DE102012213965A1 - Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren - Google Patents

Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs. Gemäß dem Verfahren wird der Fahrer beim automatisierten Fahren fortlaufend in zeitlichen Abständen aufgefordert, jeweils eine unterschiedliche Aufgabe im Fahrzeug durchzuführen. Die Erfüllung der jeweiligen Aufgabe wird ausgewertet und in Abhängigkeit der Auswertung wird der Automatisierungsgrad für das automatisierte Fahren reduziert oder beibehalten. Bei Erfüllung einer Aufgabe bleibt der Automatisierungsgrad für das automatisierte Fahren beispielsweise erhalten. Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit der Auswertung das Fahrzeug angehalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren.
  • Grundsätzlich werden verschiedene Grade für das automatisierte Fahren unterschieden, nämlich das assistierte Fahren (mit Längs- oder Querunterstützung, beispielsweise bei Verwendung eines Abstandstempomaten), das teilautomatisierte Fahren (mit Längs- und Querunterstützung, beispielsweise bei Verwendung eines Stauassistenten), das hochautomatisierte Fahren (mit Längs- und Querunterstützung) und das vollautomatisierte Fahren. Während beim assistierten und teilautomatisierten Fahren der Fahrer das System zwingend dauerhaft überwachen muss, muss der Fahrer beim hochautomatisierten Fahren das System nicht dauerhaft überwachen.
  • Die Automatisierung von Fahraufgaben hat Grenzen. Der Fahrer muss daher das System beim teilautomatisierten Fahren dauerhaft und beim hochautomatisierten Fahren zumindest in gewissen Abständen überwachen und je nach Automatisierungsgrad unterschiedlich schnell in der Lage sein, die Fahraufgabe wieder selbst zu übernehmen. Derartige Systeme geben vor Übernahme der Fahraufgabe typischerweise eine akustische, optische und/oder haptische Übernahmeaufforderung an den Fahrer aus, die dem Fahrer anzeigt, die Fahraufgabe wieder zu übernehmen. Der Fahrer soll zumindest eine derartige Leistungsfähigkeit aufweisen, dass er die Übernahmeaufforderung mitbekommt und die Fahraufgabe rechtzeitig übernehmen kann.
  • Beim automatisierten Fahren besteht je nach Grad der Automatisierung die Gefahr, dass sich der Fahrer aus der Fahraufgabe zurückzieht und die Überwachungsaufgabe nicht ausreichend durchführt; seine Leistungsfähigkeit kann soweit absinken, dass der Fahrer bei einer Übernahmeaufforderung die Fahraufgabe nicht sicher oder nicht rechtzeitig übernehmen kann. Dies wird als Out-of-the-loop-Phänomen bezeichnet, der Fahrer befindet sich dann „out-of-the-loop”. Das Out-of-the-loop-Phänomen äußert sich typischerweise in einem Ausbleiben, einer Verlangsamung oder einer Güteverschlechterung der Reaktionen und Handlungen des Fahrers, in Folge der Automatisierung für den Fall, dass der Fahrer beispielsweise nach einer Übernahmeaufforderung tätig werden soll.
  • Der Fahrer ist vollständig „in-the-loop”, wenn er eine Reihe von Anforderungen auf verschiedenen Ebenen erfüllt. Beispielsweise wenn er wach ist, wenn er körperlich leistungsfähig ist, wenn er mental leistungsfähig ist, wenn er das System überwacht, wenn er auf die Straße blickt und wenn er mental aufmerksam ist.
  • Um zu gewährleisten, dass der Fahrer beim automatisierten Fahren ausreichend leistungsfähig ist, kann der Fahrer durch eine Kamera beobachtet werden und können Vitaldaten des Fahrers gemessen werden. Wenn der Zustand des Fahrers nicht ausreichend ist, wird beispielsweise eine Übernahmeaufforderung an den Fahrer ausgegeben und der Automatisierungsgrad reduziert (beispielsweise eine Assistenzfunktion komplett deaktiviert oder teilweise deaktiviert).
