DE102021106689A1 - Verfahren und System zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung eines Fahrzeuginsassen und Fahrzeug mit dergleichen - Google Patents

Verfahren und System zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung eines Fahrzeuginsassen und Fahrzeug mit dergleichen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen (12) mit einer rhythmischen Lichtstimulation und ein Fahrzeug (10) mit dergleichen. Dabei soll eine für den Fahrzeuginsassen (12) nicht visuell wahrnehmbare rhythmische Lichtstimulation bereitgestellt werden, bei der eine Trägerfrequenz und eine Modulationsfrequenz in eine Signalfrequenz stimulieren, wobei die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz derart gewählt sind, dass zumindest die resultierende Signalfrequenz unterhalb der menschlichen Wahrnehmungsschwelle liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen mit einer rhythmischen Lichtstimulation und ein Fahrzeug mit dergleichen. Dabei soll eine für den Fahrzeuginsassen nicht visuell wahrnehmbare rhythmische Lichtstimulation bereitgestellt werden, bei der eine Trägerfrequenz und eine Modulationsfrequenz derart gewählt werden, dass sie in einer gewünschten Signalfrequenz stimulieren, und wobei die beiden Frequenzen derart gewählt sind, dass zumindest die resultierende rhythmische Lichtstimulation unterhalb der visuellen Wahrnehmungsschwelle liegt.
  • Geminderte Vigilanz und Müdigkeit sind häufige Ursachen für Unfälle im Straßenverkehr, insbesondere bei Fahrten in der Nacht. Sie bilden somit ein erhebliches Risiko, gerade auch in Übernahmesituationen von autonom oder teilautonom fahrenden Fahrzeugen. Je höher der Automationsgrad eines Fahrzeuges ist, desto größer ist demnach auch die Herausforderung, dass der Fahrer nicht in einen Zustand geminderter Aufmerksamkeit verfällt.
  • Fahrzeuge, die autonom fahren und den beziehungsweise die Fahrzeuginsassen nicht mehr in die Fahraufgaben einbinden, werden zukünftig ein Ort des konzentrierten Arbeitens und/oder der Entspannung werden. Gerade im Falle der Verwendung zum konzentrierten Arbeiten wäre es daher von Vorteil, wenn die Aufmerksamkeit, die Daueraufmerksamkeit, die Wachsamkeit und/oder weitere kognitive Komponenten, wie zum Beispiel das Arbeitsgedächtnis, durch eine kognitive Stimulation im Fahrzeug und/oder dessen Umfeld erhalten und/oder gesteigert werden könnten. Aber auch für Selbstfahrer kann die Erhöhung der Vigilanz und/oder eine kognitive Leistungssteigerung wünschenswert sein, vor allem während der Fahrt auf langen, monotonen Strecken.
  • Bekannt ist dazu die Beeinflussung des kognitiven Zustands eines Betrachters durch die Einwirkung von kurzwelligem Licht, auch bekannt als nicht-visueller Effekt und/oder melanopische Wirkung. Durch diese Lichteinwirkung kann die Wachsamkeit und auch die circadiane Rhythmik eines Betrachters beeinflusst werden. Diese sogenannten circadianen Anwendungen haben den Nachteil, dass sie gerade bei Anwendungen in der Nacht, wo sie an sich das größte Potential aufweisen, nicht nur die Wachsamkeit steigern, sondern auch die Ausschüttung des Schlafhormons Melanin unterdrücken und somit unter anderem die circadiane Rhythmik des Betrachters, also im weitesten Sinne dessen Bio- oder zumindest Schlafrhythmus, verschieben. Dies ist jedoch zumeist nicht wünschenswert, da dies zu einem schlechteren Schlaf führt und bei einer langfristigen Anwendung und häufiger Verschiebung des circadianen Rhythmus zu einem erhöhtem Krebsrisiko führen kann.
