DE102014018616A1

DE102014018616A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Fahrertauglichkeit

Info

Publication number: DE102014018616A1
Application number: DE102014018616.4A
Authority: DE
Inventors: Guido Hoffmann; Rüdiger Meyer; Christian Sulzbacher
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2014-12-13
Filing date: 2014-12-13
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Fahrertauglichkeit und/oder Erfahrenheit des Fahrers eines Fahrzeugs (1), mit mindestens folgenden Schritten: Ermittlung einer Gierrate des Fahrzeugs (1) als Funktion der Zeit, Ermittlung einer Gierraten-Eigenschaftsfunktion aus der ermittelten Gierrate (ω(t)), Vergleich der Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G (t)) mit mindestens einem Vergleichswerten, und Ermittlung eines Fahrertauglichkeitsgrad (DL) des Fahrers, insbesondere eines Aufmerksamkeitsgrades und/oder Erfahrenheitsgrades, in Abhängigkeit des Vergleichs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Fahrertauglichkeit des Fahrers eines Fahrzeugs sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Zur Ermittlung der Aufmerksamkeit des Fahrers sind unterschiedliche Verfahren bekannt:
So kann zum einen der Fahrer selbst überwacht werden; hierzu sind z. B. eine Überwachung der Pulsfrequenz oder der Lidschlagfrequenz des Fahrers bekannt, um eine Müdigkeit des Fahrers zu ermitteln.
Weiterhin ist es bekannt, das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu ermitteln und zu bewerten, um hieraus auf eine Aufmerksamkeit des Fahrers zu schließen. Die DE 44 00 207 A1 zeigt ein entsprechendes Verfahren, bei dem zusätzlich zu der Herzschlagfrequenz des Fahrers Lenkwinkeldaten des vom Fahrer eingegebenen Lenkwinkels herangezogen werden. Die DE 10 2006 043 676 A1 beschreibt eine Bewertung der Fahreraufmerksamkeit aufgrund der Längs- und/oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs; bei stärkeren Längs- und/oder Querbeschleunigungen, die außerhalb eines Komfortbereichs liegen, wird auf eine erhöhte Fahreraufmerksamkeit geschlossen. Falls die ermittelte Querbeschleunigung unterhalb eines bestimmten Schwellwertes bleibt, der sich empirisch ermitteln lässt, wird auf eine höhere Unaufmerksamkeit des Fahrers geschlossen. In Abhängigkeit der Ermittlung des Aufmerksamkeitsgrades kann dann eine Warnfunktion für gefährliche Fahrsituationen unterdrückt werden.
Die DE 10 2009 009 975 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung der Aufmerksamkeit eines Fahrers während der Fahrt, bei der eine statistische Auswertung einer Mehrzahl von Messwerten über eine Zeitdauer vorgenommen wird. Hierbei wird eine Abweichung der Fahrtrichtung von einer idealen Fahrtrichtung ermittelt und eine Verteilung der so ermittelten Abweichung mit einer Gaußschen Verteilungsfunktion verglichen, die einen aufmerksamen Fahrer wiedergeben soll.
Die DE 10 2008 056 593 A1 beschreibt ein Verfahren zur Warnung eines Fahrers vor Müdigkeit, bei dem zunächst sensorielle Daten für die Bewertung der Unaufmerksamkeit herangezogen werden und bei Überschreiten einer Auslöseschwelle überprüft wird, ob ein kritisches, auf Müdigkeit hinweisendes Ereignis vorliegt.
Die DE 10 2009 005 730 A1 beschreibt eine Überwachung der Aufmerksamkeit eines Fahrzeugführers, bei dem eine Ist-Blickrichtung des Fahrers mit einer Soll-Blickrichtung, in der der Fahrer bei Aufmerksamkeit blicken sollte, verglichen wird.
In der DE 197 34 307 A1 wird die Blickrichtung des Fahrers mit der Fahrtrichtung verglichen, die über eine Fahrtrichtungsbestimmungseinrichtung z. B. über eine Gierrate, einen Lenkwinkel oder eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs bestimmt wird.
Die DE 10 2010 048 273 A1 beschreibt ein Verfahren und ein Fahrassistent-System zum aufmerksamkeitsabhängigen Initiieren einer Fahrzeugaktion, bei dem ein Ist-Fahrpfad des Fahrers mit einem Soll-Fahrpfad verglichen wird, und hieraus auf die Aufmerksamkeit des Fahrers geschlossen wird.
In der DE 10 2009 004 487 A1 werden Daten eines Lenkradwinkelsensors verwendet, um Lenkruhephasen und Lenkaktionen zu detektieren, wobei Lenkfehler ermittelt und gewichtet werden.
Verfahren unter Sensierung des Körpers des Fahrers oder von dessen Verhalten sind jeweils mit einer hohen Unsicherheit versehen und hängen von individuellen biologischen Eigenschaften des Fahrers ab. Trägt der Fahrer z. B. eine Sonnenbrille oder weist er aus Gründen, die nicht auf seinem Aufmerksamkeitsgrad beruhen, einen geänderten Pulsschlag auf, kann dies zu einer Fehlauswertung führen.
Bei einer Bewertung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs ist bei einigen dieser Verfahren eine zusätzliche Sensorik erforderlich wie z. B. ein Querbeschleunigungssensor, der im Fahrzeug ansonsten nicht vorhanden ist. Hierdurch treten entsprechende Zusatzkosten auf. Weiterhin gehen in diese Ermittlungen einige Annahmen über das ideale Fahrverhalten eines Fahrers ein, die in der Realität eher fraglich sind; so wird bei einigen Verfahren angenommen, dass ein aufmerksamer Fahrer typischerweise höhere Abweichungen von einer idealen Fahrtrajektorie oder regelmäßige Abweichungen hiervon vornehmen wird; derartige Annahmen können jedoch im Allgemeinen nicht weiter belegt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Fahrverhaltens eines Fahrzeugs zu schaffen, die mit relativ geringem Aufwand eine relativ genaue Bestimmung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß wird somit allgemein ein Fahrertauglichkeitsgrad des Fahrers bestimmt. Hierbei wird eine Gierrate bzw. Giergeschwindigkeit, d. h. die Drehbewegung des Fahrzeugs um seine Hochachse, herangezogen, die insbesondere durch einen Gierraten-Sensor gemessen werden kann.
Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass eine Gierrate gegenüber z. B. Längs- und Querbeschleunigungen mit einer recht hohen Genauigkeit ermittelt werden kann. So ermöglicht die Einbeziehung einer Gierrate eine bessere Bewertung als z. B. ein Querbeschleunigungs-Sensor, da die Querbeschleunigung auch direkt von der Fahrgeschwindigkeit abhängig ist und daher aufwändigere Kompensationen erfordert und eine höhere Fehlerbreite aufweisen kann. Hierbei wird erfindungsgemäß der Gierrate auch eine hohe Relevanz für die Bewertung des Fahrertauglichkeitsgrades zugeordnet. Weiterhin werden Gierraten-Sensoren oftmals bereits von Fahrdynamik-Regelsystemen eingesetzt, so dass gegebenenfalls eine bereits vorhandene Sensorik einbezogen werden kann.
Der Fahrertauglichkeitsgrad des Fahrers kann einen Fahreraufmerksamkeitsgrad und/oder einen Fahrererfahrenheitsgrad umfassen, die jeweils anhand spezifischer Kriterien ermittelt werden können.
Eine geringe Fahreraufmerksamkeit ist durch einen unaufmerksamen Fahrer gegeben. Ein unaufmerksamer Fahrer ist abgelenkt oder übermüdet und nimmt nicht mehr mit voller Aufmerksamkeit am Straßenverkehr teil. Eine geringe Fahrererfahrenheit wird bei einem unerfahrenen oder auch nervösen Fahrer angenommen. Der unerfahrene oder nervöse Fahrer nimmt zwar noch aufmerksam am Straßenverkehr teil, hat aber trotzdem Schwierigkeiten mit der Fahrzeugführung und ist dadurch besonders in kritischen Situationen einer erhöhten Unfallgefahr ausgesetzt. Für einen aufmerksamen und erfahrenen Fahrer wird angesetzt, dass dieser nur mit kleinen Lenkbewegungen nachlenkt, um auf Kurs zu bleiben. Dies wird sich in einer geradeaus Fahrt in einer geringen Gierrate äußern, in einer Kurvenfahrt in einem, abhängig vom Radius der Kurve und bei konstanter Geschwindigkeit, konstanten Offset der Gierrate.
Ein unaufmerksamer oder unerfahrener Fahrer wird durch folgende zwei Verhalten identifiziert:

1. Der unerfahrene Fahrer (nervös, unerfahren) wird sich vermehrt durch Schwanken in der eigenen Spur darstellen. Das Schwanken unterscheidet sich zum aufmerksamen und erfahrenden Fahrer durch intensivere und häufigere Lenkeingriffe.
2. Ein unaufmerksamer (übermüdet, abgelenkt) Fahrer wird sich durch ein Driften aus der eigenen Spur erkennbar machen. Ein Drift äußert sich durch eine minimale Gierrate, die aufgrund der ausbleibenden Kurskorrektur des Fahrers zu einer Änderung des Gierwinkels führt, welche wiederum zu einer kontinuierlich ansteigenden Abweichung vom eigentlichen Fahrzeugkurs führt. Am Ende des Drifts kommt es durch den Korrektureingriff des Fahrers zu einem erhöhten Gierratenausschlag. Dieser Korrektureingriff kann unterschiedlich heftig erfolgen, abhängig davon, ob der Fahrer sich auf Grund der erhöhten Abweichung vom Kurs erschrickt und eine schnelle Korrektur vornimmt oder nur aufgrund seiner Unaufmerksamkeit generell seltener Korrekturen durchführt und somit der Korrektureingriff keine erhöhte Gierrate aufzeigt.

Zu 1: Erkennen von Schwanken des unerfahrenen Fahrers
Die Bewertung der ermittelten Gierrate erfolgt über eine Gierraten-Eigenschaftsfunktion. Hierzu kann gemäß einer Ausführungsform die zeitliche Änderung der Gierrate bzw. die Frequenz der Gierrate in einem Messzeitraum herangezogen werden. Hierbei kann z. B. die Anzahl der Änderungen des Vorzeichens der Gierrate herangezogen werden, die somit einen Hinweis auf die Gegenlenk-Bewegungen ermöglicht. Vorzugsweise wird angesetzt, dass das Gierratensignal einen Mindest-Toleranzbereich um Null überschreiten muss, um einen Vorzeichenwechsel zu erkennen und diesen vom Signalrauschen unterscheiden zu können. Alternativ und ergänzend zur Auswertung des zeitlichen Verhalten bzw. der Frequenz ist auch eine Auswertung der Amplitude bzw. des Betrages der Gierrate möglich. Sowohl die Frequenz bzw. zeitliche Änderung als auch die Amplitude oder der Betrag der Gierrate können mit einem oder mehreren Grenzwerten verglichen werden. Hierbei kann ermittelt werden, ob in dem Messzeitraum einer oder beide Grenzwerte einmal oder auch mehrere Male überschritten wurden.
Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise eine hohe Unerfahrenheit des Fahrers angenommen, wenn größere Änderungen des Gierverhaltens erkennbar sind, d. h. höhere zeitliche Änderungen bzw. eine höhere Frequenz der Änderungen, und/oder eine höhere Amplitude der Änderungen oder Abweichungen der Gierrate von einem Mittelwert. Hierin unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren von bekannten Systemen der eingangs genannten Art, bei denen nur eine Unaufmerksamkeit untersucht wird, die bei geringeren Abweichungen z. B. der Längsbeschleunigung erkannt wird. Erfindungsgemäß wird hingegen angesetzt, dass ein erfahrender Fahrer lediglich geringere Korrekturen vornehmen wird als ein unerfahrener Fahrer, der aufgrund z. B. von Nervosität oder einer verzögerten Reaktion stärkere Einschläge und/oder eine höhere Anzahl von Lenkbewegungen durchführt, die zu einer entsprechenden höheren Anzahl von Gierratenänderungen, und/oder zu größeren Änderungen der Amplitude des Gierratensignals führen werden.
Vorteilhafterweise kann aus dem Gierraten-Signal zunächst eine korrigierte Gierrate ermittelt werden, die zum einen einen Kurvenverlauf der Fahrspur berücksichtigt, so dass z. B. in einer Rechtskurve oder Linkskurve die jeweilige Gierrate zur Verfolgung der Fahrspur heraus gerechnet wird; dies kann durch eine einfache Subtraktion erfolgen, bei der von der aus dem Gierraten-Signal ermittelten absoluten Gierrate eine Kurven-Gierrate oder Spurverlaufs-Gierrate abzogen wird. Bei der Ermittlung dieser korrigierten Gierrate können auch weitere Fahr-Ereignisse berücksichtigt oder heraus gerechnet werden, insbesondere ein Spurwechsel und Abbiegemanöver.
So können z. B. ein Blinkersignal und ggf. Kartendaten über Abbiegungen oder die Anzahl der Fahrspuren der eigenen Fahrbahn zur Auswertung verwendet werden.
Um das Schwanken festzustellen, kann eine statistische Varianz gebildet werden. Ist die Varianz größer als ein Grenzwert σ² _AttThresYR, deutet dies auf einen unaufmerksamen Fahrer hin.
Zur Bildung der Varianz wird vorteilhafterweise ein Erwartungswert oder Mittelwert angesetzt, um welchen die Varianz gebildet wird. Während einer Geradeausfahrt oder bei der korrigierten Gierrate entspricht der Erwartungswert Null. Steht ein Erwartungswert nicht zur Verfügung kann dieser durch den Mittelwert über den Messzeitraum ermittelt werden. Ist der Messzeitraum klein genug, können auch Kurvenfahrten berücksichtigt werden. Um den Übergang in die Kurvenfahrt auszublenden, können bei der Betrachtung die Zeitfenster weg gelassen werden, bei denen sich der Mittelwert zum vorherigen Zeitfenster um mehr als ein vorgegebener Grenzwert verändert hat. Dadurch können die Übergänge von der Kurvenfahrt in die Geradeausfahrt ausgeblendet werden.
Um Spurwechsel, bei denen die Aufmerksamkeit des Fahrers wahrscheinlich hoch ist, nicht mit dieser Methode als Unaufmerksamkeit zu interpretieren, filtert vorzugsweise ein zusätzlicher Mechanismus Spurwechsel. Eine hohe Änderung der Gierrate deutet auf einen Spurwechsel hin. Überschreitet die Änderung der Gierrate einen Grenzwert, GR_LaneChange, wird für einen Zeitraum die Messung nicht betrachtet.
Zu 2. Erkennen von Drift
Zur Erkennung des Drifts wird vorzugsweise die Auswertung des Gierwinkels verwendet, d. h. des zeitlichen Integrals der Gierrate, der z. B. als Versatz gegenüber einer Geradeausfahrt herangezogen wird. Eine derartige Auswertung kann z. B. als statistische Varianz, d. h. eine Auswertung des Quadrates der Abweichung des Gierwinkels vom Erwartungswert (Sollkurs), vorgenommen werden.
Der Drift selbst kann insbesondere mit Hilfe des Kursverlaufs der Straße erfasst werden. Dieses Signal kann über einen Fahrbahnsensor, z. B. Radarsensor gewonnen werden. Ein Radarsensor stellt in der Regel ein Signal über den Kursverlauf der Straße zur Verfügung (anhand Auswertung der vorhandenen Fahrzeuge und Randbebauung). Unterstützend kann hier noch eventuell vorhandenes Kartenmaterial eines Navigationsgerätes heran gezogen werden. Zur Erkennung des Drifts wird die Abweichung des Kurses des eigenen Fahrzeugs von dem Kursverlauf der Straße ermittelt (Abweichung der Gierwinkel). Maß ist die Varianz der Kurswinkelabweichung. Diese Varianz ist bei einem unaufmerksamen Fahrer höher als bei einem aufmerksamen Fahrer. Es werden vorzugsweise aber Spurwechsel und Abbiegemanöver herausgefiltert werden. Dazu wird die Gierrate erfasst, überschreitet diese einen Schwellwert, wird die Kurswinkelabweichung solange nicht betrachtet, bis die Kurswinkelabweichung wieder unter einen Schwellwert fällt. Dadurch erfolgt die Betrachtung erst wieder, wenn sich das Fahrzeug wieder (nahezu) in der Spur befindet. Tritt eine hohe Gierrate auf, gleichzeitig mit einer geringen Kursabweichung, kann von einer Kurvenfahrt ausgegangen werden. Der Einfluss der Kurvenfahrt kann noch über einen zusätzlichen Parameter variiert werden. Zusätzlich können Abbiegemanöver und Spurwechsel über den gesetzten Blinker erkannt werden.
