DE102011011319A1

DE102011011319A1 - Verfahren zum Beurteilen der Fahreraufmerksamkeit

Info

Publication number: DE102011011319A1
Application number: DE102011011319A
Authority: DE
Inventors: Ralf RATHMACHER; Thomas Schramm; Dr. Wagner Nikolas; Bruno Praunsmändel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-08-16

Abstract

Ein Verfahren zum Beurteilen der Aufmerksamkeit des Fahrers eines Kraftfahrzeugs hat die Schritte: a) Überwachen (S11) von Lenkbewegungen des Fahrers; b) Überprüfen (S12) der Lenkbewegungen auf das Vorliegen von Mustern, die auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisen; c) Entscheiden (S13), ob der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kurskorrektur erfordert oder nicht; und d) wenn ein auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisendes Muster erkannt wurde, Beurteilen (S15) der Aufmerksamkeit als unzureichend, wenn gleichzeitig der vor dem Fahrzeug liegende Weg keine Kurskorrektur erfordert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beurteilen der Aufmerksamkeit des Fahrers eines fahrenden Kraftfahrzeugs.
Vorrichtungen und Verfahren, die die Lenkaktivitäten des Fahrers eines Kraftfahrzeugs überwachen, um ihre Qualität zu beurteilen und anhand der Beurteilung das Aufmerksamkeitsniveau des Fahrers einzuschätzen und ggf. eine Warnung zu erzeugen, sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt.
Ein verbreiteter Ansatz zur Aufmerksamkeitsbeurteilung ist, den zeitlichen Ablauf von Lenkbewegungen des Fahrers zu überwachen und bei Erfüllung vorgegebener Kriterien, z. B. im Falle einer abrupten Lenkbewegung, die auf eine Phase der Lenkruhe folgt, mangelnde Aufmerksamkeit anzunehmen. Dieser Ansatz ist z. B. aus DE 10 2008 056 593 A1 und einigen weiteren, in dieser Schrift zitierten Dokumenten bekannt.
Ein Problem, das allen diesen bekannten Verfahren gemeinsam ist, ist die mangelnde Berücksichtigung äußerer Umstände. So kann es für einen voll aufmerksamen Fahrer nach einer Phase der Lenkruhe durchaus notwendig sein, eine abrupte Lenkbewegung durchzuführen, um auf ein unvorgesehenes Ereignis wie etwa ein Tier auf der Fahrbahn oder hinter einer Hügelkuppe unversehens auftauchenden Gegenverkehr zu reagieren, oder um nach einer längeren geraden Strecke einer Kurve des Fahrwegs zu folgen. Gerade in Situationen, in denen der Fahrer auf ein unvorhergesehenes Ereignis durch eine plötzliche Lenkbewegung reagieren muss, kann es ausgesprochen irritierend sein, wenn gleichzeitig ein Überwachungssystem eine Warnung wegen vermeintlich mangelhafter Fahreraufmerksamkeit auslöst und dieser den Eindruck hat, zusätzlich zu dem bereits erkannten noch ein anderes überraschendes Ereignis berücksichtigen zu müssen. Anstatt die Sicherheit zu verbessern, kann die Warnung eines Überwachungssystems in einer solchen Situation eher den Fahrer verwirren und die Gefahr von Fahrfehlern vergrößern.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren zum Beurteilen der Fahreraufmerksamkeit zu schaffen, das die Gefahr einer Verwirrung des Fahrers durch Fehlwarnungen miniert.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Schritten:

a) Überwachen von Lenkbewegungen des Fahrers;
b) Überprüfen der Lenkbewegungen auf das Vorliegen von Mustern, die auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisen;
c) Entscheiden, ob der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kurskorrektur des Fahrzeugs erfordert oder nicht; und
d) wenn ein auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisendes Muster erkannt wurde, Beurteilen der Aufmerksamkeit des Fahrers als unzureichend, wenn gleichzeitig der vor dem Fahrzeug liegende Weg keine Kurskorrektur erfordert.

