DE102020210261B4

DE102020210261B4 - Verfahren zum Betrieb eines in einer Umgebung beweglichen technischen Systems, mit Zuweisung von Steuerungsqualitätsstufen

Info

Publication number: DE102020210261B4
Application number: DE102020210261.9A
Authority: DE
Inventors: Benjamin May; Sven Fleck
Original assignee: Obsurver Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Obsurver Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2023-02-02
Anticipated expiration: 2040-08-13
Also published as: US20220050445A1; DE102020210261A1; US11906953B2

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines technischen Systems (50) in einer Umgebung (52), wobei das technische System (50) als Ganzes oder in Teilen in der Umgebung (52) motorisch beweglich ist,insbesondere wobei das technische System (50) ein Fahrzeug (51) ist und die Umgebung (52) ein Verkehrsnetz umfasst,wobei ein Mensch (63) Bewegungen des technischen Systems (50) in der Umgebung (52) zumindest zeitweise ansteuert,wobei das technische System (50) über ein Steuerungs-Assistenzsystem (60) verfügt, welchesa) mit Sensoren (57) die Umgebung (52) beobachtet und abhängig von der beobachteten Umgebung (52) Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) für das technische System (50) für zukünftige Zeitintervalle ermittelt (1), wobei bei der Ermittlung des Referenz-Bewegungsverlaufs (54, 54a) auch eine Vertrauensstufe des Referenz-Bewegungsverlaufs (54, 54a) bestimmt wird (10),b) von dem Menschen (63) tatsächlich angesteuerte Bewegungsverläufe (56) des technischen Systems (50) in den Zeitintervallen registriert (4),c) einen Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen (54, 54a) und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen (56) durchführt (5), wobei aus dem Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen (54, 54a) und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen (56) das Steuerungs-Assistenzsystem (60) wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter (MAP, MAP1-3) ermittelt, und wobei bei der Bestimmung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) eine Gewichtung von Abweichungen des tatsächlichen Bewegungsverlaufs (56) vom Referenz-Bewegungsverlauf (54, 54a) in Abhängigkeit von der Vertrauensstufe vorgenommen wird, wobei Abweichungen bei niedrigeren Vertrauensstufen geringer gewichtet werden als bei höheren Vertrauensstufen, undd) abhängig vom Vergleichsergebnis dem Menschen (63) eine von mehreren Steuerungsqualitätsstufen (S1-S6; S1A-S4A) zuweist (6), wobei die Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) für den Menschen (63) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter (MAP, MAP1-3) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines technischen Systems in einer Umgebung, wobei das technische System als Ganzes oder in Teilen in der Umgebung motorisch beweglich ist,
insbesondere wobei das technische System ein Fahrzeug ist und die Umgebung ein Verkehrsnetz umfasst,
wobei ein Mensch Bewegungen des technischen Systems in der Umgebung zumindest zeitweise ansteuert,
und wobei das technische System über ein Steuerungs-Assistenzsystem verfügt.
Fahrzeuge und andere technische Systeme werden in vielen Fällen zumindest zeitweise von Menschen gesteuert und dabei in einem Verkehrsnetz oder einer anderen Umgebung motorisch bewegt. Beispielsweise ist ein Großteil der Menschen in Deutschland im Besitz einer Fahrerlaubnis für Personenkraftwagen (PKW) oder andere Kraftfahrzeuge, und fährt täglich mit dem Kraftfahrzeug zur Arbeitsstätte oder privaten und geschäftlichen Terminen.
Die Sicherheit im Straßenverkehr hängt dabei insbesondere von den fahrerischen Fähigkeiten der Menschen ab, die die Fahrzeuge steuern bzw. lenken. Eine nicht unerhebliche Zahl von Unfällen geht auf persönliche Fahrfehler von Menschen zurück. Aus diesem Grund ist in praktisch jedem Land vorgesehen, dass Menschen für die Erlangung einer Fahrerlaubnis eine Prüfung ablegen müssen, in der sie ausreichende fahrerische Fähigkeiten nachweisen müssen.
Allerdings zeigt diese Prüfung nur die fahrerischen Fähigkeiten zum Prüfungszeitpunkt auf. Die fahrerischen Fähigkeiten werden später meist nur sporadisch überprüft, etwa nachdem es zu einem Umfallereignis gekommen ist. Die fahrerischen Fähigkeiten eines Menschen können sich jedoch im Laufe der Zeit verschlechtern, etwa durch Alter oder Krankheit. Ebenso können die fahrerischen Fähigkeiten kurzfristig beeinträchtigt sein, etwa durch Alkoholkonsum oder Übermüdung. Oft bleiben solche Verschlechterungen unbemerkt, und ein Mensch führt ein Fahrzeug, obwohl er dazu derzeit nicht geeignet ist, und gefährdet dadurch sich und andere Verkehrsteilnehmer.
Zur Verringerung solcher Gefahren ist es bekannt, die Gesundheit eines Menschen regelmäßig zu überprüfen, etwa durch turnusmäßige (etwa jährliche) ärztliche Untersuchungen bei Busfahrern oder Piloten, und bei nicht mehr ausreichender Gesundheit die Fahrerlaubnis oder Lizenz zu entziehen. Solche Untersuchungen sind aufwändig und teuer, und kommen daher nur für kleine Personengruppen in Betracht. Zudem können sie kurzfristige Beeinträchtigungen oder zwischen den Untersuchungen auftretende, langfristige Beeinträchtigungen nicht aufdecken.
Auch wurde vorgeschlagen, dass ein Fahrzeug erst in Betrieb genommen werden kann, wenn ein Atemtest an einem im Fahrzeug angebrachten Testgerät bestätigt, dass der Fahrer nicht alkoholisiert ist. Diese Maßnahme kann aber nur eine punktuelle Absicherung betreffend kurzfristiger, alkoholbedingter Fahruntüchtigkeit bieten.
Es ist weiterhin bekannt geworden, den Fahrer eines Fahrzeugs während der Fahrt zu beobachten, etwa mittels einer Kamera, und bei Anzeichen von Müdigkeit (etwa unüblichem Lidschlag) den Fahrer zu warnen, so dass dieser eine Erholungspause einlegt. Auch diese Maßnahme kann nur eine punktuelle Absicherung bieten.
Zudem wurden so genannte „Telematik-Tarife“ für Kraftfahrzeugversicherungen vorgeschlagen, bei denen die Versicherungsprämie in Abhängigkeit vom Fahrverhalten des Fahrers ermittelt wird, vgl. zum Beispiel die Internetveröffentlichung „Telematik-Versicherung: Geld sparen möglich, aber es gibt Kehrseiten“, heruntergeladen am 5.8.20 unter https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/geld-versicherungen/weitereversicherungen/telematikversicherung-geld-sparen-moeglich-aber-es-gibtkehrseiten-38399.
Dazu wird im Fahrzeug eine GPS-Blackbox installiert, oder ein Smartphone des Fahrers ermittelt GPS-Daten während der Fahrt mit dem Fahrzeug. Aus den GPS-Daten werden insbesondere Geschwindigkeit, Beschleunigungsverhalten und Bremsverhalten ermittelt. Aus den GPS-Daten lassen sich möglicherweise allgemeine Informationen über den Fahrstil eines Fahrers gewinnen, jedoch kann nicht zuverlässig ermittelt werden, von welcher Qualität die fahrerischen Fähigkeiten des Fahrers sind, insbesondere in Hinblick auf die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer in den konkret durchfahrenen Situationen. Beispielsweise kann ein scharfes Bremsmanöver ein Hinweis für eine (erwünschte) schnelle Reaktion bei unvorsichtigem Verhalten eines anderen Verkehrsteilnehmers sein, oder auch ein Hinweis auf (unerwünschtes) zu schnelles Heranfahren an eine rote Ampel.
Die DE 10 2019 110 924 A1 beschreibt ein Verfahren zum Bereitstellen einer Rückmeldung zur Fahrleistung eines Fahrers. Dabei wird eine erste Manöversteuerung durch eine Steuerung von einem automatisierten Fahrsystems des Fahrzeugs erhalten. Weiterhin wird eine zweite Manöversteuerung durch die Steuerung des Fahrers erhalten. Als Reaktion darauf, dass sich die erste Manöversteuerung von der zweiten Manöversteuerung unterscheidet, wird eine Fahrerbenachrichtigung erzeugt. Dabei können Abweichungsmetriken eingesetzt werden. Das Fahrzeug wird mit der zweiten Manöversteuerung betrieben.
Die DE 10 2019 004 265 A1 beschreibt ein Verfahren für eine Fahrassistenzfunktion, das den Fahrzeugführer warnt und/oder automatisch in die Fahrzeuglängsführung eingreift, wenn eine kritische Verkehrssituation vorliegt oder prädiziert wird. Die kritische Verkehrssituation wird durch Überschreiten einer individuellen Ansprechschwelle erkannt, die mit einem situationsabhängigen Korrekturfaktor verändert wird. In diesen Korrekturfaktor geht ein Fahrzeugvertrautheitsfaktor des Fahrzeugführers ein.
Die DE 10 2018 201 273 A1 beschreibt ein Verfahren zum Überwachen des Fahrstils eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs. Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs wird ein Parameterwert, der den Fahrstil charakterisiert, gemessen. Anhand des Parameterwerts wird der Fahrstil hinsichtlich seiner Aggressivität eingestuft. Der Parameterwert kann insbesondere eine Querbeschleunigung sein.
Aus der DE 10 2016 217 893 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt geworden, bei dem eine Fahrerfahrung des Fahrers ermittelt wird und abhängig von der Fahrerfahrung ein Zugriff des Fahrers auf die Fahrfunktionen in einem manuellen Betriebszustand des Fahrzeugs gesteuert wird. Bei einem Fahranfänger kann ein Eingriffsmodus eines autonomen Fahrzeugs sensibel eingestellt werden, und das autonome Fahrzeug greift schon bei leicht kritischen Situationen in das Fahrgeschehen ein, sobald beispielsweise die tatsächliche Trajektorie des Fahrzeugs von der berechneten Solltrajektorie abweicht. Zur Ermittlung der Fahrerfahrung kann der Fahrer während der Fahrt bezüglich seines Verhaltens beobachtet werden.
Die DE 10 2015 204 284 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung des Fahrverhaltens eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs. Das Verhalten des Fahrers wird mit einem Sensorsystem überwacht, insbesondere mit einer Kamera, die auf den Fahrer gerichtet ist. Das Verhalten wird mit vorbestimmten Verhaltensmustern verglichen, das bevorzugt einer Schreckreaktion, Schockreaktion, Angstreaktion und/oder Fluchtreaktion des Fahrers entspricht. Der Fahrer wird in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs unterstützt, beispielsweise indem ein den Straßenverkehr gefährdendes Steuermanöver des Fahrers autonom korrigiert wird.
Aufgabe der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine höhere Sicherheit beim Betrieb von technischen Systemen, insbesondere Kraftfahrzeugen, die zumindest zeitweise von Menschen in einer Umgebung, insbesondere in einem Verkehrsnetz, angesteuert werden, zu ermöglichen, und insbesondere der Zuweisung von Steuerungsqualitätsstufen durch ein Steuerungs-Assistenzsystem mehr Aussagekraft zu geben.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines technischen Systems in einer Umgebung,
wobei das technische System als Ganzes oder in Teilen in der Umgebung motorisch beweglich ist,
insbesondere wobei das technische System ein Fahrzeug ist und die Umgebung ein Verkehrsnetz umfasst,
wobei ein Mensch Bewegungen des technischen Systems in der Umgebung zumindest zeitweise ansteuert,
wobei das technische System über ein Steuerungs-Assistenzsystem verfügt, welches

a) mit Sensoren die Umgebung beobachtet und abhängig von der beobachteten Umgebung Referenz-Bewegungsverläufe für das technische System für zukünftige Zeitintervalle ermittelt, wobei bei der Ermittlung des Referenz-Bewegungsverlaufs auch eine Vertrauensstufe des Referenz-Bewegungsverlaufs bestimmt wird,
b) von dem Menschen tatsächlich angesteuerte Bewegungsverläufe des technischen Systems in den Zeitintervallen registriert,
c) einen Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen durchführt, wobei aus dem Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen das Steuerungs-Assistenzsystem wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter ermittelt, und wobei bei der Bestimmung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters eine Gewichtung von Abweichungen des tatsächlichen Bewegungsverlaufs vom Referenz-Bewegungsverlauf in Abhängigkeit von der Vertrauensstufe vorgenommen wird, wobei Abweichungen bei niedrigeren Vertrauensstufen geringer gewichtet werden als bei höheren Vertrauensstufen, und
d) abhängig vom Vergleichsergebnis dem Menschen eine von mehreren Steuerungsqualitätsstufen zuweist, wobei die Steuerungsqualitätsstufe für den Menschen in Abhängigkeit von dem wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter bestimmt wird.