Auch bei Fehlen von Kartendaten können bewusste Fahrtrichtungsänderungen erkannt werden; so kann bei Überschreiten eines Schwellwerts der Gierrate die Kurswinkelabweichung so lange nicht betrachtet werden, bis die Kurswinkelabweichung wieder unter den Schwellwert fällt. Anders als bei bekannten Systemen wird somit bei großen Kursabweichungen nicht auf eine plötzliche Unaufmerksamkeit geschlossen, sondern auf einen bewussten Wechsel der Fahrspur oder der Fahrbahn.
Eine weitere Möglichkeit den Drift zu erkennen, ergibt sich über die vorausfahrenden Fahrzeuge. Diese werden durch eine Sensoreinrichtung, z. B. Radarsensor oder Kamera, erfasst und somit dem Verfahren zur Verfügung gestellt. Es wird dabei angenommen, dass diese Fahrzeuge wie das eigene Fahrzeug der Fahrspur folgen. Über die Information der Quergeschwindigkeit, Abstand und des lateralen Versatzes der voraus fahrenden Fahrzeuge und der aktuellen Bewegungsrichtung des Eigenfahrzeugs kann auf den Gierwinkel und die Gierrate des Eigenfahrzeugs in Bezug zum Straßenverlauf geschlossen werden. Dieser Gierwinkel und die Gierrate können als korrigierter Gierwinkel und korrigierte Gierrate verwendet werden. Die Qualität der Berechnung ist dabei von der Anzahl der verfügbaren Fahrzeuge abhängig.
Für die quantitative Ermittlung eines Fahrertauglichkeitsgrades, d. h. eines Aufmerksamkeits- und/oder Erfahrenheitsgrades werden vorzugsweise Vergleichswerte herangezogen, insbesondere ein oder mehrere Schwellwerte. Hierbei kann das Überschreiten eines Schwellwertes ermittelt und ausgewertet werden, oder auch das Überschreiten mehrerer Schwellwerte, z. B. eines unteren und eines oberen Schwellwertes. So kann die Anzahl der Überschreitungen des einen oder der mehreren Schwellwerte bewertet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Fahrszene mit einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem ersten Fahrverhalten mit einem hohen Aufmerksamkeitsgrad;
2 eine Straßenszene mit dem Fahrzeug aus 1 bei einem zweiten Fahrverhalten mit geringem Aufmerksamkeitsgrad des Fahrers;
3 das Fahrzeug aus 1, 2 als Blockschaltbild mit relevanten Elementen;
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5 Tabellen zur Bewertung der Aufmerksamkeit.
1 zeigt eine Straßenszene 2 bzw. Fahrsituation oder Straßensituation eines Fahrzeuges 1, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, auf einer Straße 3 mit drei Fahrspuren 3a, 3b und 3c, die durch Fahrspur-Begrenzungslinien 4a abgegrenzt sind. In der gezeigten Straßenszene 2 fährt das Fahrzeug 1 zusammen mit weiteren Verkehrsteilnehmern 5 in gleicher Fahrtrichtung d. h. der X-Richtung; grundsätzlich sind auch Straßenszenen relevant, in denen Fahrspuren mit entgegenkommenden Fahrzeugen angrenzen.
Das Fahrzeug 1 fährt gemäß 3 mit einer Fahrgeschwindigkeit v und einer Beschleunigung a. Die 1 und 2 zeigen die Fahrsituation zu einem Zeitpunkt t0; die Fahrtrajektorie 6 der 1 und die Fahrtrajektorie 7 der 2 zeigen die Position bzw. den Fahrschlauch des Fahrzeuges 1 in einem Messzeitraum von t0 bis zu einem Zeitpunkt tf.
Erfindungsgemäß wird das Fahrverhalten des Fahrzeuges 1 insbesondere durch seine Gierrate ω (zeitliche Änderung des Gierwinkels) beschrieben, die eine Funktion der Zeit darstellt, d. h. ω = ω(t). Hierzu weist das Fahrzeug 1 gemäß 3 vorteilhafterweise einen Gierratensensor 8 auf, der die Gierrate ω als Funktion der Zeit t misst und ein Gierraten-Signal S1 an eine Steuereinrichtung 10 ausgibt. Die Steuereinrichtung 10 kann insbesondere eine Steuereinrichtung eines Notbremssystems sein, z. B. eine Steuereinrichtung eines Fahrdynamik-Regelsystems mit Notbremsfunktion.
Die Steuereinrichtung 10 nimmt das Gierraten-Signal S1 auf, ermittelt eine Gierraten-Eigenschaftsfunktion G(t) und bewertet diese durch einen Vergleich. Hierbei sind verschiedene Gierraten-Eigenschaftsfunktionen G(t) und Bewertungs-Kriterien alternativ oder ergänzend vorgesehen:
Gemäß einem ersten Bewertungskriterium K1 wird als Gierraten-Eigenschaftsfunktion G(t) der Betrag |ω(t)| der Gierrate ω(t) gebildet und mit einem Gierraten-Grenzwerten tg1 oder zwei Gierraten-Grenzwerten tg1, tg2 verglichen,
d. h. ω(t) > tg1 und ω(t) > tg2?
Hierbei können auch zunächst Amplituden-Werte als maximale Werte oder lokale Maxima der zeitlichen Funktion des Betrages |ω(t)| ermittelt werden, d. h. entsprechend der Amplitude einer Sinus-Schwingung, und diese Amplituden-Werte dann mit den Gierraten-Grenzwerten tg1, tg2 verglichen werden.
Es kann z. B. ermittelt werden, ob ein Gierraten-Grenzwert tg1, tg2 in dem Messzeitraum t0 bis tf ein oder mehrere Male überschritten wird, wobei für die verschiedenen Gierraten-Grenzwerte tg1, tg2 somit unterschiedliche Anzahlen n1 von Überschreitungen ermittelt werden können. Aus der Anzahl n1 der Überschreitungen der einzelnen Gierraten-Grenzwerte tg1, tg2 in dem Messzeitraum t0 bis tf wird dann ein Aufmerksamkeitsgrad AL des Fahrers ermittelt, z. B. mittels einer tabellarischen Zuordnung.
