DE102014216208A1

DE102014216208A1 - Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers

Info

Publication number: DE102014216208A1
Application number: DE102014216208.4A
Authority: DE
Inventors: Esther-Sabrina Wacker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2016-02-18
Also published as: US20160046295A1; CN105361894A; US9956962B2

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers (2) eines Fahrzeugs (1) beschrieben, wobei mindestens ein visueller Reiz (7) angezeigt wird; die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) mittels einer Blickerkennungsvorrichtung (3) beobachtet wird; und die Reaktionszeit ab dem Anzeigen des visuellen Reizes (7) bestimmt wird, wobei die Reaktionszeit einer vorbestimmten Zeitspanne entspricht, wenn die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes (7) verlaufend erkannt wird, oder wobei die Reaktionszeit einer Zeitspanne entspricht, bei der die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes (7) verlaufend erkannt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers.
Stand der Technik
Zur Bestimmung eines Fahrerzustandes, beispielsweise unter dem Einfluss von Müdigkeit oder Alkohol, kann die Reaktionszeit und auch die Größe des Sichtbereichs als wichtige Bemessungsgrundlage einbezogen werden. Bei Müdigkeit und Alkoholeinfluss verlangsamt sich die Reaktionszeit. Zudem verringert sich die Größe des Sichtbereichs, in dem noch Bewegungen wahrgenommen werden. Dies wird zum Beispiel als Tunnelblick bezeichnet. Für die Bestimmung des Fahrerzustandes werden in Zukunft Verfahren, die solche Größen so automatisch wie möglich ermitteln, immer größere Bedeutung erlangen.
WO 93/16637 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen eines Reflexes einer Person, bei der zufällig ein visuelles Signal an einem von mehreren vorbestimmten und erkennbaren Orten angezeigt wird. Wenn die Person das Signal wahrnimmt, drückt sie einen Taster. Die Zeit zwischen Anzeige und Tastendruck ist die Reaktionszeit.
WO 01/52722 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung der Blickrichtung eines Benutzers, bei dem ein Lichtstrahl in das Auge des Benutzers gerichtet wird und dessen Reflektion erfasst wird.
Es sind bislang keine Systeme oder Verfahren bekannt, welche den Zustand des Fahrzeugführers automatisch erfassen können.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs umfasst grundsätzlich folgende Schritte:

– Anzeigen mindestens eines visuellen Reizes;
– Beobachten der Blickrichtung des Fahrzeugführers mittels einer Blickerkennungsvorrichtung;
– Bestimmen der Reaktionszeit ab dem Anzeigen des visuellen Reizes, wobei die Reaktionszeit einer vorbestimmten Zeitspanne entspricht, wenn die Blickrichtung des Fahrzeugführers nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes verlaufend erkannt wird, oder wobei die Reaktionszeit einer Zeitspanne entspricht, bei der die Blickrichtung des Fahrzeugführers innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes verlaufend erkannt wird.

Gemäß der Erfindung ist messbar, wann der visuelle Reiz vom Fahrzeugführer wahrgenommen wird beziehungsweise, ob er überhaupt wahrgenommen wird. Daraus lässt sich die zeitliche Differenz vom Beginn der Anzeige des visuellen Reizes bis zu seiner Erkennung durch den Fahrer und dessen Reaktionszeit ermitteln. Dabei wird detektiert, wann die Blickrichtung des Fahrzeugführers in Richtung des dem System bekannten Anzeigeorts des visuellen Reizes verläuft. Dies kann zum Beispiel dann erfüllt sein, wenn der Blickrichtungsvektor sich mit der Position des visuellen Reizes beziehungsweise einer vordefinierten Region um die Position des visuellen Reizes herum schneidet. Schafft der Fahrzeugführer es nicht, innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne den visuellen Reiz zu erkennen, wird das Verfahren oder zumindest die Erkennung dieses visuellen Reizes abgebrochen und die Reaktionszeit wird als der vorbestimmten Zeitspanne entsprechend angesetzt. Dieses Verfahren ist sehr einfach und sehr sicher durchzuführen.
