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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Ermüdungsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Zur Erhöhung der Sicherheit im Verkehr von Fahrer geführten Fahrzeugen finden zunehmend Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung eines Ermüdungsgrades des jeweiligen Fahrers Anwendung. Ein Ermüdungsgrad, der eine gewisse Ermüdungsschwelle überschreitet, wird mit dem Begriff Schläfrigkeit bezeichnet. Bei Detektion von Schläfrigkeit kann dann ein optisches und/oder ein akustisches Signal abgegeben werden, um den Fahrer kurzfristig zu mehr Aufmerksamkeit und langfristig zum Einlegen einer Pause anzuregen. Es ist auch möglich, dass automatische Steuerungssystem das Führen des Fahrzeugs übernehmen. Ein reziprok gleichbedeutendes Bezeichnungssystem basiert auf dem Begriff Aufmerksamkeit und/oder dem Begriff Wachsamkeit.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Ermüdungsgrades werden auch als Fahrerassistenzsysteme bezeichnet oder sind Teil von Fahrerassistenzsystemen. Dabei ist die Bestimmung des Ermüdungsgrades zur Erhöhung der Sicherheit in unterschiedlichen Fahrzeugen möglich. Eine nicht ausschöpfende Liste von Beispielen von Fahrzeugen umfasst Last- und Personenkraftfahrzeuge im Straßenverkehr, Güter- und Personenzuglokomotiven im Schienenverkehr und Flugzeuge im Luftverkehr.
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Fahrer geführte Fahrzeuge umfassen grundsätzlich Vorrichtungen (Steuerelemente), die es dem Fahrer ermöglichen, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu verändern. Solche Vorrichtungen erlauben, den Absolutbetrag der Geschwindigkeit, etwa über ein sogenanntes „Gaspedal“ bzw. einen „Gashebel“ und/oder ein „Bremspedal“, und/oder die Richtung bzw. die Richtungsänderungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit, etwa über ein Lenkrad, zu verändern. Ersteres kann etwa durch Beschleunigung, durch sogenanntes „Gas geben“, oder Entschleunigung, etwa durch „vom Gas gehen“ beziehungsweise „Gas wegnehmen“ und/oder Bremsen, erfolgen. Letzteres kann beispielsweise durch Lenken erfolgen. Die Begriffe „Gaspedal“, „ Gas geben“, „vom Gas gehen“ und „Gas wegnehmen“ werden dabei im übertragenen Sinne auch für Fahrzeuge, etwa elektrisch betriebene Fahrzeuge, verwendet, die im engeren Sinne gar nicht über eine Gasversorgung be- beziehungsweise entschleunigt werden.
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Eine Möglichkeit, den Ermüdungsgrad eines Fahrers zu bestimmen, besteht darin, frühere und aktuelle Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs, die durch den Fahrer veranlasst werden, miteinander zu vergleichen.
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Steigt nämlich der Ermüdungsgrad, werden Korrekturen von willentlichem aber unangepasstem Fahrverhalten häufiger notwendig, sodass die willentlich veranlassten Geschwindigkeitsänderungen ausgeprägter werden. Noch weitere Steigerung des Ermüdungsgrades kann zu Mikroschlafereignissen führen, die in zufälligen, nicht willentlichen Geschwindigkeitsänderungen resultieren. Ein Ziel des Verfahrens zur Bestimmung des Ermüdungsgrades ist, rechtzeitig vor Auftreten von Mikroschlafereignissen zu warnen.
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Der Vergleich früherer und aktueller Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs, die durch den Fahrer veranlasst werden, ermöglicht also, eine Ermüdungsgradveränderung zu bestimmen.
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Ist nun ein vorheriger Ermüdungsgrad bekannt, kann die Ermüdungsgradveränderung verwendet werden, den Ermüdungsgrad zu aktualisieren.
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Für ein solches Verfahren ist es notwendig, den Ermüdungsgrad zu initialisieren. Es hat sich gezeigt, dass es sowohl für die Initialisierung als auch für die Bestimmung der Ermüdungsgradveränderung vorteilhaft ist, das Verfahren entsprechend dem jeweiligen Fahrer zu parametrisieren. Dabei passt sich die Bestimmung der Ermüdungsgradveränderung des Fahrers in einer anfänglichen Anpassungsphase an den Fahrer an.