Die Bewertung des Betrages |ω(t)| der Gierrate v(t) kann auch durch statistische Auswertung erfolgen, d. h. durch Ermittlung eines Durchschnittswertes und z. B. einer statistischen Varianz σ, die somit die Gierraten-Eigenschaftsfunktion G(t) darstellt, und einem Vergleich mit Soll-Varianz-Werten bzw. Klassifizierung der Varianz als Aufmerksamkeitsgrad.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein zweites Bewertungskriterium K2 zugrunde gelegt, bei dem als Gierraten-Eigenschaftsfunktion G(t) ein zeitliches Verhalten, insbesondere die zeitliche Ableitung dω(t)/dt oder die Frequenz oder eine Anzahl der Änderungen der Gierrate ω(t) bewertet wird.
Bei der Bewertung der zeitlichen Ableitung dω(t)/dt kann z. B. gemäß üblichen Berechnungsweisen der analytischen Mathematik die erste Ableitung gleich Null gesetzt werden, um lokale Minima und Maxima zu ermitteln, d. h. dω(t)/dt = 0 und Vorzeichenwechsel der zweiten Ableitung d2ω(t)/dt2.
In dem vereinfachten Fall einer sinus-artigen Fahrtrajektorie 6 ergibt sich – zumindest bei konstanter Fahrgeschwindigkeit v – auch eine zeitliche Sinus-Funktion der Gierrate ω(t), so dass hier eine Schwingung mit fester Frequenz angesetzt werden kann; tatsächlich wird das Fahrzeug 1 diese Änderungen jedoch unregelmäßig durchführen.
Vorteilhafterweise kann die Anzahl der Richtungsänderungen bzw. Anzahl n2 der Vorzeichen-Änderungen der Gierrate ω(t) in dem Messzeitraum t0 bis tf herangezogen und mit einem Schwellwert tf1 oder einem unteren Schwellwert tf1 und einem oberen Schwellwert tf2 verglichen werden.
Nachfolgend wird die Anzahl n2 der Vorzeichenänderungen der Gierrate ω(t) im Messzeitraum t0 bis tf, als „Änderungsfrequenz” fg der Gierrate ω(t) bezeichnet; diese Änderungsfrequenz fg kann mit Gierraten-Änderungs-Grenzwerten tf1, tf2 verglichen und hieraus der Aufmerksamkeitsgrad AL oder Erfahrenheitsgrades EL des Fahrers ermittelt werden.
Es wird hierbei erkannt, dass die Bewertungskriterien K1 und K2 zunächst bei einer Geradeausfahrt des Fahrzeugs aussagekräftig sind, hingegen bei vom Fahrer initiierten Spurwechseln oder Kurvenfahrten die Ergebnisse der Bewertungskriterien gegebenenfalls zu korrigieren sind. Als Gierrate ω(t) kann anstatt der gemessenen absoluten Gierrate eine korrigierte Gierrate verwendet werden. So wird bei Fahrt in einer Kurve vorteilhafterweise eine der Kurven-Trajektorie entsprechende Kurven-Gierrate ωk heraus gerechnet; sie kann z. B. aus Kartendaten oder einer Detektion der Fahrspur-Begrenzungslinien 4a ermittelt werden und geht somit als Null-Linie bzw. Bezugsgröße für die Ermittlungen für die vorangegangenen Bewertungskriterien K1, K2 ein. Im einfachsten Fall kann somit die jeweils aktuelle absolute Gierrate ω(t) um diesen Wert verringert werden, d. h. es wird eine korrigierte Gierrate ωc(t) = ω(t) – ωk verwendet, wobei auch ωk zeitabhängig sein kann.
Weiterhin können auch Abbiegevorgänge und ein bewusster Spurwechsel der Fahrspur 3b detektiert werden, wozu dann entweder eine Kurven-Gierrate ωk für diese Vorgänge ermittelt wird oder während des Vorgangs keine Auswertung erfolgt. Zur Erkennung von Abbiegevorgängen und Spurwechseln können z. B. ein Blinkersignal und ggf. Kartendaten herangezogen werden.
Vorteilhafterweise weist das Fahrzeug 1 hierzu ergänzend einen Fahrbahnsensor 20, z. B. Radarsensor und/oder eine optische Sensoreinheit auf, zur Ermittlung der Fahrspur 3b bzw. Ermittlung der Fahrspurbegrenzung 4a auf, der Fahrbahnsignale S4 an die Steuereinrichtung 10 ausgibt.
Als zusätzliche Variante kann anstatt der korrigierten Gierrate ωc(t) eine aus der Bewegungsrichtung der Vorderfahrzeuge gewonnene Gierrate ωc(t) = ωv(t) verwendet werden. gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Kombination der Gierrate über unterschiedliche Gewichtungsfaktoren ωc(t) = a·ωc(t) + (1 – a)ωv(t) heran gezogen werden, wobei der Faktor a jeweils abhängig von der Anzahl der Vorderfahrzeuge zwischen 0 und 1 variiert wird. Sind z. B. sehr viele Vorderfahrzeuge vorhanden, ist a = 1. Bei Fehlen eines Vorderfahrzeuges ist a = 0.
