a function of the detected steering torque. The active driver torque describes the torque component deliberately applied by the driver for steering the vehicle, which torque is, for example, corrected for suggestions by current road conditions. The course of the active steering torque is compared with a reference course or with threshold values, wherein the reference course or the threshold values can depend on a driving style of the respective driver and are preferably adaptable. Depending on a result of the comparison, it is concluded that there is a state of fatigue. Preferably, a state of fatigue is only then concluded when a plurality of comparisons carried out one after the other on the basis of the respectively current steering moments in each case suggest the presence of a state of fatigue, whereby a plausibility check is implicitly realized.

Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass Lenkwinkelverläufe nicht nur durch den Fahrer beeinflusst werden, sondern auch durch äußere Anregungen, beispielsweise durch Unebenheiten der Fahrbahn.The invention is based on the observation that steering angle curves are influenced not only by the driver, but also by external suggestions, for example, by unevenness of the road.

Wird direkt aufgrund eines Lenkwinkelverlaufs auf den Ermüdungszustand eines Fahrers geschlossen, so besteht die Gefahr, dass Phasen, in denen der Fahrer aus Gründen einer Ermüdung kein Lenkmoment mehr ausübt oder gar die Hände vom Lenkrad genommen hat, dennoch nicht erkannt werden können, da externe Anregungen den Lenkwinkel beeinflussen und eine Aktivität des Fahrers vortäuschen. Erfindungsgemäß wird deshalb in erster Linie das aktive Lenkmoment für das Erkennen eines Ermüdungszustands herangezogen. If the driver's state of fatigue is directly due to a steering angle curve, there is the risk that phases in which the driver no longer exerts any steering torque or even takes his hands off the steering wheel due to fatigue can not be detected because of external stimuli affect the steering angle and pretend an activity of the driver. Therefore, according to the invention, the active steering torque is used primarily for detecting a state of fatigue.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der folgenden Zeichnungen erläutert werden. Hierbei zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the features mentioned in the dependent claims and / or from the following description of exemplary embodiments of the invention, which are explained with reference to the following drawings. Hereby show:

1 eine schematische Darstellung eines Lenksystems in einem Fahrzeug; 1 a schematic representation of a steering system in a vehicle;

2 eine schematische Darstellung eines Beispiels für den Verlauf eines Drehstabmoments und einen Verlauf des aktiven Fahrermoments; 2 a schematic representation of an example of the course of a torsion bar torque and a profile of the active driver torque;

3a ein schematisches Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Bestimmung des aktiven Fahrermoments an einem ersten Ausführungsbeispiel; 3a a schematic block diagram illustrating the determination of the active driver torque to a first embodiment;

3b ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der Bestimmung des aktiven Fahrermoments gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels; 3b a block diagram illustrating the determination of the active driver torque according to another embodiment;

In 1 ist ein Lenksystem 1 dargestellt, das eine Lenkvorrichtung 2 und ein Steuergerät 3 umfasst. In dem Steuergerät 3 ist ein Mikroprozessor 4 angeordnet, der über eine Datenleitung, beispielsweise ein Bussystem, mit einem Speicherelement 5 verbunden ist. In dem Speicherelement 5 sind Speicherbereiche ausgebildet, in denen ausführbare Computerprogramme und/oder Daten abgelegt sind. Die Daten können sowohl vorgebbare Größen als auch während der Durchführung des Verfahrens ermittelte oder während der Applikation des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgegebene Daten sein.In 1 is a steering system 1 shown, which is a steering device 2 and a controller 3 includes. In the control unit 3 is a microprocessor 4 arranged, which via a data line, such as a bus system, with a memory element 5 connected is. In the memory element 5 Memory areas are formed in which executable computer programs and / or data are stored. The data can be both predefinable quantities and data determined during the execution of the method or specified during the application of the method according to the invention.

Über eine Signalleitung 6 ist das Steuergerät 3 mit einem Momentensteller, beispielsweise einem Elektromotor 7, verbunden, so dass eine Steuerung des Elektromotors 7 durch das Steuergerät 3 ermöglicht wird. Der Elektromotor 7 wirkt über ein Getriebe 8 auf einen Drehstab 9. An dem Drehstab 9 ist ein Lenkrad 10 angeordnet.Via a signal line 6 is the control unit 3 with a torque adjuster, for example an electric motor 7 , connected, so that a control of the electric motor 7 through the control unit 3 is possible. The electric motor 7 acts via a gearbox 8th on a torsion bar 9 , On the torsion bar 9 is a steering wheel 10 arranged.

