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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkopfstütze sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs.
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Kopfstützen in Fahrzeugen dienen der Verminderung von Krafteinwirkungen auf die Halswirbelsäule bei plötzlicher Veränderung der Fahrzeugbewegung. Insbesondere schützen sie Insassen des Kraftfahrzeugs bei Unfällen. Bei starkem Verzögern eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei Vollbremsungen oder beim Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis, schnellt der Kopf der Insassen aufgrund des Trägheitsgesetzes zunächst nach vorne, um dann im Moment des vollständigen Fahrzeugstillstands wieder nach hinten zu schlagen. Ohne Kopfstütze würden so die Halswirbel über ihre Belastungsgrenze hinaus nach hinten überdehnt. Dadurch besteht die Gefahr von schweren Schädel-Hirn-Traumata oder gar Nervenquetschungen. Bei einem Heckaufprall wird durch die Kopfstütze eine Überdehnung der Halswirbelsäule verhindert.
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Aus der
CN 103434502 A ist ein Notbremssystem eines Fahrzeugs basierend auf einer Gehirn-Maschine-Schnittstelle bekannt. Die Gehirnströme einer Person werden mittels einer von ihr zu tragenden Elektrodenkappe aufgenommen. Die Lehre der Druckschrift basiert auf der Idee, dass die Gedanken eines menschlichen Körpers schneller sind als Aktionen des menschlichen Körpers.
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Die
CN 103083014 A lehrt ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs durch Elektroenzephalographie und ein Verfahren zur intelligenten Nutzung des Fahrzeugs. Dabei erfolgt die Steuerung des Fahrzeugs in Abhängigkeit von erfassten Gehirnströmen eines Insassen. Beispielsweise wird ein Fahrziel identifiziert, indem einem Nutzer ein korrespondierendes Fahrziel angezeigt wird und ein Elektroenzephalogrammsignal eingesammelt und analysiert wird. Anschließend wird das Ziel einem Selbstnavigiersystem zugeführt. Wie
4 dieser Druckschrift zu entnehmen ist, wird das Enzephalogramm wiederum über die gesamte obere Schädelkalotte erfasst.
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Schließlich ist aus der
DE 20 2014 005 329 U1 ein Informations- , Unterhaltungs- und Kommunikationssystem für Fahrzeuge mit einer Datenbrille bekannt. Die Datenbrille ist mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle versehen, um Latenzzeiten des Positionserfassungs- und Bewegungsverfolgungssystems sowie des Regelungs-/Steuerungssystems der Datenbrille zu verkürzen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, insbesondere beim pilotierten Betrieb eines Kraftfahrzeugs, d.h. im zumindest teilautonomen Betrieb des Kraftfahrzeugs, eine besonders komfortable und sichere Möglichkeit zum Betreiben des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kraftfahrzeugkopfstütze mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen von Patentanspruch 16.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mittels Gehirnströmen nachteilig sind, da der Kraftfahrzeuginsasse dazu eine Kappe zum Erfassen der Gehirnströme aufsetzen muss. Dafür sind üblicherweise zwei Hände nötig, sodass ein Übergang von manueller Steuerung eines Fahrzeugs auf Steuerung mittels Gehirnströmen nicht während der Fahrt möglich ist. Vielmehr muss der Fahrer das Fahrzeug anhalten, um sich die Elektrodenkappe zur Erfassung der Gehirnströme aufzusetzen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Elektrodenkappe im Fahrzeug einerseits sicher vor Beschädigungen verstaut werden muss, andererseits schnell zugänglich sein soll. Häufig kommt es bei Elektrodenkappen aufgrund der Vielzahl von elektrischen Leitungen zu weiteren Problemen, da diese vor dem Betrieb gegebenenfalls entwirrt und sortiert werden müssen.
