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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Prior-Werten einer Überwachungsvorrichtung eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges.
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Fahrzeugkollisionen im Straßenverkehr sind häufig auf das Fehlverhalten eines oder mehrerer Verkehrsteilnehmer(s) zurückzuführen. Moderne Fahrerassistenzsysteme zur Vermeidung von Kollisionen sind in der Lage, Fahrerzustände, beispielsweise Stress, kognitive Belastung oder Frustration über sogenannte psychophysiologische Messgrößen zu quantifizieren und in Abhängigkeit des ermittelten Fahrerzustandes, einen Warnhinweis für den Fahrer auszugeben. Die dazu eingesetzten Verfahren umfassen einerseits das Ermitteln physiologischer Fahrerdaten, wie Herzfrequenz und Atemfrequenz und andererseits von Fahrzeugdaten, wie Lenkeingriffe oder Pedaleingriffe. Darüber hinaus können weitere Parameter, beispielsweise aus bildgebenden Verfahren wie Augenbewegungen und Gesichtszüge des Fahrers, in die Schätzungen mit einfließen.
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Einer Schätzung des Fahrerzustands liegen statistische Modelle zugrunde, die je nach Anwendungsfall unterschiedliche Wahrscheinlichkeitsverteilungen annehmen. Hierbei wird zwischen einem sogenannten Prior-Wert und einem sogenannten Posterior-Wert unterschieden. Der Prior-Wert ist ein Wert, der auf Vorwissen basiert, wohingegen der Posterior-Wert Auskunft über die Wahrscheinlichkeitsverteilung nach der Beobachtung eines Ereignisses gibt. Die für die Schätzung notwendigen Fahrerdaten und Fahrzeugdaten werden über verschiedene Sensoren im Fahrzeug erfasst. So kann ein Modell, das den Fahrerzustand bewertet, die Posterior-Verteilung auf Basis des Prior-Wertes und der dafür notwendigen Messwerte berechnen. Nach der Aufzeichnung eines Sensor-Messwerts wird dann der Prior-Wert angepasst und eine Posterior-Verteilung prädiziert. Beispielsweise ist bekannt, dass die Herzfrequenz des Fahrers X in Ruhe ca. 60 Schläge pro Minute beträgt. Dies stellt einen Prior-Wert dar. Des Weiteren ist bekannt, dass eine Erhöhung der Herzfrequenz um 5 Schläge pro Minute auf Stress hindeutet. Ist die Herzfrequenz des Fahrers im Vergleich zur letzten Messung erhöht, liefert die Posterior-Schätzung Auskunft darüber, dass der Fahrer unter höherem Stress steht als zuvor.
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Jedoch ziehen solche Bewertungsmethoden die Fahrzeugumgebung bzw. die Umgebungsvariablen und deren Einfluss auf den Fahrer, bei der Berechnung des Fahrerzustands, bisher nur unzureichend in Betracht.
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Ein Fahrer erfährt beispielsweise unter den gleichen Voraussetzungen eine höhere kognitive Belastung, wie Stress, wenn er die gleiche Fahraufgabe bei besonders hoher Temperatur (beispielsweise 35°C) erledigen muss, verglichen mit der Erledigung der Aufgabe unter moderaten Temperaturen (beispielsweise 21°C). Da die Herzfrequenz ein Indikator für kognitive Belastung ist, wäre somit zu erwarten, dass die Herzfrequenz bei 35°C höher ist als bei 21°C.
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Ein Fahrer wird bei einem anderen Beispiel unter den gleichen Voraussetzungen beispielsweise Verkehr, Umgebungstemperatur etc., eine höhere kognitive Belastung empfinden, wenn er die gleiche Fahraufgabe erledigen muss und einmal das Infotainmentsystem bedient und ein zweites Mal keine Eingabe im Infotainmentsystem vornehmen muss. Bei der Bedienung des Infotainmentsystems ist eine stärkere Erhöhung der Herzfrequenz zu erwarten als ohne Eingabe in das Infotainmentsystem.