Gemäß einer dritten Ausführungsform wird eine zeitliche Integration der korrigierten Gierrate (ωc(t) durchgeführt, wodurch ein korrigierter Gierwinkel ψc(t) gegenüber einer Bezugsrichtung ermittelt wird. Der korrigierte Gierwinkel ψc(t) kann dann z. B. statistisch ausgewertet werden, z. B. durch Ermittlung einer statistischen Varianz aus dem Quadrat der Abweichungen von einem Erwartungswert. Der Erwartungswert der korrigierten Gierrate entspricht dabei dem Wert Null. Steht die korrigierte Gierrate ωc(t) nicht zur Verfügung, kann auch die nicht korrigierte Gierrate ω(t) verwendet werden, wobei der Erwartungswert aus dem Durchschnittswert der Gierrate ω(t) ermittelt wird. Somit stellt die statistische Funktion des Gierwinkels ψ(t) oder des korrigierten Gierwinkels ψc(t) die Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) dar, die mit Vergleichswerten verglichen werden kann. Hierbei lässt ein hoher Wert der Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) und somit eine hohe Varianz, auf einen unaufmerksamen Fahrer schließen.
Bei der Auswertung wird bei beiden Ausführungsformen grundsätzlich angenommen, dass ein aufmerksamer Fahrer konzentrierter fährt und weniger Korrekturen bzw. kleinere Korrekturen des aktuellen Fahrzustandes des Fahrzeuges 1 durchführt, dabei kommt es nur zu sehr kleinen Werten in der Varianz der Kurswinkelabweichung. Ein unaufmerksamer Fahrer wird sehr wenig, dafür aber meist heftige Korrekturen vornehmen und eine sehr hohe Varianz der Kurswinkelabweichung aufzeigen. Ein nervöser oder unerfahrener Fahrer dagegen wird sehr viele Eingriffe mit mittleren Amplituden und mittlere Varianz der Kurswinkelabweichung durchführen. In Tabelle 1 der 5 ist beispielhaft aufgelistet, welcher Beziehung der erwarteten Merkmale zu den untersuchten Kriterien K1, K2 K3 anzusetzen ist.
Zur quantitativen Auswertung kann z. B. eine Tabelle herangezogen werden, die gemäß dem Bewertungskriterium K1, K2 und K3 die jeweiligen Grenzwert-Überschreitungen einem spezifischen Aufmerksamkeitsgrad AL, z. B. AL mit Werten zwischen 0 und 10, z. B. mit AL = 10 als höchster Aufmerksamkeit und einem Erfahrenheitsgrad EL, z. B. EL mit Werten zwischen 0 und 10, z. B. mit EL = 10 als höchste Erfahrenheit, zuordnet. Dieses ist beispielhaft in Tabelle 2 der 5 dargestellt.
Für jedes Bewertungskriterium wird jeweils getrennt der Erfahrenheitsgrad und Aufmerksamkeitsgrad bestimmt. Der Tabelle 2 kann jeweils die vergebenen Punkte in Abhängigkeit der überschrittenen Schwellen des Kriteriums entnommen werden. Zum Schluss werden die Punkte für die drei vergebenen Aufmerksamkeitsgrade vorzugsweise addiert. Ein unaufmerksamer Fahrer wird erkannt, wenn die Summe der Aufmerksamkeitsgrade kleiner als ein Schwellwert liegt. Ein unerfahrener oder nervöser Fahrer wird erkannt, wenn die Summe der Erfahrenheitsgrade kleiner als ein Schwellwert ist.
Gemäß dem ersten Bewertungskriterium K1 sind bei einem aufmerksamen und erfahrenen Fahrer somit geringere Beträge |ω(t)| oder |ωc(t)| zu erwarten.
Somit ist der Fahrer sehr aufmerksam, d. h. es liegt ein hoher Aufmerksamkeitsgrad AL vor, z. B. AL = 10, wenn in dem Messzeitraum t0 bis tf beide Grenzwerte tg1, tg2 gar nicht überschritten werden,
bei Überschreiten lediglich des unteren Schwellwertes tg1 liegt ein etwas niedriger Aufmerksamkeitsgrad AL vor, z. B. AL = 8 vor,
bei mehrfachem Überschreiten des unteren Schwellwertes tg1 und/oder Überschreiten des oberen Schwellwertes tg2 liegt wiederum ein niedrigerer Aufmerksamkeitsgrad AL vor, z. B. AL = von 2 bis 6.
Äquivalent verhält es sich für den Erfahrenheitsgrad EL.
Gemäß dem zweiten Bewertungskriterium K2 wird auf einen erfahrenen Fahrer erkannt, d. h. z. B. EL = 10, wenn der Fahrer in dem Messzeitraum t0 bis tf eine sehr geringere Anzahl von Vorzeichenänderungen der Gierrate (ω(t)) durchführt, d. h. die Änderungsfrequenz fg gering ist und die Gierraten-Änderungs-Grenzwerte tf1, tf2 gar nicht oder selten überschreitet.
Bei Überschreiten lediglich des unteren Schwellwertes tf1 liegt ein etwas niedriger Erfahrenheitsgrad EL vor, z. B. EL = 5 vor,
Bei mehrfachem Überschreiten des unteren Schwellwertes tf1 und/oder Überschreiten des oberen Schwellwertes tf2 liegt wiederum ein niedrigerer Erfahrenheitsgrad EL vor, z. B. EL = von 0 bis 5. Für die Aufmerksamkeitserkennung wird bei Überschritten der oberen Schwellwerts tf2 vorzugsweise eine hohe Aufmerksamkeit angenommen, z. B. Al = 10. Für das Über- und Unterschreiten der Schwelle tf1 werden z. B. jeweils die gleichen Punkte vergeben, da eine genaue Differenzierbarkeit zwischen Aufmerksam und Unaufmerksam nicht gegeben ist.
Das dritte Bewertungskriterium K3 liefert für die Aufmerksamkeit eine eindeutigere Aussage.