Wenn in Schritt c) entschieden wird, dass der Weg eine Kurskorrektur erfordert, kann die Ausführung wenigstens des Schritts d), evtl. auch die des Schritts b), zeitweilig ausgesetzt werden. Da folglich keine Entscheidung getroffen werden kann, dass die Aufmerksamkeit des Fahrers mangelhaft ist, kann es in einer solchen Situation auch nicht zur Erzeugung eines diesbezüglichen Warnsignals kommen, und eine Reizüberflutung des Fahrers durch das Warnsignal zusätzlich zu dem Ereignis, das ihn zu der Lenkbewegung verursacht hat, ist ausgeschlossen.
Einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens zufolge kann die Überprüfung der Lenkbewegungen gemäß Schritt b) auch dann durchgeführt werden, wenn der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kursänderung erfordert, wobei dann im Schritt b) die Aufmerksamkeit auch dann als unzureichend beurteilt wird, wenn die Lenkbewegung des Fahrers ungeeignet ist, um die erforderliche Kurskorrektur zu bewirken.
Eine Kurskorrektur sollte insbesondere dann als erforderlich beurteilt werden, wenn der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kurve aufweist, der das Fahrzeug folgen muss. Da der noch vor dem Fahrzeug liegende Weg beurteilt wird, kann die Notwendigkeit, eine Kurve zu fahren, bereits erkannt werden, bevor das Fahrzeug in die Kurve eingetreten ist, d. h. wenn der Fahrer beginnt, eine Kurve zu lenken, ist die Beurteilung der Fahreraufmerksamkeit als unzureichend, zu der eine Kurvenlenkbewegung auf gerader Strecke führen könnte, bereits unterbunden. Die Erzeugung einer Fehlwarnung ist daher zuverlässig ausgeschlossen.
Wie bereits weiter oben angesprochen, kann in Schritt c) eine Kurskorrektur zweckmäßigerweise auch dann als erforderlich beurteilt werden, wenn sich auf dem vor dem Fahrzeug liegenden Weg ein Hindernis befindet.
Um die Existenz eines solchen Hindernisses bzw. eine vor dem Fahrzeug liegende Kurve rechtzeitig zu erkennen, wird der vor dem Fahrzeug liegende Weg zweckmäßigerweise mittels einer Kamera überwacht.
Um eine vor dem Fahrzeug liegende Kurve zu erkennen, können auch Kartendaten verwendet werden, vorzugsweise in Verbindung mit der Nutzung eines an sich bekannten Fahrzeugsnavigationssystems.
Fahrerassistenzsysteme mit einer auf den vor dem Fahrzeug liegenden Weg gerichteten Kamera sind insbesondere zur automatischen Abstandregelung zu einem vorausfahrenden Fahrzeug an sich bekannt. Derartige, einen Mikroprozessor oder dergleichen verwendende Systeme sind durch geeignete Programmierung aufrüstbar, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Daher ist ein weiterer Erfindungsgegenstand ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die einen Computer befähigen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Es zeigen:
1 eine typische Anwendungssituation des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Draufsicht;
2 ein Flussdiagramm eines ersten Teilprozesses des Verfahrens; und
3 ein Flussdiagram eines zweiten Teilprozesses.
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das sich auf einer Straße 2 bewegt. Die Straße 2 hat hier zwei Fahrspuren 3, 4 für Verkehr in entgegengesetzte Richtungen, einen die Fahrspur 3, 4 begrenzenden Mittelstreifen 5 sowie Fahrbahnrandmarkierungen 6; das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch auf ein- oder mehrspurigen Straßen mit oder ohne Markierungen anwendbar.
Zu einem als gegenwärtig betrachteten Zeitpunkt befindet sich das Fahrzeug 1 auf einem geraden Abschnitt 7 seiner Fahrspur 3, und ein Kurvenabschnitt 8 liegt in Sichtweite voraus, so dass der Fahrer des Fahrzeugs ihn erkennen und Lenkmanöver sowie ein eventuelles Verzögern des Fahrzeugs 1 unter Berücksichtigung des Kurvenabschnitts 8 planen kann.