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Im Stand der Technik werden in solchen Situationen die Außentemperatur oder die Interaktion mit dem Infotainmentsystem als Messwerte herangezogen und aus dem Prior-Wert ein Posterior berechnet. Darauf basierend können selbstlernende Fahrerprofile angelegt werden, die sich an den Fahrer entsprechend anpassen. Allerdings wird hierbei nur ein einziges Fahrerprofil angelegt, aber es werden keine jeweils verschiedenen Fahrerprofile für unterschiedliche Umgebungssituationen (beispielsweise Umgebungstemperaturen) oder Fahrzeug-Interaktions-Bedienungen angelegt.
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Die
DE 10 2013 210 050 A1 offenbart ein Fahrerassistenzsystem mit einem Fahrersensor, der einen Fahrerzustand eines Fahrers erfasst und einen Umgebungssensor, der eine Information im Bezug auf die Umgebung des Fahrzeuges erfasst. Das Fahrerassistenzsystem lernt Fahreigenschaften eines speziellen Fahrers aus den erfassten Daten.
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Die
DE 10 2012 002 037 A1 offenbart das Durchführen von Fahrerzustandsanalysen aus einer Kombination der berührungslosen Erfassung, Analyse und Auswertung der Parameter der Herzfrequenzvariabilität, der Herzfrequenz und des Pulses eines Fahrers über die Zeitbereichsanalyse und Frequenzanalyse.
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Die
DE 10 2012 013 548 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung und Ermittlung eines Fahrzustandes, wobei ein Warnhinweis ausgegeben wird und dem Fahrer zusätzlich eine Anzahl von im Fahrzeug aktivierbarer Vitalisierungsmaßnahmen angeboten werden.
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Die
DE 10 2013 016 436 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Sicherheitssystem eines Fahrzeuges mit einem Fahrerzustandserfassungsmittel, um zu überprüfen, ob eine Unfähigkeit zur Führung des Kraftfahrzeuges vorliegt, und das wenigstens einen für das Kraftfahrzeug erreichbaren sicheren Abstellbereich im Fahrzeugumfeld ermittelt.
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Die im Stand der Technik bekannten Systeme passen sich nur langsam an einen Fahrer an und passen sich nur langsam unter einer zeitlichen Verzögerung an geänderte Umgebungsparameter an.
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Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Verfahren zum Überwachen eines Fahrers zu schaffen, das sich schneller und besser an einen Fahrer sowie geänderte Umgebungsbedingungen anpasst.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 9 und eine Fahrerüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beanspruchen bevorzugte Ausführungsformen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen Prior-Wert für eine Überwachungsvorrichtung eines Fahrers eines Fahrzeuges bereit. Es wird eine Nachschlagetabelle für Prior-Werte für zumindest einen Fahrer des Fahrzeuges erstellt, wobei die Prior-Werte einen physiologischen Zustand des Fahrers zu einem vorbestimmten Zeitpunkt anzeigen. Es wird zumindest ein physiologischer Wert des Fahrers in Abhängigkeit einer Umgebungsbedingung ermittelt, wobei die Umgebungsbedingungen eine Aktion oder eine Umweltgröße unabhängig von der Fahraufgabe ist. Die Kombination des physiologischen Wertes und der Umgebungsbedingung werden in der Nachschlagetabelle gespeichert. Dadurch ist eine genauere und schnellere Prädiktion des Fahrzustandes bei dessen Überwachung durch eine sofortige Reaktion und Anpassung des Algorithmus zur Überwachung des Fahrers aufgrund von Änderungen von Umgebungsparametern möglich. Bei einer starken Temperaturänderung, beispielsweise aufgrund der Nutzung der Klimaanlage, Witterungsbedingungen oder dergleichen, müssen keine Profile angepasst werden. Es kann direkt mittels einer Nachschlagetabelle auf den Prior-Wert eines bestimmten Fahrers bei einer bestimmten Umgebungstemperatur zugegriffen werden.