Eine Fahruntüchtigkeit kann festgestellt werden, wenn die Reaktionszeit der vorbestimmten Zeitspanne entspricht, und eine Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs kann aktiviert werden. Wenn der Fahrzeugführer es nicht schafft, eine oder mehrere visuelle Reize innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne zu fokussieren beziehungsweise zu beobachten, wird aus Sicherheitsgründen eine Fahruntüchtigkeit festgestellt. Dann kann eine Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs aktiviert werden, wie beispielsweise das Sperren des Zündschlosses oder das Ausgeben einer akustischen Warnung an den Fahrer. Dadurch lässt sich die Verkehrssicherheit erhöhen.
Eine Fokussierung des Fahrzeugführers auf den visuellen Reiz kann beobachtet werden. Eine Fokussierung auf den visuellen Reiz kann ein weitergehendes Kriterium als die Erfassung der Blickrichtung auf den visuellen Reiz sein, was die Zuverlässigkeit weiter erhöht. Die Fokussierung kann beispielsweise über eine Beobachtung der Pupillen erfolgen.
Das Anzeigen, Beobachten und Bestimmen kann während einer Kalibrierung der Blickerkennungsvorrichtung vorgenommen werden. Vorteilhafterweise können so die Kalibrierung und das Bestimmen der Reaktionszeit zeitgleich ausgeführt werden. Für die Kalibrierung kann eine Kalibriersequenz einer Abfolge von visuellen Reizen, beispielsweise von kleinen Kreisen, dienen, die über die Anzeigeeinheit zufällig aber an einer für das System bekannten Position erscheinen. Eine Kamera beziehungsweise ein System erfasst die Augenpartie des Fahrers, und personenspezifische Charakteristika, wie zum Beispiel die corneale Reflektion, werden ausgewertet, sodass sich daraus die Blickrichtung bestimmen lässt. So wird nur ein System benötigt, um die unterschiedlichen Ziele zu erreichen, was Kosten und Aufwand spart. Der zusätzliche Aufwand, um ein bereits vorhandenes Blicksteuerungs- oder Blickerkennungssystem auch für die Messung der Reaktionszeit beziehungsweise die Größe des noch bewusst wahrgenommenen Sehbereichs verwenden zu können, ist minimal. Auf diese Weise erfolgt das Bestimmen beziehungsweise Messen der Reaktionszeit und/oder des Gesichtsfeldes für den Fahrer versteckt. Dies verhindert ungewollte Manipulation sowie eine Verfälschung der Messergebnisse, zum Beispiel durch kurzfristige besondere Konzentration oder durch Mithilfe von anderen Fahrzeuginsassen.
Die Blickerkennungsvorrichtung kann Teil einer Blicksteuerungsvorrichtung sein. Zunehmend finden auch Blicksteuerungsvorrichtungen Verbreitung in Fahrzeugen, sodass auch diese Systeme vorteilhaft in Zusammenhang mit der Erfindung genutzt werden können. Blicksteuerungssysteme können unter Umständen detailliertere und genauere Ergebnisse erbringen als reine Blickerkennungsvorrichtungen.
Die Dauer der vorbestimmten Zeitspanne kann abhängig von der Position des angezeigten visuellen Reizes sein. Zum Beispiel kann eine Erfassung eines visuellen Reizes im zentralen Gesichtsfeld schneller erfolgen als in einem peripheren Sichtfeld. Eine entsprechende Anpassung der vorbestimmten Zeitspanne erlaubt ein genaueres Verfahren.