  • Nachteilig hieran ist, dass geeignete Sensoriken notwendig sind. Verfahren zur Beobachtung des Fahrerblicks weisen außerdem den Nachteil auf, dass sie bei verschiedenen Augenformen, beim Tragen von Sonnenbrillen sowie wechselnden Lichtverhältnissen eine begrenzte Verfügbarkeit oder Leistungsfähigkeit aufweisen. Auch die Messung der Vitaldaten kann angesichts unterschiedlicher Kleidung, die Menschen in unterschiedlichen Regionen der Welt tragen, sowie interindividuellen Unterschieden im Puls, Blutdruck usw. nur begrenzt eingesetzt werden.
  • Alternativ kann mittels eines Totmannschalters, der vom Fahrer während der Fahrt kontinuierlich oder wiederholt betätigt werden muss, versucht werden, eine mangelnde Leistungsfähigkeit des Fahrers auszuschließen. Durch dieses sehr rudimentäre Verfahren kann jedoch nicht auf die Fahrerleistung geschlossen werden; der Fahrer könnte nämlich durch einen routinierten Bewegungsablauf den Schalter betätigen, ohne tatsächlich ausreichend leistungsfähig zu sein.
  • Aus der Druckschrift DE 10 2010 022 433 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines vollautomatischen, zur unabhängigen Fahrzeugführung ausgebildeten Fahrerassistenzsystems eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welchem bei Eintritt wenigstens einer Übernahmebedingung eine Fahrerübernahmeaufforderung ausgegeben wird, welche bei Fahrübernahme durch den Fahrer, insbesondere durch Betätigung des Lenkrads und/oder der Pedalerie, zum Deaktivieren des Fahrerassistenzsystems führt, wobei abhängig von einer Betätigung eines Bedienelements durch den Fahrer ein Aufmerksamkeitspotential auf einen Startwert gesetzt wird. Das Aufmerksamkeitspotential wird mit einer Sinkgeschwindigkeit verringert, wobei ein Erreichen oder Unterschreiten eines Grenzwerts durch das Aufmerksamkeitspotential und/oder die Nichtbetätigung des Bedienelements in einer vorbestimmten Zeitspanne nach Erreichen oder Unterschreiten des Grenzwerts und der Ausgabe eines Triggerhinweises an den Fahrer als Übernahmebedingung verwendet werden.
  • Nachteilig an dem Verfahren ist, dass der Fahrer wie bei einem Totmannschalter durch einen routinierten Bewegungsablauf den Schalter betätigen kann, ohne tatsächlich ausreichend leistungsfähig und aufmerksam zu sein.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit des Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs anzugeben, welches die Nachteile konventioneller Verfahren ausräumt.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise handelt es sich bei dem automatisierten Fahren um ein hochautomatisiertes Fahren oder ein teilautomatisiertes Fahren (beispielsweise auf einer Autobahn), bei dem der Fahrer das System zum automatisierten Fahren überwachen muss. Gemäß dem Verfahren wird der Fahrer beim automatisierten Fahren fortlaufend in zeitlichen Abständen aufgefordert, jeweils eine unterschiedliche Aufgabe im Fahrzeug durchzuführen. Die Erfüllung der jeweiligen Aufgabe wird ausgewertet und in Abhängigkeit der Auswertung wird der Automatisierungsgrad für das automatisierte Fahren reduziert oder beibehalten. Bei rechtzeitiger Erfüllung einer Aufgabe bleibt der Automatisierungsgrad für das automatisierte Fahren beispielsweise erhalten. Der Automatisierungsgrad wird beispielsweise dann reduziert, wenn die Aufgabe überhaupt nicht erfüllt, verspätet erfüllt wurde oder fehlerhaft beantwortet wurde. Wenn eine Aufgabe nicht, verspätet oder falsch ausgeführt wird, wechselt das Fahrzeug nach Ankündigung in einen niedrigeren Automatisierungsgrad, insbesondere in den manuellen Fahrbetrieb. Die Änderung des Automatisierungsgrads kann dabei nicht nur von der Erfüllung der zuletzt gestellten Aufgabe, sondern auch von der Erfüllung der Aufgaben davor abhängen.