  • Eine bekannte Alternative zu der Einwirkung von kurzwelligem Licht ist die gezielte Beeinflussung des Gehirns mittels der Applikation eines schwach leitenden Stroms durch die Kopfhaut mittels transkranialer Magnetstimulation, wie es auch aus anderen Anwendungsgebieten bekannt ist, um mentale oder physiologische Funktionen zu beeinflussen, wie beispielsweise die Gedächtnisleistung, motorische Fähigkeiten oder die Aufmerksamkeit. Allerdings ist die Anwendung einer solchen Lösung im automobilen Kontext äußerst unpraktikabel und umständlich, und wird daher sehr wahrscheinlich auch von Fahrzeuginsassen nicht akzeptiert werden. Außerdem sind die Effekte vermutlich nicht ausreichend und insbesondere bei einer Anwendung durch Laien nicht nachgewiesen. Zudem liegen auch keine belastbaren Informationen über mögliche Risiken und Langzeitfolgen vor.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung vorzuschlagen, um die kognitiven Zustände, insbesondere die Vigilanz und/oder die Leistung eines Fahrzeuginsassen positiv zu beeinflussen. Die gesuchte Lösung sollte einfach und sicher zu bedienen sein und vorzugsweise keinen oder nur einen geringen technischen Zusatzaufwand mit sich bringen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1, einem System nach Anspruch 9 und einem Fahrzeug nach Anspruch 10. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen mit einer rhythmischen Lichtstimulation mittels mindestens einer Lichtquelle erfolgt mit einer Trägerfrequenz und einer Modulationsfrequenz, wobei die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz so gewählt sind, dass sie in der Signalfrequenz stimulieren und die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz so gewählt sind, dass zumindest die resultierende Signalfrequenz unterhalb einer visuellen Wahrnehmungsschwelle des Fahrzeuginsassen erfolgt.
  • Unter Vigilanz wird dabei die Daueraufmerksamkeit einer Person, insbesondere während monotoner Tätigkeiten mit geringen oder ohne äußere Reize verstanden. Sie wird vor allem bei Abend- und Nachfahrten negativ beeinflusst, vor allem in Verbindung mit teilautonomem oder autonomem Fahren eines Fahrzeugs.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die Vigilanz und/oder die kognitive Leistung eines Fahrzeuginsassen erhöht werden. Dieser Fahrzeuginsasse kann ein Fahrer des Fahrzeugs sein, der insbesondere das Fahrzeug selbst steuert oder bei einer teilautonomen Fahrt überwacht, aber auch jeder andere Fahrzeuginsasse wie ein Mitfahrer oder ein Fahrgast, der im Fond des Fahrzeugs sitzt. Das Verfahren kann auch zur Beeinflussung mehrerer Fahrzeuginsassen verwendet werden.
  • Die Leistungssteigerung beziehungsweise die Erhöhung der Vigilanz soll durch eine rhythmische Lichtstimulation erreicht werden. Licht soll in einem definierten Rhythmus, also einer definierten zeitlichen Abfolge, wiederholt an- und ausgeschalten oder zumindest abgedunkelt und wieder aufgehellt werden. Dies kann man am ehesten mit einem vorbestimmten Flackern des Lichts veranschaulichen. Das stimulierende Licht soll von mindestens einer Lichtquelle bereitgestellt werden.
  • Die rhythmische Lichtstimulation wird durch eine Signalfrequenz erreicht, auch Zielfrequenz oder Stimulationsfrequenz genannt, die durch das Zusammenwirken einer Trägerfrequenz und einer Modulationsfrequenz gebildet wird. Die Signalfrequenz ist dabei die Frequenz, die das Gehirn des Fahrzeuginsassen zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung anregt.
  • Vorzugsweise ist dabei die Trägerfrequenz größer als die Signalfrequenz. In jedem Fall sind die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz derart auszuwählen, dass zumindest die resultierende Signalfrequenz und damit die rhythmische Lichtstimulation unterhalb der Wahrnehmungsschwelle des Fahrzeuginsassen liegt, der vereinfacht gesagt das „Flackern“ nicht wahrnimmt beziehungsweise sieht. Allerdings können bereits auch die Trägerfrequenz und/oder die Modulationsfrequenz in einem Bereich liegen, der visuell nicht wahrnehmbar ist.