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Der physiologische Zustand des Fahrers kann eine Herzfrequenz, eine Atemfrequenz, eine Lidbewegung, eine Augenbewegung, einen Gesichtszug, ein Maß für das Schwitzen, ein Wert eines Elektrokardiogramms und/oder weitere geeignete Messwerte umfassen. Dem Fachmann ist bekannt, die physiologischen Zustände mittels geeigneter Sensoren zu erfassen, die hierin im Sinne der Prägnanz nicht weiter beschrieben werden müssen.
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Die Umweltgröße kann die Temperatur in der Umgebung des Fahrers, die Sonneneinstrahlung auf den Fahrer, die Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Fahrers, die Uhrzeit, die Helligkeit in der Umgebung des Fahrers, die Helligkeit in der Umgebung des Fahrzeuges und/oder weitere geeignete Umweltgrößen umfassen.
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Das Verfahren kann die Kombination des physiologischen Wertes und der Umgebungsbedingung vor dem Speichern in der Nachschlagetabelle verarbeiten. Der verarbeitete Wert der Kombination kann zusätzlich oder alternativ zur Kombination in der Nachschlagetabelle gespeichert werden.
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Es kann ein Vertrauensintervall für die Kombination des physiologischen Wertes und der Umgebungsbedingung ermittelt werden. Das Vertrauensintervall kann in der Nachschlagetabelle gespeichert werden. Das Vertrauensintervall kann ein beliebiger statistischer Wert sein, der dem Fachmann bekannt ist, beispielsweise eine Streuung.
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Das Verfahren kann einen physiologischen Wert des Fahrers und/oder eine den Fahrer betreffende Umgebungsbedingung von einem elektronischen Gerät, das dem Fahrer zugeordnet ist, abrufen. Das elektronische Gerät kann ein persönliches elektronisches Gerät des Fahrers, beispielsweise eine Uhr oder ein intelligentes Telefon sein. Daraus kann zumindest ein physiologischer Wert des Fahrers ermittelt werden, der durch eine Aktion des Fahrers, beispielsweise vor dem Einsteigen in das Fahrzeug, beeinflusst wird. Beispielsweise kann sich der Fahrer des Fahrzeuges vor dem Einsteigen in das Fahrzeug sportlich betätigt haben. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren einen geeigneten Prior-Wert in den Nachschlagetabellen für einen Fahrer bereitstellen, der sich zuvor sportlich betätigt hat. Beispielsweise kann dadurch das Verfahren eine erhöhte Pulsfrequenz nach dem Einsteigen in das Fahrzeug und das anschließende Abfallen der Pulsfrequenz korrekt berücksichtigen. Dadurch werden Fehlauslösungen eines Verfahrens zum Überwachen eines Fahrers vermieden.
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Die Nachschlagetabelle der Prior-Werte für jeden Fahrer kann n × m Dimensionen aufweisen, wobei n die Anzahl physiologischer Werte des Fahrers ist und m die Anzahl an Umgebungsbedingungen ist. Eine derartige Nachschlagetabelle weist eine hohe Anzahl an Dimensionen auf. Eine derartige Nachschlagetabelle kann einen Prior-Wert für jede beliebige Kombination von Umgebungsbedingungen liefern. Ferner kann eine derartige Nachschlagetabelle Prior-Werte für eine beliebige Kombination aus physiologischen Werten des Fahrers liefern. Eine derartige Tabelle benötigt unter Umständen eine Beobachtung des Fahrers über einen langen Zeitraum, um die Tabelle zu füllen.