  • Zum Reduzieren des Automatisierungsgrad kann die Automatisierung teilweise zurückgenommen werden (beispielsweise von einer automatischen Längs- und Quersteuerung des Fahrzeugs zu einer reinen Längssteuerung des Fahrerzeugs) oder auch vollständig entfallen (beispielsweise wird eine automatische Längs- und Quersteuerung vollständig deaktiviert).
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird in Abhängigkeit der Auswertung das Fahrzeug angehalten, nämlich beispielsweise dann, wenn die Auswertung ergeben hat, dass der Fahrer nicht mehr leistungsfähig ist, beispielsweise eingeschlafen.
  • Durch die Reaktionen des Fahrers auf die Aufforderungen ist ein Rückschluss auf seine Leistungsfähigkeit möglich. Dadurch dass der Fahrer fortlaufend in zeitlichen Abständen aufgefordert wird, unterschiedliche Aufgaben zu lösen, kann im Fall der Erfüllung der Aufgaben, darauf geschlossen werden, dass der Fahrer mentale und physische Mindestanforderungen erfüllt, der Fahrer nicht eingeschlafen ist und bei Bedarf einer Übernahmeaufforderung folgen kann. Wenn die Aufgaben nicht erfüllt werden, kann beispielsweise nach einer entsprechenden Übernahmeaufforderung die Automatisierung zurückgenommen werden.
  • Das Verfahren geht davon aus, dass durch die Auswertung der Bedienung von Bedienelementen im Fahrzeug auf entsprechende Aufforderungen hin sowie Antworten oder Reaktionen des Fahrers auf Aufforderungen eine Aussage über den Fahrerzustand gewonnen werden kann.
  • Durch Auswertung der Reaktion des Fahrers auf gestellte Aufgaben kann die Ausprägung des Out-of-the-Loop-Phänomens beim Fahrer bewertet werden. Anhand der Auswertung der Fahrerreaktion auf gestellte Aufgaben kann eine Übernahmeaufforderung ausgelöst werden.
  • Der Grad der Ermüdung eines Fahrers kann empirisch klassifiziert werden, so dass eine Prognose über den Verlauf der Leistungsfähigkeit und Wachheit des Fahrers nach einer bestimmten Aktion des Fahrers für die nächsten Sekunden (beispielsweise 30–120 s) gebildet werden kann. Für einen Zeitraum nach einer Fahreraktion, für den garantiert werden kann, dass der Fahrer ein ausreichendes Maß an Leistungsfähigkeit besitzt und wach ist, kann dann das automatische Fahren mit dem bestehenden Automatisierungsgrad beibehalten werden, spätestens nach Verstreichen des Zeitraums sollte dann dem Fahrer eine neue Aufgabe gestellt werden. Die Zeitdauer zwischen zwei benachbarten Aufforderungen, d. h. der Kehrwert der Frequenz der Aufforderungen, entspricht unter Vernachlässigung der Reaktionszeit des Fahrers der angenommenen Zeitdauer nach einer Fahrerreaktion auf eine gestellte Aufgabe, in der automatisiert gefahren werden kann und nach deren Verstreichen einer neue Aufgabe gestellt wird.
  • Vorzugsweise wird der Fahrer in unregelmäßigen zeitlichen Abständen aufgefordert, unterschiedliche Aufgaben im Fahrzeug durchzuführen, d. h. die zeitlichen Abstände zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Aufforderungen sind ungleich und schwanken über der Zeit. Die zeitliche Unregelmäßigkeit der Aufforderungen sorgt dafür, dass der Fahrer nicht konditioniert und automatisiert auf die Aufforderungen reagieren kann.
  • Der Zeitdauer nach Reaktion des Fahrers bis zu der nächsten Aufforderung kann beispielsweise an der Zeitdauer orientiert werden, die das Fahrzeug bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit benötigt, um den Horizont der Vorausschau (beispielsweise 500 m) des Fahrers bei Blick auf die Straße zu durchfahren. Bei 20 km/h und 500 m Horizont entspricht die Zeitdauer 90 s, bei 60 km/h und 500 m Horizont entspricht die Zeitdauer 30 s.