Die Lenkvorrichtung 2 weist ferner ein Lenkgetriebe 11 auf, das gemäß der in 1 beispielhaft dargestellten Ausführungsform als Zahnstangenlenkgetriebe ausgebildet ist. Das Lenkgetriebe 11 ist über ein Ritzel 12a und eine Zahnstange 12b auf jeder Fahrzeugseite mit einem Lenkgestänge 13, das jeweils mit einem Rad 14 zusammenwirkt, verbunden.The steering device 2 also has a steering gear 11 on, according to the in 1 embodiment illustrated as a rack and pinion steering gear is formed. The steering gear 11 is about a pinion 12a and a rack 12b on each side of the vehicle with a steering linkage 13 , each with a wheel 14 cooperates, connected.

In 1 ist eine Kraft 15 dargestellt, die von außen auf das Lenksystem 1 einwirkt. Die Kraft 15 kann beispielsweise durch Spurrillen oder durch einen Seitenwind erzeugt werden.In 1 is a force 15 shown from the outside on the steering system 1 acts. The power 15 can be generated for example by ruts or by a crosswind.

Das Lenksystem 1 weist ferner einen Drehmomentsensor 16 auf, mittels dessen ein aktuelles Drehmoment M1 des Drehstabs 9 erfassbar ist. Der Drehmomentsensor 16 ist über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden.The steering system 1 also has a torque sensor 16 on, by means of which a current torque M1 of the torsion bar 9 is detectable. The torque sensor 16 is via a data line with the control unit 3 connected.

Das Lenksystem 1 weist außerdem einen Sensor 17 auf, mittels dessen eine aktuelle Motorwinkelgeschwindigkeit φ . erfassbar ist. Der Sensor 17 ist über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden.The steering system 1 also has a sensor 17 by means of which a current motor angular velocity φ. is detectable. The sensor 17 is via a data line with the control unit 3 connected.

Das in 1 dargestellte Lenksystem 1 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Hierbei wird das Lenkmoment M1 für eine robuste Erkennung einer Fahrerschläfrigkeit beziehungsweise eines Ermüdungszustandes des Fahrers herangezogen. Mittels des Drehmomentsensors 16 kann das gesamte an dem Drehstab angreifende Drehmoment M1 gemessen werden.This in 1 illustrated steering system 1 is suitable for carrying out the method according to the invention. Here, the steering torque M1 is used for a robust detection of a driver's sleepiness or a state of fatigue of the driver. By means of the torque sensor 16 For example, the entire torque M1 acting on the torsion bar can be measured.

Dynamisch betrachtet ist dieses von dem Drehmomentsensor 16 gelieferte Signal jedoch nicht äquivalent zu dem allein von dem Fahrer aufgebrachten Lenkmoment. Es wurde beobachtet, dass eine auf das vollständige Drehmoment M1 basierende Erkennung eines Ermüdungszustands stark fehlerbehaftet ist. Dies ist darin begründet, dass die Erkennung der Ermüdungszustände durch Beobachten und Vergleichen eines Drehmomentverlaufs mit einem Referenzverlauf erfolgt. Hierbei wird beispielsweise geprüft, ob für eine vorgegebene Zeitspanne keine Veränderung des Drehmoments M1 über einer vorgebbaren Schwelle erfolgt. Ist dies der Fall, so wird darauf geschlossen, dass der Fahrer ermüdet ist, denn in nicht ermüdetem Zustand wird von dem Fahrer regelmäßig eine Lenkaktivität vorgenommen, welche das Aufbringen eines Moments auf das Lenkrad 10 zur Folge hat und gemäß dem Stand der Technik mittels eines Drehmomentsensors 16 erfasst wird. Das bekannte Verfahren ist jedoch fehlerbehaftet, da eine von außen einwirkende Kraft 15 ebenfalls eine Veränderung des erfassten Drehmoments M1 bewirkt. Bei den bekannten Verfahren erfolgt keine Unterscheidung über die Ursache des Drehmoments M1, so dass jede einen vorgegebenen Schwellwert überschreitende Veränderung des Drehmoments M1 dazu führt, dass die Zeitspanne von Neuem zu laufen beginnt, deren Ablauf für das Erkennen eines Ermüdungszustands notwendig ist.Dynamically, this is from the torque sensor 16 delivered signal but not equivalent to the applied alone by the driver steering torque. It has been observed that detection of a fatigue condition based on the full torque M1 is severely flawed. This is due to the fact that the detection of the fatigue states is done by observing and comparing a torque curve with a reference curve. In this case, for example, it is checked whether there is no change in the torque M1 over a predefinable threshold for a predetermined period of time. If this is the case, then it is concluded that the driver is tired, because in a non-fatigued state, the driver regularly performs a steering activity, which is the application of a torque on the steering wheel 10 entails and according to the prior art by means of a torque sensor 16 is detected. However, the known method is faulty, since an externally applied force 15 also causes a change in the detected torque M1. In the known methods, no distinction is made as to the cause of the torque M1, so that any change in the torque M1 exceeding a predetermined threshold causes the period of time to start to run again, the sequence of which is necessary for the detection of a state of fatigue.

