DE102014201650A1 - Verfahren zum Ermitteln des Belastungszustands des Fahrers - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Ermitteln des Belastungszustands des Fahrers wird die Soll-Trajektorie des Fahrzeugs ermittelt und mit der Ist-Trajektorie verglichen. Mit zunehmender Häufigkeit und/oder Höhe der Abweichung der Ist- von der Soll-Trajektorie wird auf einen höheren Belastungszustand geschlossen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln des Belastungszustands des Fahrers.
  • Stand der Technik
  • In der DE 10 2004 027 085 A1 wird ein Verfahren zur Spurhaltung eines Fahrzeugs beschrieben, bei dem nach objektiven und subjektiven Kriterien das aktuelle Gefahrenpotenzial ermittelt und je nach Ausmaß einer drohenden Gefahr stufenweise Maßnahmen ergriffen werden. Die objektive Gefahrensituation kann mittels einer Umfeldsensorik im Fahrzeug durch das Erkennen von Objekten, die sich in der Fahrbahn befinden, ermittelt werden. Bei der subjektiven Gefahrensituation spielt das Verhalten des Fahrers eine Rolle, insbesondere der aktuelle Müdigkeitszustand, der aus der Lenkaktivität und/oder der Führung des Fahrzeugs in der Fahrspur ermittelt wird. Bei lediglich minimalen Lenk- und Pedalbewegungen wird auf einen ermüdeten Zustand geschlossen, wohingegen eine hohe Lenkaktivität auf eine aktive Teilnahme am Verkehr schließen lassen soll. Je nach Gesamtgefahrenpotenzial erfolgt eine gestufte Einflussnahme, bei der zunächst nur informiert, anschließend gewarnt und schließlich aktiv in das Fahrzeug eingegriffen wird, beispielsweise durch Betätigung eines Lenkaktuators.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fahrsicherheit in einem Fahrzeug durch Ermitteln des aktuellen Belastungszustandes zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
  • Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der aktuelle Belastungszustand des Fahrers eines Fahrzeugs ermittelt werden. In Abhängigkeit des Belastungszustands können Maßnahmen ergriffen werden, die zu einer Reduzierung des Belastungszustands führen. Insgesamt wird hierdurch die Fahrsicherheit signifikant erhöht.
  • Das Verfahren zum Ermitteln des Belastungszustands basiert auf einem Vergleich der Soll-Trajektorie des Fahrzeugs, also des Fahrspurverlaufs, auf dem sich das Fahrzeug zumindest abschnittsweise bewegen soll, mit der Ist-Trajektorie, also dem tatsächlichen Fahrspurverlauf des Fahrzeugs. Alternativ zu dem Vergleich zwischen Soll- und Ist-Trajektorie des Fahrzeugs kann auch eine hiermit korrelierende Zustandsgröße betrachtet werden, beispielsweise der Lenkwinkel, indem der Soll- und der Ist-Verlauf des Lenkwinkels verglichen werden. Sowohl bei der Betrachtung der Trajektorie als auch bei der Betrachtung des Lenkwinkels geht es um den Fahrzeugzustand, der unmittelbar auf eine Fahreraktivität zurückzuführen ist.
  • Soll- und Ist-Trajektorie können die Fahrzeugbewegung auch kombiniert in Quer- und Längsrichtung beschreiben, so dass zusätzlich ein Vergleich der Soll- und Istwerte der über der Zeit zurückgelegten Strecke stattfindet. Alternativ können hiermit korrelierende Zustandsgrößen betrachtet werden, beispielsweise die Betätigung von Gas- und Bremspedal.
  • Der Belastungszustand wird aus der Abweichung von Ist- und Soll-Verlauf bestimmt. Hierbei werden die Häufigkeit und/oder die Höhe der Abweichung ermittelt, wobei mit zunehmender Häufigkeit bzw. Höhe der Abweichung auf einen erhöhten Belastungszustand geschlossen werden kann. Die Höhe bzw. die Häufigkeit der Abweichung stellen somit ein Maß für den Belastungszustand dar. Indem Fahreraktivitäten berücksichtigt werden, die sich unmittelbar auf die Fahrt des Fahrzeugs auswirken, kann der Ist-Verlauf bestimmt werden, der dem Vergleich mit dem Soll-Verlauf zugrunde liegt.