  • Die Erfinder haben überaschenderweise festgestellt, dass die Wirkung nicht nur bei direkter Betrachtung einer Lichtquelle mit einer rhythmischen Lichtstimulation eintritt (sogenannte direkte Aufmerksamkeit, auch „overt“ genannt), sondern auch bei indirekter Lichteinwirkung (indirekte beziehungsweise verdeckte Aufmerksamkeit, auch „covert“ genannt). Demnach kann die mindestens eine Lichtquelle im Fahrzeug, am Fahrzeug oder in seiner Umgebung angeordnet sein, sofern die rhythmische Lichtstimulation direkt oder indirekt auf den Fahrzeuginsassen einwirken kann. Um die rhythmische Lichtstimulation auch umzusetzen, muss die mindestens eine Lichtquelle eine schnell schaltbar Lichtquelle wie beispielsweise eine LED, eine OLED, ein LED-Array oder ein OLED-Array sein. Zudem können dafür auch Lichtprojektionen oder Displays als Lichtquelle zu verwendet werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Vigilanz eines Fahrzeuginsassen erhöht und/oder seine kognitive Leistung gesteigert werden. Dabei wird das Gehirn durch die Lichtstimulation in Form der Signalfrequenz angeregt, jedoch ohne beispielsweise die aus dem Stand der Technik bekannten negativen Auswirkungen einer Stimulation mit kurzwelligem Licht mit sich zu bringen. Durch die rhythmische Lichtstimulation in geeigneten Spektren ohne kurzwellige Spektralanteile wird die Melatoninausschüttung nicht unterdrückt, die den circadianen Rhythmus des Fahrzeuginsassen verschieben würde, sondern das Arousal erhöht, also die Wachsamkeit und Aufmerksamkeit des Fahrzeuginsassen. Dabei ist die Farbe des Lichts während der rhythmischen Lichtstimulation insofern unerheblich, da sie keine kurzwelligen Anteile enthält, es sei denn, der Anwender wünscht ausdrücklich eine Melatonin-Suppression und wählt sie explizit aus. Die rhythmische Lichtstimulation kann also mit einer vom Fahrzeuginsassen bevorzugten Farbtemperatur und Wirkung verwirklicht werden. In Europa werden beispielsweise neutrale und warme Farben bevorzugt. Allerdings sollte verfahrensseitig sichergestellt sein, dass eine Kombination aus den verwendeten Frequenzen und Spektren verhindert wird, die zu epileptischen Anfällen führen könnten.
  • Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sollte die Signalfrequenz in einem Bereich von 10 Hz bis 50 Hz und/oder die Trägerfrequenz in einem Bereich von 30 Hz bis 100 Hz liegen. Die Wirkung der rhythmische Lichtstimulation ist frequenzabhängig: je nach gewählten Signalfrequenz werden unterschiedliche kognitive Prozesse beeinflusst. Daher sollte die Signalfrequenz in einem Bereich von 10 Hz bis 50 Hz, insbesondere von 10 Hz bis 30 Hz liegen. Eine Stimulation mit einer Signalfrequenz um 10 Hz eignet sich beispielsweise zur Reduktion von Müdigkeit und eine Signalfrequenz um 30 Hz kann zu einer Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses beitragen.
  • Alternativ oder zusätzlich sollte die Trägerfrequenz im Bereich von 30 Hz bis 100 Hz liegen. Dabei ist dann eine geeignete Modulationsfrequenz zu wählen beziehungsweise ergibt sie sich in der Kombination mit vorgegebener Träger- und Signalfrquenz, sodass sich die gewünschte Signalfrequenz beziehungsweise ihre Wirkung ergibt.
  • Zur Durchführung des Verfahrens kann in einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens mindestens eine im Fahrzeug vorhandene Lichtquelle eine rhythmische Lichtstimulation im Fahrzeuginneren bewirken. Es ist also vorgesehen, dass die mindestens eine Lichtquelle im Fahrzeug angeordnet ist.
  • Zwar kann die mindestens eine Lichtquelle eine eigens zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Lichtquelle sein, in bevorzugter Weise werden aber alternativ oder zusätzlich bereits vorhandene Lichtquellen im Fahrzeug, die primär für eine andere Nutzung vorgesehen sind, zur Durchführung des Verfahrens einer Sekundärnutzung zugeführt. Für diese Zweifachnutzung vorhandener Lichtquellen kommen sämtliche Lichtquellen im Inneren des Fahrzeugs in Frage, also beispielsweise die Innenraumbeleuchtung, die Beleuchtung der Instrumententafel, die Hintergrundbeleuchtung einer oder mehrerer Anzeigeflächen, ein oder mehrere Leselichter, die Ambientebeleuchtung des Fahrzeugs und dergleichen.