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JP2008035964A beschreibt eine Vorrichtung zur Entscheidung über die Schläfrigkeit eines Subjekts, welche eine Speichervorrichtung umfasst, in der in der Vergangenheit Entscheidungen über die Schläfrigkeit des Subjekts gespeichert sind. Die Entscheidungen aus der Vergangenheit werden zur Entscheidung über die aktuelle Schläfrigkeit herangezogen.
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Aus
US6313749B ist eine Schläfrigkeitsdetektion zur Erzeugung einer (audio)visuellen Anzeige von Schläfrigkeit bekannt, die zirkadianische und Schlafparameter des individuellen Fahrers und/oder generische oder universelle humanpsychologische Faktoren berücksichtigt und mit Echtzeitverhaltensmessungen von Kontrollaktionen des Fahrers einschließlich Lenkung und Beschleunigung integriert.
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WO12144948A1 befasst sich mit einem Tachograph und einer Fahrerkarte, die Daten über Fahrt- und Ruhezeiten des Fahrers umfasst. Eine Aufmerksamkeitsmodellierungseinheit berechnet einen augenblicklichen Ermüdungswert für den Fahrer unter Verwendung eines Aufmerksamkeitsmodels. Das Model basiert dabei auf drei Komponenten: Aufmerksamkeitsgrad, zirkadianischer Rhythmus und ultradianischer Rhythmus basierend auf diurnaler biologischer Aktivität.
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Biometrische Verfahren erlauben grundsätzlich, Gesichter von Fahrern technisch zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfinder haben erkannt, dass die Güte der Bestimmung des Ermüdungsgrades weiter verbessert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Bestimmung eines Ermüdungsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 zur Bestimmung eines Ermüdungsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
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Das vorgestellte Verfahren umfasst dabei einen Schritt einer fahrerbezogenen Bestimmung einer Ermüdungsgradveränderung und einen Schritt der Bestimmung des Ermüdungsgrads anhand eines vorherigen Ermüdungsgrades, der unter Verwendung eines fahrerbezogenen zirkadianen Rhythmus bestimmt wird, und der bestimmten Ermüdungsgradveränderung umfasst.
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Das vorgestellte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der vorherige Ermüdungsgrad unter Verwendung von Daten über den Fahrer aus einem Zeitraum, in dem der Fahrer das Fahrzeug nicht fährt, bestimmt wird.
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Die Verwendung von Daten über den Fahrer aus einem Zeitraum, in dem der Fahrer das Fahrzeug nicht fährt, ermöglicht nämlich, die Parametrisierung des Verfahrens für die Initialisierung und/oder für die Bestimmung der Ermüdungsgradveränderung zu verbessern beziehungswiese die Parametrisierung zu beschleunigen, sodass kurzfristig und/oder langfristig genauere Bestimmungen des Ermüdungsgrades erzielt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der Zeitraum in der Vergangenheit, wobei der Fahrer das Fahrzeug unmittelbar vor und nach dem Zeitraum gefahren hat beziehungsweise fährt. Dann können die Daten eine Dauer des Zeitraums umfassen, wobei die Dauer mit einem Grenzwert verglichen wird und bei Unterschreitung des Grenzwertes durch die Dauer des vorherigen Ermüdungsgrades unter Verwendung eines weiteren Ermüdungsgrades, der unter Verwendung eines Geschwindigkeitsänderungsverhaltens unmittelbar vor Beginn des Zeitraums bestimmt wurde, ermittelt wird.
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Das bedeutet, dass nach kurzen Fahrtunterbrechungen (Pausen) kein Reset des Verfahrens erfolgen muss, da davon ausgegangen werden kann, dass sich der Ermüdungsgrad des Fahrers in der Pause nicht wesentlich geändert hat.
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Bei Überschreitung des Grenzwertes durch die Dauer kann hingegen der vorherige Ermüdungsgrad unter Verwendung des fahrerbezogenen zirkadianen Rhythmus bestimmt werden.
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Der zirkadianische Rhythmus bietet einen guten Anfangsschätzwert des Ermüdungsgrades eines Fahrers.
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Die Daten können auch die in einer mobilen Speichervorrichtung gespeicherte Aktivitätsinformation über eine oder mehrere Aktivitäten des Fahrers in dem Zeitraum umfassen. Dann kann das Verfahren weiterhin umfassen: Auslesen der Aktivitätsinformationen aus der Speichervorrichtung und Anpassen des fahrerbezogenen zirkadianen Rhythmus unter Verwendung der Aktivitätsinformationen.
