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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beeinflussen der Aufmerksamkeit eines Fahrers, insbesondere eines partiell autonom fahrenden Fahrzeuges.
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Stand der Technik
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Es ist allgemeiner Stand der Technik, die Aufmerksamkeit von Fahrern durch entsprechende Signalisation im Fahrzeug in optischer, haptischer oder akustischer Form auf ein bestimmtes Ereignis zu lenken. Fahrerassistenzsysteme warnen dabei z. B. vor Kollisionen, Spur verlassen etc. und erzeugen dem Ereignis entsprechende, vom Fahrer wahrnehmbare Signale. Weiterhin bekannt sind Assistenzsysteme, welche insbesondere drohende Müdigkeit eines Fahrers erfassen und ggf. eine entsprechende Einschlafwarnung generieren. Die Signalerzeugung im Fahrzeug soll dabei derart stattfinden, dass ein sicheres Betreiben des Fahrzeuges ermöglicht wird, indem durch die Signalisation eine entsprechende Aufmerksamkeitsschwelle des Fahrers überschritten wird. Für partiell autonom geführte Fahrzeuge gilt dies in ähnlicher Weise. Hier ist es insbesondere erforderlich, den Fahrer ggf. aufzufordern, die Fahrzeugführung wieder komplett zu übernehmen, um in Situationen, welche durch das autonome Fahrzeug nicht mehr sicher beherrscht werden, selbst eingreifen zu können. Beispiele für solche Situationen sind fehlende Straßenmarkierung oder Witterungseinflüsse, wie starker Schneefall, bei welchen die Sensoren der Assistenzsysteme keine sichere Führung des Fahrzeuges gewährleisten können. Es ist dabei von Vorteil, den ggf. durch eine lange Zeit der autonomen Führung unaufmerksamen Fahrer vorzuwarnen, bevor er die Fahrzeugführung wieder übernehmen muss. Es kann dafür hilfreich sein, vor der Übernahme sein Aufmerksamkeitslevel zu steigern.
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Aus der
DE 101 52 852 A1 ist ein System zur Bestimmung und Beeinflussung der emotionalen Verfassung des Fahrers eines Kraftfahrzeugs bekannt. Eine Emotionssensorik erfasst einen emotionalen Fahrerzustand und bewertet diesen. Zur Stimulierung des Fahrers werden optische, akustische, olfaktorische, haptische und/oder thermische Einflüsse genutzt, so dass eine für die Verkehrssicherheit günstige emotionale Verfassung des Fahrers hergestellt wird. Die Intensität der Einflüsse soll tendenziell unterhalb einer Schwelle bewusster Wahrnehmung durch den Fahrer gehalten werden. Es wird u. a. der Zustand „Unaufmerksamkeit“ des Fahrers erkannt und mittels der o. g. Einflüsse unterbewusst gesteuert, so dass eine erhöhte Aufmerksamkeit durch die Stimulierung erreicht werden soll. Als Einflussgrößen sind unterschwellig wahrnehmbare Schwingungen, haptische oder den Tastsinn betreffende Einflüsse oder die Anpassung der Lautstärke bzw. Dynamik des Audio-Systems genannt.