Der oben geschilderte Zusammenhang ist in 2 dargestellt. 2 zeigt eine erste Kurve 20, die einen möglichen Verlauf des Drehstabmoments M1 zeigt. Eine zweite Kurve 21 zeigt das tatsächlich von einem Fahrer aufgebrachte aktive Fahrermoment M2aktiv. The above-described relationship is in 2 shown. 2 shows a first curve 20 showing a possible course of the torsion moment M1. A second turn 21 shows the actually applied by a driver active driver torque M2 active.

In 2 sind Zeitpunkte T1, T2, T3 und T4 dargestellt. T1 zeigt einen Zeitpunkt, an dem das von dem Fahrer aufgebrachte Fahrermoment M2aktiv und das Drehstabmoment M1 beziehungsweise die Amplitude dieser Momente unter einen vorgebbaren Schwellwert S1 sinken. Die Zeitspanne zwischen T1 und einem Zeitpunkt T4 gibt beispielhaft die Zeitdauer an, nach deren Ablauf auf einen Ermüdungszustand geschlossen werden soll, wenn innerhalb dieser Zeitspanne das aktive Fahrermoment M2aktiv unterhalb des vorgegebenen Schwellwerts (S1) bleibt. Wie in 2 ersichtlich, wird zwischen den Zeitpunkten T1 und T4 von dem Fahrer kein Moment aufgebracht, das den vorgegebenen Schwellwert S1 überschreitet. Es müsste deshalb spätestens zum Zeitpunkt T4 auf einen Ermüdungszustand geschlossen werden. Zu den Zeitpunkten T2 und T3 erfolgt jedoch eine Veränderung des Drehstabmoments M1 beziehungsweise dessen Amplitude derart, dass der Schwellwert S1 überschritten wird. Die Veränderung des Drehstabmoments kann durch von außen einwirkende Kräfte 15, beispielsweise aufgrund von Fahrbahnunebenheiten, verursacht werden. Diese Veränderung des Drehstabmoments M1 an den Zeitpunkten T2 und T3 bewirkt jedoch, dass die durch die Zeitpunkte T1 und T4 beispielhaft dargestellte Zeitspanne unterbrochen wird. Es wird folglich in dem Zeitpunkt T4 ein Ermüdungszustand des Fahrers nicht erkannt, obwohl das von dem Fahrer tatsächlich aufgebrachte aktive Fahrermoment M2aktiv den Schwellwert S1 zwischen den Zeitpunkten T1 und T4 nicht überschreitet. Aufgrund dieser Beobachtung wird deshalb erfindungsgemäß das von dem Fahrer tatsächlich aufgebrachte aktive Fahrermoment M2aktiv ermittelt. Hierzu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel zunächst das gesamte von dem Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment M2 ermittelt. Das tatsächlich von dem Fahrer aufgebrachte Lenkradmoment M2 resultiert aus dem Drehstabmoment M1 und einem Anteil, der eine Trägheit J des Lenkrads darstellt, multipliziert mit einer Lenkwinkelbeschleunigung. Das tatsächlich aufgebrachte Lenkradmoment M2 kann wie folgt ermittelt werden:

Figure 00070001
In 2 Time points T 1 , T 2 , T 3 and T 4 are shown. T 1 shows a time at which the driver torque M2 applied by the driver is active and the torsion bar moment M1 or the amplitude of these moments drops below a predefinable threshold value S1. The time interval between T 1 and a time T 4 indicates, by way of example, the time duration after which a fatigue state is to be concluded, if within this time period the active driver torque M2 remains active below the predetermined threshold value (S1). As in 2 As can be seen, between the times T 1 and T 4 no torque is applied by the driver which exceeds the predetermined threshold value S1. It would therefore have to be closed at the latest at time T 4 to a state of fatigue. At the times T 2 and T 3 , however, there is a change in the torsion bar torque M1 or its amplitude such that the threshold value S1 is exceeded. The change in the torsion bar torque can be caused by external forces 15 caused, for example due to road bumps. However, this change of the torsion moment M1 at the times T 2 and T 3 causes the time period exemplified by the times T 1 and T 4 is interrupted. Consequently, a fatigue state of the driver is not recognized at the time point T 4 , although the active driver torque M2 actually applied by the driver does not actively exceed the threshold value S1 between the times T 1 and T 4 . On the basis of this observation, the active driver torque M2 actually applied by the driver is therefore actively determined according to the invention. For this purpose, according to an embodiment, first the entire steering wheel torque M2 applied by the driver is determined. The steering wheel torque M2 actually applied by the driver results from the torsion bar moment M1 and a fraction representing an inertia J of the steering wheel multiplied by a steering angular acceleration. The actual applied steering wheel torque M2 can be determined as follows:
Figure 00070001

3a ist ein Blockschaltbild dargestellt, das eine mögliche Realisierung der oben dargestellten Formel zeigt. Das Blockschaltbild umfasst einen Differenzierer 30, der eine Lenkwinkelbeschleunigung durch Bildung der zweifachen zeitlichen Ableitung aus dem Lenkwinkel δ berechnet. Der Lenkwinkel δ wird beispielsweise mittels des Sensors 17 erfasst und an das Steuergerät 3 übermittelt. 3a a block diagram is shown showing a possible realization of the formula presented above. The block diagram includes a differentiator 30 which calculates a steering angular acceleration by forming twice the time derivative from the steering angle δ. The steering angle δ is, for example, by means of the sensor 17 recorded and sent to the control unit 3 transmitted.

Die mittels des Differenzierers 30 gebildete Lenkradwinkelbeschleunigung wird mit einem Wert J multipliziert, der eine Trägheit des Lenkrads angibt. Die Trägheit J wird beispielsweise als Wert oder als Kennlinie in einem Speicherbereich des Speichers 5 in dem Steuergerät 3 bereitgehalten. Die Differenz aus dem so gebildeten Produkt und dem erfassten Drehstabmoment M1 entspricht dann dem Lenkradmoment M2. In einem weiteren Schritt wird nun ein passives Lenkmoment M3 subtrahiert und ein aktives Fahrermoment M2aktiv gebildet.The means of the differentiator 30 Steering wheel angular acceleration formed is multiplied by a value J indicating inertia of the steering wheel. The inertia J becomes, for example, a value or a characteristic in a memory area of the memory 5 in the control unit 3 kept ready. The difference between the product thus formed and the detected torsion moment M1 then corresponds to the steering wheel torque M2. In a further step, a passive steering torque M3 is now subtracted and an active driver torque M2 actively formed.

Das Lenkradmoment M2 besteht im Allgemeinen aus zwei Anteilen, einem aktiven Anteil M2aktiv, der bewusst vom Fahrer aufgebracht wird, um das Fahrzeug zu lenken und einem passiven Anteil M3, welcher aus der Interaktion mit der Umgebung resultiert. Der passive Anteil M3 kann durch Störgrößen, wie beispielsweise Fahrbahnunebenheiten, entstehen. In diesen Fällen beeinflussen die Störgrößen das Lenkmoment mittels des Moments M3, wobei dieses Moment M3 nicht vom Fahrer aufgebracht worden ist.The steering wheel torque M2 generally consists of two components, an active level M2 active, which is deliberately applied by the driver to steer the vehicle and a passive portion M3, which results from the interaction with the environment. The passive component M3 can be caused by disturbance variables, such as road bumps. In these cases, the disturbances influence the steering torque by means of the torque M3, this torque M3 has not been applied by the driver.