  • Generell sollte die Zeitdauer zwischen zwei Aufgaben so gewählt sein, dass der Fahrer während der Zeitdauer nicht zu stark „out-of-the-loop” gerät oder gar einschläft.
  • Der Zeitdauer zwischen zwei benachbarten Aufforderungen oder die Zeitdauer nach der Fahrerreaktion auf eine Aufforderung hin bis zu der nächsten Aufforderung ist vorzugsweise von der Fahrgeschwindigkeit abhängig. Hierbei ist die Zeitdauer tendenziell bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit kürzer als bei einer geringeren Fahrzeuggeschwindigkeit. Beispielsweise wird die Zeitdauer ab einer bestimmten Geschwindigkeit (beispielsweise 20 km/h) mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit reduziert (beispielsweise invers linear oder invers quadratisch).
  • Das hochautomatisierte oder teilautomatisierte Fahren ist vorzugsweise lediglich bis zu einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit möglich. Darüber hinaus wird der Automatisierungsgrad für das automatische Fahren reduziert, dazu wird dann das System in einen Modus mit geringerer Automatisierung oder in einen manuellen Modus umgeschaltet.
  • Vorzugsweise sollte die Zeitdauer bei einer festen Geschwindigkeit nicht identisch sein, sondern – wie vorstehend beschrieben – variieren. Beispielsweise schwankt die Zeitdauer um einen von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen (Mittel-)Wert mit einer bestimmten Schwankungsbreite.
  • Der zeitliche Abstand zwischen zwei Aufforderungen sollte jedoch nicht zu gering gewählt werden; dieser sollte grundsätzlich so gewählt werden, dass der durch das System zum automatischen Fahren erzielbare Komfort und Mehrwert weitestgehend erhalten bleibt.
  • Vorzugsweise sind zur Durchführung der Aufgaben Fahrer-Bedienelemente seitens des Fahrers zu betätigen, die für Bedienfunktionen im Fahrzeug ohnehin schon vorhanden sind, beispielsweise ein zentrales Bedienelement zur Bedienung von Komfortfunktionen, Bedienelemente zum Einstellen der Klimaanlage und/oder Bedienelemente zum Einstellen von Spiegeln. Indem zur Durchführung der Aufgaben ohnehin vorhandene Elemente genutzt werden, kann weitestgehend auf zusätzliche Hardware zur Realisierung des Verfahrens im Fahrzeug verzichtet werden.
  • Die Aufgaben werden dem Fahrer optisch, akustisch und/oder haptisch mitgeteilt. Eine Aufgabe wird dem Fahrer beispielsweise zuerst optisch und dann akustisch und/oder haptisch angekündigt, so dass auch ein Fahrer, der die Augen geschlossen hat, diese Aufforderung mitbekommt.
  • Die Aufgaben werden vorzugsweise so gewählt, dass zu deren Erfüllung je nach Aufgabe ein gewisses Maß an mentaler und/oder körperlicher Leistungsfähigkeit notwendig ist.
  • Die Handlungen zum Erfüllen der Aufgaben können dabei vorzugsweise weitestgehend nur vom Fahrer durchgeführt werden, so dass verhindert wird, dass der Beifahrer die für den Fahrer vorgesehenen Aktionen durchführt.
  • Die Aufgaben können so gewählt werden, dass der Fahrer bei deren Durchführung die Verkehrsumgebung beobachten muss. Beispielsweise können die Aufgaben abwechselnd so gewählt werden, dass der Fahrer bei deren Erfüllung den Blick nach vorne, auf einen Seitenspiegel oder einen Rückspiegel richten muss. Die Frequenz der Aufforderungen, die Blicke in Seiten- oder Rückspiegel voraussetzen, orientiert sich beispielsweise an der Frequenz der Blicke in Seiten bzw. Rückspiegel beim manuellen Fahren während des Geradeausfahrens.