  • Selbstverständlich kann die rhythmische Lichtstimulation mit mehreren kombiniert wirkenden Lichtquellen erfolgen, insbesondere auch mit einer Kombination aus eigens dafür vorgesehenen Lichtquellen und zweifach nutzbaren Lichtquellen. Wie bereits ausgeführt, muss die mindestens eine Lichtquelle nicht direkt von dem Fahrzeuginsassen betrachtet werden, sie kann auch indirekt auf diesen einwirken und die gewünschte Wirkung erreichen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zur Durchführung des Verfahrens mindestens eine am Fahrzeug vorhandene Lichtquelle und/oder mindestens eine Lichtquelle in unmittelbarer Umgebung des Fahrzeugs eine rhythmische Lichtstimulation in Richtung des Fahrzeuginneren und/oder in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs bewirken.
  • Da die rhythmische Lichtstimulation nicht nur mittels einer direkt betrachteten Lichtquelle wirkt, sondern auch bei indirekter Einwirkung auf das Sehfeld des Fahrzeuginsassen, kommt zur Durchführung des Verfahrens gemäß dieser Ausgestaltung des Verfahrens mindestens eine Lichtquelle zum Einsatz, die nicht im Inneren des Fahrzeugs vorgesehen ist. Stattdessen kann mindestens eine Lichtquelle am Fahrzeug zum Erzeugen der rhythmischen Lichtstimulation verwendet werden. Lichtquellen am Fahrzeug können vorzugsweise die Scheinwerfer des eigenen Fahrzeugs sein, deren Lichtkegel durch den Fahrzeuginsassen wahrnehmbar ist.
  • Es können aber auch Lichtquellen im unmittelbaren Umfeld des Fahrzeugs, also in Sichtweite, an anderen Fahrzeugen, wie deren Scheinwerfer oder sonstige Außenbeleuchtung, und/oder an der Infrastruktur eine rhythmische Lichtstimulation für den Insassen des Fahrzeuges bereitstellen. Dies kann beispielsweise sinnvoll sein, wenn der Fahrer des Fahrzeugs durch Müdigkeit unruhig oder fehlerhaft fährt und dies beispielsweise durch die Umgebungsbeobachtung eines zweiten Fahrzeugs detektiert wird. Sodann könnte das zweite Fahrzeug eine rhythmische Lichtstimulation für den Insassen des ersten Fahrzeugs bereitstellen. Wird ein solches auf Müdigkeit hindeutendes Fahrverhalten durch die Verkehrsüberwachung an der Infrastruktur entlang der Fahrstrecke detektiert, also an Brücken, Schilderbrücken, Straßenbeleuchtung, Lichtzeichenanlagen und dergleichen, kann auch durch Lichtquellen ebendieser Infrastruktur eine rhythmische Lichtstimulation erzeugt werden.
  • Da die rhythmische Lichtstimulation bereits innerhalb von 500 ms wirkt, kann bereits bei einer Vorbeifahrt an einer Lichtquelle der Infrastruktur und/oder einer Lichtquelle an einem zweiten Fahrzeug in Sichtweite des Fahrers die gewünschte Wirkung erreichen. Wesentlich ist aber, dass die rhythmische Lichtstimulation in Richtung des Fahrzeuginneren gerichtet ist, sodass der Fahrzeuginsasse und insbesondere ein Fahrer diese direkt wahrnehmen kann, und/oder dass sie derart in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs wirken, dass der Fahrzeuginsasse sie zumindest indirekt wahrnehmen kann.
  • Zunehmend werden an Fahrzeugen auch sogenannte externe HMIs (englisch, Human Machine Interfaces), also externe Schnittstellen zwischen Maschinen, hier Fahrzeugen, und Menschen bekannt. Dabei werden unter anderem mittels Lichtprojektionen auf die Straße oder fahrzeugeigene Oberflächen, Lichtleisten, Displays und dergleichen visuell Informationen an Personen außerhalb des Fahrzeugs übermittelt. Anwendungsfälle sind beispielweise, wenn einem Fußgänger signalisiert werden soll, dass er vor dem Fahrzeug die Straße überqueren kann - als Ersatz für das bekannte Herüberwinken, zum Beispiel wenn das Fahrzeug autonom fährt und der oder die Insassen abgelenkt sind. Derartige externe HMIs können auch zur Bereitstellung einer rhythmischen Lichtstimulation genutzt werden, zum einen an andere Verkehrsteilnehmer, sofern sie im Sichtfeld des Fahrzeuginsassen liegen auch an ihn.