  • In Abhängigkeit des ermittelten Belastungszustandes können belastungsreduzierende Maßnahmen ergriffen werden. Hierbei können zum Beispiel gestufte Maßnahmen ergriffen werden, indem bei einem nur geringfügig erhöhten, über einem Durchschnittswert liegenden Belastungszustand nur Maßnahmen mit geringer Auswirkung und bei einem erhöhten Belastungszustand entsprechende Maßnahmen mit stärkerer Auswirkung ergriffen werden. Beispielsweise kann zunächst lediglich informiert oder gewarnt werden, indem dem Fahrer der aktuelle Belastungszustand angezeigt und zu einer Verhaltensänderung aufgefordert wird, beispielsweise zum Einlegen einer Pause. Als nächste Maßnahme kann mittelbar in den Fahrzeugzustand eingegriffen werden, indem zum Beispiel Kennlinien in einem Aggregat oder Fahrerassistenzsystem modifiziert werden. Als stärkster Eingriff kann unmittelbar in den Fahrzeugzustand eingegriffen werden, indem ein Aggregat oder ein Fahrerassistenzsystem betätigt wird, beispielsweise ein Brems- oder Lenkvorgang selbsttätig ausgelöst wird.
  • Der Belastungszustand oder Stresslevel kann zu überhöhten Fahrerreaktionen führen, wodurch die objektive Gefahrensituation ansteigt und dementsprechend die Gefahr eines Unfalls erhöht ist. Unter Stress führt ein Fahrer unruhigere Fahrmanöver aus, die sich in zusätzlichen oder überhöhten Lenkbewegungen, aber auch einer verstärkten Pedalbetätigung äußern können. Im Vergleich hierzu wird ein entspannter Fahrer eine ruhige, gleichmäßigere Fahrweise zeigen, die sich in einer geringeren Abweichung von Soll- zu Ist-Trajektorie bzw. der korrelierenden Zustandsgröße äußert.
  • Der Belastungszustand kann aus dem Soll-Ist-Vergleich der Trajektorie oder der hiermit korrelierenden Zustandsgröße bestimmt werden. Hierfür wird beispielsweise die Varianz oder die Standardabweichung ermittelt, deren Höhe ein Maß für den Belastungszustand darstellt. Die Varianz kann aus der Summe der Abweichungen vom Mittelwert im Quadrat bestimmt werden:
    Figure DE102014201650A1_0002
    wobei mit n die Anzahl der betrachteten Daten, mit xi der jeweilige Datenwert und mit x der Mittelwert der Daten bezeichnet wird.
  • Bei mehreren Zustandsgrößen wie bei einer in Quer- und Längsrichtung definierten Trajektorie kann der Belastungszustand als eine gewichtete Summe der Varianzen der einzelnen Zustandsgrößen bestimmt werden.
  • Es können aber auch sonstige statistische Analysen durchgeführt werden, mit denen die Abweichung des Ist-Verlaufs vom Soll-Verlauf festgestellt und bewertet wird. Es sind insbesondere Auswerte- und Bewertungsmethoden vorteilhaft, bei denen sowohl die Höhe der Abweichung als auch die Anzahl der Abweichungen in einem definierten Zeitraum erfasst und bewertet werden.
  • Die Soll-Trajektorie oder die damit korrelierende Zustandsgröße wird vorteilhafterweise aus Messdaten einer Umfeldsensorik bestimmt, welche im Fahrzeug vorhanden ist. Die Umfeldsensorik kann eine Videokamera, Radar-, Lidar- oder Ultraschallsensoren umfassen, mit denen das Umfeld vor, seitlich oder hinter dem Fahrzeug erfasst werden kann. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, die Ist-Position des Fahrzeugs sowie die Soll-Trajektorie aus Informationen eines GPS (Global Positioning System) mit hinterlegter Straßenkarte zu erhalten. Die Umfeldsensorik im Fahrzeug kann gegebenenfalls ergänzend Informationen liefern, beispielsweise über Hindernisse auf der Fahrbahn. Aus diesen Informationen wird die Soll-Trajektorie bzw. die hiermit korrelierende Größe wie zum Beispiel der Lenkwinkelverlauf zumindest für einen definierten, vorausliegenden Streckenabschnitt ermittelt, zugleich kann der Ist-Verlauf der Trajektorie bzw. der korrelierenden Zustandsgröße erfasst werden.