Um nun die notwendige Robustheit bei der Erkennung eines Ermüdungszustands zu erhalten und dennoch für die Erkennung des Ermüdungszustands ein Lenkmomentsignal heranzuziehen, wird erfindungsgemäß der rein aktive Anteil M2aktiv des Lenkradmoments M2 bestimmt. Es wird dann der Verlauf des aktiven Fahrermoments M2aktiv zur Bestimmung des Vorliegens eines Ermüdungszustands herangezogen. Mittels des reinen, aktiven Fahrermoments M2aktiv ist eine gegenüber den bekannten Verfahren deutlich zuverlässigere Detektion des Ermüdungszustands des Fahrers möglich.In order to obtain the necessary robustness in the detection of a state of fatigue and yet to use a steering torque signal for the detection of the fatigue state, the purely active component M2 is actively determined according to the invention of the steering wheel torque M2. The course of the active driver torque M2 is then actively used to determine the presence of a state of fatigue. By means of the pure, active driver torque M2 active , a significantly more reliable detection of the fatigue state of the driver compared to the known methods is possible.

Passive Momentenanteile M3 weisen einen charakteristischen Verlauf auf, der auf der Grundlage von statistischen und zeitlichen Referenzgrößen, wie beispielsweise einem Gradienten oder Amplituden des aufgebrachten Moments, sowie mittels Messungen oder Schätzungen von den aktiven Anteilen unterschieden werden kann.Passive torque components M3 have a characteristic curve which can be distinguished from the active components on the basis of statistical and temporal reference variables, such as, for example, a gradient or amplitudes of the applied torque, as well as by means of measurements or estimates.

Bei der in 3a dargestellten Ausführungsform wird die Lenkwinkelbeschleunigung durch eine zweifache zeitliche Ableitung des Lenkwinkelsignals mittels des Differenzierers 30 gewonnen. Das Lenkwinkelsignal ist jedoch häufig verrauscht, so dass die zweifache zeitliche Ableitung dieses Lenkwinkelsignals wenig aussagekräftig sein kann. Vorzugsweise wird deshalb die Lenkwinkelbeschleunigung aus einer zeitlichen Ableitung einer Motorwinkelgeschwindigkeit φ . des Elektromotors 7 wie folgt bestimmt:

Figure 00080001
At the in 3a illustrated embodiment, the steering angle acceleration by a two-fold time derivative of the steering angle signal by means of the differentiator 30 won. However, the steering angle signal is often noisy, so that twice the time derivative of this steering angle signal can be of little meaning. Preferably, therefore, the steering angular acceleration from a time derivative of a motor angular velocity φ. of the electric motor 7 determined as follows:
Figure 00080001

Die Motorwinkelgeschwindigkeit φ . steht bei Elektrolenkungen häufig als Messgröße zur Verfügung und kann für das erfindungsgemäße Verfahren somit ohne weiteren Aufwand verwendet werden. Der in obiger Gleichung dargestellte Wert K bildet einen Umrechnungsfaktor, welcher in Form eines Kennfeldes im Steuergerät abgelegt sein kann.The motor angular velocity φ. is often available as a measured variable in electric steering systems and can thus be used for the method according to the invention without further effort. The value K represented in the above equation forms a conversion factor, which can be stored in the form of a characteristic map in the control unit.

Diese bevorzugte Ausführungsform ist in 3b ebenfalls in Form eines Blockschaltbilds, analog zu 3a, dargestellt.This preferred embodiment is in 3b also in the form of a block diagram, analogous to 3a represented.