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Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2012 112 802 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs mit einem ein automatisiertes, teilautomatisiertes und ein manuelles Fahren ermöglichenden Fahrerassistenzsystem bekannt. Für ein autonom fahrendes Fahrzeug wird die Übernahmewahrscheinlichkeit aus der Umgebungssituation ermittelt. Der Zeitpunkt der Warnung wird nach Schätzung eines Aufmerksamkeitslevels adaptiert. Es werden optische, haptische oder akustische Warnungen beschrieben. Weiterhin kann die mögliche zukünftige Fahrerreaktion mit in die Adaption der Ausgabe der Fahrerwarnung zur Systemübergabe eingehen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Beeinflussen der Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeuges zu schaffen, welches ein Signal erzeugt, das Fahrer- und/oder Fahrsituationsabhängig eine Beeinflussung der Fahreraufmerksamkeit ermöglicht.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Beeinflussen der Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeuges gelöst, bei welchem durch ein Fahrerassistenzsystem in Abhängigkeit von einem Verkehrs- und/oder Fahrerzustand ein die Aufmerksamkeit des Fahrers beeinflussendes Signal ausgegeben wird. Das Fahrerassistenzsystem kann dabei ein gesondertes, für die Aufmerksamkeitsbeeinflussung verwendetes Assistenzsystem sein oder Teil eines vorhandenen Fahrerassistenzsystems z. B. zur Müdigkeitserkennung sein, in welchem die erfindungsgemäße Signalausgabe ausgelöst und durch welches der entsprechende Aktuator zur Signalausgabe angesteuert wird. Das Verfahren ist derart gestaltet, dass es die Herzfrequenz des Fahrers erfasst. Dies erfolgt über geeignete, im Stand der Technik bekannte Sensoren, die beispielsweise an Lenkrad oder Sicherheitsgurt angeordnet sind. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ eine Sensorik verwendet werden, welche der Fahrer bei sich trägt, wie z. B. eine den Puls messende Uhr, deren Daten an das Assistenzsystem gesendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann über eine Kamera im Fahrzeuginnenraum die Herzfrequenz oder weitere Vitaldaten des Fahrers erfasst werden. Weiterhin kann ein Fahrerzustand über akustische Signale aus dem Innenraum des Fahrzeuges erfasst werden. Weiterhin kann das System zu geeigneten Triggerzeitpunkten z. B. bei Fahrtantritt einmalig bedatet werden, indem z. B. beim Start des Fahrzeuges über Sensoren am Lenkrad der Puls des Fahrers aufgenommen wird und dieser als Ruhepuls im Weiteren für eine definierte Zeitspanne oder z. B. bis zum nächsten Stopp oder zur nächsten Möglichkeit des Erfassens der Herzfrequenz Verwendung findet. Insbesondere bei partiell autonom geführten Fahrzeugen ist eine Pulsmessung über das Lenkrad nicht immer möglich, so dass eine alternative Erfassung über z. B. einen Sicherheitsgurt bzw. die Gültigkeit der vorgenommenen Einzelmessung für einen Zeitbereich, in welchem keine Messung möglich ist, für das Verfahren von Vorteil ist. Weiterhin könnte der Ruhepuls als definierte Größe vom Fahrer eingegeben werden, so dass eine Möglichkeit besteht, ohne Pulsmessung das Verfahren zu betreiben. In einer alternativen Ausgestaltung kann ohne das Vorliegen von gemessenen Herzfrequenzdaten von einem mittleren Ruhepuls eines Erwachsenen von 60 Schlägen pro Minute ausgegangen werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird das die Aufmerksamkeit des Fahrers beeinflussende Signal aus einer Folge von Impulsen gebildet, deren Periodendauer zumindest über einen begrenzten Zeitraum kleiner als die Periodendauer der Herzfrequenz des Fahrers ist. Eine geringere Periodendauer der aufeinander folgenden Impulse ist gleichzusetzen mit einem Signal einer Frequenz, welche größer ist als die ermittelte oder angenommene Herzfrequenz des Fahrers. Es wird der grundsätzlich bekannte Effekt ausgenutzt, dass die Herzfrequenz eines Menschen durch externe akustische oder haptische Einflüsse durch z. B. Luft- und/oder Körperschall oder eine Folge von Schwingungsimpulsen beeinflusst werden kann. Vorliegend wird erfindungsgemäß vorteilhaft eine schnellere Impulsfolge, welche einer höheren Impulsfrequenz entspricht, erzeugt, als der aktuell gemessene/angenommene Herzschlag des Fahrers