In Abhängigkeit des übermittelten Aufmerksamkeitsgrades AL können nachfolgend unterschiedliche Verfahren durchgeführt werden. Insbesondere kann ein Anzeigesignal S2, z. B. ein Warnsignal, an eine Anzeigeeinrichtung 12 zur optischen und/akustischen Anzeige an den Fahrer ausgegeben werden, so dass diesem sein Aufmerksamkeitsgrad mitgeteilt wird. Weiterhin kann das Anzeigesignal S2 auch von einem Fahrtenschreiber aufgezeichnet werden.
Weiterhin können Abhängigkeit des Aufmerksamkeitsgrades AL auch Einstellungen weiterer Systeme durchgeführt werden; so kann z. B. eine Massagefunktion eines Fahrzeugsitzes verändert werden. Weiterhin kann über Bremsen-Einstellsignale S3 an Radbremsen 11 auch eine Bremsen-Einstellung bzw. Bremsen-Vorspannung in Abhängigkeit des ermittelten Aufmerksamkeitsgrades AL eingestellt werden, um nachfolgend schneller bremsen zu können.
Somit kann erfindungsgemäß ein Fahrertauglichkeitsgrad DL ermittelt werden, der den Aufmerksamkeitsgrad AL und/oder den Erfahrenheitsgrad EL beeinhaltet. Es kann somit jeweils der relevante, d. h. insbesondere problematischere dieser beiden Werte ermittelt werden, so dass z. B. ein geringer Fahrertauglichkeitsgrad DL durch den geringen Aufmerksamkeitsgrad AL, oder aber durch den geringen Erfahrenheitsgrad EL gebildet wird.
Aus dem Aufmerksamkeitsgrad AL und dem Erfahrenheitsgrad EL kann ergänzend ein skalarer Wert des Fahrertauglichkeitsgrades DL z. B. als arithmetisches Mittel gebildet werden, dies ist jedoch nicht erforderlich, da grundsätzlich bereits erfindungsgemäß erkannt wird, dass z. B. eine sehr hohe Unaufmerksamkeit, d. h. sehr geringe Aufmerksamkeit, nicht immer durch hohe Erfahrung kompensiert werden kann und somit bereits zu gefährlichen Fahrsituationen führen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß 4 weist somit folgende Schritte auf:
Nach dem Start in Schritt St0 wird in Schritt St1 fortlaufend die Gierrate ω(t) in Abhängigkeit der Zeit t von einem Gierraten-Sensor 8 aufgenommen und als Gierraten-Signal S1 zu der Steuereinrichtung 10 ausgegeben, die das Gierraten-Signal S1 z. B. auch in einer internen oder externen Speichereinrichtung 14 zumindest jeweils für einen zurückliegenden Zeitpunkt t0 bis tf speichern kann, um nachfolgend in Schritt St2 eine Gierraten-Eigenschaftsfunktion G(t) zu ermitteln und eine Auswertung nach dem ersten Bewertungskriterium K1 und/oder dem zweiten Bewertungskriterium K2 und/oder dem dritten Bewertungskriterium K3 durchzuführen.
Nachfolgend wird in Schritt St3 der Aufmerksamkeitsgrad AL und Erfahrenheitsgrad EL ermittelt, der dann nachfolgend ggf. zur Ausgabe eines Anzeigesignals S2 oder einer nachfolgenden Auswertung verwendet wird. Das Verfahren wird während der Fahrt fortlaufend durchgeführt, so dass das Verfahren nach Schritt St3 vor den Schritt St1 zurückgesetzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Straßenszene
3: Straße
3a, 3b, 3c,: Fahrspuren
4a: Fahrspur-Begrenzungslinien
5: weitere Verkehrsteilnehmer
6: Fahrtrajektorie der 1 in Messzeitraum t0, tf.
7: Fahrtrajektorie der 2 in Messzeitraum t0, tf.
8: Gierratensensor
10: Steuereinrichtung
11: Radbremsen
12: Anzeigeeinrichtung
14: interne oder externe Speichereinrichtung
20: Fahrbahnsensor
a: Beschleunigung
DL: Fahrertauglichkeitsgrad
AL: Aufmerksamkeitsgrad des Fahrers
EL: Erfahrenheitsgrad
fg: Änderungsfrequenz der Gierrate ω(t)
G(t): Gierraten-Eigenschaftsfunktion
K1: erstes Bewertungskriterium
K2: zweites Bewertungskriterium
K3: drittes Bewertungskriterium
n1: Anzahl von Überschreitungen der Gierraten-Grenzwerte
n2: Anzahl von der Vorzeichenänderungen der Gierrate ω(t)
S1: Gierraten-Signal
S2: Anzeigesignal
S3: Bremsen-Einstellsignal
S4: Fahrbahnsignale
t: Zeit
t0, tf: Messzeitraum
tf1: unterer Gierraten-Änderungs-Grenzwert
tf2: oberer Gierraten-Änderungs-Grenzwert
tg1: unterer Gierraten-Grenzwert
tg2: oberer Gierraten-Grenzwert
v: Fahrgeschwindigkeit
X: Fahrtrichtung
ψ(t): Gierwinkel
σ: statistischen Varianz
ω = ω(t): Gierrate
ωk: Kurven-Gierrate
ωc(t) = ω(t) – ωk: korrigierte Gierrate
dω(t)/dt: zeitliche Ableitung der Gierrate ω(t)
Schritt St0: Start
Schritt St1: Aufnehmen der Gierrate ω(t)
Schritt St2: Ermitteln der Gierraten-Eigenschaftsfunktion G(t) und Auswertung
Schritt St3: Ermitteln des Aufmerksamkeitsgrades AL

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4400207 A1 [0003]
DE 102006043676 A1 [0003]
DE 102009009975 A1 [0004]
DE 102008056593 A1 [0005]
DE 102009005730 A1 [0006]
DE 19734307 A1 [0007]
DE 102010048273 A1 [0008]