Mit der vorliegenden Erfindung kann eine besonders zuverlässige Aussage über die Qualität der manuellen Steuerung eines technischen Systems durch einen Menschen erfolgen; diese Qualität wird in Steuerungsqualitätsstufen ausgedrückt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dafür vor, dass während des Betriebs des technischen Systems laufend (wiederholt oder kontinuierlich) von einem Steuerungs-Assistenzsystem ein Referenz-Bewegungsverlauf ermittelt wird, welchen der Mensch für eine angemessene (oder gewünschte) Bewegung des technischen Systems unter den gegebenen Bedingungen, einschließlich der gegenwärtigen Umgebung, im nächsten anstehenden Zeitintervall ansteuern sollte (innerhalb einer angemessenen Genauigkeit). Der Referenz-Bewegungsverlauf entspricht dabei einem Bewegungsverlauf, wie er auch bei einem vollautomatischen bzw. autonomen Betrieb des technischen Systems unter den gegebenen Bedingungen (einschließlich der gegenwärtigen Umgebung) angesteuert würde. Für die Ermittlung des Referenz-Bewegungsverlaufs überwacht das Steuerungs-Assistenzsystem laufend die gegenwärtige Umgebung mittels geeigneter Sensoren, insbesondere optischer Sensoren wie Kameras oder Laserabtastsystemen. Anschließend wird jeweils der Bewegungsverlauf, wie er tatsächlich von dem Menschen angesteuert wurde, in dem Zeitintervall festgestellt. Daraufhin werden jeweils der (a priori ermittelte) Referenz-Bewegungsverlauf und der (a posteriori ermittelte) tatsächliche Bewegungsverlauf eines jeweiligen Zeitintervalls miteinander verglichen. Über den Vergleich kann festgestellt werden, ob sich der Fahrer in der jeweiligen konkreten Situation angemessen (bzw. wie gewünscht, entsprechend der Programmierung des Steuerungs-Assistenzsystems) verhalten hat. Je nach Grad der Übereinstimmung der tatsächlichen Bewegungsverläufe mit den Referenz-Bewegungsverläufen können verschiedene Steuerungsqualitätsstufen zugewiesen werden.
Die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe erfolgt nach objektiven, im Steuerungs-Assistenzsystem programmierten Kriterien. Die Zuweisung basiert auf dem Verhalten des Menschen (beispielsweise Fahrers eines Kraftfahrzeugs) in einer Vielzahl von konkreten, auch durch die jeweilige gegenwärtige Umgebung (beispielsweise eigener Ort und eigene Bewegung, Ort und Bewegung von anderen Verkehrsteilnehmern, baulichen Gegebenheiten in der Umgebung, Straßenverlauf, Wetter- und Lichtverhältnisse, Kraftfahrzeugzustand (etwa Bereifung), aktuelle lokale Verkehrsregelungen usw.) vorgegebenen Situationen, wobei das Verhalten des Menschen insbesondere in Hinblick auf einen sicheren Betrieb des technischen Systems beurteilt wird. Grundsätzlich wertet das Steuerungs-Assistenzsystem im Rahmen der Erfindung für die Ermittlung des Referenz-Bewegungsverlaufs im Wesentlichen die gleichen Informationen über die Umgebung aus, die auch dem ansteuernden Menschen durch seine Sinne zur Verfügung stehen, insbesondere optische Informationen über die Umgebung. Der Referenz-Bewegungsverlauf kann dabei mit an sich bekannten Steuerungsprogrammen, wie sie für einen automatischen bzw. autonomen Betrieb des technischen Systems verfügbar sind, erfolgen. Man beachte, dass im Rahmen der Erfindung das Steuerungs-Assistenzsystem nicht für alle denkbaren Situationen Referenz-Bewegungsverläufe zu ermitteln können braucht (wenngleich dies bevorzugt ist), sondern nur für einen zur Zuweisung einer Steuerungsqualitätsstufe ausreichenden Anteil, z.B. wenigstens 50% aller Situationen.
Die zugewiesene Steuerungsqualitätsstufe ist typischerweise Ausgangspunkt für weitere Maßnahmen, um die Sicherheit des Betriebs des technischen Systems zu erhöhen. Die Steuerungsqualitätsstufe kann als Information ausgegeben werden (beispielsweise als optischer Warnhinweis an den Menschen, oder auch als Nachricht an Zulassungsbehörden), und/oder für die (zukünftige) Steuerung des technischen Systems ausgewertet werden, etwa um die Ansteuerungsbefugnis des Menschen für das technische System für die Zukunft festzulegen. Die als Information ausgegebene Steuerungsqualitätsstufe kann auch eine Beschreibung einer vermuteten körperlichen (gesundheitlichen) Ursache für die Zuweisung und/oder eine Handlungsempfehlung enthalten (beispielsweise „Auf weiter entfernte Umgebung wird spät reagiert, Augenarzt sollte aufgesucht werden“). Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Automatisches Steuerungssystem (zB AD, ADAS) teilweise oder ganz die Ansteuerung des technischen Systems übernimmt, wenn festgestellt wurde, dass die Fähigkeiten des Menschen für die Steuerung des technischen Systems nicht mehr ausreichen, oder alternativ die Steuerungsfähigkeiten des Automatischen Steuerungssystems (derzeit) besser sind als die des derzeit steuernden Menschen.
Die Steuerungsqualitätsstufe kann mit einer gewünschten oder erforderlichen Häufigkeit überwacht bzw. zugewiesen werden. Das Steuerungsverhalten des Menschen kann auf kurzfristige Schwankungen überwacht werden (etwa um Fahrten unter Drogen- oder Alkoholeinfluss kurz nach Fahrtantritt zu erkennen und ggf. eine Weiterfahrt zu unterbinden), oder auch auf langfristige Veränderungen überwacht werden (insbesondere um altersbedingte Degeneration oder schleichende Erkrankungen zu erkennen).
Typischerweise gilt die Steuerungsqualitätsstufe nach einer Zuweisung für eine gewisse Mindestdauer, beispielsweise wenigstens zwei Stunden oder wenigstens einen Tag; in Einzelfällen kann die Steuerungsqualitätsstufe auch nur für kurze Zeiträume, beispielsweise für einen Zeitraum zwischen 2 Minuten und 20 Minuten, zugewiesen werden.
Man beachte, dass die aktuell zugewiesene Steuerungsqualitätsstufe für einen Menschen im Rahmen der Erfindung im Laufe der Zeit sinken kann (etwa wenn müdigkeitsbedingt die Fahrleistung des Menschen nachlässt, oder auch durch Alter oder Krankheit, etwa grauen Star), gleichbleiben kann (Normalfall) oder steigen kann (etwa nach ausreichend Schlaf, oder nach einer Augenoperation). Je nach Ursache kann eine erfolgte Zuweisung nach einiger Zeit wieder zurückgesetzt werden (etwa wenn zu erwarten ist, dass der Mensch eine ausreichende Schlafpause einlegen konnte).
Ein Referenz-Bewegungsverlauf entspricht in der Regel einem vom Steuerungs-Assistenzsystem als für die (aktuell beobachtete) Umgebung als optimal ermitteltem Bewegungsverlauf, um ein mit dem technischen System zu erreichendes, vorgegebenes Ziel zu erreichen. Das Ziel kann bei einem Fahrzeug beispielsweise eine sichere und zügige Fahrt zu einem vorgegebenen Zielort sein, oder bei einem Operationsroboter die sichere und für einen Patienten schonende Durchführung einer Operation (chirurgischer Eingriff). Der Referenz-Bewegungsverlauf wird typischerweise jeweils nur für sehr kurze Zeiträume, beispielsweise die nächsten 10 Sekunden oder weniger, und dann immer wieder neu ermittelt, um eine Veränderung der (lokalen) Umgebung insbesondere durch die Bewegung des technischen Systems in der Umgebung (einschließlich einer evtl. durch das technische System bewirkte Änderung der Umgebung) zu berücksichtigen.
Der Referenz-Bewegungsverlauf und der tatsächlich angesteuerte Bewegungsverlauf können über zugehörige (Referenz- und tatsächliche) Steuerbefehle erfasst werden, oder alternativ über die zeitliche Entwicklung von (Referenz- und tatsächlicher) Position und Orientierung des technischen Systems oder des Teils davon erfasst werden.
Die maschinelle Bestimmung eines Referenz-Bewegungsverlaufs in Schritt a) kann als Ergebnis/Personifizierung/Destillat/Fingerabdruck der zugrundeliegenden Trainingsdaten des Steuerungs-Assistenzsystems aufgefasst werden, welche wiederum oftmals aus realen, korrekten Szenen/Trajektorien stammen.
Im Rahmen der Erfindung kann indirekt das sensorimotorische System des Menschen überprüft und in Hinblick auf seine Eignung zur Ansteuerung des technischen Systems überwacht bzw. evaluiert werden.
Dabei beruht die Beurteilung der Erfindung auf der tatsächlichen Ansteuerung des technischen Systems durch den Menschen in tatsächlich in der Praxis aufgetretenen Situationen, so dass damit die Ansteuerungsfähigkeiten des Menschen direkt und dadurch sehr aussagekräftig beurteilt werden können. Soweit die Umwelt einen bestimmten, manuell angesteuerten Bewegungsablauf (bzw. manuelle Fahrweise) bedingt, etwa ungünstige Straßenverhältnisse, nicht lesbare Schilder usw., wird dies im Rahmen der Erfindung inhärent berücksichtigt, da auch das Steuerungs-Assistenzsystem die aktuellen Umweltbedingungen für den als Vergleichsmaßstab dienenden Referenz-Bewegungsablauf zugrunde gelegt hat. Defizite des Menschen bei der Ansteuerung des technischen Systems, insbesondere schleichende Degradation durch Alter oder Krankheit, können zuverlässig erkannt und bekanntgemacht werden, wodurch die Sicherheit erhöht werden kann.
Die Erfindung sieht vor, dass in Schritt c) aus dem Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen das Steuerungs-Assistenzsystem wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter ermittelt, und dass in Schritt d) die Steuerungsqualitätsstufe für den Menschen in Abhängigkeit von dem wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter bestimmt wird. Die Anwendung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters vereinfacht die Durchführung des Verfahrens, und ist insbesondere bei der Aufdeckung von kurzfristigen Schwankungen im Steuerungsverhalten des Menschen nützlich. Der wenigstens eine momentane Abweichungsparameter wird typischerweise durch einen Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen über einen kurzen (aktuellen) Zeitraum von beispielsweise der letzten 60 Sekunden oder weniger bestimmt. Dieser Zeitraum kann mit der Dauer eines Zeitintervalls eines Referenz-Bewegungsverlaufs übereinstimmen, wobei jeweils je Zeitintervall der momentane Abweichungsparameter einmal bestimmt wird; es ist aber auch möglich, diesen Zeitraum kürzer (über den Bruchteil eines Zeitintervalls) oder länger (über mehrere Zeitintervalle) zu wählen. Bei der Bestimmung eines (jeweiligen) Abweichungsparameters werden ein oder mehrere der zur Verfügung stehenden Observablen (beispielsweise Positionen, Orientierungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, jeweils für den Referenz-Bewegungsverlauf und den tatsächlichen Bewegungsverlauf) ausgewertet, und dabei typischerweise zusammengefasst und/oder gewichtet. Es können auch mehrere momentane Abweichungsparameter bestimmt werden, die bevorzugt unterschiedliche Arten von Abweichungen des tatsächlichen Bewegungsverlaufs vom Referenz-Bewegungsverlauf auswerten, beispielweise für einen ersten Abweichungsparameter betreffend die Häufigkeit und Amplitude von Korrekturbewegungen, und für einen zweiten Parameter eine mittlere lineare oder quadratische Abweichung einer Observablen (etwa Position oder Orientierung des technischen Systems oder eines Teils davon) von einer Referenzobservablen. Ebenso können einzelne Abweichungsparameter lediglich für bestimmte Situationen bestimmt werden, beispielsweise für die Durchfahrt enger Kurven, oder für das Anfahren, oder für Rückwärtsfahrten.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass in Schritt a) bei der Ermittlung des Referenz-Bewegungsverlaufs auch eine Vertrauensstufe des Referenz-Bewegungsverlaufs bestimmt wird, und dass bei der Bestimmung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters eine Gewichtung von Abweichungen des tatsächlichen Bewegungsverlaufs vom Referenz-Bewegungsverlauf in Abhängigkeit von der Vertrauensstufe vorgenommen wird, wobei Abweichungen bei niedrigeren Vertrauensstufen geringer gewichtet werden als bei höheren Vertrauensstufen. Dadurch hat die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufen mehr Aussagekraft. Falls die Bestimmung des Referenz-Bewegungsverlaufs eine hohe Unsicherheit oder Ungenauigkeit hat (beispielsweise wenn das Steuerungs-Assistenzsystem auf veraltetes Kartenmaterial zurückgreifen muss), wird Abweichungen des tatsächlichen Bewegungsverlaufs vom Referenz-Bewegungsverlauf eine reduzierte Gewichtung beigemessen, da die Abweichung möglicherweise gerechtfertigt war. Umgekehrt kann in bestimmten Situationen ein bestimmtes Ansteuerverhalten des Menschen unbedingt erforderlich sein (etwa Anhalten vor einer roten Ampel), und eine Abweichung von diesem Verhalten sollte dann besonders stark berücksichtigt (gewichtet) werden.