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Bei einer anderen Ausführungsform stellt die Erfindung m Nachschlagetabellen für Prior-Werte eines jeden Fahrers bereit. Die Tabellen weisen jeweils zumindest die Länge n auf. n ist die Anzahl physiologischer Werte des Fahrers und m die Anzahl und an Umgebungsbedingungen. Bei dieser Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren mehrere Nachschlagetabellen mit einer niedrigeren Dimension auf. Dadurch können die Nachschlagetabellen mittels eines kürzeren Beobachtungszeitraumes des Fahrers belegt werden. Bei der Bestimmung des Prior-Wertes für einen physiologischen Wert des Fahrers können mehrere Prior-Werte aus mehreren der m Nachschlagetabellen verknüpft werden, falls ein physiologischer Wert durch mehrere Umgebungsbedingungen beeinflusst ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die m Nachschlagetabellen nach einer vergleichsweise kurzen Beobachtungszeit des Fahrers belegt werden können. Ferner kann ein Prior-Wert für eine erhebliche Anzahl an Kombinationen von Umgebungsbedingungen ermittelt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Überwachen eines Fahrers eines Fahrzeuges gelöst, das zumindest eine Umgebungsbedingung ermittelt, beispielsweise mittels eines Sensors. Ein Prior-Wert eines physiologischen Wertes des Fahrers wird in Abhängigkeit der Umgebungsbedingung aus einer Nachschlagetabelle als Schätzwert für den Posteriori-Wert ausgelesen. Das Verfahren misst den Posteriori-Wert des zumindest einen physiologischen Wertes. Anschließend vergleicht das Verfahren den geschätzten Posteriori-Wert mit dem gemessenen Posteriori-Wert. Das Verfahren gibt eine Warnung aus, falls die Differenz zwischen dem geschätzten Posteriori-Wert und dem gemessenen Posteriori-Wert einen Schwellenwert überschreitet. Dieses Verfahren kann die hinsichtlich des Verfahrens zum Bereitstellen von Prior-Werten beschriebenen Schritte und Weiterbildungen aufweisen.
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Die Erfindung offenbart auch eine Fahrerüberwachungsvorrichtung, die einen Fahrersensor, einen Umgebungssensor, eine Nachschlagetabelle, eine Posterior-Schätzeinrichtung, eine Vergleichseinrichtung und eine Warneinrichtung aufweist. Der Fahrersensor ermittelt zumindest einen physiologischen Wert eines Fahrers. Der Umgebungssensor ermittelt zumindest einen Umgebungswert. Die Nachschlagetabelle umfasst Prior-Werte eines physiologischen Wertes eines Fahrers in Abhängigkeit des Fahrers und des Umgebungswertes. Die Nachschlagetabelle kann in einem Speicher gespeichert sein. Die Posterior-Schätzeinrichtung ist dazu ausgebildet, einen geschätzten Posterior-Wert auf Grundlage des Prior-Wertes, der aus der Nachschlagetabelle des jeweiligen Fahrers in Abhängigkeit des Fahrers und des Umgebungswertes ausgelesen wurde, zu schätzen. Die Vergleichseinrichtung ist dazu ausgebildet, den geschätzten Posteriori-Wert mit dem ermittelten physiologischen Wert zu vergleichen. Die Warneinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Warnung auszugeben, falls die Differenz aus dem geschätzten Posteriori-Wert und dem ermittelten physiologischen Wert einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Fahrerüberwachungsvorrichtung kann die zuvor hinsichtlich der Verfahren beschriebenen Weiterbildungen aufweisen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit der zuvor beschriebenen Fahrerüberwachungsvorrichtung.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert, die exemplarische und nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wobei
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1 symbolisch einen Fahrer und eine Fahrerüberwachungsvorrichtung zeigen;
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2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; und
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3 und 4 exemplarische Nachschlagetabellen zeigen.