Über eine Verteilung der visuellen Reize kann ein Sichtbereich des Fahrzeugführers ermittelt werden. Aus der Größe des Sichtbereiches, in dem der Fahrer Aktionen noch bewusst wahrnimmt, lassen sich Rückschlüsse auf den Zustand des Fahrers ziehen. Ist der Fahrer übermüdet oder alkoholisiert oder wenn bereits ein sogenannter Tunnelblick eingetreten ist, werden visuelle Reize am Randes des Sichtbereichs teilweise gar nicht mehr wahrgenommen oder die Reaktionszeit ist für diese Bereiche abnormal groß. Der Sichtbereich kann neben der Reaktionszeit als zweites Kriterium zur Ermittlung des Fahrerzustandes angesehen werden. Dies erlaubt eine Plausibilisierung beziehungsweise erhöhte Sicherheit des Fahrens.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers eines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt, umfassend eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige mindestens eines visuellen Reizes, eine Kamera zur Beobachtung der Blickrichtung des Fahrzeugführers und eine Rechenvorrichtung eingerichtet zur Steuerung der Anzeigevorrichtung und zur Bestimmung der Reaktionszeit beginnend mit dem Anzeigen des visuellen Reizes, wobei die Reaktionszeit einer vorbestimmten Zeitspanne entspricht, wenn die Blickrichtung des Fahrzeugführers nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes verlaufend erkannt wird, oder wobei die Reaktionszeit einer Zeitspanne entspricht, bei der die Blickrichtung des Fahrzeugführers innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes verlaufend erkannt wird. Dies kann zum Beispiel dann erfüllt sein, wenn der Blickrichtungsvektor sich mit der Position des visuellen Reizes beziehungsweise einer vordefinierten Region um die Position des visuellen Reizes herum schneidet. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
Die Anzeigevorrichtung kann im Bereich einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet sein. Dort können die visuellen Reize direkt vom Fahrer erfasst werden und entsprechen dem tatsächlichen, für das Fahren benötigten Sichtfeld.
Die Anzeigevorrichtung kann mindestens eine LED und/oder einen Laser zur Darstellung des visuellen Reizes aufweisen. Die LED oder der Laser kann Bestandteil eines bereits bestehenden Systems wie eines Head Up Displays (HUD), ein Display, wie zum Beispiel ein Display des zentralen Fahrerinformationssystems oder eine Visualisierung der Reize im Instrumenten-Cluster sein. Diese könnten gegebenenfalls auch direkt von der Recheneinheit 5 zur Visualisierung angesteuert werden.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers; und
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in schematischer Darstellung einen vorderen Bereich eines Fahrzeugs 1, das von einem Fahrzeugführer 2 gefahren wird oder gefahren werden soll. Der Begriff Fahrzeug umfasst hier landgestützte Fahrzeuge, wie zum Beispiel PKW, LKW, Busse, Motorräder und so weiter, Wasserfahrzeuge, wie zum Beispiel Schiffe oder Fähren, und Luftfahrzeuge, wie zum Beispiel Flugzeuge. Auch Schienenfahrzeuge wie zum Beispiel Lokomotiven oder Straßenbahnen sind umfasst.
Eine Blickerkennungsvorrichtung 3, welche auch Bestandteil einer Blicksteuerungsvorrichtung sein kann, umfasst mindestens eine Kamera 4 zur Beobachtung des Fahrzeugführers 2, insbesondere des Gesichts beziehungsweise der Augen beziehungsweise der Blickrichtung des Fahrzeugführers 2. Die Kamera ist mit einer Rechenvorrichtung 5 verbunden, welche die Aufnahmen beziehungsweise Signale der Kamera 4 auswertet. Zur Kalibrierung der Blickerkennungsvorrichtung 3 ist eine Anzeigevorrichtung 6 mindestens eines visuellen Reizes 7 vorgesehen. Der visuelle Reiz ist beispielsweise, wie hier dargestellt, ein Kreis, der auf einer Windschutzscheibe 8 des Fahrzeugs 1 dargestellt wird.
Die Blickerkennungsvorrichtung 3 ist Bestandteil einer Vorrichtung 9 zum Bestimmen einer Reaktionszeit des Fahrzeugführers 2. Die beschriebenen Elemente der Blickerkennungsvorrichtung 3, nämlich die Kamera 4, die Rechenvorrichtung 5 und die Anzeigevorrichtung 6 können auch Bestandteil der Vorrichtung 9 zum Bestimmen der Reaktionszeit sein. Für die Erkennung der Reaktionszeit ist die Rechenvorrichtung 5 eingerichtet, die Zeit zwischen der Anzeige des visuellen Reizes 7 und der Erkennung der Erfassung des visuellen Reizes 7 durch den Fahrzeugführer 2 zu bestimmen oder zu messen. Diese Zeitdauer entspricht der Reaktionszeit des Fahrzeugführers 2.