Bevorzugte Varianten der Erfindung
Bevorzugte Anwendungsgebiete
Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das technische System ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug oder ein Flugzeug oder eine Drohne oder ein Zug, und die Umgebung umfasst ein Verkehrsnetz, insbesondere ein Straßenverkehrsnetz oder ein Luftfahrtnetz oder ein Schienennetz. Die Erfindung eignet sich sehr gut dazu, die Fähigkeiten von Fahrzeugführen aller Art zu überwachen und dadurch den Verkehr sicherer zu machen. Insbesondere kann durch die Erfindung Unfällen vorgebeugt werden. Bevorzugt ist das Fahrzeug ein PKW oder LKW oder Bus.
Ebenso bevorzugt ist eine Variante, bei der das technische System ein Operationsroboter ist, und die Umgebung einen Patienten, an welchem eine Operation durchgeführt wird, umfasst, insbesondere wobei die durchzuführende Operation eine Gehirnoperation oder eine Hüftoperation ist. Auch bei Operationen (chirurgischen Eingriffen) kann durch die Erfindung die Sicherheit erhöht werden, indem der Operateur überwacht wird. Insbesondere kann eine zuverlässige Erkennung von Ermüdung bei Operationen sehr nützlich sein.
Varianten zur Durchführung des Vergleichs
Vorteilhafter Weise werden in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens Referenz-Bewegungsverläufe mit einer niedrigeren Vertrauensstufe bewertet, wenn sie zumindest teilweise auf Basis von Sensordaten ermittelt wurden, die aufgrund von festgestellten oder vermuteten Sensor-Fehlern oder Sensor-Degradationen oder aufgrund von für die Sensorfunktion ungünstigen Umgebungsbedingungen unzuverlässig sind, als wenn die Referenz-Bewegungsverläufe auf Basis von normal zuverlässigen Sensordaten ermittelt wurden. Dadurch wird erreicht, dass unzuverlässige Sensordaten die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe weniger stark verfälschen können.
Bei einer anderen, vorteilhaften Variante wird in Schritt d) die Steuerungsqualitätsstufe zumindest auch in Abhängigkeit von der absoluten Größe des wenigstens einen, momentanen Abweichungsparameters bestimmt. Dadurch können kurzfristige Schwankungen im Ansteuerverhalten des Menschen gut erkannt bzw. aufgedeckt werden, und absolute Qualitätsanforderungen an das Ansteuerverhalten des Menschen können berücksichtigt werden.
Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der für den Menschen für die Vergangenheit wenigstens ein mittlerer Abweichungsparameter bestimmt wird, und die Steuerungsqualitätsstufe für den Menschen zumindest auch in Abhängigkeit von der Abweichung des wenigstens einen, momentanen Abweichungsparameters von dem wenigstens einen, mittleren Abweichungsparameter bestimmt wird. Mit anderen Worten, es wird aus der Vergangenheit ein typisches Steuerungsverhalten des Menschen (typischerweise anhand mehrerer Abweichungsparameter) ermittelt („erlernt“), und bei (kurzfristig beobachtbarer, insbesondere starker) Abweichung des aktuellen Steuerungsverhaltens von dem typischen Steuerungsverhalten wird die Sicherheitsqualitätsstufe nötigenfalls geändert. Dadurch werden relative Kriterien bei der Zuordnung der Sicherheitsqualitätsstufe berücksichtigt; insbesondere kurzfristige Veränderungen im Ansteuerverhalten des Menschen (etwa aufgrund von Alkohol- oder Drogenkonsum, Übermüdung oder auch allgemein Stress) können dadurch besonders leicht erkannt werden. Typischerweise erfolgt eine Änderung der Steuerungsqualitätsstufe noch nicht bei einzelnen, isolierten Abweichungen eines momentanen Abweichungsparameters vom mittleren Abweichungsparameter („Ausreißer“), sondern erst bei einer gewissen Anzahl. Hierbei können etwa RANSAC-Verfahren eingesetzt werden, oder auch Verfahren, die anderweitig Signal von Rauschen mit hoher Zuverlässigkeit trennen können, beispielsweise auch deep learning basiert. Der mittlere Abweichungsparameter wird typischerweise über einen längeren Zeitraum von beispielsweise 30 Tagen oder mehr, insbesondere den letzten 30 Tagen oder mehr (in anderen Fällen zB die letzten 6 Monate oder mehr, in Sondersituationen auch die letzten 1 bis 24 Stunden) durch Mittelung aus dem momentanen Abweichungsparameter ermittelt.
Besonders vorteilhaft ist eine Variante, die vorsieht,
dass für einen ersten Zeitraum in der Vergangenheit wenigstens ein momentaner Abweichungsparameter gemittelt wird, wodurch wenigstens ein Basis-Abweichungsparameter bestimmt wird, wobei der erste Zeitraum wenigstens 7 Tage umfasst,
dass für einen zweiten Zeitraum dieser wenigstens eine momentane Abweichungsparameter gemittelt wird, wodurch wenigstens ein Update-Abweichungsparameter bestimmt wird, wobei der zweite Zeitraum wenigstens 7 Tage umfasst,
dass der erste Zeitraum wenigstens 180 Tage vor dem zweiten Zeitraum liegt, und dass die Steuerungsqualitätsstufe für den Menschen zumindest auch in Abhängigkeit von der Abweichung des wenigstens einen Update-Abweichungsparameters von dem wenigstens einen Basis-Abweichungsparameter bestimmt wird,
insbesondere wobei der zweite Zeitraum weniger als 30 Tage zurückliegt. Mit anderen Worten, das typische Steuerungsverhalten des Menschen wird (in der Regel anhand mehrerer Abweichungsparameter) für zwei verschiedene Zeiträume, die wenigstens 60 Tage, bevorzugt wenigstens 180 Tage, auseinanderliegen, über längere Zeit beobachtet („erlernt“), und bei (insbesondere auch leichter) Veränderung des typischen Steuerungsverhalten wird die Sicherheitsqualitätsstufe nötigenfalls geändert. Dadurch werden relative Kriterien bei der Zuordnung der Sicherheitsqualitätsstufe berücksichtigt; insbesondere langfristige Veränderungen im Ansteuerverhalten des Menschen können dadurch besonders leicht und zuverlässig erkannt werden. Der Vergleich der beiden Zeiträume ist besonders einfach und schnell möglich. Steigt ein Abweichungsparameter vom ersten Zeitraum zum zweiten Zeitraum hin merklich an, so ist dies ein Zeichen für eine langfristige Verschlechterung der Steuerungsfähigkeiten des Menschen, etwa aufgrund einer chronischen, sich verschlimmernden Erkrankung (beispielsweise grauer Star) oder einfach durch höheres Alter. Durch die Erfindung kann die langfristige (und oft langsam voranschreitende) Verschlechterung der Steuerungsfähigkeit leicht erkannt werden, bevor ein Unfall eintritt, und es kann dann dieser Verschlechterung entgegengewirkt werden (etwa durch medizinische Behandlung, Nutzung einer (besseren) Brille oder eines (besseren) Hörgeräts) oder diese bei der Steuerung des technischen Systems berücksichtigt werden (etwa durch mehr automatisierte Unterstützung des Menschen bei der Steuerung, oder durch Einschränkungen der menschlichen Steuerungsbefugnis unter im gegebenen Fall gefährlichen Bedingungen).
Ebenso vorteilhaft ist eine Variante, die vorsieht,
dass für den Menschen der zeitliche Verlauf des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters über ein Beobachtungszeitraum von wenigstens 60 Tagen, bevorzugt wenigstens 180 Tagen, beobachtet wird,
dass im Beobachtungszeitraum ein gleitender Durchschnitt des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters gebildet wird, wobei der gleitende Durchschnitt durch Mittelung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters in einem Durchschnittsbildungsintervall von wenigstens 7 Tagen, bevorzugt wenigstens 14 Tagen, ermittelt wird,
und dass die Steuerungsqualitätsstufe für den Menschen zumindest auch in Abhängigkeit von der Veränderung des gleitenden Durchschnitts bestimmt wird. Mit anderen Worten, das für verschieden weit zurückliegende Zeiträume der Vergangenheit typische Steuerungsverhalten des Menschen wird (in der Regel anhand mehrerer Abweichungsparameter und deren gleitendem Durchschnitt) über längere Zeit beobachtet („erlernt“), und bei (langfristig beobachtbarer, insbesondere auch leichter) Veränderung des typischen Steuerungsverhaltens wird die Sicherheitsqualitätsstufe nötigenfalls geändert. Dadurch werden relative Kriterien bei der Zuordnung der Sicherheitsqualitätsstufe berücksichtigt; insbesondere können durch die Auswertung des gleitenden Durchschnitts langfristige, schleichende Veränderungen im Ansteuerverhalten des Menschen besonders leicht erkannt werden. Steigt der gleitende Durchschnitt eines Abweichungsparameters über den Beobachtungszeitraum langsam an, so ist dies ein Zeichen für eine allmähliche Verschlechterung der Steuerungsfähigkeiten des Menschen, etwa aufgrund einer chronischen, sich verschlimmernden Erkrankung (beispielsweise grauer Star) oder einfach durch höheres Alter. Umgekehrt ist ein sinkender gleitender Durchschnitt eines Abweichungsparameters ein Zeichen für eine Verbesserung der Steuerungsfähigkeiten, etwa wenn ein Fahranfänger Erfahrung sammelt. Durch die Erfindung kann insbesondere die Verschlechterung der Steuerungsfähigkeit leicht erkannt werden, bevor ein Unfall eintritt, und es kann dann dieser Verschlechterung entgegengewirkt werden (etwa durch medizinische Behandlung, Nutzung einer (besseren) Brille oder eines (besseren) Hörgeräts) oder diese bei der Steuerung des technischen Systems berücksichtigt werden (etwa durch mehr automatisierte Unterstützung des Menschen bei der Steuerung, oder durch Einschränkungen der menschlichen Steuerungsbefugnis unter im gegebenen Fall gefährlichen Bedingungen).
Besonders bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, die vorsieht,
dass das technische System im zeitlichen Wechsel von mehreren Bedienpersonen angesteuert wird,
dass das Steuerungs-Assistenzsystem eine Identifikationseinrichtung aufweist, mit der eine momentane Bedienperson automatisch identifiziert werden kann, insbesondere durch eine Bilderkennung,
und dass für die jeweiligen Bedienpersonen eigene Steuerungsqualitätsstufen ermittelt werden,
insbesondere wobei für jede Bedienperson eigene, mittlere Abweichungsparameter und/oder eigene Basis-Abweichungsparameter sowie Update-Abweichungsparameter und/oder eigene gleitende Durchschnitte berechnet werden. Durch dieses Vorgehen kann die Sicherheit bei der Bedienung des technischen Systems weiter erhöht werden, und insbesondere können relative Kriterien bei der Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe auf einfache Weise sinnvoll berücksichtigt werden, auch wenn mehrere Bedienpersonen (Menschen) das technische System nutzen. In der einzelnen Bedienperson (dem einzelnen Menschen) liegende Gefährdungen können leichter identifiziert und berücksichtigt werden. Im Rahmen der Erfindung können personenspezifisch Profile erstellt werden, auch über verschiedene Fahrzeuge hinweg, die die Fahrtüchtigkeit/Sicherheit/Gesundheitszustand verschiedener Bedienpersonen bewerten. Das Profil kann, falls gewünscht, neben der jeweiligen Person selbst auch Ärzten oder Zulassungsbehörden oder Familienangehörigen oder Systemen (Healthtrackingportale) zur Verfügung gestellt werden, unter Einhaltung relevanter datenschutzrechtlicher Vorschriften, um geeignete Handlungen zur Verbesserung oder Wiederherstellung der Betriebssicherheit des technischen Systems vorzubereiten und/oder zu initiieren.
Varianten zu Berechtigungsstufen
Bei einer vorteilhaften Variante wird vom Steuerungs-Assistenzsystem mit der Steuerungsqualitätsstufe auch eine von mehreren Berechtigungsstufen vorgegeben,
wobei eine jeweilige Berechtigungsstufe die Bewegungen des technischen Systems in der Umgebung, welche der Mensch an dem technischen System ansteuern kann, begrenzt. Verschiedene Berechtigungsstufen begrenzen die Befugnis des Menschen in unterschiedlicher Weise, insbesondere um eine Anpassung an die (momentanen) Fähigkeiten des Menschen vorzunehmen und so einen besonders sicheren Betrieb des technischen Systems zu ermöglichen. Insbesondere können Ansteuerungsmöglichkeiten, die den Menschen überfordern würden, über die Berechtigungsstufen ausgeschlossen werden.