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Elektronische Terminkalender, wie sie beispielsweise in Smartphones gespeichert sind, bieten Anhaltspunkte zu ermüdenden, Aufmerksamkeit bindenden oder den zirkadianen Rhythmus auf andere Weise beeinflussenden Aktivitäten des Fahrers vor und/oder nach der Fahrt.
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Das Auslesen der Daten kann drahtlos oder kabelgebunden erfolgen.
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Beispielsweise kann der Fahrer das Fahrzeug augenblicklich in einer Zeitzone fahren und die Aktivitätsinformation kann Zeitzoneninformationen über mindestens einen Aufenthalt des Fahrers in einer anderen Zeitzone, die sich von der Zeitzone unterscheidet, umfassen.
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Dies erlaubt dann den zirkadianen Rhythmus an einen eventuell vorhandenen Jetlag anzupassen.
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Die Aktivitätsinformation kann auch eine Historie von wiederkehrenden Pendelwegen des Fahrers umfassen. Dann kann die Historie verwendet werden zur Anpassung des zirkadianen Rhythmus einen Tagesrhythmus des Fahrers zu bestimmen.
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So können Pendelwege, die vom Fahrer regelmäßig zurückgelegt werden, selbst dann berücksichtigt werden, wenn der Fahrer für diese Wege kein oder ein anderes Fahrzeug verwendet.
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Die erfindungsgemäß vorgestellte Vorrichtung zur Bestimmung eines Ermüdungsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs, umfasst eine Speichereinheit und eine Bestimmungseinheit, wobei in der Speichereinheit ein durch die Bestimmungseinheit ausführbarer Anweisungssatz hinterlegt ist und wobei bei Ausführung des Anweisungssatzes durch die Bestimmungseinheit das erfindungsgemäß vorgestellte Verfahren ausgeführt wird. Das erfindungsgemäß vorgestellte Fahrzeug umfasst die erfindungsgemäß vorgestellte Vorrichtung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Kamera zum optischen Erfassen des Gesichts des Fahrers. Der in der Speichereinheit hinterlegte, ausführbare Anweisungssatz ist dann so ausgebildet, dass bei Ausführung des Anweisungssatzes durch die Bestimmungseinheit ein Erkennen fahrerbezogener Gesichtsmerkmale und ein Identifizieren des Fahrers unter Verwendung weiterer fahrerbezogener Gesichtsmerkmale, die in der Speichereinheit hinterlegt sind, durch Vergleich der erkannten Gesichtsmerkmale mit den hinterlegten Gesichtsmerkmalen erfolgt.
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Die Verwendung von Fahrerkarten wird dadurch überflüssig.
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Die hinterlegten Gesichtsmerkmale können mit fahrerbezogenen Applikationsparametern zu einer fahrerbezogenen Initialisierung zur Bestimmung eines Ermüdungsgrades verknüpft sein.
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Die Bestimmung der einen Ermüdungsgradveränderung kann beispielsweise unter Verwendung von früheren und aktuell durch den Fahrer veranlassten Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs erfolgen.
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Dabei sind im Sinne der Erfindung Änderungen des Absolutbetrags der Geschwindigkeit, Änderungen der Richtung der Geschwindigkeit und Änderungen der Änderungsgeschwindigkeit Geschwindigkeitsrichtung als Geschwindigkeitsänderungen zu verstehen.
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Es ist auch möglich, zur Ermüdungsgradveränderung eine Außenkamera und/oder eine Innenraumkamera verwenden. Insbesondere kann eine Blinzelfrequenz des Fahrers und/oder eine maximale Augenöffnung des Fahrers mittels der Innenraumkamera erfasst zur Ermüdungsgradveränderung herangezogen werden. Blinzelfrequenz des und/oder eine maximale Augenöffnung können dabei alleine oder in Kombination mit Spurdaten der Außenkamera und/oder Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs verwendet werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
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3 schematisch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist schematisch eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gezeigt. Eine Speichereinheit 100, im Ausführungsbeispiel in Form eines Flashspeichers ausgebildet, ist mit einer Bestimmungseinheit 200, im Ausführungsbeispiel in Form eines Mikroprozessors, verbunden. Die Bestimmungseinheit 200 kann einen Satz von Anweisungen, im Ausführungsbeispiel in der Form eines Softwareprogramms, aus der Speichereinheit 100 auslesen und ausführen. Dabei bewirkt die Ausführung des Anweisungssatzes durch die Bestimmungseinheit 200, dass das das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
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Dazu ist die Vorrichtung 10 mit einer Steuereinheit 400, mit deren Hilfe ein Fahrer die Geschwindigkeit eines in 3 beispielhaft gezeigten Fahrzeugs 30 zu verändern kann, verbunden. Im Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 10 im Fahrzeug 30 angeordnet. Die Steuereinheit 400 des Ausführungsbeispiels umfasst ein Gaspedal und ein Lenkrad. Insbesondere ist die Bestimmungseinheit 200 so mit der Steuereinheit 400 verbunden, dass aktuelle Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs 30 durch den Fahrer, also Interaktionen des Fahrers mit dem Lenkrad und/oder dem Gaspedal, von der Bestimmungseinheit 200 erfasst werden können. In der Speichereinheit 100 sind zudem frühere Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs 30, die durch den Fahrer mittels der Steuereinheit 400 veranlasst wurden, hinterlegt. Dabei sind die früheren Geschwindigkeitsänderungen mit Gesichtsmerkmalen des Fahrers verknüpft hinterlegt. Weiterhin sind fahrerbezogene Applikationsparameter zur Parametrisierung des Verfahrens mit den Gesichtsmerkmalen des Fahrers verknüpft hinterlegt.