  • Vorzugsweise erfolgt die rhythmische Lichtstimulation bereichsweise variabel für jeden Fahrzeuginsassen. Darunter soll verstanden werden, dass im Umfeld jedes Fahrzeuginsassen mittels mindestens einer Lichtquelle eine rhythmische Lichtstimulation zur Erhöhung seiner Vigilanz und/oder kognitiven Leistungssteigerung bereitgestellt wird, die sich von der für einen anderen Fahrzeuginsassen unterscheiden kann. Eine solche Ausgestaltung erweist sich als vorteilhaft, wenn zum Beispiel mehrere Insassen in einem Fahrzeug unterschiedliche Arbeitsaufgaben erledigen wollen, die jedoch unterschiedlich angeregte kognitive Zustände wünschenswert machen, beispielsweise konzentriertes Prüfen von Unterlagen bei einem Insassen und eine kreative Entwurfsarbeit bei einem anderen.
  • Die bereichsweise verschiedene rhythmische Lichtstimulation lässt sich beispielsweise erreichen, in dem die Lichtquellen in den Aufenthaltsbereichen jedes Fahrzeuginsassen getrennt voneinander angesteuert werden. Dazu könnten sie bereichsweise gruppiert werden. Wo sich ein Insasse im Fahrzeug aufhält, lässt sich durch die Innenraumbeobachtung des Fahrzeugs oder dergleichen bestimmen. Alternativ oder zusätzlich könnte für jeden Insassen auch eine mindestens Lichtquelle zur direkten Betrachtung vorgesehen sein, mittels derer der Insasse jeweils stimuliert werden kann.
  • Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die rhythmische Lichtstimulation mit zeitlich variablen Rhythmen erfolgt. Statt also stets die gleiche Signalfrequenz für die rhythmische Lichtstimulation bereitzustellen, kann durch eine Variation von Träger- und/oder Modulationsfrequenz eine zeitlich variable, also verschiedene Signalfrequenzen bereitgestellt werden, um damit beispielsweise verschiedene kognitive Prozesse positiv zu beeinflussen.
  • Es ist besonders bevorzugt, wenn die rhythmische Lichtstimulation in Abhängigkeit von jeweils mindestens einer Umgebungsinformation, Insasseninformation, Insassenposition, einem Insassenverhalten und/oder einer manuellen Eingabe durch den mindestens einen Fahrzeuginsassen beeinflusst wird. Sie soll also möglichst intelligent beziehungsweise situationsabhängig ausgelöst, beendet und/oder angepasst, also beeinflusst werden, aber es soll auch möglich sein, dass ein Fahrzeuginsasse über den Start, das Ende und die konkrete Ausgestaltung der rhythmischen Lichtstimulation entscheidet.
  • Unter einer Umgebungsinformation soll dabei beispielsweise die Umgebungshelligkeit verstanden werden. Damit die rhythmische Lichtstimulation bestimmungsgemäß wirken kann, muss ein ausreichend großer Kontrast zur Umgebungshelligkeit vorhanden sein. Wird diese erfasst, kann die Helligkeit der mindestens einen Lichtquelle derart angepasst werden, dass der erforderliche Kontrast gegeben ist. Umgebungsinformationen können auch die Farbe(n) des umgebenden Lichts, das Wetter, eine Verkehrsdichte, die Annäherung an eine Kreuzung oder einen Unfallschwerpunkt und dergleichen umfassen, die einerseits zur Anpassung der rhythmischen Lichtstimulation dienen können, andererseits aber auch eine Notwendigkeit einer rhythmischen Lichtstimulation signalisieren können. So kann schlechtes Wetter oder das Annähern des Fahrzeugs an eine Kreuzung beziehungsweise einen Unfallschwerpunkt eine erhöhte Wachsamkeit des Fahrzeuginsassen erfordern. Werden derartige Indikatoren erfasst, kann die rhythmische Lichtstimulation dadurch initiiert und/oder angepasst werden. Umgebungsinformationen können durch die fahrzeugeigene Umgebungsüberwachung erfasst werden.
  • Insasseninformationen sind im Sinne der Erfindung Informationen, die den fraglichen Insassen charakterisieren beziehungsweise beschreiben. Dazu können sein Alter, sein Chronotyp, Informationen bezüglich seines Biorhythmus und/oder seiner Gewohnheiten, Informationen über seine anstehenden Termine, Ziele und Aufgaben zählen. So ist beispielsweise bei zunehmendem Alter möglicherweise nicht nur eher eine rhythmische Lichtstimulation erforderlich, sondern auch ihre Anpassung auf das Alter des Insassen. Da nämlich im Alter das Sehvermögen nachlassen kann, muss die rhythmische Lichtstimulation gegebenenfalls heller beziehungsweise intensiver sein.