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Die erfindungsgemäße Lösung beseitigt alle genannten Nachteile dadurch, dass die Kraftfahrzeugkopfstütze eine Gehirn-Computer-Schnittstelle umfasst. Besonders geeignet ist in diesem Zusammenhang eine bügelförmige Gehirn-Computer-Schnittstelle, wie sie vom Grundsatz her beispielsweise von der Firma EMOTIV unter der Bezeichnung EPOC+ angeboten wird. Durch eine bügelförmige Ausbildung können einerseits ausreichend Gehirnströme zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs erfasst werden; zum anderen ist dadurch eine besonders einfache Kopplung mit der Kraftfahrzeugkopfstütze möglich. Dadurch wird das Problem des Verstauens beseitigt und die Möglichkeit bereitgestellt, im Fahrbetrieb von manueller Steuerung auf Gehirnsteuerung umzuschalten. Probleme mit verwirrten Leitungen treten ebenfalls nicht mehr auf.
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Bevorzugt ist die Gehirn-Computer-Schnittstelle mit einer Halterung gekoppelt, die ausgelegt ist, die Gehirn-Computer-Schnittstelle, insbesondere elektromechanisch und/oder hydraulisch, so zu verformen, dass diese zumindest über einen vorgebbaren Winkelbereich an die Kopfform eines Benutzers anpassbar ist. Mittels der Halterung lässt sich demnach beispielsweise der Radius einer bügelförmigen Gehirn-Computer-Schnittstelle variieren. Bevorzugt sind die Halterung und die Gehirn-Computer-Schnittstelle zu diesem Zweck mehrteilig klappbar ausgeführt.
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Auf diese Weise liefert die Gehirn-Computer-Schnittstelle auch bei Benutzern mit unterschiedlicher Kopfform hochwertige Gehirnströme, die ein zuverlässiges Betreiben des Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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In diesem Zusammenhang liegt der vorgebbare Winkelbereich zwischen 90° und 360°, insbesondere zwischen 180° und 270°. Wie sich gezeigt hat, genügt ein derartiger Winkelbereich, um ausreichend Gehirnströme für die genannten Zwecke zu erfassen.
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Auf diese Weise lässt sich die Gehirn-Computer-Schnittstelle verhältnismäßig wenig Bauraum beanspruchend realisieren.
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Bevorzugt weist die Kraftfahrzeugkopfstütze einen Kopfstützenkörper auf, wobei die Halterung, insbesondere die Halterung und die Gehirn-Computer-Schnittstelle, in den Kopfstützenkörper integriert ist. Dadurch lässt sich die Kraftfahrzeugkopfstütze von einer handelsüblichen Kraftfahrzeugkopfstütze kaum unterscheiden, was zu einem besonders ansprechenden optischen Ergebnis führt. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn die Kraftfahrzeugkopfstütze verformbar ausgebildet ist, sodass zumindest die Gehirn-Computer-Schnittstelle an den Kopf eines Benutzers anlegbar ist. Mit anderen Worten ist im Betrieb der Gehirn-Computer-Schnittstelle die zur Fahrzeugfront gerichtete Seite der Kraftfahrzeugkopfstütze stärker konkav geformt als bei abgeschalteter Gehirn-Computer-Schnittstelle.
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Alternativ kann die Kraftfahrzeugkopfstütze einen Kopfstützenkörper aufweisen, wobei die Halterung außen am Kopfstützenkörper oder ausfahrbar in diesem angeordnet ist. Diese beiden Alternativen ermöglichen größere vorgebbare Winkelbereiche zur Anpassung an die Kopfform eines Benutzers. Damit lassen sich Hirnströme von qualitativ hoher Güte erfassen, wodurch komplexere Steuerungsaufgaben ermöglicht werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftfahrzeugkopfstütze weiterhin eine Bewegungsvorrichtung für zumindest die Gehirn-Computerschnittstelle umfasst, die ausgelegt ist, die Gehirn-Computer-Schnittstelle an den Kopf eines Benutzers heranzubewegen.