Bevorzugt ist eine Weiterentwicklung dieser Variante, die vorsieht,
dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen eine maximale Geschwindigkeit des technischen Systems oder eines Teils davon, welche von dem Menschen angesteuert werden kann, begrenzt, und/oder
dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen für einen Abstand des technischen Systems oder eines Teils davon zu Strukturen in der Umgebung, welcher von dem Menschen angesteuert werden kann, einen Mindestabstand erzwingt,
und/oder
dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen die Umgebung, in der Bewegungen des technischen Systems von dem Menschen angesteuert werden können, begrenzt, und/oder
dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen die Tageszeit, in der Bewegungen des technischen Systems von dem Menschen angesteuert werden können, begrenzt. Durch diese Begrenzungen können in der Praxis viele Gefährdungen für den Menschen oder weitere Personen in der Umgebung minimiert werden. Eine typische Begrenzung der Umgebung in geografischer Hinsicht ist beispielsweise ein Verbot, mit dem Auto Autobahnen anzufahren oder einen bestimmten Landkreis zu verlassen. Eine typische Begrenzung der Umgebung in funktionaler Hinsicht ist beispielsweise ein Verbot, mit dem Auto bei Regenwetter zu fahren. Eine typische Beschränkung der Tageszeit ist ein Verbot, ein Auto bei Nacht (beispielsweise zwischen 22:00 Uhr und 6:00 Uhr) zu fahren. Durch die Berechtigungsstufe können die Bewegungen, die von einem Menschen beim technischen System angesteuert werden können, entsprechend seiner derzeitigen bzw. verbliebenen Fähigkeiten beschränkt werden, um eine verbesserte (ausreichende) Sicherheit zu gewährleisten. Insbesondere können für den Menschen erkannte Defizite/Degradationen (zB Nachtblindheit) bei der angewandten Berechtigungsstufe berücksichtigt werden (zB Verbot von manuellen Nachtfahrten). In der (kurzfristigen) Überwachung können zudem erkannte Defizite/Degradationen (zB schnelle Ermüdung) zu einer besonderen Gewichtung von Abweichungsparameter oder Observablen (zB Häufigkeit von Korrekturbewegungen) genutzt werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Weiterentwicklung, bei der wenigstens eine der Berechtigungsstufen eine vollständige Blockierung der weiteren Ansteuerung von Bewegungen des technischen Systems durch den Menschen umfasst. Dadurch kann ein „fail-safe“ Zustand (bei Ausfall sicherer Zustand) erreicht werden; oftmals geht mit der Blockierung eine automatische Not-Ansteuerung einher, zB eine Notbremsung, um das technische System in den sicheren Zustand zu überführen.
Vorteilhaft ist auch eine Variante, in der das Steuerungs-Assistenzsystem als Automatisches Steuerungssystem ausgebildet ist, mit dem Bewegungen des technischen Systems in der Umgebung zumindest zeitweise automatisch angesteuert werden können,
insbesondere wobei in Schritt a) zur Ermittlung der Referenz-Bewegungsverläufe für das technische System das Automatische Steuerungssystem in einem „silent mode“ betrieben wird. Dadurch ist das Steuerungs-Assistenzsystem in der Lage, den Menschen im Betrieb des technischen Systems durch automatische Steuerbefehle zu unterstützen; für viele technische Systeme stehen kostengünstige Automatische Steuerungssysteme kommerziell zur Verfügung, die im Rahmen der Erfindung genutzt werden können. Im „silent mode“ (stummen Modus) werden vom Automatischen Steuerungssystem erzeugte oder vorbereitete Steuersignale (Steuerbefehle) nicht motorisch umgesetzt; die Steuersignale (oder ein zugrundliegender, geplanter Referenz-Bewegungsverlauf) werden nur zum Vergleich mit den Steuerbefehlen des Menschen (oder dem daraus resultierenden, tatsächlichen Bewegungsverlauf) eingesetzt. Durch Übernahme von Steuerungsfunktionen kann ein „fail operational“-System (bei Ausfall einsatzfähig-Zustand) erreicht werden, sodass das technische System auch bei Ausfall des Menschen (etwa bei einem epileptischen Anfall oder einem Herzinfarkt) in Betrieb gehalten wird. Hierfür kann es sinnvoll sein, einen oder mehrere momentane Abweichungsparameter über vergleichsweise kurze Zeiträume, z.B. über 3 bis 15 Sekunden, zu bestimmen und auszuwerten.
Besonders bevorzugt ist eine Weiterentwicklung hierzu, wobei vom Steuerungs-Assistenzsystem mit der Steuerungsqualitätsstufe auch eine von mehreren Berechtigungsstufen vorgegeben wird, und die vorsieht, dass in wenigstens einer der Berechtigungsstufen das Automatische Steuerungssystem das Ansteuern der Bewegungen des technischen Systems teilweise oder vollständig übernimmt, insbesondere wobei in wenigstens einer der Berechtigungsstufen der Grad der Übernahme des Ansteuerns der Bewegungen des technischen Systems durch das Automatische Steuerungssystem von der Umgebung abhängt,
und insbesondere wobei verschiedene Berechtigungsstufen mit verschiedenen SAE-Leveln korreliert sind. Hierdurch ist eine gezielte Unterstützung des Menschen beim Betrieb des technischen Systems möglich. Das Automatische Steuerungssystem kann gezielt in Situationen mit automatischen Steuerbefehlen aushelfen, wenn der Mensch nicht mehr zur (sicheren) Ansteuerung des technischen Systems in der Lage ist.
Varianten zur Optimierung des Vergleichs
Bei einer bevorzugten Variante gehen in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe weiterhin auch Informationen von einem oder mehreren Sensoren, die in der Umgebung angeordnet sind und das technische System von außen und/oder die Umgebung des technischen Systems beobachten, ein,
insbesondere wobei das technische System ein Fahrzeug ist und die Umgebung ein Verkehrsnetz umfasst und die in der Umgebung angeordneten Sensoren fest im Verkehrsnetz installierte Sensoren oder Kameras und/oder auf anderen Fahrzeugen installierte Sensoren oder Kameras umfasst. Durch die weiteren Informationen der in der Umgebung angeordneten Sensoren kann in der Regel besser zwischen erwünschtem (sicherem) und weniger erwünschtem (weniger sicherem) Ansteuerungsverhalten des Menschen unterschieden werden, beispielsweise durch Gewichtung von Abweichungsparametern, und die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe wird noch aussagekräftiger. Typische Umgebungssensoren können beispielsweise Verkehrsüberwachungskameras sein, oder auch die Sensoren auf den Fahrzeugen anderer Verkehrsteilnehmer.
Ebenso vorteilhaft ist eine Variante, bei der in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe weiterhin auch Informationen von einem oder mehreren Sensoren des technischen Systems und/oder der Umgebung, die eine Reaktion der Umgebung auf den tatsächlichen Bewegungsverlauf des technischen Systems ermitteln, eingehen. Auch durch diese weiteren Informationen kann in der Regel besser zwischen erwünschtem (sicherem) und weniger erwünschtem (weniger sicherem) Ansteuerungsverhalten des Menschen unterschieden werden, beispielsweise durch Gewichtung von Abweichungsparametern, und die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe wird noch aussagekräftiger. Beispielsweise kann das Beschleunigungs- und Bremsverhalten anderer Verkehrsteilnehmer als Reaktion auf den tatsächlichen Bewegungsverlauf ausgewertet werden. Wird beispielsweise mit einer Kamera auf einem angesteuerten Fahrzeug beobachtet, dass ein Fußgänger vor dem angesteuerten Fahrzeug weggesprungen ist, ist dies in der Regel ein Indiz dafür, dass der Fahrer keinen ausreichenden Abstand zu dem Fußgänger eingehalten hat.
Bei einer vorteilhaften Variante ist weiterhin vorgesehen,
dass in Schritt a) zumindest in einzelnen Situationen mehrere Referenz-Bewegungsverläufe ermittelt werden, dass in Schritt c) jeweils ein Vergleich des tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlaufs mit jedem der Referenz-Bewegungsverläufe für die zugehörige Situation erfolgt, und dass nur einer der Vergleiche für die Bestimmung der Steuerungsqualitätsstufe in Schritt d) berücksichtigt wird,
insbesondere wobei in Schritt d) nur derjenige Vergleich berücksichtigt wird, in welchem der tatsächliche Bewegungsverlauf die geringsten Abweichungen vom Referenz-Bewegungsverlauf aufweist. Vorzugsweise erzeugt das Steuerungs-Assistenzsystem im Schritt a) (insbesondere im silent mode), soweit erforderlich, mehrere Hypothesen (bzw. Referenz-Bewegungsverläufe) gleichzeitig (multimodale probability density function - pdf), da nicht notwendigerweise immer nur ein Weg (Bewegungsverlauf) der richtige ist, sondern in der gegebenen Situation verschiedene Lösungen ähnlich sicher sein können hinsichtlich der KPIs (key performance indicators/Abweichungsparameter). Die Degradation des Menschen (Fahrers) kann mit der am nächsten liegenden korrekten/zulässigen/möglichen Lösung der Maschine (z.B. Trajektorie) verglichen werden, nicht nur mit einer möglichen oder der besten Lösung der Maschine. Dadurch wird vermieden, dass dem Menschen unzutreffend ein schlechtes Ansteuerungsverhalten unterstellt wird, und die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe wird besonders aussagekräftig.
Bevorzugt ist weiterhin eine Variante, bei der in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe weiterhin auch Informationen von einem oder mehreren Sensoren, die den Menschen bei der Ansteuerung der Bewegungen des technischen Systems beobachten, eingehen. Durch diese zusätzlichen Informationen können gesundheitlich bedenkliche Zustände des Menschen, insbesondere kurzfristige Beeinträchtigungen wie Übermüdung oder Drogenkonsum, noch zuverlässiger erkannt werden, und die Zuordnung der Steuerungsqualitätsstufe kann eine größere Aussagekraft erreichen. Die Sensoren, die den Menschen beobachten, können am technischen System angeordnet sein (etwa eine Fahrerkamera, insbesondere zur Bestimmung von Position und Orientierung des Kopfs, der Blickrichtung der Augen, oder der Lidschläge und deren Frequenz), und/oder unabhängig von technischen System vorgesehen sein (etwa eine „Smart watch“ oder andere „health wearables“, die der Mensch an sich trägt, und die ihre Daten typischerweise drahtlos an das Steuerungs-Assistenzsystem weitergeben, etwa Pulsdaten oder EKG-Daten). Im Rahmen der Beobachtung des Menschen kann auch eine Prognose von weiteren zu beobachtenden Bewegungen des Menschen enthalten sein, die für die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe berücksichtigt wird. Für die Prognose können etwa „particle filter“/„sequential monte carlo methods“ eingesetzt werden, welche basierend auf Messung und Modell eine Vorhersage für die Zukunft treffen.
Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe zu dem Menschen weiterhin auch Informationen eingehen, die zuvor mit wenigstens einem weiteren technischen System aus Vergleichen von Referenz-Bewegungsverläufen und tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen dieses Menschen auf diesem wenigstens einen weiteren technischen System gewonnen wurden. Dadurch können relative Kriterien bei der Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe mit größerer Genauigkeit bzw. auf breiterer Datenbasis eingehen. Insbesondere können langfristige Degradationen besser erkannt werden. Beispielsweise können Informationen, die über das Fahrverhalten eines bestimmten Menschen auf verschiedenen Fahrzeugen im Rahmen der Erfindung gewonnen werden, miteinander kombiniert werden, etwa um das typische Fahrverhalten der Vergangenheit zu bestimmen.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein technisches System, insbesondere Fahrzeug, umfassend ein Steuerungs-Assistenzsystem, ausgebildet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen, oben beschriebenen Verfahrens. Das technische System kann besonders sicher betrieben werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eines technischen Systems, mit Vergabe einer Steuerungsqualitätsstufe;
2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eines technischen Systems, mit Vergabe einer Steuerungsqualitätsstufe und einer Berechtigungsstufe;
3 zeigt in einer schematischen Übersicht die Einbettung der Erfindung in die Sphäre des Menschen und die Sphäre der Maschine;
4 zeigt schematisch die Einbettung der Erfindung in die Bereiche Technisches System, Ansteuern, Gesundheit und Umgebung;
5 illustriert schematisch die Ermittlung eines Abweichungsparameters am Beispiel von maschinell geplanten und manuell tatsächlich angesteuerten Trajektorien der Bewegung eines Fahrzeugs an einer Straßeneinmündung;
6 zeigt die tatsächliche, manuell angesteuerte Position des Fahrzeugs von 5 relativ zur maschinell geplanten Trajektorie in einem Diagramm als Funktion der Zeit;
7 zeigt die Straßenkreuzung von 5 mit zwei alternativen, geplanten Trajektorien, für die Erfindung;
8 illustriert beispielhaft die Auswertung eines Abweichungsparameters anhand der absoluten Größe des momentanen Abweichungsparameters, für die Erfindung;
9 illustriert beispielhaft die Auswertung eines Abweichungsparameters anhand eines personenspezifischen mittleren Abweichungsparameters und des momentanen Abweichungsparameters;
10 illustriert beispielhaft die Auswertung eines Abweichungsparameters anhand eines Basis-Abweichungsparameters und eines Update-Abweichungsparameters;
11 illustriert beispielhaft die Auswertung eines Abweichungsparameters anhand eines gleitenden Durchschnitts des momentanen Abweichungsparameters;
12 zeigt eine beispielhafte tabellarische Übersicht von Steuerungsqualitätsstufen für die Erfindung, die mit Berechtigungsstufen korrelieren;
13 zeigt eine weitere, beispielhafte tabellarische Übersicht von Steuerungsqualitätsstufen für die Erfindung, die mit Berechtigungsstufen und unterschiedlichen Leveln automatischer Ansteuerung des technischen Systems korrelieren;
14 illustriert beispielhaft und schematisch ein als Fahrzeug ausgebildetes technisches System für die Erfindung;
15 illustriert beispielhaft und schematisch ein als Operationsroboter ausgebildetes technisches System für die Erfindung.