  • Termine, Aufgabe und Ziele können beispielsweise von dem mobilen Endgerät des Insassen bereitgestellt werden. So kann anhand eines Reisezieles und der geplanten Reisezeit bestimmt werden, ob eine rhythmische Lichtstimulation sinnvoll oder erforderlich sein kann oder nicht. Bei einer Rückreise am Abend nach Hause oder einer Fahrt zu einem Hotel, wie bei einer Dienstreise, kann im Anschluss vorgesehen sein, dass der Insasse schlafen möchte, daher sollte die Stimulation ausreichend früh beendet werden, damit der Fahrzeuginsasse später ungestört einschlafen kann. Steht eine längere Fahrstrecke an und steuert der Fahrzeuginsasse das Fahrzeug selbst, kann eine rhythmische Lichtstimulation seine Fahrtüchtigkeit fördern und gegebenenfalls verlängern.
  • Chronotyp und Biorhythmus einer Person können beispielsweise durch eine Smartwatch oder eine Wearable erfasst und übermittelt werden, sofern dies gewünscht ist. In der Folge kann die rhythmische Lichtstimulation genutzt werden, um während der bekannten Phasen von Müdigkeit des Insassen oder wenn eine Fahrt während der sonst üblichen Schlafenszeit stattfindet, auf den Fahrzeuginsassen einzuwirken, sodass er dennoch fahrtüchtig ist.
  • Es ist aber auch möglich, dass die Insasseninformationen nicht über Automatismen übermittelt und bereitgestellt werden, es ist durchaus im Sinne der Erfindung, wenn der Fahrzeuginsasse bei Bedarf die genannten und/oder andere Informationen sich selbst oder seine Präferenzen betreffend mittels einer manuellen Eingabe zur Durchführung des Verfahrens bereitstellt. Dies kann beispielsweise auch eine bevorzugte Lichtfarbe umfassen, die für die rhythmische Lichtstimulation genutzt werden soll.
  • Ebenfalls kann es von Vorteil sein, die Insassenposition zu kennen, also den Ort an dem der Fahrzeuginsasse, der eine rhythmische Lichtstimulation empfangen soll, sitzt und vorzugsweise auch weitere Information zu dieser Position, wie beispielsweise den Neigungswinkel der Rückenlehne, die Position seines Kopfes und insbesondere seiner Augen. Die Wirksamkeit der rhythmischen Lichtstimulation ist unter anderem abhängig vom Abstand zwischen dem Betrachter und der mindestens einen Lichtquelle und dem Winkel zu dieser. Ist nun also bekannt, wo und wie ein Fahrzeuginsasse in dem Fahrzeug sitzt oder gegebenenfalls liegt, kann diese Information genutzt werden, um die mindestens eine Lichtquelle für eine rhythmische Lichtstimulation anzusteuern, deren Lichtabgabe am ehesten die gewünschte Wirkung erzielen wird. Die Position des Insassen lässt sich durch Belegungssensoren in den Sitzen, Sensoren in den Sitzen, die deren Verschiebung und/oder Neigung detektieren und/oder mittels der fahrzeugeigenen Insassenbeobachtung ermitteln.
  • Von besonderer Bedeutung kann das Insassenverhalten für das erfindungsgemäße Verfahren werden: zeigt ein Fahrzeuginsasse Anzeichen von Müdigkeit oder geminderte Wachsamkeit, wie zum Beispiel wiederholtes Gähnen, Augenreiben oder kurzzeitiges Schließen der Augen (Sekundenschlaf), kann dies ein Auslöser für eine rhythmische Lichtstimulation sein. Das Insassenverhalten kann aber auch das Ausführen von Gesten umfassen, die als Bedieneingaben für das Fahrzeug gelten und damit auch den Start und/oder das Ende einer rhythmischen Lichtstimulation beziehungsweise ihrer Anpassung bewirken können. Auch das Insassenverhalten kann beispielsweise mittels der fahrzeugeigenen Insassenbeobachtung erfolgen.