aufweist. Die Herzfrequenz des Fahrers wird dabei erhöht, was zu einer gesteigerten Aufmerksamkeit führt. Der Fahrer wird auf die bevorstehende Aktion, z. B. die Übernahme der Fahreraktivität von einem partiell autonom fahrenden Fahrzeug oder auf eine bevorstehende kritische Situation vorbereitet. Weiterhin kann auch beim Erkennen eines kritischen Fahrzustandes, z. B. der Annäherung an eine Staustelle oder ein bevorstehendes erhöhtes Kollisionsrisiko auch bei konventionellen Fahrzeugen die Fahreraufmerksamkeit erhöht werden. Erfindungsgemäß wird das Signal in Abhängigkeit von einem Verkehrs- und/oder Fahrerzustand erzeugt. Der Verkehrszustand kann dabei durch die Fahrerassistenzsysteme an Bord des Fahrzeuges ermittelt werden und/oder durch Übertragung von externen Informationen z. B. Car2X-Meldungen, Verkehrsnachrichten etc. bekannt sein. Beispielhaft können die Daten der Temperatursensoren oder der ABS-/ASR-Regelung ausgewertet werden, um einen Verkehrs-/Straßenzustand zu erkennen, der eine verminderte Traktion des Fahrzeuges hervorruft und eine erhöhte Aufmerksamkeit des Fahrers notwendig macht. Weiterhin können die Daten der Spur- und Abstandsassistenzsysteme verwendet werden, welche z. B. eingeengte Fahrspuren, Baustellen, hohe Verkehrsdichten etc. erkennen. Weiterhin kann eine Selbstdiagnose der meist mit Kameras zur Erkennung der Verkehrssituation ausgerüsteten Assistenzsysteme genutzt werden, indem schlechte Sichtbedingungen oder fehlende Randmarkierungen erkannt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Assistenzsysteme, welche eine partiell autonome oder teilautonome Führung der Fahrzeuge ermöglichen, eine eigene Funktionsdiagnose durchführen, um auf Basis einer ermittelten Wahrscheinlichkeit eines bevorstehenden, nicht mehr zu bewältigenden Verkehrsszenarios die Übernahme durch den Fahrer zu fordern. So kann z. B. einsetzender Schneefall die Fahrspurerkennung mit fortschreitender Zeit erschweren, so dass für ein Spurhalte- oder Abstandsregelsystem ein Zeitpunkt prädiziert werden kann, ab dem ein korrektes Funktionieren nicht mehr möglich ist.
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Weiterhin wird das Signal alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von einem Fahrerzustand erzeugt. Im einfachsten Fall wird dabei eine verminderte Aufmerksamkeit des Fahrers erkannt und dieser mit dem erfindungsgemäßen Signal entgegengewirkt. Hierfür können im Stand der Technik zur Müdigkeitserkennung bekannte Verfahren genutzt werden, z. B. kann durch eine verminderte Lidschlagfrequenz, durch Auswertung typischer Lenkbewegungen, durch eine gleichmäßig abgesenkte oder nahe dem Ruhepuls befindliche Herzfrequenz eine verminderte Fahreraufmerksamkeit erkannt werden. Bevorzugt werden die Erkennung verminderter Fahreraufmerksamkeit und der Fahrzustand in Kombination als Auslöser für das die Aufmerksamkeit steigernde Signal genutzt. Somit wird verhindert, dass ein bereits ausreichend aufmerksamer Fahrer unnötig beaufschlagt wird. Weiterhin kann die Kritikalität der Verkehrssituation mit einbezogen werden. So dass ein scheinbar nur wenig kritisches Verkehrsszenario bei stark verminderter Aufmerksamkeit des Fahrers zu einem Auslösen des die Fahreraufmerksamkeit steigernden Signals führt, während dies bei einem höheren Aufmerksamkeitslevel unterbunden wird. Hierfür muss dann ergänzend die Aufmerksamkeit des Fahrers klassifiziert werden, z. B. können verschiedene Herzfrequenzbereiche genutzt werden.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft wird eine Periodendauer der Impulsfolge genutzt, welche um 30%, besonders bevorzugt um 20% von der Periodendauer der Herzfrequenz des Fahrers abweicht, wobei es sich um eine Verminderung handelt, so dass das die Aufmerksamkeit beeinflussende Signal eine Aufmerksamkeitssteigerung hervorruft, welche durch eine kleinere Periodendauer (entspricht einer höheren Frequenz der Impulsfolge) des die Aufmerksamkeit steigernden Signals gegenüber der Periodendauer der Herzfrequenz des Fahrers hervorgerufen wird. Es kann sich dabei um eine Folge von Einzelimpulsen handeln, welche bevorzugt gleich dem Pulsschlag (nur mit erhöhter Frequenz) erzeugt werden. Weiterhin ist die Verwendung sich periodisch in ihrer Amplitude ändernder Signale möglich, wobei die Amplitudenfolge dieser Signale die beschriebene Periodendauer des die Aufmerksamkeit steigernden Signals abbilden soll.