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1 zeigt, wie die Fahrerüberwachungsvorrichtung 1 den Fahrer 2 überwacht. Die Fahrerüberwachungsvorrichtung 1 umfasst eine Auswerteeinrichtung 20, die mit den ersten Fahrersensoren 6, die im Fahrersitz 4 angeordnet sind, gekoppelt ist. Die Auswerteeinrichtung 20 ist auch mit einer Mehrzahl zweiter Fahrersensoren 12 gekoppelt, die in einem Lenkrad 10 angeordnet sind. Die ersten Fahrersensoren 6 und die zweiten Fahrersensoren 12 können beispielsweise kapazitives Sensoren sein. Die ersten Fahrersensoren 6 und die Fahrersensoren 12 können beispielsweise den Blutkreislauf und/oder Schweißzustände des Fahrers überwachen.
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An die Auswerteeinrichtung 20 ist auch eine Kamera 8 angeschlossen, die Bewegungen des Lides und Augenbewegungen des Fahrers 2 beobachten kann. Ferner ist ein Umgebungssensor 24 mit der Auswerteeinrichtung 20 gekoppelt, der zumindest eine Umgebungsbedingung betreffend die Umgebung des Fahrers, beispielsweise die Temperatur, einen Lichteinfall und/oder eine Luftfeuchtigkeit, erfassen kann.
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Die Auswerteeinrichtung umfasst ferner eine Posterior-Schätzeinrichtung 28, eine Vergleichseinrichtung 29 und eine Warneinrichtung 30. Die Auswerteeinrichtung 20 umfasst ferner eine Datenbank 31 mit einer Mehrzahl Nachschlagetabellen 32, 38. Die Nachschlagetabellen können so genannte Look-Up-Tabellen sein. Die Fahrerüberwachungsvorrichtung 1 umfasst ferner eine Warnungsausgabeeinrichtung 26, die ein visuelles Warnsignal und/oder ein Audio-Warnsignal ausgeben kann. Die Kamera 8, die Warnungsausgabeeinrichtung 26, der Umgebungssensor 24, die ersten Fahrersensoren 6 und die zweiten Fahrersensoren 12 können über einen geeigneten Bus 22 mit der Auswerteeinrichtung 20 gekoppelt sein.
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Der Fahrer 2 kann ein persönliches elektronisches Gerät 40, beispielsweise eine intelligente Uhr 40, tragen, die mittels einer geeigneten Funkverbindung, beispielsweise Bluetooth, Umgebungsdaten und/oder einen physiologischen Wert des Fahrers 2 an die Auswerteeinrichtung 20 überträgt.
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Die Funktionsweise der Fahrerüberwachungsvorrichtung 1 wird nun unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 erläutert.
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Im Schritt 110 werden mittels zumindest eines Sensors eine Umweltgröße und/oder eine Aktion des Fahrers erfasst. Die Umweltgröße kann eine Temperatur in der Umgebung des Fahrers, eine Sonneneinstrahlung auf den Fahrer, eine Luftfeuchtigkeit in der Umgebung des Fahrers, eine Uhrzeit, eine Helligkeit in der Umgebung des Fahrers und/oder eine Helligkeit in der Umgebung des Fahrzeuges umfassen. Die Aktion kann die Bedienung eines Gerätes, die Bedienung einer Infotainmenteinrichtung, das Durchführen einer Fahraufgabe oder das Ruhen des Fahrers außer dem Durchführen der Fahraufgabe umfassen. Im Schritt 120 ruft das erfindungsgemäße Verfahren aus zumindest einer Nachschlagetabelle einen Prior-Wert ab, wobei der Prior-Wert in Abhängigkeit des Fahrers und der zumindest einen Umgebungsbedingung abgerufen wird. Das Verfahren ermittelt im Schritt 120 auch eine Schätzung für den Posterior-Wert.