  • In einem Regel- bzw. Steuergerät, in welchem die Verfahrensschritte durchgeführt werden, erfolgt der Vergleich zwischen Soll- und Ist-Verlauf und werden gegebenenfalls Stell- oder Ausgangssignale erzeugt, um die belastungsreduzierenden Maßnahmen durchzuführen. Es handelt sich hierbei um eine Informationsausgabe oder Warnung an den Fahrer oder um eine modifizierte Einstellung eines Parameters oder einer Kennlinie in einem verstellbaren Aggregat des Fahrzeugs oder einem Fahrerassistenzsystem. Die Schwere des zu ergreifenden Eingriffs kann mit der Höhe des festgestellten Belastungszustandes korrelieren. Bei einem einzustellenden Aggregat handelt es sich beispielsweise um ein Lenksystem oder ein Bremssystem im Fahrzeug, das mit einem Aktor ausgestattet ist, beispielsweise einem elektrischen Lenk- bzw. Bremsmotor, wobei ein Parameter oder eine Kennlinie des Aktors modifiziert wird.
  • Um eine belastungsbedingte, überhöhte Fahrereingabe zu kompensieren kann es zum Beispiel zweckmäßig sein, die Fahrereingabe nur in einer gedämpften oder reduzierten Weise umzusetzen. Beispielsweise kann eine Lenkeingabe des Fahrers in einen geringeren Radlenkwinkel an den lenkbaren Rädern umgesetzt werden als bei einem niedrigeren Belastungszustand oder es wird die Lenkkraftunterstützung über den Servomotor im Lenksystem reduziert. Zusätzlich oder alternativ können auch Pedalbetätigungen, also eine Betätigung des Brems- oder Beschleunigungspedals, in einer reduzierten oder gedämpften Weise umgesetzt werden, so dass beispielsweise eine Beschleunigungspedalbetätigung nur zu einer geringeren Beschleunigung als im weniger belasteten Zustand des Fahrers führt.
  • Als belastungsreduzierende Maßnahmen können gegebenenfalls auch Kennlinien in einem Fahrerassistenzsystem modifiziert werden, beispielsweise in einem Antiblockiersystem (ABS), in einer Antriebsschlupfregelung (ASR), in einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), in einem Bremsassistenten oder einem Lenkassistenten. Es handelt sich hierbei um Fahrer unterstützende Funktionalitäten in einem oder mehreren Aggregaten im Fahrzeug, um situationsabhängig ein gewünschtes Fahrzeugverhalten einzustellen. Bei einem erhöhten Belastungszustand kann zusätzlich oder alternativ zu der erwähnten Kennlinienmodifikation auch ein derartiges Fahrerassistenzsystem aktiviert werden, beispielsweise ein Bremsassistent zum Einleiten und selbsttätigen Durchführen eines Bremsvorgangs.
  • Die Einflussnahme auf die Kennlinien kann sich zum einen auf die Fahrsicherheit beziehen und zum andern auf den Fahrkomfort. Wie vorbeschrieben werden bei die Fahrsicherheit betreffenden Maßnahmen beispielsweise Beschleunigungsbefehle des Fahrers nur in reduzierter Weise umgesetzt. Den Fahrkomfort erhöhende Maßnahmen, beispielsweise eine weichere Dämpfungseinstellung, können das Fahrerwohlbefinden erhöhen und damit den Stresslevel reduzieren, was ebenfalls eine sicherheitssteigernde Funktion hat.