Grundsätzlich zeigt das Lenkverhalten eines ermüdeten Fahrers das folgende charakteristische Verhalten bzw. den hierdurch bedingten Signalverlauf an:

  • – Zunächst verbleibt das Lenkradmoment M2 mindestens für eine erste Zeitdauer unterhalb einer maximalen Amplitude.
  • – Nach Ablauf dieser ersten Zeitdauer erfolgt nun eine (verzögerte) Reaktion des Fahrers in der Form, dass das Lenkmoment einen festgelegten Minimalwert, also eine bestimmte Amplitude, überschreitet.
Basically, the steering behavior of a tired driver indicates the following characteristic behavior or the resulting signal curve:
  • - First, the steering wheel torque M2 remains at least for a first period of time below a maximum amplitude.
  • - After the expiration of this first time period now takes a (delayed) reaction of the driver in the form that the steering torque exceeds a predetermined minimum value, ie a certain amplitude.

Aufgrund der verspäteten Reaktion des Fahrers wird zur Korrektur ein deutlich überhöhtes Moment von dem Fahrer aufgebracht. Ein solcher Verlauf eines Lenkmoments zeigt mit hoher Wahrscheinlichkeit das Vorliegen eines Ermüdungszustands an. Ferner kann eine Ruhephase ausgewertet werden, wenn nämlich keine Korrektur erfolgt. Vorzugsweise wird für die Feststellung eines Ermüdungszustands eine Mehrzahl von derartigen Signalverläufen detektiert und statistisch ausgewertet. Erst wenn diese Mehrzahl von Signalverläufen einen Ermüdungszustand anzeigt, wird beispielsweise ein akustisch oder haptisch wahrnehmbares Warnsignal ausgegeben.Due to the delayed reaction of the driver, a significantly increased torque is applied by the driver for correction. Such a course of a steering torque indicates with high probability the presence of a state of fatigue. Furthermore, a rest phase can be evaluated, namely, if no correction takes place. Preferably, for determining a state of fatigue, a plurality of such signal waveforms are detected and statistically evaluated. Only when this plurality of signal curves indicates a state of fatigue, for example, an acoustically or haptic perceptible warning signal is output.

Um ein nochmals verbessertes Verfahren und eine nochmals erhöhte Sicherheit beim Erkennen eines Ermüdungszustands zu erreichen, wird zusätzlich eine Reaktion des Fahrers auf Momente untersucht, die zusätzlich, beispielsweise mittels des Elektromotors 7, erzeugt werden. Diese sogenannten Zusatzmomente sind damit eine Art virtuelles Ereignis, das von dem Fahrer eine Reaktion erfordert. Damit kann in deutlich kürzeren Zeitabständen eine Reaktion von dem Fahrer erhalten und ausgewertet werden, so dass rascher und sicherer ein Ermüdungszustand erkennbar ist. Durch die Erzeugung der virtuellen Ereignisse beziehungsweise der synthetisierten Lenkmomente und die dadurch geschaffenen künstlichen Fahrsituationen wird die Reaktion des Fahrers hierauf ausgewertet. Bevorzugt werden mittels der Aufschaltung eines Zusatzmoments virtuelle Ereignisse wie Spurrillen oder Bahngleise, ein Einfluss von Seitenwind und/oder Störeinflüsse von Fahrbahnunebenheiten erzeugt. Die entsprechende Gestaltung der Zusatzmomente kann beispielsweise in dem Steuergerät abgelegt sein. Die Reaktion des Fahrers auf diese virtuellen Ereignisse wird dann in definierten Abständen erfasst und ausgewertet. Tritt eine hohe Abweichung zwischen den Fahrerreaktionen auf, so kann hieraus auf eine ansteigende Ermüdung des Fahrers geschlossen werden.In order to achieve a further improved method and a further increased safety when recognizing a state of fatigue, a reaction of the driver to moments is additionally investigated, which in addition, for example by means of the electric motor 7 , be generated. These so-called additional moments are thus a kind of virtual event that requires a response from the driver. Thus, a reaction can be obtained and evaluated by the driver at significantly shorter intervals so that a state of fatigue can be recognized more quickly and more reliably. The generation of the virtual events or the synthesized steering moments and the artificial driving situations created thereby evaluate the driver's reaction to this. By means of the activation of an additional torque, virtual events such as ruts or train tracks, an influence of crosswind and / or disturbing influences on road bumps are preferably generated. The corresponding design of the additional moments can be stored, for example, in the control unit. The driver's reaction to these virtual events is then recorded and evaluated at defined intervals. If a high deviation occurs between the driver reactions, then it can be concluded from an increasing fatigue of the driver.