  • Als Ergänzung oder als Alternative kann aber auch eine manuelle Eingabe vorgesehen sein, um die rhythmische Stimulation zu starten, zu beenden und/oder anzupassen. So könnte ein Fahrzeuginsasse über eine Anzeigeeinrichtung mit Bedienfeldern die gewünschte Wirkung, Lichtfarbe und Wirkdauer, sowie Start und Ende der rhythmischen Lichtstimulation eingeben. Ebenso könnte er vorgenannte Insasseninformationen oder auch eine beabsichtige Sitzbeziehungsweise Liegeposition über eine Eingabeoberfläche übermitteln, sodass das erfindungsgemäße Verfahren wunschgemäß durchgeführt werden kann.
  • Auch wenn die Wirkung circadianer Anwendungen mit Risiken verbunden ist, kann es von Vorteil sein, die rhythmische Lichtstimulation mit einer Lichtexposition mit circadianer Wirkung zu kombinieren. Dabei wird eine Lichtfarbe und Intensität gewählt, die beispielsweise die Ausschüttung von Melatonin verhindert beziehungsweise unterdrückt. Dies kann beispielsweise besonders kurzwelliges Licht sein. Somit wird über die mindestens eine Lichtquelle eine Lichtexposition für den Fahrzeuginsassen bereitgestellt, die eine rhythmische Lichtstimulation umfasst und zeitgleich bedingt durch die Auswahl der Wellenlänge des emittierten Lichtes Auswirkungen auf die circadiane Rhythmik des Fahrzeuginsassen hat. Vorzugsweise sollte hier eine Warnung oder Information an den Fahrzeuginsassen bezüglich der Risiken und Nebenwirkungen erfolgen. Anwendungsfälle für die Kombination der Lichtstimulation mit circadianer Lichtexposition kann beispielsweise eine Autofahrt nach einem langen Flug mit deutlicher Zeitverschiebung sein, um dem sogenannten Jetlag entgegen zu wirken.
  • Erfindungsgemäß wird auch ein System zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen mit einer rhythmischen Lichtstimulation beansprucht, insbesondere jedoch nicht ausschließlich mittels des vorstehend offenbarten Verfahrens. Das System ist gebildet mit einer Steuereinrichtung, die eingerichtet und ausgebildet ist, mindestens eine Lichtquelle in und/oder an einem Fahrzeug und/oder in dessen unmittelbarer Umgebung derart anzusteuern, dass dieses Licht in Form einer rhythmischen Lichtstimulation emittiert, wobei die rhythmische Lichtstimulation aus dem Zusammenwirken einer Trägerfrequenz und einer Modulationsfrequenz in Form einer Signalfrequenz erfolgt, und wobei die Modulationsfrequenz und die Trägerfrequenz so gewählt sind, dass zumindest die resultierende Signalfrequenz unterhalb einer visueller Wahrnehmungsschwelle des Fahrzeuginsassen liegt. Die Steuereinrichtung kann eine eigens dafür vorgesehene Steuereinrichtung sein, sie kann aber auch eine bereits im Fahrzeug vorgesehene Steuereinrichtung sein, die die genannte Ansteuerung der mindestens einen Lichtquelle vornimmt. Die Übermittlung der Steuersignale an die mindestens eine Lichtquelle außerhalb des Fahrzeugs, wie beispielsweise Lichtquellen an der Infrastruktur, kann beispielsweise über die an sich bekannte Car2X-Kommunikation erfolgen.
  • Ebenso ist ein Fahrzeug beansprucht, das mit dem erfindungsgemäßen System ausgestattet ist und/oder in dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Damit kann die Fahrtüchtigkeit des Fahrers erhöht oder verlängert werden beziehungsweise die Leistungsfähigkeit eines Insassen, der beispielsweise in dem Fahrzeug arbeiten möchte, erhöht oder zumindest erhalten bleiben.
  • Die Erhöhung der Vigilanz eines Fahrzeuginsassen und/oder seiner kognitiven Leistung durch rhythmische Lichtstimulation hat eine Vielzahl von Vorteilen, insbesondere im Vergleich zu einer Stimulation mit circadianen Anwendungen. So wird durch die rhythmische Lichtstimulation nicht die Melatoninausschüttung unterdrückt, wodurch auch der circadiane Rhythmus des stimulierten Fahrzeuginsassen nicht verschoben wird. Die verwendete mindestens eine Lichtquelle kann eine deutlich geringere Lichtfläche aufweisen, die zudem relativ flexibel positioniert werden kann, während bei circadianen Anwendungen eine großflächige Lichtfläche erforderlich ist, die vorzugsweise von oben auf den Fahrzeuginsassen einwirkt. Zudem tritt die Wirkung der rhythmischen Lichtstimulation schneller ein als die Wirkung der circadianen Anwendungen. Außerdem ist die Wirkung der rhythmischen Lichtstimulation tageszeitunabhängig möglich, während beispielweise eine circadiane Anwendung mit blauem Licht bei Tag nicht wirken kann, da nur wenig Melanin vorhanden ist.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit verschiedenen Lichtquellen im und am Fahrzeug, und
    • 2 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit Lichtquellen außerhalb des Fahrzeugs.