  • Zur Beurteilung des Belastungszustandes können ergänzend zu dem Soll-Ist-Vergleich zwischen der Trajektorie oder einer hiermit korrelierenden Zustandsgröße weitere Kenngrößen oder Zustandsgrößen betrachtet werden, die entweder auf eine Fahrerbetätigung zurückgehen oder über den Gesundheitszustand des Fahrers Aufschluss geben. Zum Beispiel kann die Pedalbetätigung im Hinblick auf Häufigkeit, Stärke und Gradient ausgewertet werden, da ein hoher Stresslevel zu einer verstärkten Pedalbetätigung führt. Über Messeinrichtungen im Fahrzeug können auch gesundheitsrelevante, fahrerspezifische Parameter ermittelt werden, beispielsweise der Herzschlag, der Blutdruck oder die Atmungsaktivität des Fahrers. Derartige Informationen können zusätzlich zur Ermittlung des Stresslevels herangezogen werden.
  • Der Soll-Verlauf der Trajektorie stellt vorzugsweise diejenige Fahrlinie dar, die mit einem minimalen Lenkaufwand zu befahren ist. In entsprechender Weise kann auch der Soll-Verlauf des Lenkwinkels so bestimmt werden, dass minimale Lenkbewegungen zum Befahren der Ideallinie erforderlich sind. Dementsprechend sind Abweichungen im Ist-Verlauf der Trajektorie bzw. des Lenkwinkels in besonderer Weise aussagekräftig im Hinblick auf den Belastungszustand des Fahrers.
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, die ein Funktionsprinzip zum Ermitteln des Belastungszustands des Fahrers und zum Ergreifen von belastungssenkenden Maßnahmen zeigt.
  • In der Figur ist das Ablaufprinzip zum Ermitteln des Belastungszustands und hiervon ausgehend die Durchführung belastungsreduzierender Maßnahmen dargestellt. Ein erster Block 1 symbolisiert das Ermitteln der Ist-Trajektorie des Fahrzeugs, also der tatsächlich zurückgelegten Fahrstrecke, was beispielsweise mithilfe eines Navigationssystems und/oder einer Umfeldsensorik festgestellt werden kann. Das Navigationssystem umfasst ein Global Positioning System (GPS) sowie eine hinterlegte Straßenkarte, woraus ausgehend von der aktuellen Fahrzeugposition die unmittelbar vorausliegende Fahrstrecke ermittelt werden kann. Über die Umfeldsensorik kann ebenfalls die unmittelbar vorausliegende Fahrstrecke festgestellt werden, beispielsweise mithilfe einer Videokamera oder eines Radarsystems. Es ist auch möglich, die Informationen aus dem Navigationssystem und der Umfeldsensorik gemeinsam auszuwerten, wodurch beispielsweise Hindernisse auf der Fahrbahn erkannt werden können. Bei der Soll-Trajektorie handelt es sich um die optimale Fahrstrecke, die idealerweise von dem Fahrzeug zurückgelegt wird.
  • Im Block 2 wird die Ist-Trajektorie, also das tatsächlich durchgeführte Fahrmanöver ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise ebenfalls mithilfe des Navigationssystems/oder der Umfeldsensorik. Darüber hinaus kann aber auch mithilfe einer fahrzeugeigenen Sensorik beispielsweise die Lenkbetätigung des Fahrers ermittelt werden, aus der auf die Ist-Trajektorie geschlossen werden kann. Möglich ist es desweiteren, dass im Block 1 ein Soll-Lenkwinkelverlauf für eine bestimmte Fahrstrecke ermittelt wird und der gemessene Ist-Lenkwinkelverlauf aus dem Block 2 mit dem Soll-Verlauf verglichen wird.
  • Im Block 3 erfolgt aus dem Vergleich zwischen dem Soll- und Ist-Verlauf aus den Blöcken 1 und 2 die Ermittlung des aktuellen Belastungszustandes des Fahrers. Hierbei werden die Abweichungen im Ist-Verlauf vom Soll-Verlauf ermittelt, wobei die Abweichungen im Hinblick auf ihre Höhe und ihre Anzahl ein Maß für den aktuellen Belastungszustand des Fahrers darstellen. Es kann beispielsweise auf mathematischem Wege die empirische Varianz ermittelt werden oder, aus der Wurzel der Varianz, die Standardabweichung, wobei die Höhe der Varianz bzw. der Standardabweichung ein Maß für den aktuellen Belastungszustandes des Fahrers darstellt.