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Die Vorrichtung 10 ist im Ausführungsbeispiel mit einer Kamera 300, die im Ausführungsbeispiel ebenfalls im Fahrzeug 30 angeordnet ist, verbunden. Insbesondere ist die Bestimmungseinheit 200 mit der Kamera 300 verbunden, sodass das Gesicht des aktuellen Fahrers aufgenommen und Gesichtsmerkmale aus dem aufgenommen Gesicht extrahiert werden können. Durch Vergleich der aktuell extrahierten Gesichtsmerkmale mit den hinterlegten Gesichtsmerkmalen können so die zum Fahrer zugehörigen früheren Geschwindigkeitsänderungen und/oder die Applikationsparameter aus der Speichereinheit ausgewählt werden und zur Initialisierung beziehungsweise Parametrisierung des Verfahrens verwendet werden.
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Anstelle der Kamera können auch andere Fahreridentifikationsverfahren verwendet werden. Im einfachsten Fall ist das Fahrzeug 30 nur für die Verwendung durch einen einzigen Fahrer vorgesehen, sodass eine Identifikation entfallen kann.
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Bei Ausführung des Anweisungssatzes durch die Bestimmungseinheit 200 führt diese nach Erkennen des Fahrers und fahrerbezogener Initialisierung beziehungsweise Parametrisierung einen Schritt S1 des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens 20 aus. Schritt S1 umfasst das Auslesen von Aktivitätsinformationen aus einer mobilen Speichervorrichtung, im Ausführungsbeispiel einem Speicher eines Smartphones des Fahrers. Das Smartphone des Fahrers kann auf unterschiedliche Weise erkannt werden. Beispielsweise ist es die einzige über eine drahtlos Verbindung wie Bluetooth oder WLAN (wireless local area network) erreichbare mobile Speichervorrichtung. Oder es ist diejenige mobile Speichervorrichtung, die drahtlos mit der stärksten Signalverbindung erreichbar ist. Es ist auch möglich, dass die mobile Speichervorrichtung anhand einer drahtgebundenen Verbindung erkannt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass mit den hinterlegten Gesichtsmerkmalen eine eindeutige Kennzeichnung (Geräte-ID) mit hinterlegt und verknüpft ist, wobei die mobile Speichervorrichtung bei Aufbau einer Verbindung der Vorrichtung 10 ihre Kennzeichnung übermittelt. Dann kann die Vorrichtung 10 übermittelte Kennzeichnungen mit der hinterlegten Kennzeichnung vergleichen und so die mobile Speichervorrichtung identifizieren, aus der fahrerbezogene Aktivitätsinformationen auszulesen sind.
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Anschließend wird im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schritt S2 ausgeführt, der ein Anpassen des fahrerbezogenen zirkadianen Rhythmus unter Verwendung der Aktivitätsinformationen umfasst. Im nachfolgenden Schritt S3 wird eine fahrerbezogene Bestimmung einer Ermüdungsgradveränderung durchgeführt. Dazu werden beispielsweise frühere und aktuell durch den Fahrer veranlasste Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs 30 verwendet. Die früher durch den Fahrer veranlassten Geschwindigkeitsänderungen werden im Ausführungsbeispiel aus der Speichereinheit 100 ausgelesen, die aktuell veranlassten Geschwindigkeitsänderungen werden über die Verbindung von Bestimmungseinheit 200 und Steuereinheit 400 erfasst. Im Sinne der Erfindung sind Änderungen des Absolutbetrags der Geschwindigkeit (Gas geben, Gas wegnehmen oder Bremsen), Änderungen der Richtung der Geschwindigkeit (Einschlagen des Lenkrads) und Änderungen der Änderungsgeschwindigkeit Geschwindigkeitsrichtung (Änderung des Lenkradeinschlags) dabei als Geschwindigkeitsänderungen zu verstehen.