Auch Hindernisse auf der Fahrspur 3, wie etwa ein Schlagloch, ein auf die Fahrbahn gefallener Stein, Tiere oder Personen, können Lenkmanöver des Fahrers erforderlich machen, um ein Überfahren des Hindernisses 9 oder einen Zusammenstoß mit ihm zu vermeiden.
Ein vom Fahrer in Anbetracht des Kurvenabschnitts 8 geplanter Kurs des Fahrzeugs 1 ist in der Figur als strichpunktierte Linie 10 eingezeichnet. Während das Fahrzeug 1 bei Geradeausfahrt auf dem Abschnitt 7 typischerweise einen in etwa gleichen Abstand vom Mittelstreifen 5 und der Randmarkierung 6 einhält, nähert es sich beim Durchfahren der Kurve typischerweise einem inneren Rand seiner Fahrspur 3, hier also dem Mittelstreifen 5, stark an.
Ein System zur Überwachung der Fahreraufmerksamkeit kann in dem Fahrzeug 1 auf unterschiedliche Weise implementiert sein. Ein denkbarer Ansatz ist, Lenkbewegungen des Fahrers direkt, durch Messungen des Einschlagwinkels des Lenkrades oder der von ihm gelenkten vorderen Räder des Fahrzeugs 1, zu überwachen. Ein solches Verfahren könnte, sofern nicht erfindungsgemäß geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden, den Beginn einer Lenkbewegung des Fahrers am Punkt 11 der Linie 10, dort wo diese von einer Geraden 12 abzuweichen beginnt, als eine plötzliche starke Lenkbewegung am Ende einer Phase der Lenkruhe und damit als die Schreckreaktion eines unaufmerksamen Fahrers beim Erkennen eines bevorstehenden Abkommens von der Fahrbahn interpretieren und in Folge dessen fehlerhaft eine Warnung wegen mangelnder Aufmerksamkeit auslösen.
Denkbar ist aber auch, Lenkbewegungen des Fahrers indirekt, z. B. mit Hilfe von vom Fahrzeug aus in seitlicher Richtung orientierten, den Abstand zum Mittelstreifen 5 bzw. Fahrbahnrand 6 messenden Kameras zu erfassen und aus einer plötzlichen Änderung des Abstands zum Fahrbahnrand auf ein Lenkmanöver zu schließen. Bei diesem Ansatz würde ebenfalls beim Durchfahren des Abschnitts 7 eine Phase der Lenkruhe erkannt, auf die, wenn sich das Fahrzeug beim Durchfahren der Kurve 8 dem Mittelstreifen 5 nähert, scheinbar eine abrupte Korrektur folgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das es erlaubt, in einer solchen Situation eine fehlerhafte Warnung zu vermeiden, kann in zwei Prozessstränge gegliedert werden, die jeweils zyklisch wiederholt werden, ohne in einem festen zeitlichen Verhältnis zueinander zu stehen. Die zwei Prozessstränge werden daher jeweils anhand eigener Flussdiagramme, wie in 2 und 3 dargestellt, erläutert.