Weiterhin ist die Rechenvorrichtung 5 dazu eingerichtet, einen Sichtbereich 10 oder ein Sichtfeld beziehungsweise einen Winkelbereich des Sichtbereiches 10 des Fahrzeugführers 2 zu detektieren. Dazu werden verschiedene optische oder visuelle Reize 7 entlang der Windschutzscheibe 8 verteilt, um so die Grenzen des Sichtbereichs 10 des Fahrzeugführers 2 zu ermitteln. In 1 ist ein so genannter Tunnelblick dargestellt, der sich durch einen geringen Winkel α auszeichnet, und den Rückschluss zulässt, dass der Fahrzeugführer 2 unter Alkoholeinfluss steht oder ermüdet ist.
Anhand von 2 wird nun das Verfahren zum Bestimmen der Reaktionszeit des Fahrzeugführers 2 näher erläutert. In einem ersten Schritt 100 wird ein visueller Reiz 7 oder mehrere visuelle Reize 7 an der Windschutzscheibe 8 im Sichtfeld des Fahrers 2 dargestellt. Der Ort der Darstellung des visuellen Reizes 7, das heißt der Position an der Windschutzscheibe 8 in Höhe und seitlicher Ausrichtung, das heißt quer zu einer Fahrrichtung des Fahrzeuges 1, wird von der Rechenvorrichtung 5 gesteuert. Die Anzeige der visuellen Reize 7 erfolgt für den Fahrzeugführer 2 zufällig. Die Rechenvorrichtung 5 kann die visuellen Reize 7 jedoch gemäß einem Programm anzeigen lassen, um beispielsweise den Sichtbereich 10 des Fahrzeugführers 2 zu ermitteln.
In einem zweiten Schritt 110 wird die Blickrichtung des Fahrzeugführers 2 beobachtet beziehungsweise bestimmt. Mittels einer oder mehrerer Kameras werden dabei beispielsweise die Augenbewegungen des Fahrzeugführers 2 nachverfolgt und damit die Blickrichtung des Fahrzeugführers 2 bestimmt.
In einem weiteren Schritt 120 wird festgestellt, ob die Blickrichtung des Fahrzeugführers 2 in Richtung des angezeigten optischen Reizes 7 verläuft, beziehungsweise ob der Blickrichtungsvektor sich mit der Position des visuellen Reizes beziehungsweise einer vordefinierten Region um die Position des visuellen Reizes herum schneidet. Alternativ oder zusätzlich kann festgestellt werden, ob der Fahrzeugführer 2 den visuellen Reiz 7 fokussiert.
Ist dies der Fall, wird in einem weiteren Schritt 130 die zeitliche Differenz zwischen dem Anzeigebeginn und der Erfassung durch den Fahrzeugführer 2 bestimmt oder gemessen. Diese zeitliche Differenz entspricht der Reaktionszeit des Fahrzeugführers 2. Die Reaktionszeit beginnt, wenn die Anzeigevorrichtung 6 auf einer Aktivierung der Rechenvorrichtung 5 einen visuellen Reiz 7, beispielsweise an der Windschutzscheibe 8, anzeigt. Die Zeitspanne endet, wenn die Kamera 4 beziehungsweise die Rechenvorrichtung 5 feststellt, dass der Fahrzeugführer 2 die visuellen Reize 7 erfasst oder erkannt hat.
In einem weiteren Schritt 140 wird festgestellt, ob die Erfassung durch den Fahrer oder anders ausgedrückt, ob die Reaktionszeit des Fahrzeugführers 2 innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne liegt. Diese Zeitspanne oder dieses Zeitfenster bricht den Schritt 130 der Erfassung des visuellen Reizes 7 durch den Fahrzeugführer 2 beziehungsweise der Bestimmung der Reaktionszeit ab. Dies dient dazu, zu lange Reaktionszeiten auszuschließen, bei denen der Fahrzeugführer nicht oder nur eingeschränkt verkehrstüchtig ist.