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Je näher die Gehirn-Computerschnittstelle an den Kopf eines Benutzers herangeführt wird, umso besser ist die Qualität der mittels der Gehirn-Computer-Schnittstelle erfassten Gehirnströme. Wird das Kraftfahrzeug ohne aktivierte Gehirn-Computer-Schnittstelle betrieben, wird zumindest die Gehirn-Computer-Schnittstelle vom Kopf des Benutzers wegbewegt und stört ihn damit nicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze, wobei das Kraftfahrzeug weiterhin eine Aktivierungsvorrichtung zur Aktivierung der Gehirn-Computer-Schnittstelle umfasst. Bevorzugt ist die Aktivierungsvorrichtung zur Aktivierung der Gehirn-Computer-Schnittstelle ausgelegt, diese in Betrieb zu setzen, insbesondere diese an den Kopf eines Benutzers heranzuführen und einzuschalten.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das Kraftfahrzeug eine Steuervorrichtung umfasst, die ausgelegt ist, in einem pilotierten Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs die Aktivierungsvorrichtung zur Aktivierung der Gehirn-Computer-Schnittstelle anzusteuern. In der pilotierten Fahrt sind aufgrund einer häufig geänderten Sitzposition, beispielsweise zur Erzielung einer größeren Beinfreiheit, die herkömmlichen Bedienelemente gegebenenfalls nicht mehr erreichbar bzw. nicht mehr im Greifraum. Mittels der Gehirn-Computer-Schnittstelle kann in diesem Fall eine zumindest teilweise Remote-Bedienung ermöglicht werden. Bei dieser genannten Ausführungsform lässt sich beim Wechseln von einem manuellen Betriebsmodus in einen pilotierten Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs die Gehirn-Computer-Schnittstelle automatisch, d.h. ohne Zutun eines Fahrzeuginsassen, aktivieren. Auf diese Weise kann dies ohne Beeinträchtigung der Fahrzeugführung um damit ohne Beeinträchtigung der Sicherheit im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen.
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In diesem Zusammenhang kann die Steuervorrichtung mit der Gehirn-Computer-Schnittstelle gekoppelt sein, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, ein Anzeige- und Bediensystem des Kraftfahrzeugs in einen Gehirn-Steuer-Modus zur Steuerung mittels der Gehirn-Computer-Schnittstelle umzuschalten, insbesondere bei Empfang eines vorbestimmten Signals von der Gehirn-Computer-Schnittstelle. Dabei kann im Gehirn-Steuer-Modus ein gegenüber dem herkömmlichen Befehlssatz eingeschränkter Befehlssatz aktiviert sein. Auf diese Weise wird die Steuerung mittels der Gehirn-Computer-Schnittstelle erleichtert. Für den Benutzer ist der Bedienaufwand reduziert, er wird weniger vom Verkehrsgeschehen abgelenkt und er wird kognitiv entlastet. Über eine Kontexterkennung - der Fahrzeuginsasse denkt beispielsweise an Navigation - kann die Spracherkennung vereinfacht und der Erkennerspielraum eingeschränkt werden. Es genügt dann nach Einstellung des gewünschten Menüpunkts mittels Gehirnströmen beispielsweise, das Wort „München“ auszusprechen, um eine Navigation zu dem am häufigsten in München angefahrenen Ziel zu starten. Wie erwähnt, kann im Gehirn-Steuer-Modus eine vereinfachte Sprecherkennung und/oder ein eingeschränkter Erkennerspielraum entsprechend dem eingeschränkten Befehlssatz aktiviert sein.
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Bevorzugt ist die Gehirn-Computer-Schnittstelle mit der Steuervorrichtung gekoppelt, wobei die Steuervorrichtung ausgelegt ist, aus von der Gehirn-Computer-Schnittstelle an die Steuervorrichtung übertragenen Signalen einen Konzentrationsgrad des Fahrers, insbesondere im pilotierten Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs, zu ermitteln. Dieser Konzentrationsgrad wird auch als Relaxations-Level bezeichnet. Die Steuervorrichtung kann in diesem Zusammenhang ausgelegt sein, dann, wenn der Konzentrationsgrad einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet, eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe eines entsprechenden Signals, insbesondere eines Warn- und/oder Rückholsignals zur Einleitung einer Beendigung des pilotierten Betriebsmodus, anzusteuern. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass in unterschiedlichen Graden des pilotierten Betriebs bzw. des autonomen Betriebs des Kraftfahrzeugs eine unterschiedlich intensive Überwachung dieses Betriebs durch den Fahrer gefordert sein kann. Sollte die Aufmerksamkeit demnach in einem Level 4 - Fahrzeug zu stark nachlassen, so kann der Fahrer darauf hingewiesen werden bzw. die pilotierte Fahrt beendet werden, insbesondere durch Einleitung eines Rückholszenarios. Auf diese Weise kann besonders komfortabel und zuverlässig die Sicherheit von Kraftfahrzeugen, die zumindest in einem teilautonomen Betriebsmodus betrieben werden, erhöht werden.