Der Prozessstrang der 2 beginnt im Schritt S1 mit dem Ermitteln der Position des Fahrzeugs 1. Diese Positionsermittlung kann von einem an sich bekannten Fahrzeugnavigationssystem durchgeführt werden und braucht daher hier nicht im Detail erläutert zu werden. Basierend auf in dem Fahrzeugnavigationssystem gespeicherten Kartendaten wird die ermittelte Position einer in den Kartendaten verzeichneten Straße zugeordnet. So ist das Fahrzeugnavigationssystem oder ein Bordcomputer des Fahrzeugs 1 in der Lage, zu beurteilen, ob in Sichtweite des Fahrers vor dem Fahrzeug 1 eine Kurve liegt (S2). Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S5 ein Sperrflag gesetzt, dessen Wirkung später beschrieben wird. Anderenfalls wird in Schritt S3 mit Hilfe einer im Bugbereich des Fahrzeugs 1 montierten Kamera 13 (s. 1) ein Bild der vor dem Fahrzeug 1 liegenden Straße 2 aufgenommen. Anhand der in dem Bild erkennbaren Fahrbahnrandmarkierung 6 und des Mittelstreifens 5 oder, bei Fehlen solcher Markierungen, anhand eines farblichen Kontrasts zwischen der Fahrbahn und ihrer Umgebung, ist der Bordcomputer in der Lage, den Verlauf der Straße 2 zu kennen und den vor dem Fahrzeug 1 liegenden Kurvenabschnitt 8 zu identifizieren, bevor das Fahrzeug 1 ihn erreicht hat. Auch in diesem Fall (S4) verzweigt der Prozess nach S5, um das Sperrflag zu setzen. Nur wenn weder in den Kartendaten noch in dem Bild der Kamera 13 eine vorausliegende Kurve erkennbar ist, wird das Sperrflag in S6 zurückgesetzt.
Die kombinierte Nutzung von Kartendaten und Kamerabildern ermöglicht die Erkennung einer vorausliegenden Kurve sowohl bei schlechten Sichtverhältnissen als auch bei Befahren eines Weges, zu dem keine ausreichend detaillierten Kartendaten verfügbar sind. Grundsätzlich käme anstelle des in 2 gezeigten Verfahrensablaufs auch ein vereinfachter Ablauf in Betracht, bei dem die Kurvenprognose nur auf Kartendaten oder nur auf Kamerabildern basiert. Bevorzugt ist allerdings, beide Ansätze wie gezeigt zu kombinieren, einerseits wegen der höheren Zuverlässigkeit, andererseits, weil die Auswertung von Kamerabildern es auch erlaubt, zeitweilige Hindernisse 9 wie etwa Fahrbahnschäden oder Fremdgegenstände auf der Fahrbahn, zu berücksichtigen, die in den Kartendaten eines Navigationssystems nicht verzeichnet sein können.
Der in 3 gezeigte zweite Prozessstrang beginnt in Schritt S11 mit der Erfassung von Lenkbewegungen des Fahrers. Diese können, wie oben bereits erwähnt, auf der Überwachung des Lenkrades oder auf der Überwachung des Abstands zu einem Rand des Fahrstreifens 3 basieren. Wenn die Kamera 13 einen ausreichend großen Blickwinkel hat, kann die Überwachung des Abstands zum Fahrstreifenrand auf den in jeder Wiederholung des Schritts S3 aufgenommen Bildern basieren.
Eine Entscheidung, ob die in Schritt S11 erfasste Lenkbewegung auf mangelnde Aufmerksamkeit des Fahrers hinweist, kann in Schritt S12 nach beliebigen bekannten Kriterien erfolgen, z. B. wie bereits erwähnt bei Erfassung einer plötzlichen Lenkbewegung nach einer Phase relativer Lenkruhe. Wenn die erfasste Lenkbewegung unbedenklich ist, kehrt der Prozessstrang zum Ausgangspunkt S11 zurück. Anderenfalls wird im Schritt S13 geprüft, ob das Sperrflag gesetzt ist oder nicht. Wenn nicht, dann bedeutet dies, dass keine vor dem Fahrzeug 1 liegende Kurve erkannt wurde, die einen Anlass für die in S12 als suspekt erkannte Lenkbewegung liefern könnte. Folglich wird in Schritt S15 unzureichende Aufmerksamkeit des Fahrers festgestellt.
Die Feststellung unzureichender Aufmerksamkeit in Schritt S15 kann unmittelbar zur Erzeugung eines vom Fahrer wahrnehmbaren Warnsignals führen, denkbar ist aber auch, dass lediglich ein interner Zähler des Prozesses erhöht wird, und dass eine Warnung erst erzeugt wird, wenn der Zähler einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Wenn dieser Zähler in regelmäßigen Zeitabständen dekrementiert wird, ist sein Wert ein Maß für die Häufigkeit von suspekten Lenkmanövern.