Diese vorbestimmte Zeitspanne kann im Bereich von Sekunden beziehungsweise Bruchteilen von Sekunden liegen. Dient die vorbestimmte Zeitspanne zur Feststellung einer Fahruntüchtigkeit des Fahrzeugführers 2, so ist ihre Länge oder Zeitdauer an Kriterien der Fahruntüchtigkeit oder Fahrtüchtigkeit bemessen. Die Länge der vorbestimmten Zeitspanne kann von der Rechenvorrichtung 5 variiert werden, so kann beispielsweise jede Position des visuellen Reizes eine eigene vorbestimmte Zeitspanne erhalten. Alternativ ist es möglich, dass bestimmte Zonen, wie beispielsweise ein mittlerer Bereich der Windschutzscheibe 8 sowie seitliche Bereiche der Windschutzscheibe 8 unterschiedliche, vorbestimmte Zeitspannen erhalten. Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Zeitfenster an den Kalibrierungsvorgang angepasst werden, da für eine Kalibrierung bestimmte Zeitabläufe berücksichtigt werden müssen.
Wenn im Schritt 140 eine normale Reaktionszeit erkannt wurde, das heißt, dass die Reaktionszeit unterhalb oder innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne liegt, kann der Fahrzeugführer 2 das Fahrzeug 1 starten und die Fahrt beginnen. Vorzugsweise findet das hier beschriebene Verfahren im Rahmen einer Kalibrierung der Blickerkennungsvorrichtung 3 vor dem Start des Fahrzeugs 1 statt.
Bei Überschreiten der vorbestimmten Zeitspanne wird in einem weiteren Schritt 150 eine Sicherheitsfunktion des Kraftfahrzeugs 1 aufgerufen, dabei wird zum Beispiel das Zündschloss gesperrt und/oder eine Warnung an den Fahrzeugführer 2 ausgegeben. Dieser Schritt 150 wird auch ausgeführt, wenn in dem Schritt 120 der visuelle Reiz 7 nicht oder nicht korrekt von dem Fahrzeugführer 2 erfasst wird. Die beiden Schritte 120 und 140 können miteinander kombiniert werden, sodass bereits in dem Schritt 120 zu dem Schritt 150 verzweigt wird, wenn die vorbestimmte Zeitspanne überschritten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 93/16637 [0003]
WO 01/52722 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers (2) eines Fahrzeugs (1), gekennzeichnet durch die Schritte: – Anzeigen mindestens eines visuellen Reizes (7); – Beobachten der Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) mittels einer Blickerkennungsvorrichtung (3); – Bestimmen der Reaktionszeit ab dem Anzeigen des visuellen Reizes (7), wobei die Reaktionszeit einer vorbestimmten Zeitspanne entspricht, wenn die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes (7) verlaufend erkannt wird, oder wobei die Reaktionszeit einer Zeitspanne entspricht, bei der die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes (7) verlaufend erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Fahruntüchtigkeit festgestellt wird, wenn die Reaktionszeit der vorbestimmten Zeitspanne entspricht, und eine Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs (1) aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Fokussierung des Fahrzeugführers (2) auf den visuellen Reiz (7) beobachtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Anzeigen, Beobachten und Bestimmen während einer Kalibrierung der Blickerkennungsvorrichtung (3) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Blickerkennungsvorrichtung (3) Teil einer Blicksteuerungsvorrichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dauer der vorbestimmten Zeitspanne abhängig von der Position des angezeigten visuellen Reizes (7) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei über eine Verteilung der visuellen Reize (7) ein Sichtbereich (10) des Fahrzeugführers (2) ermittelt wird.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Reaktionszeit eines Fahrzeugführers (2) eines Fahrzeugs (1), gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (6) zur Anzeige mindestens eines visuellen Reizes (7), eine Kamera (4) zur Beobachtung der Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) und eine Rechenvorrichtung (5) eingerichtet zur Steuerung der Anzeigevorrichtung (6) und zur Bestimmung der Reaktionszeit beginnend mit dem Anzeigen des visuellen Reizes (7), wobei die Reaktionszeit einer vorbestimmten Zeitspanne entspricht, wenn die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes (7) verlaufend erkannt wird, oder wobei die Reaktionszeit einer Zeitspanne entspricht, bei der die Blickrichtung des Fahrzeugführers (2) innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne als in Richtung des visuellen Reizes (7) verlaufend erkannt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anzeigevorrichtung im Bereich einer Windschutzscheibe (8) des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Anzeigevorrichtung (6) mindestens eine LED und/oder einen Laser zur Darstellung des visuellen Reizes (7) aufweist.