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Es ist auch möglich, zur Ermüdungsgradveränderung zusätzlich oder alternativ eine Außenkamera und/oder eine Innenraumkamera (mit) zu verwenden. Insbesondere kann eine Blinzelfrequenz des Fahrers und/oder eine maximale Augenöffnung des Fahrers mittels der Innenraumkamera erfasst zur Ermüdungsgradveränderung herangezogen werden. Blinzelfrequenz des und/oder eine maximale Augenöffnung können dabei alleine oder in Kombination mit Spurdaten der Außenkamera und/oder Geschwindigkeitsänderungen des Fahrzeugs 30 verwendet werden.
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Schließlich wird in Schritt S4 der Ermüdungsgrad anhand eines vorherigen Ermüdungsgrades und der bestimmten Ermüdungsgradveränderung bestimmt. Dabei hängt der vorherige Ermüdungsgrad von einem fahrerbezogenen zirkadianen Rhythmus ab und von Daten über den Fahrer in einem Zeitraum, in dem der Fahrer das Fahrzeug 30 nicht fährt. Im Ausführungsbeispiel umfassen diese Daten die ausgelesenen Aktivitätsinformationen. Beispielsweise können Informationen zu kürzlich durchgeführten Aufenthalten in anderen Zeitzonen als, der, in der das Fahrzeug 30 aktuell bewegt wird, für eine Jetlag bedingte Korrektur des zirkadianen Rhythmus verwendet werden. Es ist auch möglich, dass der zirkadiane Rhythmus anhand von einem Tagesrhythmus des Fahrers korrigiert wird, der mittels Pendelwegen, die vom Fahrer regelmäßig zurückgelegt werden, bestimmt wird. Durch die Bestimmung der Pendelwege über den Zugriff auf das Smartphone können diese unabhängig davon berücksichtigt werden, ob sie mit dem Fahrzeug 30 durchgeführt werden. Vergangene und/oder zukünftige Termine können weiterhin dazu verwendet werden, den vorherigen Ermüdungsgrad des Fahrers anzupassen. So können beispielsweise anstrengende sportliche Aktivitäten und/oder langwierige berufliche Termine, die kurz vor einer Fahrt stattgefunden haben, berücksichtigt werden, da sie mit einer Erhöhung des Ermüdungsgrades einhergehen. Ebenso können wichtige Termine nach einer Fahrt die Aufmerksamkeit beeinflussen und so zu einer schnelleren Erhöhung des Ermüdungsgrades führen.
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Dann kehrt das Verfahren zu Schritt S3 zurück, wobei der aktuell bestimmte Ermüdungsgrad bei der erneuten Ausführung des Schrittes S4 als vorheriger Ermüdungsgrad dient. Dazu wird der aktuell bestimmte Ermüdungsgrad gespeichert, beispielsweise in der Speichereinheit 100.
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Bei Beendigung der Fahrt kann der zuletzt bestimmte Ermüdungsgrad in der Speichereinheit 200 gespeichert werden.
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In einer Weiterbildung der beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach Beendigung der Fahrt eines Fahrers durch die Vorrichtung 10 in einem Vergleichsschritt S5 überwacht, ob die Fahrt innerhalb eines kurzen Zeitraums durch den Fahrer wieder aufgenommen wird. Das heißt, es wird die Dauer einer Fahrtunterbrechung bestimmt, wobei der Fahrer vor und nach der Fahrtunterbrechung das Fahrzeug 30 fuhr und fährt, und die bestimmte Dauer mit einem Grenzwert verglichen. Bleibt die bestimmte Dauer unterhalb des Grenzwertes, so kehrt das Verfahren zu Schritt S3 zurück. Übersteigt hingegen die bestimmte Dauer den Grenzwert, so kehrt das Verfahren zu Schritt S1 zurück.
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Beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen neben den Schritten S3 und S4 den Schritt S5, die Schritte S1 und S2 oder die Schritte S1, S2 und S5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008035964 A [0010]
- US 6313749 B [0011]
- WO 12144948 A1 [0012]