Die 1 illustriert schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens in einer ersten, einfachen Variante.
Ein technisches System, beispielsweise ein Fahrzeug (vgl. zB 14) oder ein Operationsroboter (vgl. zB 15), befindet sich in einer Umgebung und soll für eine vorgegebene Aufgabe eingesetzt werden, beispielsweise die Fahrt in einem Straßennetz oder zur Durchführung einer Operation an einem Patienten. Das technische System verfügt dabei über ein Steuerungs-Assistenzsystem, welches mit Sensoren die Umgebung beobachtet und abhängig vom Zustand der Umgebung (und der vorgesehenen Aufgabe) einen Referenz-Bewegungsverlauf für das technische System plant bzw. vorschlägt 1. Die Planung des Referenz-Bewegungsverlaufs betrifft ein zukünftiges Zeitintervall von typischerweise 10 Sekunden oder weniger. Der geplante Referenz-Bewegungsverlauf enthält dabei insbesondere Informationen über die Position und Orientierung (und damit auch über die Geschwindigkeit und Beschleunigung) des technischen Systems relativ zu der mit den Sensoren erfassten Umgebung zum Zeitpunkt des Beginns der Bewegung bis zum Ende des Zeitintervalls.
Man beachte, dass das technische System dabei als Ganzes (wie ein Fahrzeug) oder in Teilen (wie die Arme eines Operationsroboters) beweglich sein kann; die Bewegungen des technischen Systems finden im Wesentlichen mittels einem oder mehreren Motoren statt.
Ein Mensch beobachtet ebenfalls die Umgebung (wobei er technische Hilfsmittel wie Kameras und Bildschirme nutzen kann), plant gedanklich eine Ansteuerung des technischen Systems und steuert am technischen System schließlich Bewegungen mittels Steuerbefehlen an 2, die dann im Wesentlichen mittels des oder der Motoren in eine tatsächliche Bewegung des technischen Systems umgesetzt werden 3.
Das Steuerungs-Assistenzsystem stellt dann anhand der Steuerbefehle und/oder anhand eines mittels (typischerweise zum technischen System gehörenden) Sensoren den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlauf des technischen Systems fest 4. Hierbei wird das gleiche Zeitintervall, für den auch der Referenz-Bewegungsverlauf erstellt wurde, erfasst.
Sodann wird vom Steuerungs-Assistenzsystem der tatsächlich angesteuerte Bewegungsverlauf mit dem Referenz-Bewegungsverlauf verglichen 5. Durch den Vergleich kann festgestellt werden, ob der Mensch auf die zu Beginn des Zeitintervalls gegebene Situation während des Zeitintervalls eine angemessene (bzw. gewünschte, insbesondere sichere) Ansteuerung des technischen Systems vorgenommen hat.
Der Vergleich von Referenz-Bewegungsverlauf und tatsächlich angesteuertem Bewegungsverlauf wird für eine Vielzahl von Zeitintervallen vorgenommen. Dabei können die untersuchten Zeitintervalle auch überlappen.
Aus den Vergleichsinformationen wird schließlich vom Steuerungs-Assistenzsystem eine Steuerungsqualitätsstufe für den Menschen, der die tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufe angesteuert hat, zugewiesen 6.
Die Steuerungsqualitätsstufe des Menschen kann abhängig vom weiteren Steuerungsverhalten des Menschen aktualisiert werden.
Die ermittelte Steuerungsqualitätsstufe kann dem Menschen bekanntgegeben werden, beispielsweise durch eine optische Anzeige oder eine akustische Ansage. Alternativ oder zusätzlich können sich aus der Steuerungsqualitätsstufe ergebende Informationen, etwa über den Gesundheitszustand des Menschen, bekannt gegeben werden, beispielsweise ein Hinweis auf schlechte Sinnesleistungen eines bestimmten Sinnesorgans, etwa eines Auges oder beider Augen. Bevorzugt wird zusammen mit der Steuerungsqualitätsstufe auch eine Berechtigungsstufe vergeben, welche festlegt, in wie weit der eingestufte Mensch zukünftig zur Ansteuerung des technischen Systems berechtigt ist (vgl. zB 12, 13 hierzu).
2 illustriert eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Steuerungs-Assistenzsystem als ein Automatisches Steuerungssystem zumindest einen Teil der Steuerungsfunktionen des technischen Systems übernehmen kann, und auch Berechtigungsstufen über das Steuerungs-Assistenzsystem festgelegt werden. Es werden nur die wesentlichen Unterschiede zur 1 erläutert.
In der zweiten Variante plant das Steuerungs-Assistenzsystem nicht nur einen Referenz-Bewegungsverlauf auf Grundlage der Beobachtung der Umgebung, sondern erstellt auch automatische Steuerbefehle für das technische System 1a. Zudem vergibt das Steuerungs-Assistenzsystem zusammen mit der Steuerungsqualitätsstufe auch eine Berechtigungsstufe zum Ansteuern des technischen Systems durch den Menschen 6a. Je nach Berechtigungsstufe nimmt das technische System dann Steuerbefehle nur von der oder den durch die Berechtigungsstufe zugewiesenen Quellen entgegen 7, die dann in die tatsächliche Bewegung des technischen Systems umgesetzt werden 3.
Man beachte, dass die Bandbreite von Berechtigungsstufen von einem voll manuellen Betrieb bis zu einem voll automatischen Betrieb reichen kann, und auch Mischstufen umfassen kann, so dass die Steuerung des technischen Systems teilweise durch den Menschen und teilweise durch das Steuerungs-Assistenzsystem erfolgen kann. Dabei kann das Steuerungs-Assistenzsystem den Menschen gezielt in Situationen unterstützen, in denen dieser (etwa aufgrund körperlicher Gebrechen) mit der Steuerung des technischen Systems überfordert wäre, jedoch im Übrigen dem Menschen die Steuerung überlassen.
Die Erfindung verbindet somit die Sphäre eines Menschen und die Sphäre einer Maschine (repräsentiert durch das technische System einschließlich des Steuerungs-Assistenzsystems), wie in 3 illustriert, bezogen auf ein Beispiel, in welchem das technische System ein Fahrzeug ist, das vom Menschen angesteuert wird.
In der Ausgangssituation handelt der Mensch beim Fahren des Fahrzeugs, wobei der Mensch die Umgebung beobachtet, die Steuerung plant und die Ansteuerung vornimmt 2. Gleichzeitig handelt die Maschine in einem Fahrbetrieb im „stummen Modus“; die Maschine beobachtet die Umgebung und plant die Fahrt 1, ggf. auch einschließlich der Erstellung von Steuerbefehlen, die jedoch im stummen Modus nicht umgesetzt werden. Der Vergleich des automatsch geplanten Referenz-Bewegungsverlaufs und des vom Menschen tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlaufs bildet im Rahmen der Erfindung die Grundlage für die Diagnose (Beurteilung) des Fahrverhalten des Menschen 8. Hierbei werden insbesondere Differenzen (Abweichungen) 9 zwischen dem tatsächlich manuell angesteuerten Bewegungsverlauf und dem maschinell geplanten Referenz-Bewegungsverlauf ausgewertet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zu dem automatisch geplanten Referenz-bewegungsverlauf auch eine Vertrauensstufe bestimmt wird 10. Falls die Maschine einen Hinweis hat, dass der vorgeschlagene Referenz-Bewegungsverlauf möglicherweise fehlerhaft ist, wird dies als Information bei der Differenzbildung 9 bzw. allgemeiner bei der Diagnose 8 berücksichtigt, um die Wahrscheinlichkeit einer Fehlbeurteilung des Menschen zu minimieren. Da der Referenz-Bewegungsverlauf auf Grundlage der Beobachtung der Umgebung mit Sensoren beruht, können beispielsweise nur eingeschränkt funktionierende (zB verschmutzte) Sensoren eine Herabstufung der Vertrauensstufe rechtfertigen.
Die Diagnose 8 beinhaltet grundsätzlich die Zuweisung einer Steuerungsqualitätsstufe des Menschen. Auf deren Grundlage können Warnhinweise 11 erstellt werden, insbesondere betreffend den vermutlichen Gesundheitszustand des Menschen. Nötigenfalls kann eine teilweise oder vollständige Steuerungsübernahme durch die Maschine erfolgen, in der das technische System in einen Sicheren Zustand überführt wird (fail-safe, zB indem das Fahrzeug automatisch angehalten wird) oder in einen sicheren Betrieb überführt wird (safe-operational, zB indem die Steuerung von einem ADAS übernommen wird) 12. In letzterem Fall wird die Handlung der Maschine erweitert, indem die Maschine das vollständige Fahren mit Beobachten der Umgebung, Planen der Bewegung und Ansteuerung der Bewegung des technischen Systems übernimmt 1a. Dies ist vor allem dann nötig, wenn der Mensch erkennbar bei der Steuerung des technischen Systems ausgefallen ist (zB wegen Herzinfarkt oder drogenbedingtem Rauschzustand).
Die Diagnose 8 kann dabei durch Informationen, die über das eigentliche Fahrverhalten des Menschen im Vergleich zum automatisch erstellten Vorschlag hinausgehen, ergänzt werden. Optional ist es beispielsweise möglich, den Menschen direkt zu beobachten, um seine Aufmerksamkeit oder Fitness zu erkunden 13. Der Mensch kann dafür insbesondere mit einer Kamera oder einem Lasersystemen beobachtet werden, insbesondere bezüglich seiner Kopfstellung oder seines Lidschlags. Wenn das Blickfeld des Menschen für eine gewisse Zeit nicht mehr auf die Straße gerichtet ist, sondern beispielsweise auf den Boden des Fahrzeugs oder auf sein Smartphone, oder wenn die Augenlieder für eine gewisse Zeit geschlossen sind, kann dies (zusätzlich zu ausbleibenden, notwendigen manuellen Steuerbefehlen) eine Zuweisung einer Steuerungsqualitätsstufe absichern.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, das Fahrverhalten eines Menschen sowohl kurzfristig, als auch langfristig objektiv zu beobachten und dadurch zu verifizieren, dass der Mensch das Fahrzeug sicher führen kann. Falls sich durch die Beobachtung Hinweise ergeben, dass der Mensch das Fahrzeug nicht (mehr) sicher führen kann, können diese Hinweise für eine Erhöhung der Sicherheit genutzt werden. Bevorzugt übernimmt dann eine Automatik die Ansteuerung des technischen Systems ganz oder teilweise. Wo dies nicht möglich ist, kann auch die Ansteuerung des technischen Systems (Benutzung) durch den Menschen insgesamt blockiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine zuständige Behörde (etwa die Führerscheinstelle) informiert werden, die dann die Eignung des Menschen zur Ansteuerung des technischen Systems überprüfen kann; diese kann ggf. einen vollen Entzug der Fahrerlaubnis veranlassen, oder auch einen graduellen Entzug der Fahrerlaubnis, etwa die Beschränkung auf autonome Fahrzeuge eines bestimmten SAE-Levels.
Die 4 fasst die Möglichkeiten zusammen, um den Zustand des Menschen 22, ausgedrückt durch die Steuerungsqualitätsstufe, die dieser erreicht, im Rahmen der Erfindung zu ermitteln.
Ausgangspunkt ist das Steuerungs-Assistenzsystem im stummen Modus 14, welches seine geplanten Referenz-Bewegungsverläufe mit den tatsächlichen, vom Menschen angesteuerten Bewegungsverläufen vergleicht. Weiterhin kann eine Beobachtung des Menschen durch einen oder mehrere Sensoren des technischen Systems, etwa eine Fahrerkamera erfolgen, mit denen die Fitness und Aufmerksamkeit des Fahrers direkt überwacht werden können 15. Diese beiden Maßnahmen liegen im Bereich des technischen Systems 18.
Dazu kann der Mensch mit persönlichen Sensoren (die nicht zum technischen System gehören), etwa einer Smart watch oder anderen Health wearables überwacht werden, um weitere Informationen über die Fitness und Aufmerksamkeit des Menschen zu erlangen 16. Falls vorhanden, kann auch eine medizinische Akte über den Menschen an dieser Stelle zur Verfügung gestellt werden (insbesondere über eine elektronsiche Plattform). Weiterhin ist es möglich, mittels Sensoren in der Umgebung das Fahrzeug zu überwachen, um festzustellen, wie die Umgebung (etwa andere Verkehrsteilnehmer) auf die vom Menschen angesteuerte Fahrt reagiert 17 oder beurteilt. Hierbei können insbesondere Information von Sensoren anderer Verkehrsteilnehmer oder auch ortsfeste Sensoren (zB Verkehrsüberwachungskameras) genutzt werden. Wenn beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer Vollbremsungen vornehmen müssen, wenn sie dem vom Menschen angesteuerten Fahrzeug begegnen, oder Fußgänger trotz Vorrang am Zebrastreifen warten mussten, als das Fahrzeug den Zebrastreifen passierte, spricht dies für eine schlechte Steuerungsqualitätsstufe des Menschen. Diese beiden Maßnahmen liegen im Bereich der Umgebung/Infrastruktur (außerhalb des technischen Systems) 19.