  • Die Aufgaben können eine oder mehrere der folgenden Aufgaben umfassen:
    • – das Ändern der Einstellung für ein fahrerseitig einstellbares Element des Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugspiegels, beispielsweise eines linken oder rechten Seitenspiegels oder eines Rückspiegels,
    • – das Beantworten einer Frage, die beispielsweise die Fahrzeugumgebung betrifft (z. B. welche Farbe hat das vorausfahrende Fahrzeug), und
    • – das Erkennen einer oder Reagieren auf eine in einer optischen Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs dargestellten Information, beispielsweise das Erkennen einer Farbe oder eine geometrischen Form in einer optischen Anzeigeeinrichtung (beispielsweise im Head-Up-Display des Fahrzeugs) in Verbindung mit einer entsprechenden Eingabe über ein Bedienelement.
  • Die Aufgaben können vielfältige Formen annehmen und so gestaltet werden, dass der Fahrer bei der Erfüllung der Aufgaben ein positives Nutzererlebnis verspürt und die Erfüllung der Aufgaben nicht als störend empfindet
  • Die beim Verfahren zur Verfügung stehenden Aufgaben können in verschiedene Aufgabenklassen gruppiert, wobei die Aufgabenklassen jeweils unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden oder Aufgabenarten zugeordnet sind (beispielsweise Aufgaben hinsichtlich der mentalen Leistungsfähigkeit oder hinsichtlich der körperlichen Leistungsfähigkeit).
  • Anhand der gestellten Aufgabe und der fahrerseitigen Reaktion auf eine Aufgabe können Werte für eine Mehrzahl von Faktoren bestimmt werden, die den aktuellen Zustand des Fahrers beschreiben. Dabei kann in die Berechnung des aktuellen Zustands der vorherige Zustand des Fahrers berücksichtigt werden. Die einzelnen Faktoren können beispielsweise angeben, ob der Fahrer wach ist (Faktor W), der Fahrer müde ist (Faktor M), körperlich ausreichend leistungsfähig ist (Faktor K) bzw. nach vorne blickt (Faktor I). Aus den Werten der einzelnen Faktoren kann dann eine Indexzahl zur Bewertung des Fahrerzustands berechnet werden. Aus der Indexzahl kann dann beispielsweise die Dauer berechnet werden, nach deren Verstreichen wieder eine neue Aufforderung zur Erfüllung einer Aufgabe erfolgt. Ferner kann aus der Indexzahl abgeleitet werden, ob der Automatisierungsgrad für das automatische Fahren reduziert wird oder beibehalten bleibt.
  • 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 102010022433 A1 [0009]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Gewährleisten einer ausreichenden Leistungsfähigkeit eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim automatisierten Fahren des Kraftfahrzeugs, wobei – der Fahrer fortlaufend in zeitlichen Abständen aufgefordert wird, jeweils eine unterschiedliche Aufgabe im Fahrzeug durchzuführen, – die Erfüllung der jeweiligen Aufgabe ausgewertet wird, und – der Automatisierungsgrad für das automatisierte Fahren in Abhängigkeit der Auswertung reduziert wird oder beibehalten wird, oder alternativ in Abhängigkeit der Auswertung das Fahrzeug sicher angehalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufforderungen oder die Zeitdauer nach einer Fahrerreaktion auf eine Aufforderung hin bis zu der nächsten Aufforderung unregelmäßig ist und über der Zeit variiert.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Aufforderungen oder die Zeitdauer nach einer Fahrerreaktion auf eine Aufforderung hin bis zu der nächsten Aufforderung von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Durchführung der Aufgaben Fahrer-Bedienelemente genutzt werden, die für Bedienfunktionen im Fahrzeug ohnehin vorhanden sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit der Auswertung eine Übernahmeaufforderung an den Fahrer erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufgaben ein oder mehrere der folgenden Aufgaben umfassen: – Ändern der Einstellung für ein fahrerseitig einstellbares Element des Fahrzeugs, insbesondere eines Fahrzeugspiegels, – Beantworten einer Frage, die die Fahrzeugumgebung betrifft, und – Erkennen einer oder Reagieren auf eine in einer optischen Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs dargestellten Information.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Auswertung anhand der jeweiligen Aufgabe und der fahrerseitigen Reaktion auf diese Aufgabe Werte für eine Mehrzahl von Faktoren bestimmt werden, die den aktuellen Zustand des Fahrers beschreiben.
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