Vorzugsweise wird zunächst die Fahrerreaktion auf die virtuellen Ereignisse erfasst und abgespeichert, wenn davon ausgegangen werden kann, dass der Fahrer sich in ausgeruhtem Zustand befindet (beispielsweise bei Fahrtantritt). Es kann dann ein Vergleich der Reaktionen des Fahrers mit den zu Beginn erfassten und abgespeicherten Reaktionen des Fahrers erfolgen. Unterscheiden sich diese in signifikanter Weise, kann von einer zunehmenden Müdigkeit und/oder Ablenkung des Fahrers ausgegangen werden.Preferably, the driver response to the virtual events is first detected and stored, if it can be assumed that the driver is in a rested state (for example, when driving). It can then be a comparison of the reactions of the driver with the recorded at the beginning and stored reactions of the driver. If these differ significantly, it can be assumed that the driver is becoming increasingly tired and / or distracting.

Vorteilhafterweise wird die Reaktion des Fahrers beim Eintreten, während der Bewältigung und/oder beim Austreten aus der jeweiligen virtuellen Fahrsituation erfasst und ausgewertet. Die Reaktion des Fahrers kann mittels objektiver Messgrößen beschrieben werden. Diese Messgrößen sind beispielsweise ein Lenkwinkel, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit und/oder eine Gierrate. Durch Vergleich der ermittelten Werte mit Referenzwerten lässt sich dann eine Aussage über die Reaktionszeit, die Reaktionsstärke, die Korrekturdauer, die Ausregelstrategie und dergleichen treffen. Derartige statistische Verfahren zur Auswertung der relevanten Größen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.Advantageously, the reaction of the driver when entering, during coping and / or on leaving the respective virtual driving situation is detected and evaluated. The driver's reaction can be described by means of objective measures. These measured variables are, for example, a steering angle, a steering angle speed and / or a yaw rate. By comparing the values determined with reference values, it is then possible to make a statement about the reaction time, the reaction strength, the correction duration, the compensation strategy and the like. Such statistical methods for evaluating the relevant variables are well known to the person skilled in the art.

Claims (10)