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Die in Zusammenhang mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze bzw. mit einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs.
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Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze mit einer in den Kopfstützenkörper integrierten Gehirn-Computer-Schnittstelle in Seitenansicht, einer Ansicht von vorne sowie in Draufsicht;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze mit einer aus dem Kopfstützenkörper ausfahrbaren Gehirn-Computer-Schnittstelle in einer Ansicht von vorne und in einer Draufsicht;
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze mit einer außen am Kopfstützenkörper angebrachten Gehirn-Computer-Schnittstelle; und
- 4 eine perspektivische Ansicht eines Szenarios, bei dem der Fahrer bestimmte Funktionen des Kraftfahrzeugs mittels der Gehirn-Computer-Schnittstelle einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze steuert.
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In den nachfolgenden Ausführungen werden für gleiche und gleich wirkende Bauelemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze 10, die an der Hinterseite des Kopfs 12 eines Fahrzeuginsassen 14 angeordnet ist. In der Kopfstütze 10 ist eine Halterung 16 angeordnet, an die eine Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 gekoppelt ist. Die Gehirn-Computer-Schnittstelle 18, die im Wesentlichen eine Vielzahl von Elektroden umfasst, ist ausgelegt, Gehirnströme des Benutzers 14 zu erfassen. Die Kombination aus Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 und Halterung ist bügel- bzw. zangenförmig ausgebildet und kann mittels einer Bewegungsvorrichtung 20 von einer deaktivierten Stellung - in 1a rechts dargestellt - in eine aktivierte Stellung - in 1a links dargestellt - bewegt werden.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die Kraftfahrzeugkopfstütze 10 einen Kopfstützenkörper 22 auf, wobei die Halterung 16 und die Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 in den Kopfstützenkörper 22 integriert sind. Wie am besten 1c entnommen werden kann, ist die Halterung 16 ausgelegt, die Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 insbesondere elektromechanisch und/oder hydraulisch so zu verformen, dass diese zumindest über einen vorgebbaren Winkelbereich an die Kopfform des Benutzers 14 anpassbar ist. Dadurch dass überdies der Kopfstützenkörper 22 verformbar ausgebildet ist, kann die Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 über den vorgebbaren Winkelbereich an den Kopf 12 des Benutzers 14 angelegt werden (siehe insbesondere 1c).
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Wenngleich in 1 die Halterung aus Gründen der übersichtlichen Darstellung lediglich zwei Gelenke 24a, 24b umfasst, so kann für eine optimale Anpassung der Halterung 16 an die Kopfform 12 des Benutzers 14 die Halterung 16 eine Vielzahl von Gelenken aufweisen.
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Bei einer in 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze 10 ist die Halterung 16, insbesondere über zwei horizontal verlaufende Schlitze im Kopfstützenkörper 22, ausfahrbar in dem Kopfstützenkörper 22 der Kraftfahrzeugkopfstütze 10 angeordnet. Wie zu erkennen ist, weist die Halterung 16 mehrere Elemente auf, die im deaktivierten Zustand der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 gefaltet in dem Kopfstützenkörper 22 eingefahren sind. Erst bei Aktivierung der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 werden diese entfaltet und aus dem Kopfstützenkörper 22 ausgefahren, insbesondere mittels einer nicht dargestellten weiteren Bewegungsvorrichtung. Wie ein Vergleich von 1c und 2b erkennen lässt, lassen sich mit der in 2 dargestellten Ausführungsform die Gehirnströme des Benutzers 14 über einen größeren Winkelbereich erfassen.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkopfstütze 10 ist die Kombination aus Halterung 16 und Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 außen am Kopfstützenkörper 22 angeordnet. Der Kopfstützenkörper 22 weist zwei Schlitze 25a, 25b auf. Ebenso wie bei der Ausführungsform von 2 ist die Kombination aus Halterung 16 und Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 über mehrere Gelenke 24 faltbar ausgebildet, sodass der Platzbedarf im deaktivierten Zustand der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 möglichst klein gehalten werden kann. In ihrem deaktivierten Zustand ist die Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 auf der vom Benutzer 14 abgewandten Seite des Kopfstützenkörpers 22 angeordnet. Der Teil 16a der Halterung 16, der zur Anlage an den Hinterkopf 12 des Benutzers 14 vorgesehen ist, ist bevorzugt gekrümmt ausgebildet.