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Im Schritt 120 kann das Verfahren auch eine Umweltbedingungen und/oder einen physiologischen Wert des Fahrers von einem persönlichen elektronischen Gerät des Fahrers, beispielsweise einer intelligenten Uhr 40, auslesen Im Schritt 130 erfasst das Verfahren einen physiologischen Wert des Fahrers als Posterior-Wert. Der Posterior-Wert kann eine Herzfrequenz, eine Atemfrequenz, eine Lidbewegung, eine Augenbewegung, ein Gesichtszug, ein Maß für das Schwitzen, ein Wert eines Elektrokardiogramms und/oder ein weiterer geeigneter Wert sein.
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Im Schritt 140 wird geprüft, ob die Differenz zwischen dem geschätzten Posterior-Wert und dem ermittelten Posterior-Wert größer als ein Schwellenwert ist.
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Falls die Differenz aus dem geschätzten Posterior-Wert und dem erfassten Posterior-Wert größer als ein Schwellenwert ist, wird im Schritt 150 eine Warnung an den Fahrer ausgegeben, beispielsweise ein visuelles Warnsignal und/oder ein Audio-Warnsignal.
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Im Schritt 160, der dem Schritt 140 oder dem Schritt 150 folgt, kann das Verfahren prüfen, ob die Kombination aus zumindest einem Umgebungswert und zumindest einer physiologischen Größe des Fahrers in der Nachschlagetabelle abgespeichert wird. Das Verfahren kann die Kombination in der Nachschlagetabelle abspeichern, wenn für diese Kombination aus Umgebungsbedingung und physiologischen Wert des Fahrers noch kein Eintrag in der Nachschlagetabelle vorhanden ist. Es ist aber auch möglich, einen bereits vorhandenen Eintrag zu aktualisieren, beispielsweise durch Mittelwertbildung zwischen der aktuellen Kombination und der in der Tabelle gespeicherten Kombination.
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Im Schritt 170 wird der erfasste Posterior-Wert zum Prior-Wert. Anschließend kehrt das Verfahren zum Schritt 110 zurück. Das Verfahren wird zyklisch durchlaufen.
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Es wird auf 3 und 4 Bezug genommen, die zwei beispielhafte Nachschlagetabellen 32, 38 zeigen. Die Nachschlagetabellen können Look-Up-Tabellen sein.
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Die erste Nachschlagetabelle 32, siehe 3, umfasst in der linken Spalte Temperaturwerte von 0°C bis 40°C. In der zweiten Spalte 36 umfasst die erste Nachschlagetabelle Prior-Werte für die Herzfrequenz eines vorbestimmten Fahrers. Die Werte wurden durch das erfindungsgemäße Verfahren durch Beobachten des Fahrers bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt und in der Nachschlagetabelle 32 gespeichert. Die Herzfrequenz kann von dem erfindungsgemäßen Verfahren als Prior-Wert abgerufen werden.
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Es wird auf 4 Bezug genommen, die eine zweite Nachschlagetabelle 38 zeigt. In der linken Spalte 40 sind in die Indizes für Aktionen gezeigt, die eine unterschiedliche Herzfrequenz nach sich führen. Der Index 0 referenziert eine Herzfrequenz, für den Fall, dass der Fahrer außer der Fahraufgabe keine weitere Aktion durchführt. Der Index 1 referenziert eine Herzfrequenz, für den Fall, dass der Fahrer neben der Fahraufgabe ein Infotainmentsystem bedient. Der Index 2 referenziert eine Herzfrequenz, wenn der Fahrer mittels einer Freisprecheinrichtung telefoniert.
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Die Erfindung ermöglicht eine genauere und schnellere Vorhersage des Fahrzustandes durch eine schnelle Reaktion und eine schnelle Anpassung auf Änderungen der Umgebung des Fahrers. Dadurch können falsche Warnungen vermieden werden. Ferner kann zuverlässiger und schneller eine Warnung ausgegeben werden, wenn sich der Fahrer in einem kritischen Zustand befindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013210050 A1 [0008]
- DE 102012002037 A1 [0009]
- DE 102012013548 A1 [0010]
- DE 102013016436 A1 [0011]