Verfahren zum Erkennen eines Ermüdungszustand eines Fahrers während des Führen eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Lenksystem (1) aufweist und das Lenksystem (1) Mittel (16) zur Erfassung eines Lenkmoments (M1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktuelles Lenkmoment (M1) erfasst wird, in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkmoment (M1) ein aktives Fahrermoment (M2aktiv) ermittelt wird, der Verlauf des aktiven Lenkmoments (M2aktiv) mit einem Referenzverlauf oder mit mindestens einem Schwellwert (S1) verglichen wird und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs oder von mehreren Ergebnissen mehrerer Vergleiche auf das Vorliegen eines Ermüdungszustands geschlossen wird, wobei das aktive Fahrermoment (M2aktiv) den von dem Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs bewusst aufgebrachten Momentenanteil beschreibt.A method for detecting a state of fatigue of a driver while driving a vehicle, wherein the vehicle is a steering system ( 1 ) and the steering system ( 1 ) Medium ( 16 ) for detecting a steering torque (M1), characterized in that a current steering torque (M1) is detected, depending on the detected steering torque (M1) an active driver torque (M2 active ) is determined, the course of the active steering torque (M2 active ) is compared with a reference curve or with at least one threshold value (S1) and is closed in response to a result of the comparison or of several results of several comparisons on the presence of a fatigue state, wherein the active driver torque (M2 active ) that of the driver for steering describes the vehicle deliberately applied torque proportion. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aktive Fahrermoments (M2aktiv) durch Bildung einer Differenz aus einem Lenkradmoment (M2) und einem passiven Lenkmoment (M3) ermittelt wird.Method according to Claim 1, characterized in that the active driver torque (M2 active ) is determined by forming a difference between a steering wheel torque (M2) and a passive steering torque (M3). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung des Lenkradmoments (M2) eine Lenkwinkelbeschleunigung ermittelt wird, ein Korrekturwert (K) durch Multiplikation der Lenkwinkelbeschleunigung mit einer Trägheit (J) eines Lenkrads (10) gebildet wird, eine Differenz aus dem erfassten Lenkmoment (M1) und dem Korrekturwert (K) gebildet wird und das Lenkradmoment (M2) in Abhängigkeit von der Differenz bestimmt wird.A method according to claim 2, characterized in that for the determination of the steering wheel torque (M2) a steering angle acceleration is determined, a correction value (K) by multiplying the steering angular acceleration with an inertia (J) of a steering wheel ( 10 ) is formed, a difference of the detected steering torque (M1) and the correction value (K) is formed and the steering wheel torque (M2) is determined in dependence on the difference. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Winkelgeschwindigkeit (φ .) eines Momentenstellers (7) ermittelt wird und die Lenkwinkelbeschleunigung in Abhängigkeit von einer zeitlichen Ableitung der Winkelgeschwindigkeit (φ .) bestimmt wird.A method according to claim 3, characterized in that an angular velocity (φ.) Of a torque actuator ( 7 ) is determined and the steering angle acceleration in dependence on a time derivative of the angular velocity (φ.) Is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Lenkmoment (M3) durch Vergleich des Lenkradmoments (M2) mit mindestens einer Referenzgröße oder mindestens einem Sensorsignal oder mittels eines Schätzalgorithmus ermittelt wird.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the passive steering torque (M3) is determined by comparing the steering wheel torque (M2) with at least one reference variable or at least one sensor signal or by means of an estimation algorithm. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein virtuelles Ereignis durch Aufschaltung eines Zusatzmoments (M4) auf das Lenkmoment (M4) erzeugt wird, eine aktuelle Fahrerreaktion auf das virtuelle Ereignis erfasst wird, die aktuellen Fahrerreaktion mit einer zuvor ermittelten Fahrerreaktion eines ausgeruhten Fahrers verglichen wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs auf das Vorliegen eines Ermüdungszustands des Fahrers geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a virtual event is generated by adding an additional torque (M4) to the steering torque (M4), a current driver reaction to the virtual event is detected, the current driver reaction with a previously determined driver response of a rested The driver is compared and is closed depending on the result of the comparison to the presence of a state of fatigue of the driver. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerreaktion beim Eintreten des virtuellen Ereignisses, während der Bewältigung des virtuellen Ereignisses und/oder beim Austreten aus dem virtuellen Ereignis erfasst wird.A method according to claim 6, characterized in that the driver response is detected upon the occurrence of the virtual event, during the management of the virtual event and / or upon exiting the virtual event. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Fahrerreaktion ein Lenkwinkel (δ), eine Lenkgeschwindigkeit und/oder einer Gierrate erfasst wird.Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that for detecting the driver reaction, a steering angle (δ), a steering speed and / or a yaw rate is detected. Vorrichtung zum Erkennen eines Ermüdungszustand des Fahrers eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug ein Lenksystem (1) aufweist und das Lenksystem (1) Mittel (16) zur Erfassung eines Lenkmoments (M1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung umfasst: – Mittel zur Bestimmung eines aktiven Fahrermoments (M2aktiv) in Abhängigkeit von dem erfassten Lenkmoment (M1), wobei das aktive Fahrermoment (M2aktiv) den von dem Fahrer zum Lenken des Fahrzeugs bewusst aufgebrachten Momentenanteil beschreibt, – Mittel zum Vergleichen eines Verlaufs des aktiven Lenkmoments (M2aktiv) mit einem Referenzverlauf oder mit mindestens einem Schwellwert (S1) und – Mittel zum Schließen auf einen Ermüdungszustand des Fahrers in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs oder in Abhängigkeit von mehreren Ergebnissen mehrerer Vergleiche.Device for detecting a state of fatigue of the driver of a vehicle, the vehicle having a steering system ( 1 ) and the steering system ( 1 ) Medium ( 16 ) for detecting a steering torque (M1), characterized in that the device comprises: - means for determining an active driver torque (M2 active ) in dependence on the detected steering torque (M1), wherein the active driver torque (M2 active ) that of the Driver for driving the vehicle deliberately applied torque proportion describes, - means for comparing a curve of the active steering torque (M2 active ) with a reference curve or at least one threshold (S1) and - means for closing on a state of fatigue of the driver depending on a result of Comparison or depending on several results of several comparisons. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.Apparatus according to claim 9, characterized in that the device comprises means for carrying out a method according to one of claims 1 to 8.
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