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft wird während und der Signalausgabe nachfolgend die Fahrerreaktion ausgewertet. Wird eine Fahreraktivität erkannt, beispielsweise eine Detektion des Auflegens der Hände auf das Lenkrad, aktive Bewegungen des Fahrers, Veränderungen des Blickwinkels (z.B. durch Blick in den Rück-/Außen-Spiegel, auf den Tacho oder auf die Strasse etc.) oder wird ein durch das Signal bewirktes Ansteigen der Herzfrequenz detektiert, so wird von einer erfolgreichen Steigerung der Aufmerksamkeit ausgegangen. Im umgekehrten Fall, dass keine Fahreraktivität ermittelt werden kann und auch keine gesteigerte Herzfrequenz gegenüber dem Ruhepuls ermittelbar ist, wird für den Fall, dass die eine erhöhte Aufmerksamkeit des Fahrers bzw. ggf. die bevorstehende Übernahme der Fahraktivität fordernde Situation fortbesteht, ein weiteres akustisches, visuelles oder haptisch durch den Fahrer wahrnehmbares Signal erzeugt. Dieses weitere Signal soll in seiner Intensität gegenüber dem die Aufmerksamkeit steigernden Signal gesteigert sein, um eine Warnfunktion außerhalb der unterschwelligen Aufmerksamkeitssteigerung zu erzeugen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Fahrsituationen bzw. Verkehrszustände, welche in ihrer Entwicklung vorhersagbar sind, so dass die Aufmerksamkeitssteigerung des Fahrers zeitlich vor einem kritischen Ereignis und insbesondere für partiell autonom oder teilautonom geführte Fahrzeuge vor einer Systemgrenze, an welchen die Assistenzsysteme die Fahrzeugführung nicht mehr gewährleisten können, erfolgt. Der Verkehrszustand, der die Ausgabe des die Aufmerksamkeit des Fahrers beeinflussenden Signals beeinflusst, ist demnach ein Verkehrszustand, der keinen sofortigen Fahrereingriff erforderlich macht. Es ist jedoch zum Zeitpunkt des Auslösens des die Aufmerksamkeit steigenden Signals davon auszugehen, dass zu einem bevorstehenden Zeitpunkt in der Zukunft, in einem zeitlich begrenzten Prädiktionshorizont, ein bevorstehender Fahrereingriff als wahrscheinlich ermittelt wird. Der Zeithorizont hängt dabei von dem ermittelten Verkehrsszenario ab und kann z. B. bei einsetzendem Schneefall oder bei durch Kartendaten vorbekannten Baustellen oder fehlenden Randstreifen eine erhebliche Zeit vorher bekannt sein, so dass bereits in einem Prädiktionshorizont von mehreren Minuten ein Erkennen einer kritischen Verkehrssituation, welche eine Aufmerksamkeitssteigerung erfordert, möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sollte bei einem Prädiktionshorizont oberhalb von 5 Sekunden genutzt werden um über das die Aufmerksamkeit steigernde Signal eine Beeinflussung des Fahrers zu erreichen.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft kann als Auslöser des die Aufmerksamkeit steigernden Signals der Fahrerzustand ausgewertet werden. Hierbei wird bevorzugt ein physiologischer Zustand des Fahrers detektiert, bei dem eine verminderte Aufmerksamkeit zu erwarten ist. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, hierfür die Atemfrequenz, Herzfrequenz, den Lidschlag oder die Leitfähigkeit der Haut zu nutzen, um z. B. Ermüdungszustände des Fahrers zu erkennen. Der Fahrerzustand kann auch indirekt aus seiner Interaktion mit dem Fahrzeug z. B. aus der Frequenz der Lenkbewegung oder der Reaktionszeit auf äußere Einflüsse ermittelt werden.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft wird zur Ausgabe des die Aufmerksamkeit beeinflussenden Signals ein Luft- oder Körperschall erzeugender Aktor im Fahrzeug genutzt. Dies kann ein gesondert verbauter oder ein bereits im Fahrzeug vorhandener Aktor, wie z. B. der Soundaktuator sein, welcher in seiner eigentlichen zweckbezogenen Nutzung zum Erzeugen eines typischen Fahrzeugklangs angesteuert wird, der aber in einer weiteren Nutzung das erfindungsgemäße Signal zur Beeinflussung der Aufmerksamkeit abstrahlt.
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Eine weitere Alternative ist die Nutzung von Impulsen, Schwingungen oder Körperschall erzeugender Aktoren, welche im Lenkrad, Fahrersitz oder der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10152852 A1 [0003]
- DE 102012112802 A1 [0004]