Die Erfindung kann somit Informationen aus dem Bereich der Ansteuerung bzw. des Fahrens 20 (vgl. Informationen 14, 17) und dem Bereich der unmittelbaren Gesundheit 21 (vgl. Informationen 15, 16) verbinden, um den Zustand des Menschen 22 in Hinblick auf die Qualität seines Ansteuerungsverhaltens besonders zuverlässig zu ermitteln. Man beachte, dass der Zustand des Menschen bzw. seine Steuerungsqualitätsstufe insbesondere auch mittels Abschätzungen über das Bayes-Theorem erfolgen kann.
Die 5 illustriert beispielhaft die Bestimmung eines momentanen Abweichungsparameters anhand eines Beispiels von Bewegungsverläufen eines Autos 50 an einer Straßeneinmündung (T-Kreuzung) für die Erfindung.
Ein technisches System 50, das hier als ein Fahrzeug 51 in Gestalt eines Personenkraftwagens ausgebildet ist, befindet sich in einer lokalen Umgebung 52 in Gestalt eines Straßennetzes 53 im Bereich einer T-Kreuzung. Das Fahrzeug 51 sollte, entsprechend einem in ein Steuerungs-Assistenzsystem des Fahrzeugs 51 eingegebenen Ziel, an der T-Kreuzung rechts abbiegen.
Das Steuerungs-Assistenzsystem berechnet für ein zukünftiges Zeitintervall von hier ca. 10 Sekunden einen Referenz-Bewegungsverlauf 54 (hier durchgezogen dick dargestellt) für das Fahrzeug 51, hier in Gestalt einer Referenz-Trajektorie des Fahrzeugs 51 in der Umgebung 52, der dieses Abbiegen in einer sicheren Weise umsetzt. Die Berechnung erfolgt auf Grundlage der Daten von Sensoren 57 des technischen Systems 50 bzw. des Steuerungs-Assistenzsystems, die die Umgebung 52 laufend beobachten und insbesondere auch die T-Kreuzung erfassen und vermessen.
Die Referenz-Trajektorie bezieht sich hier auf eine Mitte des Fahrzeugs 51 und beschreibt eine Rechtskurve, bei der das Fahrzeug 51 zunächst ein wenig gerade in die T-Kreuzung hineinfährt und dann sanft nach rechts einschlägt. Der Abstand zum Straßenrand 55 bleibt in der Referenz-Trajektorie näherungsweise gleich.
Im Fahrzeug 51 befindet sich ein Mensch als Fahrer (nicht näher dargestellt), der das Fahrzeug 51 während des Abbiegens manuell steuert. Das Fahrzeug 51 durchfährt 51 in dem Zeitintervall, für das der Referenz-Bewegungsverlauf 54 berechnet wurde, einen tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlauf 56 (hier gepunktet dargestellt). Dieser tatsächliche Bewegungsverlauf 56, entsprechend einer tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs 51 in der Umgebung 52, weicht erkennbar vom dem Referenz-Bewegungsverlauf 54 ab: In der tatsächlichen Trajektorie fährt das Fahrzeug 51 zunächst etwas nach links bis ein wenig in die Gegenfahrbahn hinein („Ausholen“), und schwenkt dann mit einem etwas größeren Bogen als in der Referenz-Trajektorie in die Seitenstraße ein.
Aus dem tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlauf 56 und dem Referenz-Bewegungsverlauf kann als Observable (beobachtete Größe) y eine Abweichung der Position des Fahrzeugs 51 (bzw. der Fahrzeugmitte) in Richtung senkrecht zum Verlauf des Referenz-Bewegungsverlaufs 54 dienen. Diese Observable y ist in 6 als Funktion der Zeit t in dem Zeitintervall aufgetragen.
Die Observable y beginnt bei t_Anfang zunächst bei null und steigt allmählich bis zu einem Maximum an, und fallt dann wieder ab, bis am Ende des Zeitintervalls bei t_Ende schließlich die Observable y wieder ungefähr bei null liegt, das heißt das Fahrzeug ist schließlich wieder auf die „Ideallinie“ eingeschwenkt.
Aus der Observablen y kann für das beobachtete Zeitintervall zwischen t_Anfang und t_Ende beispielsweise ein momentaner Abweichungsparameter bestimmt werden, indem die mittlere (lineare) Abweichung der Position des Fahrzeugs senkrecht zum Referenz-Bewegungsverlauf, also der mittlere Wert von y zwischen t_Anfang und t_Ende, bestimmt wird. Dieser mittlere y-Wert wird hier als erster Abweichungsparameter mit MAP1 bezeichnet.
Bei gutem Steuerungsverhalten sollte MAP1 nahe bei „null“ liegen. Der deutlich positive Wert von MAP1 deutet an, dass der Fahrer sich beim Abbiegen etwas verschätzt hat und eine unerwünscht weite (und möglicherweise den Gegenverkehr oder etwaige überholende Fahrzeuge gefährdende) Linie gefahren ist.
In 5 und 6 ist hier mit gestrichelten Linien ein Korridor eingezeichnet, innerhalb dessen sich das Fahrzeug 51 während des Abbiegens befinden sollte, um andere Verkehrsteilnehmer nicht zu gefährden; dieser Korridor entspricht einem y-Wert zwischen den Grenzen K und -K. Verlässt dieses Fahrzeug diesen Korridor, wird möglicherweise der Fahrweg anderer Verkehrsteilnehmer gekreuzt. Ein momentaner Abweichungsparameter kann beispielsweise auch dadurch bestimmt werden, über welchen zeitlichen Anteil im Zeitintervall zwischen t_Anfang und t_Ende sich das Fahrzeug außerhalb des Korridors befunden hat. Im gezeigten Beispiel von 6 lag dieser Anteil bei etwa 50%. Dieser Anteil wird hier als zweiter momentaner Abweichungsparameter mit MAP2 bezeichnet.
Bei gutem Steuerungsverhalten sollte dieser MAP2 bei 0% liegen. Der hohe Wert von MAP2 von 50% deutet an, dass der Fahrer beim Abbiegen über eine erhebliche Zeit möglicherweise andere Verkehrsteilnehmer gefährdet hat.
Ein anderer momentaner Abweichungsparameter könnte beispielsweise sein, wie oft der tatsächlich angesteuerte Bewegungsverlauf die Grenzen des Korridors (bei K und -K) um den Referenz-Bewegungsverlauf im Zeitintervall (oder allgemeiner pro Zeit) überquert hat; dieser dritte momentane Abweichungsparameter wird hier MAP3 genannt. Dies korrespondiert zu einer Häufigkeit von heftigen Korrekturbewegungen, wie sie oft unter Alkoholeinfluss beobachtet werden („Schlangenlinien fahren“). Im gezeigten Beispiel von 5 und 6 werden die Grenzen zweimal überschritten, also MAP3=2, entsprechend einer solchen Korrektur.
Bei gutem Steuerungsverhalten sollte MAP3 bei null liegen, wobei jedoch eine gewisse geringe Häufigkeit von Korrekturbewegungen, beispielsweise bis zu zwei Korrekturbewegungen pro Minute oder (bei einem Zeitintervall von 10 Sekunden) 0,33 pro Zeitintervall, noch normal wären.
In den gezeigten Beispielen wurde der jeweilige momentane Abweichungsparameter für ein beobachtetes Zeitintervall (für das jeweils ein Referenz-Bewegungsverlauf bestimmt wurde) genau einmal bestimmt. Dies ist ein bevorzugtes Vorgehen; es ist aber auch möglich, einen momentanen Abweichungsparameter mehrfach innerhalb eines Zeitintervalls zu bestimmen, oder auch einen momentanen Abweichungsparameter nur einmal für mehrere Zeitintervalle gemeinsam zu bestimmen.
In manchen Situationen gibt es nicht nur einen angemessenen Bewegungsverlauf, sondern mehrere. In diesem Fall kann das Steuerungs-Assistenzsystem mehrere Referenz-Bewegungsverläufe bestimmen. Die 7 zeigt dies für die bereits in 5 gezeigte Straßeneinmündung. Das Fahrzeug 51 kann, im Rahmen der Straßenverkehrsordnung, sowohl rechts abbiegen (Referenz-Bewegungsverlauf 54) oder geradeaus weiterfahren (Referenz-Bewegungsverlauf 54a). Bei der Bestimmung der Abweichungsparameter wird dann derjenige Referenz-Bewegungsverlauf 54, 54a des Fahrzeugs 51 zugrunde gelegt, mit dem die kleinste Abweichung des tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlaufs erhalten wird.
Die 8 bis 11 illustrieren Möglichkeiten, um aus erhaltenen Werten von momentanen Abweichungsparametern, die während der manuellen Ansteuerung eines technischen Systems durch den Menschen erhalten wurden, Kriterien für die Zuweisung von Steuerungsqualitätsstufen des Menschen zu erhalten.
Die 8 zeigt in einem Diagramm verschiedene Werte eines momentanen Abweichungsparameters MAP, die als Funktion der Zeit t bestimmt wurden. Die Werte von MAP liegen hier alle in einem engen Bereich nahe null, und deutlich unterhalb eines absoluten Schwellwerts ASW. Der letzte gemessene Wert liegt jedoch oberhalb dieses Schwellwerts ASW. Dies ist ein Hinweis auf einen schwerwiegenden Fahrfehler, der zur Herabsetzung der Steuerungsqualitätsstufe führt.
In diesem Beispiel kann der momentane Abweichungsparameter beispielsweise eine Häufigkeit von heftigen Korrekturbewegungen sein, und das Überschreiten des absoluten Schwellwerts deutet auf momentanen Alkoholeinfluss hin.
Manche Menschen pflegen einen persönlichen Fahrstil, so dass manche Werte von Abweichungsparametern für einen Fahrer normal sind, für einen anderen Fahrer jedoch ungewöhnlich. Diese Situation ist in 9 illustriert.
Ein erster Fahrer, dargestellt mit x-Symbolen, zeigt einen momentanen Abweichungsparameter MAP mit einem zeitlichen Durchschnittswert (mittleren Abweichungsparameter) von D1. Ein zweiter Fahrer, dargestellt mit +-Symbolen, zeigt einen momentanen Abweichungsparameter MAP mit einem zeitlichen Durchschnitt (mittleren Abweichungsparameter) von D2. Der bei Referenznummer 90 gezeigte Wert des momentanen Abweichungsparameters ist für den zweiten Fahrer völlig normal (er liegt genau bei dessen Durchschnittswert D2), ist jedoch für den ersten Fahrer ein Anzeichen für Probleme, denn er liegt erheblich über seinem Durchschnittswert D1. Entsprechend kann eine bestimmte (relative oder absolute) Abweichung eines Werts eines momentanen Abweichungsparameters von seinem Durchschnittswert, wenn diese Abweichung beispielsweise gewisse Schwellwerte überschreitet, zur Veränderung der Steuerungsqualitätsstufe herangezogen werden.
Ein typisches Beispiel für einen solchermaßen relativ auszuwertenden momentanen Abweichungsparameter ist die Zeit, die zwischen einer Ampelumschaltung auf „grün“ und dem Anfahren des Fahrzeugs durch den jeweiligen Fahrer (Bedienperson) vergeht.
Die 10 illustriert eine Vielzahl von Werten eines momentanen Abweichungsparameter MAP, die in der Vergangenheit über die Zeit t gemessen wurden. Um langfristige Änderungen des typischen Steuerungsverhaltens eines Menschen aufzudecken, wurde der momentane Abweichungsparameter MAP in einem ersten Zeitraum Z1 gemittelt; dieser Mittelwert ist der Basis-Abweichungsparameter BAP. In einem zweiten, späteren Zeitraum Z2 wurden ebenfalls die Werte des momentanen Abweichungsparameters MAP gemittelt, dieser Mittelwert ist der Update-Abweichungsparameter UAP.
Der Zeitraum Z1 liegt bevorzugt wenigstens 180 Tage vor dem Zeitraum Z2, und die beiden Zeiträume Z1 und Z2 sind bevorzugt wenigstens 14 Tage lang.
Bei gleichbleibendem Steuerungsverhalten des beobachteten Menschen sollten BAP und UAP gleich oder nahezu gleich sein. Falls UAP gegenüber BAP deutlich verändert ist, beispielsweise die Änderung einen bestimmten relativen oder absoluten Schwellwert übersteigt, kann die Steuerungsqualitätsstufe angepasst werden. Der Unterschied von UAP und BAP ist ein Indiz für körperliche oder geistige Veränderungen bei dem untersuchten Menschen, die insbesondere auf Alter oder Krankheit (oder auch Genesung von einer Krankheit) zurückgehen können.
Die 11 illustriert ebenfalls eine Vielzahl von Werten eines momentanen Abweichungsparameter MAP, die in der Vergangenheit über die Zeit t in einem Beobachtungszeitraum BZR von hier beispielsweise 180 Tagen gemessen wurden. Um langfristige Änderungen des typischen Steuerungsverhalten eines Menschen aufzudecken, wurde hier aus den Werten von MAP ein gleitender Durchschnitt (vgl. durchgezogene, schwarze Linie) gebildet, wobei die Durchschnittsbildung lokal jeweils in einem Durchschnittsbildungsintervall DBI von hier 14 Tagen erfolgt. Wie leicht zu sehen ist, steigt hier der gleitende Durchschnitt mit der Zeit t geringfügig an, was auf eine schleichende Veränderung bei dem ansteuernden Menschen hindeutet, beispielsweise eine langsam voranschreitende Krankheit wie der „grau Star“ (Trübung der Linse im Auge).