DE 102009004487 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Fahrertauglichkeit des Fahrers eines Fahrzeugs (1), mit mindestens folgenden Schritten: Ermittlung einer Gierrate (ω(t)) des Fahrzeugs (1) als Funktion der Zeit (t) (St1), Ermittlung einer Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) aus der ermittelten Gierrate (ω(t))(St2), Vergleich der Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) mit mindestens einem Vergleichswert (tg1, tg2, tf1, tf2) (St2), und Ermittlung eines Fahrertauglichkeitsgrades (DL) des Fahrers in Abhängigkeit des Vergleichs (St3).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) einen Betragswert (|ω(t)|) der Gierrate (ω(t)) aufweist oder darstellt und mit mindestens einem Gierraten-Grenzwert (tg1, tg2) verglichen wird, wobei ermittelt wird, ob oder wie oft der mindestens eine Gierraten-Grenzwert (tg1, tg2) in einem Messzeitraum (t0; tf) überschritten wird und in Abhängigkeit dieser Ermittlung ein Fahrertauglichkeitsgrad (DL) des Fahrers ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrertauglichkeitsgrad (DL) ein Aufmerksamkeitsgrad (AL) ist oder einen Aufmerksamkeitsgrad (AL) umfasst, wobei eine Anzahl (n1) der Überschreitungen (tf1, tf2) des mindestens einen Gierraten-Grenzwertes (tg1, tg2) in dem Messzeitraum (t0; tf) ermittelt wird und bei einer höheren Anzahl (n2) von Überschreitungen auf einen geringeren Fahrertauglichkeitsgrad (DL), insbesondere einen geringeren Aufmerksamkeitsgrad (AL) des Fahrers als bei einer geringeren Anzahl (n1) von Überschreitungen geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein unterer Gierraten-Grenzwert (tg1) und ein oberer Gierraten-Grenzwert (tg2) vorgesehen sind und bei Überschreiten des unteren Gierraten-Grenzwertes (tg1) und des oberen Gierraten-Grenzwertes (tg2) auf einen geringeren Fahrertauglichkeitsgrad (DL; AL, EL) des Fahrers als bei lediglich Überschreiten des unteren Gierraten-Grenzwertes (tg1) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) eine statistische Funktion, z. B. eine statistische Varianz (σ) des Betragswertes (|ω(t)|) der Gierrate (ω(t)) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrertauglichkeitsgrad (DL) ein Erfahrenheitsgrad (EL) ist oder einen Erfahrenheitsgrad (EL) umfasst, wobei als Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) eine Änderungsfrequenz (fg) als Anzahl der Änderungen der Gierrate (ω(t)) und/oder Anzahl der Vorzeichenwechsel (n2) der Gierrate (ω(t)) ermittelt und mit mindestens einem Gierraten-Änderungs-Grenzwert (tf1, tf2) verglichen wird, wobei bei Überschreiten des mindestens einen Gierraten-Änderungs-Grenzwertes (tf1, tf2) oder bei einer höheren Anzahl von Überschreitungen des mindestens einen Gierraten-Änderungs-Grenzwertes (tf1, tf2) auf einen geringeren Fahrertauglichkeitsgrad (DL), insbesondere einen geringeren Erfahrenheitsgrad (EL) des Fahrers geschlossen wird als bei einer geringeren Anzahl von Überschreitungen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch zeitliche Integration der Gierrate (ω(t)) ein Gierwinkel (ψ(t)) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) eine statistische Funktion des Gierwinkels (ψ(t)) in einem Messzeitraum (tf1, tf2) ermittelt wird, insbesondere eine statistische Varianz (σ), die nachfolgend bewertet wird zur Ermittlung des Fahrtauglichkeitsgrades (DL) des Fahrers.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des unteren Grenzwertes (ts1) der statistische Varianz (σ) des Gierwinkels (ψ(t)) und des oberen Grenzwertes (ts2) der statistische Varianz (σ) des Gierwinkels (ψ(t)) auf einen geringeren Aufmerksamkeitsgrad (AL) und/oder Erfahrenheitsgrad (EL) des Fahrers als bei lediglich Überschreiten des unteren – Grenzwertes (ts1) der statistische Varianz (σ) des Gierwinkels (ψ(t)) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Gierraten-Signal (S1), welches eine absolute Gierrate (ω(t)) des Fahrzeugs (1) darstellt, zunächst eine korrigierte Gierrate (ωc(t)) ermittelt wird, indem von der absoluten Gierrate (ω(t)) eine der Fahrspur (3b) des Fahrzeugs (1) entsprechende Kurven-Gierrate (ωk) abgezogen oder heraus gerechnet wird, und nachfolgend die korrigierte Gierrate (ωc(t)) für die Ermittlung der Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) herangezogen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet das die korrigierte Gierrate (ωc(t)) anhand ermittelter Messsignale von vorausfahrenden Fahrzeuge bestimmt wird.
Vorrichtung zur Ermittlung der Fahrertauglichkeit des Fahrers eines Fahrzeugs (1), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vorrichtung mindestens aufweist: einen Gierraten-Sensor (8) zur Ermittlung einer Gierrate (ω(t)) des Fahrzeugs (1) und Ausgabe eines Gierraten-Signals (S1), und eine Steuereinrichtung (10) zur Aufnahme des Gierraten-Signals (S1) und zur Ermittlung einer Gierrate (ω(t)) des Fahrzeugs (1) als Funktion der Zeit (t), Ermittlung einer Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) aus der ermittelten Gierrate (ω(t)) und zum Vergleich der Gierraten-Eigenschaftsfunktion (G(t)) mit mindestens einem Vergleichswert (tg1, tg2, tf1, tf2) (St3), und zur Ermittlung eines Fahrertauglichkeitsgrades (DL) des Fahrers in Abhängigkeit des Vergleichs.
Fahrzeug (1) mit einer Vorrichtung nach Anspruch 12 geeignet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.