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4 zeigt einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 26. Ein Benutzer 14 des Kraftfahrzeugs 26 aktiviert über eine Bedienvorrichtung 28 einen pilotierten Betrieb des Kraftfahrzeugs 26. Mit der Bedienvorrichtung 28 ist eine Steuervorrichtung 30 gekoppelt, die ausgelegt ist, bei Aktivierung eines pilotierten Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs 26 eine Aktivierungsvorrichtung 32 zur Aktivierung der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 anzusteuern, um diese in Betrieb zu setzen, insbesondere diese an den Kopf 12 des Benutzers 14 heranzuführen und einzuschalten.
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Die Steuervorrichtung 30 ist ausgelegt, ein Anzeige- und Bediensystem 34 des Kraftfahrzeugs 26 in einen Gehirn-Steuer-Modus zur zumindest teilweisen Steuerung mittels der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 umzuschalten, insbesondere bei Empfang eines vorbestimmten Signals von der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18. Im Gehirn-Steuer-Modus ist eine vereinfachte Spracherkennung und/oder ein eingeengter Erkennerspielraum gemäß einem gegenüber dem herkömmlichen Befehlssatz eingeschränkten Befehlssatz aktiviert. Anstatt dass sich der Benutzer 14 durch eine Vielzahl von Hierarchieebenen klicken muss, bevor er ein gewünschtes Menü angezeigt bekommt, kann er beispielsweise das gewünschte Untermenü denken, woraufhin die entsprechenden Gehirnströme mit der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 erfasst und von der Steuervorrichtung 30 ausgewertet werden. Daraufhin wird auf dem Anzeige- und Bediensystem 34 das entsprechende Untermenü angezeigt. Auf diese Weise kann durch Gedankensteuerung auf dem Anzeige- und Bediensystem 34 das Menü dargestellt werden, das der Benutzer 14 bedienen möchte.
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Dies ist insbesondere unter dem Aspekt von Vorteil, dass im pilotierten Betriebsmodus der Fahrersitz 36 weiter in Richtung Fahrzeugheck verschoben sein kann als im Selbstfahrmodus. Dadurch genießt zwar der Fahrer 14 einerseits eine größere Beinfreiheit, allerdings hat er Probleme auf der Instrumententafel 38 angeordnete Bedienelemente, beispielsweise das Anzeige- und Bediensystem 34, zu bedienen. Durch die vorliegende Erfindung wird auch unter diesem Aspekt eine vereinfachte Steuerung vom Funktionen des Fahrzeugs durch Gedankensteuerung, gegebenenfalls in Kombination mit Sprachsteuerung, ermöglicht.
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In einer ersten Ausbaustufe kann in diesem Zusammenhang durch Gedankensteuerung eine Hauptgruppenerkennung durchgeführt werden, wodurch eine Menü-Vorauswahl ermöglicht wird, beispielsweise RADIO-MEDIA-TELEFON-NAVIGATION. Die weitere Steuerung innerhalb des „gedachten“ Menüpunkts kann dann über Sprachsignale erfolgen oder, in einer zweiten Ausbaustufe, wiederum durch Gedankensteuerung.
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Die Steuervorrichtung 30 kann weiterhin ausgelegt sein, aus den von der Gehirn-Computer-Schnittstelle 18 übertragenen Signalen einen Konzentrationsgrad des Fahrers, insbesondere im pilotierten Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs 26, zu ermitteln. Falls der Konzentrationsgrad einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet, kann eine Ausgabevorrichtung, beispielsweise ein Lautsprecher, zur Ausgabe eines entsprechenden Signals, insbesondere eines Warn- und/oder Rückholsignals zur Einleitung einer Beendigung des pilotierten Betriebsmodus, an den Fahrer 14 angesteuert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 103434502 A [0003]
- CN 103083014 A [0004]
- DE 202014005329 U1 [0005]