Um eine Änderung der Steuerungsqualitätsstufe auszulösen, kann beispielsweise überprüft werden, ob der mittlere Gradient des gleitenden Durchschnitts einen (meist positiven) Schwellwert überschreitet (also der gleitende Durchschnitt mit einer gewissen Mindestgeschwindigkeit ansteigt). Alternativ kann auch einfach überprüft werden, ob der gleitende Durchschnitt sich (typischerweise seit Beginn der Beobachtung der Bedienperson) um mehr als einen Mindestwert verändert hat.
Ein typischer momentaner Abweichungsparameter für die Beispiele von 10 und 11 ist die Entfernung, bei der ein Fahrer auf ein Verkehrsschild (etwa eine neue Geschwindigkeitsbegrenzung) reagiert.
Es versteht sich, dass die Beobachtung und Auswertung von relativen Veränderungen von momentanen Abweichungsparametern über die Zeit, wie in 9 bis 11 vorgesehen, für verschiedene Bedienpersonen (Menschen/Fahrer) getrennt erhoben werden müssen; bevorzugt wird im technischen System die ansteuernde Bedienperson automatisch erkannt, etwa über eine Fahrerkamera.
Die 12 zeigt eine Tabelle, in der beispielhaft sechs Steuerungsqualitätsstufen, die ein Steuerungs-Assistenzsystem im Rahmen der Erfindung zuordnen kann, aufgeführt sind. Die Steuerungsqualitätsstufe geht hier auch mit einer Berechtigungsstufe einher, im Rahmen derer ein Mensch (nach erfolgter Zuordnung) das technische System ansteuern darf.
In der Tabelle von 12 ist die höchste Steuerungsqualitätsstufe S6, in der das Steuerungsverhalten des Menschen als ohne jede Beanstandung erkannt wird. Damit einher geht die Berechtigungsstufe B-Voll, die zur manuellen Ansteuerung des technischen Systems, hier eines Fahrzeugs, zu allen Tageszeiten und Wetterverhältnissen, mit jeder Geschwindigkeit und ohne geografische Einschränkung berechtigt.
In der Steuerungsqualitätsstufe S5 wird zwar nach wie vor die volle Berechtigung zum Ansteuern gemäß der Berechtigungsstufe B-Voll gewährt, es sind jedoch erste Anzeichen für körperliche Beeinträchtigungen erkannt worden, so dass ein Warnhinweis ausgegeben wird mit der Empfehlung, eine körperliche Untersuchung bei einem Arzt durchzuführen. Beispielsweise könnte eine neue Brille mit neu angepasster Sehstärke das Problem beheben.
Bei der Steuerungsqualitätsstufe S4 wurde zuvor erkannt, dass bei Dunkelheit ernsthafte Ansteuerungsfehler des Menschen auftreten. Daher ist die zugeordnete Berechtigungsstufe B-Tag so eingeschränkt, dass das Fahrzeug nur tagsüber (bei ausreichend Licht) manuell gesteuert werden darf, dann aber ohne Einschränkung hinsichtlich Geschwindigkeit oder Geographie. Bei Nacht jedoch darf von dem Menschen das Fahrzeug nicht mehr gestartet oder bewegt werden (zB durch Blockierung der Zündung). Ein Warnhinweis zur vermuteten Nachtblindheit wird sinnvollerweise ausgegeben.
In der Steuerungsstufe S3 wurde erkannt, dass der Fahrer Schwierigkeiten hat, Geschwindigkeiten anderer Verkehrsteilnehmer richtig einzuschätzen, insbesondere wenn die Geschwindigkeiten hoch sind oder die Lichtverhältnisse schlecht. Die zugehörige Berechtigungsstufe B-Mittel beschränkt das Ansteuern auf den Tag, auf Geschwindigkeiten bis 100 km/h und auf Strecken ohne Autobahn. Dadurch wird der Fahrer vor gefährlichen Situationen geschützt.
In der Steuerungsqualitätsstufe S2 wurden noch schwerwiegendere Defizite im Steuerungsverhalten des Menschen erkannt. Bei schlechten Sicht- oder Wetterverhältnissen und in nicht vertrauter Umgebung ist eine unsichere Fahrweise zu Tage getreten. Deshalb wird in der zugehörigen Berechtigungsstufe B-Gering die Fahrberechtigung auf den Tag und gute Wetterverhältnisse (keine Sichtbehinderung durch Regen) und auf Geschwindigkeiten bis 100 km/h beschränkt; zudem darf das Fahrzeug nur im eigenen Landkreis und nicht auf Autobahnen bewegt werden. Diese Berechtigungsstufe ist für viele Senioren hilfreich, um für sie gefährliche Situationen zu vermeiden.
In der Steuerungsqualitätsstufe S1 ist das zuletzt beobachtete Steuerungsverhalten so bedenklich, dass eine weitere Fahrt mit dem Fahrzeug insgesamt zu gefährlich erscheint. In der zugehörigen Berechtigungsstufe B-Block ist die Fahrt vollständig blockiert, und der Fahrer wird zum Aussteigen aufgefordert. Diese Stufe ist beispielsweise angemessen, wenn der Fahrer als volltrunken erkannt wurde.
In der 13 ist eine weitere Tabelle mit beispielhaften Steuerungsqualitätsstufen für die Erfindung dargestellt. Zugleich werden Berechtigungsstufen vergeben, und das Steuerungs-Assistenzsystem kann die Ansteuerung des Fahrzeugs teilweise oder ganz übernehmen.
In der Steuerungsqualitätsstufe S4A ist das Ansteuerungsverhalten des untersuchten Menschen tadellos, und er ist zur vollständig manuellen Ansteuerung des Fahrzeugs in der Berechtigungsstufe B-Vollman berechtigt. Es sind keine automatischen Ansteuerungen aktiv (es sei denn der Fahrer gibt dies zusätzlich auf seinen Wunsch vor, etwa aus Komfortgründen oder für zusätzliche Sicherheit).
In der Steuerungsqualitätsstufe S3A wurde zuvor erkannt, dass der Fahrer nachtblind ist, und bei Dunkelheit die Umgebung des Fahrzeugs nur ungenau und/oder spät wahrnimmt. In der zugehörigen Berechtigungsstufe B-Nachtauto darf der Fahrer das Auto tagsüber voll manuell steuern, nachts aber nur bis zu einer Geschwindigkeit von 25 km/h. Darüber übernimmt das Steuerungs-Assistenzsystem (ADAS) die Ansteuerung des Fahrzeugs.
In der Steuerungsqualitätsstufe S2A wurde erkannt, dass der Fahrer in Tunneln zu Panikattacken neigt und die Kontrolle über das Fahrzeug zu verlieren droht. In der zugehörigen Berechtigungsstufe B-Tunnelauto ist daher vorgesehen, dass in Tunneln das Steuerungs-Assistenzsystem die Ansteuerung des Fahrzeugs vollständig übernimmt. Außerhalb von Tunneln kann der Fahrer das Fahrzeug selbst manuell ansteuern.
In der Steuerungsqualitätsstufe S1A wurde festgestellt, dass der Fahrer nicht in der Lage ist, das Fahrzeug sicher zu steuern, beispielsweise infolge von Trunkenheit. Die zugehörige Berechtigungsstufe B-Vollauto sieht einen verpflichtenden, vollständigen Betrieb des Fahrzeugs über die automatischen Steuerbefehle des Steuerungs-Assistenzsystems vor. Dadurch kann das Fahrzeug noch benutzt werden, wenngleich nur noch im automatischen Betrieb.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es auch denkbar ist, während eines teilweise oder vollständig automatischen Betriebs des technischen Systems den Menschen Steuerbefehle (zB durch Betätigung von Steuerkontrollen) vorschlagen zu lassen, jedoch diese Steuerbefehle nicht für die Ansteuerung des technischen Systems zu verwenden, sondern stattdessen automatisch erzeugte Steuerbefehle. In diesem Zustand kann durch Vergleich der von dem Menschen vorgeschlagenen Steuerbefehle mit den tatsächlich ausgeführten Steuerbefehlen (oder zugehörigen Bewegungsverläufe) überprüft werden, ob nach erfolgter Zurückstufung der Steuerungsqualitätsstufe des Menschen sich die Steuerfähigkeiten des Menschen wieder verbessert haben. Falls ja, kann auch wieder eine Heraufstufung der Steuerungsqualitätsstufe erfolgen.
Die 14 illustriert in einer schematischen Darstellung ein typisches technisches System 50 in Gestalt eines Fahrzeugs 51, hier Automobils, für die Erfindung.
Das Fahrzeug 51 wird von einem Menschen (Fahrer) 63 über manuelle Steuerkontrollen angesteuert (gefahren), beispielsweise mittels eines Lenkrads 61 und Pedalen (nicht näher dargestellt).
Das Fahrzeug 51 verfügt über Sensoren 57, insbesondere Stereo-Kameras, mit denen die Umgebung 52 beobachtet wird. Die zugehörigen Sensordaten werden an ein Steuerungs-Assistenzsystem 60 übergeben, das auf deren Grundlage einen Referenz-Bewegungsverlauf ermittelt und mit dem tatsächlich vom Fahrer angesteuerten Bewegungsverlauf vergleicht, um dem Fahrer eine Steuerungsqualitätsstufe zuzuweisen. Zu diesem Zweck kann das Steuerungs-Assistenzsystem hier auch auf die Daten eines zum Fahrzeug gehörenden Sensors 62 zurückgreifen, hier eine Fahrerkamera, die den Fahrer beobachtet. Der Sensor 62 liefert Hinweise auf die Aufmerksamkeit und die Fitness des Menschen 63, und kann (als Teil einer bilderkennenden Identifikationseinrichtung) auch eine Identifizierung des Menschen 63 bzw. der aktuellen Bedienperson ermöglichen. Ebenso erhält das Steuerungs-Assistenzsystem 60 drahtlos Daten von einem persönlichen Sensor 64 des Menschen 63, hier einer Smart watch am Handgelenk des Menschen 63, die den Pulsschlag des Menschen 63 misst. Weiterhin ist am Fahrzeug 51 ein weiterer Sensor 66, hier eine Heckkamera, installiert, mit der eine Reaktion anderer (hier nachfolgender) Verkehrsteilnehmer auf die von dem Menschen angesteuerten Bewegungen des Fahrzeugs 51 erfasst werden können (hier ein mehr oder weniger dichtes Auffahren auf das Fahrzeug 51). In der gezeigten Variante erhält das Steuerungs-Assistenzsystem 60 auch Daten von Sensoren 65 in der Umgebung 52, hier von einer Verkehrsbeobachtungskamera 65, die auf einer Ampel installiert ist. Die Datenübertragung erfolgt im letzten Fall ebenfalls drahtlos.
Das technische System 50 kann auch beispielsweise als ein Operationsroboter 70 ausgebildet sein, wie in 15 dargestellt. Mit dem Operationsroboter 70 kann an einem Patienten 71 eine Operation (chirurgischer Eingriff) vorgenommen werden. Der Operationsroboter 70 verfügt hier über zwei Roboterarme 72, die von einem Menschen 63 (Operateur, Arzt) zumindest zeitweise und zumindest teilweise manuell angesteuert werden. Die Umgebung 52, hier insbesondere der Patient 71, wird über Sensoren 57 des technischen Systems 50 beobachtet.
Das technische System 50 umfasst ein Steuerungs-Assistenzsystem 60, mit dem ein angemessener Referenz-Bewegungsverlauf der Roboterarme während der Operation für ein jeweiliges zukünftiges Zeitintervall ermittelt wird, der mit dem von dem Menschen dann tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlauf verglichen wird, um die Steuerungsqualitätsstufe des Menschen 63 zu bestimmen.
Sollte die Steuerungsqualität des Menschen (Arztes, Operateur) nachlassen, kann dies leicht im Rahmen der Erfindung erkannt werden, insbesondere wenn das Nachlassen der Fähigkeiten schleichend etwa wegen Alterung erfolgt. Der Operateur kann als Reaktion auf die zugeordnete Steuerungsqualitätsstufe beispielsweise Wahrnehmungshilfen (angepasste Brille, Hörgerät oder dergleichen) einsetzen, oder sich in bestimmten Situation durch eine automatische Ansteuerung der Roboterarme unterstützen lassen.