Wenn in Schritt S13 festgestellt wird, dass das Sperrflag gesetzt ist, kann das Verfahren einer einfachen Ausgestaltung zufolge unmittelbar zum Ausgangspunkt S11 zurückkehren. Dies kommt einer Aussetzung der Aufmerksamkeitsüberwachung während der Zeit gleich, in der das Sperrflag gesetzt ist. Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung hingegen ist zwischen S13 und S11 ein Schritt S14 eingeschoben, in dem überprüft wird, ob die in Schritt S11 erfasste Lenkbewegung geeignet ist, um die in S2 oder S4 ermittelte Kurve 8 zu durchfahren. Im einfachsten Fall, wenn nur die Richtung der Kurve 8 bekannt ist, aber nicht ihr Radius, kann sich die Überprüfung des Schritts S14 nur auf die Lenkrichtung beziehen. Eine Lenkbewegung, die das Fahrzeug nicht entlang der Kurve 8 führen würde, kann nicht als Hinweis auf ausreichende Aufmerksamkeit interpretiert werden, und führt daher ebenfalls zum Schritt S15.
Die Überprüfung des Schritts S4 muss nicht auf die Erkennbarkeit einer Kurve wie etwa 8 in im Schritt S3 aufgenommen Bild beschränkt sein, auch Hindernisse 9 auf der Fahrbahn wie etwa Schlaglöcher, Fremdkörper etc. können erfasst werden, und ihre Erfassung kann, genauso wie die Erfassung einer Kurve, zum Setzen des Sperrflags (S5) führen. In analoger Weise wird dann das Sperrflag zurückgesetzt (S6), wenn weder eine Kurve noch ein Hindernis erkennbar sind.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Straße
3: Fahrspur
4: Fahrspur
5: Mittelstreifen
6: Fahrbahnrandmarkierung
7: gerader Abschnitt
8: Kurvenabschnitt
9: Hindernis
10: Linie
11: Punkt
12: Gerade
13: Kamera

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008056593 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Beurteilen der Aufmerksamkeit des Fahrers eines Kraftfahrzeugs (1), mit den Schritten: a) Überwachen (S11) von Lenkbewegungen des Fahrers; b) Überprüfen (S12) der Lenkbewegungen auf das Vorliegen von Mustern, die auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisen; c) Entscheiden (S2, S4; S13), ob der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kurskorrektur erfordert oder nicht; und d) wenn ein auf mangelnde Aufmerksamkeit hinweisendes Muster erkannt wurde, Beurteilen (S15) der Aufmerksamkeit als unzureichend, wenn gleichzeitig der vor dem Fahrzeug liegende Weg keine Kurskorrektur erfordert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung wenigstens des Schrittes d) zeitweilig ausgesetzt wird (S5, S13), wenn in Schritt c) entschieden wird, dass der Weg eine Kurskorrektur erfordert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Aufmerksamkeit auch dann als unzureichend beurteilt wird, wenn der vor dem Fahrzeug liegende Weg eine Kurskorrektur erfordert und die Lenkbewegung ungeeignet ist, um diese Kurskorrektur zu bewirken (S14).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) eine Kurskorrektur als erforderlich beurteilt wird (S2, S4), wenn der vor dem Fahrzeug (1) liegende Weg (3) eine Kurve (8) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) eine Kurskorrektur als erforderlich beurteilt wird (S4), wenn sich auf dem vor dem Fahrzeug liegenden Weg ein Hindernis (9) befindet.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vor dem Fahrzeug (1) liegende Weg (3) mittels einer Kamera (13) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine vor dem Fahrzeug (1) liegende Kurve (8) mittels Kartendaten eines Navigationssystems erfasst wird.
Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.