  • Im Block 4 werden belastungsreduzierende Maßnahmen im Fahrzeug ergriffen. Je nach Höhe des ermittelnden Belastungszustandes können die Maßnahmen in gestufter Weise durchgeführt werden. Bei einem lediglich geringfügig erhöhten Belastungszustand genügt eine Information oder Warnung an den Fahrer, beispielsweise dahingehend, dass das Fahrverhalten geändert oder eine Pause eingelegt werden soll. In einer nächsthöheren Stufe, die bei einem entsprechend höheren Belastungszustand durchgeführt wird, wird beispielsweise ein Eingriff in ein Aggregat oder einen Aktor im Fahrzeug durchgeführt, indem das Aggregat bzw. der Aktor selbst aktiviert wird oder eine Kennlinie oder ein Parameter des Aggregats bzw. Aktors verändert wird. Die Höhe des Eingriffs kann wiederum von der Höhe des Belastungszustandes abhängig gemacht werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, beispielsweise bei einem mittelhohen Belastungszustand einen geringeren Eingriff als einem hohen Belastungszustand durchzuführen. So kann es zweckmäßig sein, bei einem mittelhohen Belastungszustand zum Beispiel eine Dämpferkennlinie in Richtung eines komfortableren Fahrverhaltens zu ändern und bei einem noch höheren Belastungszustand Kennlinien in einem Fahrerassistenzsystem in Richtung eines früheren Ansprechverhaltens zu ändern, so dass zum Beispiel ein elektronisches Stabilitätsprogramm bereits früher eingreift als bei einem niedrigen Belastungszustand. In der höchsten Stufe wird dagegen unmittelbar ein Aggregat oder Fahrerassistenzsystem selbsttätig ausgelöst, beispielsweise ein Lenk- oder Bremsvorgang selbsttätig durchgeführt.
  • Das Verfahren zum Ermitteln des Belastungszustands und hiervon abhängig zur Ergreifung von belastungsreduzierenden Maßnahmen kann in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt werden. Dies ermöglicht es, Änderungen im Belastungszustand zu ermitteln und die zu ergreifenden Maßnahmen sowohl an einen sich erhöhenden als auch einen sich reduzierenden Belastungszustand anzupassen.
  • 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 102004027085 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Ermitteln des Belastungszustands des Fahrers eines Fahrzeugs, bei dem die Soll-Trajektorie des Fahrzeugs oder eine damit korrelierende Zustandsgröße bestimmt und mit der Ist-Trajektorie bzw. einer damit korrelierenden Zustandsgröße verglichen wird, wobei mit zunehmender Häufigkeit und/oder Höhe der Abweichung der Ist- von der Soll-Trajektorie bzw. der korrelierenden Zustandsgröße auf einen höheren Belastungszustand geschlossen wird und in Abhängigkeit des Belastungszustands belastungsreduzierende Maßnahmen ergriffen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll- und Ist-Trajektorie kombiniert in Quer- und Längsrichtung bzw. hiermit korrelierende Zustandsgrößen bestimmt und verglichen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Differenz der Ist- von der Soll-Trajektorie bzw. der korrelierenden Zustandsgröße die Varianz ermittelt wird, die als Maß für den Belastungszustand herangezogen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewichtete Summe der Varianzen mehrerer Zustandsgrößen als Maß für den Belastungszustand herangezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Soll- und Ist-Verlauf des Lenkwinkels verglichen werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Trajektorie bzw. die damit korrelierende Zustandsgröße aus Messdaten einer Umfeldsensorik im Fahrzeug bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Trajektorie diejenige Fahrlinie darstellt, die mit minimalem Lenkaufwand zu befahren ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als belastungsreduzierende Maßnahme Fahrereingaben, beispielsweise Lenkeingaben oder Pedalbetätigungen, in reduzierter Weise umgesetzt werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als belastungsreduzierende Maßnahme Kennlinien in einem Fahrzeugaggregat oder einem Fahrerassistenzsystem modifiziert werden, beispielsweise in einem Bremsassistenten.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als belastungsreduzierende Maßnahme Kennlinien zugunsten eines höheren Fahrkomforts verändert werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beurteilung des Belastungszustands ergänzend die Pedalbetätigung durch den Fahrer ausgewertet wird.
  12. Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 12.
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