Bezugszeichenliste

1: Beobachtung/Planung (Assistenzsystem)
1a: Beobachtung/Planung/Ansteuerung (Assistenzsystem)
2: Beobachtung/Planung/Ansteuerung (Mensch)
3: tatsächliche Bewegung
4: Registrierung tatsächlich angesteuerter Bewegungsverlauf
5: Vergleich
6: Zuweisung Steuerungsqualitätsstufe
6a: Zuweisung Steuerungsqualitätsstufe und Berechtigungsstufe
7: Auswahl Quelle für Steuerbefehle
8: Diagnose Fahrverhalten Mensch
9: Differenzbestimmung
10: Bestimmung Vertrauensstufe
11: Ausgabe Warnhinweis
12: Steuerungsübernahme durch Maschine
13: Diagnose Aufmerksamkeit Mensch
14: Steuerungs-Assistenzsystem im stummen Modus/Vergleich
15: Beobachtung Mensch mit Sensor des technischen Systems
16: Beobachtung Mensch mit persönlichem Sensor
17: Beobachtung Umgebungsreaktion
18: Bereich technisches System
19: Bereich Umgebung
20: Bereich Ansteuerung
21: Bereich Gesundheit
22: Zustand Mensch/Steuerungsqualitätsstufe
50: technisches System
51: Fahrzeug
52: Umgebung
53: Straßennetz
54: Referenz-Bewegungsverlauf
55: Straßenrand
54a: weiterer Referenz-Bewegungsverlauf
56: tatsächlich angesteuerter Bewegungsverlauf
57: Sensoren (technisches System), hier Stereokameras
60: Steuerungs-Assistenzsystem
61: Lenkrad
62: Sensor (technisches System), hier Fahrerkamera
63: Mensch
64: Sensor (persönlich, am Menschen), hier Smart watch
65: Sensor (Umgebung), hier Verkehrsbeobachtungskamera
66: Sensor (technisches System), hier Heckkamera
70: Operationsroboter
71: Patient
72: Roboterarm
90: Wert
ASW: absoluter Schwellwert
BAP: Basis-Abweichungsparameter
BZR: Beobachtungszeitraum
B-Block, B-Gering, B-Mittel, B-Nachtauto, B-Tag, B-Tunnelauto, B-Voll, B-Vollauto, B-Vollman: Berechtigungsstufen
DBI: Durchschnittsbildungsintervall
D1: (erster) Durchschnittswert (mittlerer Abweichungsparameter)
D2: (zweiter) Durchschnittswert (mittlerer Abweichungsparameter)
K, -K: Grenzen Korridor
MAP: momentaner Abweichungsparameter
MAP1-3: momentaner Abweichungsparameter
S1-S6: Steuerungsqualitätsstufen
S1A-S4A: Steuerungsqualitätsstufen
t: Zeit
tAnfang: Beginn Zeitintervall
tEnde: Ende Zeitintervall
UAP: Update-Abweichungsparameter
y: Observable
Z1: (erster) Zeitraum
Z2: (zweiter) Zeitraum

Claims

Verfahren zum Betrieb eines technischen Systems (50) in einer Umgebung (52), wobei das technische System (50) als Ganzes oder in Teilen in der Umgebung (52) motorisch beweglich ist, insbesondere wobei das technische System (50) ein Fahrzeug (51) ist und die Umgebung (52) ein Verkehrsnetz umfasst, wobei ein Mensch (63) Bewegungen des technischen Systems (50) in der Umgebung (52) zumindest zeitweise ansteuert, wobei das technische System (50) über ein Steuerungs-Assistenzsystem (60) verfügt, welches a) mit Sensoren (57) die Umgebung (52) beobachtet und abhängig von der beobachteten Umgebung (52) Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) für das technische System (50) für zukünftige Zeitintervalle ermittelt (1), wobei bei der Ermittlung des Referenz-Bewegungsverlaufs (54, 54a) auch eine Vertrauensstufe des Referenz-Bewegungsverlaufs (54, 54a) bestimmt wird (10), b) von dem Menschen (63) tatsächlich angesteuerte Bewegungsverläufe (56) des technischen Systems (50) in den Zeitintervallen registriert (4), c) einen Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen (54, 54a) und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen (56) durchführt (5), wobei aus dem Vergleich zwischen den Referenz-Bewegungsverläufen (54, 54a) und den tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen (56) das Steuerungs-Assistenzsystem (60) wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter (MAP, MAP1-3) ermittelt, und wobei bei der Bestimmung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) eine Gewichtung von Abweichungen des tatsächlichen Bewegungsverlaufs (56) vom Referenz-Bewegungsverlauf (54, 54a) in Abhängigkeit von der Vertrauensstufe vorgenommen wird, wobei Abweichungen bei niedrigeren Vertrauensstufen geringer gewichtet werden als bei höheren Vertrauensstufen, und d) abhängig vom Vergleichsergebnis dem Menschen (63) eine von mehreren Steuerungsqualitätsstufen (S1-S6; S1A-S4A) zuweist (6), wobei die Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) für den Menschen (63) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen momentanen Abweichungsparameter (MAP, MAP1-3) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das technische System (50) ein Fahrzeug (51), insbesondere ein Straßenfahrzeug oder ein Flugzeug oder eine Drohne oder ein Zug ist, und die Umgebung (52) umfasst ein Verkehrsnetz, insbesondere ein Straßenverkehrsnetz (53) oder ein Luftfahrtnetz oder ein Schienennetz.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das technische System (50) ein Operationsroboter (70) ist, und die Umgebung (52) einen Patienten (71), an welchem eine Operation durchgeführt wird, umfasst, insbesondere wobei die durchzuführende Operation eine Gehirnoperation oder eine Hüftoperation ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) mit einer niedrigeren Vertrauensstufe bewertet werden, wenn sie zumindest teilweise auf Basis von Sensordaten ermittelt wurden, die aufgrund von festgestellten oder vermuteten Sensor-Fehlern oder Sensor-Degradationen oder aufgrund von für die Sensorfunktion ungünstigen Umgebungsbedingungen unzuverlässig sind, als wenn die Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) auf Basis von normal zuverlässigen Sensordaten ermittelt wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) zumindest auch in Abhängigkeit von der absoluten Größe des wenigstens einen, momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Menschen (63) für die Vergangenheit wenigstens ein mittlerer Abweichungsparameter (D1, D2) bestimmt wird, und dass die Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) für den Menschen (63) zumindest auch in Abhängigkeit von der Abweichung des wenigstens einen, momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) von dem wenigstens einen, mittleren Abweichungsparameter (D1, D2) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen ersten Zeitraum (Z1) in der Vergangenheit wenigstens ein momentaner Abweichungsparameter (MAP, MAP1-3) gemittelt wird, wodurch wenigstens ein Basis-Abweichungsparameter (BAP) bestimmt wird, wobei der erste Zeitraum (Z1) wenigstens 7 Tage umfasst, dass für einen zweiten Zeitraum (Z2) dieser wenigstens eine momentane Abweichungsparameter (MAP, MAP1-3) gemittelt wird, wodurch wenigstens ein Update-Abweichungsparameter (UAP) bestimmt wird, wobei der zweite Zeitraum (Z2) wenigstens 7 Tage umfasst, dass der erste Zeitraum (Z1) wenigstens 60 Tage, bevorzugt wenigstens 180 Tage, vor dem zweiten Zeitraum (Z2) liegt, und dass die Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) für den Menschen (63) zumindest auch in Abhängigkeit von der Abweichung des wenigstens einen Update-Abweichungsparameters (UAP) von dem wenigstens einen Basis-Abweichungsparameter (BAP) bestimmt wird, insbesondere wobei der zweite Zeitraum (Z2) weniger als 30 Tage zurückliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Menschen (63) der zeitliche Verlauf des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) über ein Beobachtungszeitraum (BZR) von wenigstens 60 Tagen, bevorzugt wenigstens 180 Tagen, beobachtet wird, dass im Beobachtungszeitraum (BZR) ein gleitender Durchschnitt des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) gebildet wird, wobei der gleitende Durchschnitt durch Mittelung des wenigstens einen momentanen Abweichungsparameters (MAP, MAP1-3) in einem Durchschnittsbildungsintervall (DBI) von wenigstens 7 Tagen, bevorzugt wenigstens 14 Tagen, ermittelt wird, und dass die Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) für den Menschen (63) zumindest auch in Abhängigkeit von der Veränderung des gleitenden Durchschnitts bestimmt wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das technische System (50) im zeitlichen Wechsel von mehreren Bedienpersonen angesteuert wird, dass das Steuerungs-Assistenzsystem (60) eine Identifikationseinrichtung aufweist, mit der eine momentane Bedienperson automatisch identifiziert werden kann, insbesondere durch eine Bilderkennung, und dass für die jeweiligen Bedienpersonen eigene Steuerungsqualitätsstufen (S1-S6; S1A-S4A) ermittelt werden, insbesondere wobei für jede Bedienperson eigene, mittlere Abweichungsparameter (D1, D2) und/oder eigene Basis-Abweichungsparameter (BAP) sowie Update-Abweichungsparameter (UAP) und/oder eigene gleitende Durchschnitte berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Steuerungs-Assistenzsystem (60) mit der Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) auch eine von mehreren Berechtigungsstufen (B-Voll, B-Tag, B-Mittel, B-Gering, B-Block; B-Vollman, B-Nachtauto, B-Tunnelauto, B-Vollauto) vorgegeben wird (6a), wobei eine jeweilige Berechtigungsstufe (B-Voll, B-Tag, B-Mittel, B-Gering, B-Block; B-Vollman, B-Nachtauto, B-Tunnelauto, B-Vollauto) die Bewegungen des technischen Systems (50) in der Umgebung (52), welche der Mensch (63) an dem technischen System (50) ansteuern kann, begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen (S2, S3, S3A) eine maximale Geschwindigkeit des technischen Systems (50) oder eines Teils davon, welche von dem Menschen (63) angesteuert werden kann, begrenzt, und/oder dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen für einen Abstand des technischen Systems (50) oder eines Teils davon zu Strukturen in der Umgebung (52), welcher von dem Menschen (63) angesteuert werden kann, einen Mindestabstand erzwingt, und/oder dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen (S2, S3, S4, S2A, S3A) die Umgebung (52), in der Bewegungen des technischen Systems (50) von dem Menschen (63) angesteuert werden können, begrenzt, und/oder dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen (S2, S3, S4; S3A) die Tageszeit, in der Bewegungen des technischen Systems (50) von dem Menschen (63) angesteuert werden können, begrenzt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Berechtigungsstufen (S1) eine vollständige Blockierung der weiteren Ansteuerung von Bewegungen des technischen Systems (50) durch den Menschen (63) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungs-Assistenzsystem (60) als Automatisches Steuerungssystem ausgebildet ist, mit dem Bewegungen des technischen Systems (50) in der Umgebung (52) zumindest zeitweise automatisch angesteuert werden können, insbesondere wobei in Schritt a) zur Ermittlung der Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) für das technische System (50) das Automatische Steuerungssystem in einem „silent mode“ betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 10 und Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer der Berechtigungsstufen (S1A, S2A, S3A) das Automatische Steuerungssystem das Ansteuern der Bewegungen des technischen Systems (50) teilweise oder vollständig übernimmt, insbesondere wobei in wenigstens einer der Berechtigungsstufen (S2A, S3A) der Grad der Übernahme des Ansteuerns der Bewegungen des technischen Systems (50) durch das Automatische Steuerungssystem von der Umgebung (52) abhängt, und insbesondere wobei verschiedene Berechtigungsstufen (B-Voll, B-Tag, B-Mittel, B-Gering, B-Block; B-Vollman, B-Nachtauto, B-Tunnelauto, B-Vollauto) mit verschiedenen SAE-Leveln korreliert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) weiterhin auch Informationen von einem oder mehreren Sensoren (65), die in der Umgebung (52) angeordnet sind und das technische System (50) von außen und/oder die Umgebung (52) des technischen Systems (50) beobachten, eingehen, insbesondere wobei das technische System (50) ein Fahrzeug (51) ist und die Umgebung (52) ein Verkehrsnetz umfasst und die in der Umgebung (52) angeordneten Sensoren (65) fest im Verkehrsnetz installierte Sensoren (65) oder Kameras und/oder auf anderen Fahrzeugen installierte Sensoren oder Kameras umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) weiterhin auch Informationen von einem oder mehreren Sensoren (65, 66) des technischen Systems (50) und/oder der Umgebung (52), die eine Reaktion der Umgebung (52) auf den tatsächlichen Bewegungsverlauf (56) des technischen Systems (50) ermitteln, eingehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) zumindest in einzelnen Situationen mehrere Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) ermittelt werden, dass in Schritt c) jeweils ein Vergleich des tatsächlich angesteuerten Bewegungsverlaufs (56) mit jedem der Referenz-Bewegungsverläufe (54, 54a) für die zugehörige Situation erfolgt, und dass nur einer der Vergleiche für die Bestimmung der Steuerungsqualitätsstufe in Schritt d) berücksichtigt wird, insbesondere wobei in Schritt d) nur derjenige Vergleich berücksichtigt wird, in welchem der tatsächliche Bewegungsverlauf (56) die geringsten Abweichungen vom Referenz-Bewegungsverlauf (54, 54a) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) weiterhin auch Informationen von einem oder mehreren Sensoren (62, 64), die den Menschen (63) bei der Ansteuerung der Bewegungen des technischen Systems (50) beobachten, eingehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Zuweisung der Steuerungsqualitätsstufe (S1-S6; S1A-S4A) zu dem Menschen (63) weiterhin auch Informationen eingehen, die zuvor mit wenigstens einem weiteren technischen System aus Vergleichen von Referenz-Bewegungsverläufen (54, 54a) und tatsächlich angesteuerten Bewegungsverläufen (56) dieses Menschen (63) auf diesem wenigstens einen weiteren technischen System gewonnen wurden.
Technisches System (50), insbesondere Fahrzeug (51), umfassend ein Steuerungs-Assistenzsystem (60), ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.