  • 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 10 mit einem Fahrzeuginsassen 12. Um die Vigilanz des Fahrzeuginsassen 12 während der Fahrt zu erhöhen, ist das Fahrzeug 10 mit einem System zur rhythmischen Lichtstimulation mittels einer Träger- und einer Modulationsfrequenz ausgebildet, die derart gewählt sind, dass die resultierende Signalfrequenz und damit die rhythmische Lichtstimulation unterhalb der visuellen Wahrnehmungsschwelle des Fahrzeuginsassen 12 liegt. Um die Vigilanz des Fahrzeuginsassen 12 während der Fahrt zu erhöhen, wird eine Signalfrequenz von etwa 10 Hz erzeugt, indem eine Trägerfrequenz von etwa 40 Hz mit einer Modulationsfrequenz von 30 Hz moduliert wird.
  • Die rhythmische Lichtstimulation kann auch genutzt werden, um die kognitive Leistungsfähigkeit des Fahrzeuginsassen 12 zu steigern, beispielsweise wenn er während einer autonomen Fahrt des Fahrzeugs 10 arbeiten möchte. Dann wäre eine Signalfrequenz von etwa 30 Hz durch eine geeignete Auswahl von Trägerfrequenz und Modulationsfrequenz bereitzustellen.
  • Die rhythmische Lichtstimulation kann auf verschiedene Weise bereitgestellt werden. Eine direkte Einwirkung auf den Fahrzeuginsassen 12 wird erreicht, wenn die rhythmische Lichtstimulation mittels mindestens einer Lichtquelle 20 im Sichtfeld des Fahrzeuginsassen 12 bereitgestellt wird, beispielsweise mittels der Beleuchtung der Instrumententafel 20.1 und/oder der Hintergrundbeleuchtung des zentralen Displays 20.2. Da die rhythmische Lichtstimulation auch bei indirekter Exposition wirksam ist, kann sie auch mittels anderer Lichtquellen 20 im Fahrzeug 10, wie den Leselichtern 20.3 oder der Ambientebeleuchtung 20.4 des Fahrzeugs 10 bereitgestellt werden. Dabei können mehrere Lichtquellen 20 in ihrer Wirkung und Ausrichtung kombiniert werden.
  • Die rhythmische Lichtstimulation kann aber auch mit mindestens einer Lichtquelle am Fahrzeug, wie beispielsweise den Scheinwerfern 20.5, erfolgen. Die von ihnen ausgehenden Lichtkegel werden vom Fahrzeuginsassen 12 wahrgenommen und können daher auch zur Erhöhung der Vigilanz und/oder Steigerung der kognitiven Leistung beitragen.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, sind zwei Leselichter 20.3 vorgesehen, zudem ist die Ambientebeleuchtung 20.4 tendenziell hinter dem Fahrzeuginsassen 12 auf dem Fahrersitz angeordnet. Dies ermöglicht es, für mögliche Fahrzeuginsassen (nicht gezeigt) auf der Rücksitzbank eine andere rhythmische Lichtstimulation bereitzustellen als dem Fahrzeuginsassen 12. Dazu müssen die Lichtquellen 20.3 hinten und 20.4 im Bereich des Fonds separat angesteuert werden.
  • Um die rhythmische Lichtstimulation zu starten, kann der Fahrzeuginsasse 12 diese beispielsweise über das zentrale berührungssensitive Display 20.2 starten. Alternativ dazu kann, wenn Anzeichen von Müdigkeit beim Fahrzeuginsassen 12 durch die fahrzeugeigene Innenraumbeobachtung detektiert wird, auch ein automatischer Start der rhythmischen Lichtstimulation ausgelöst werden. Zudem konnte der Fahrzeuginsasse 12 vorab seine Präferenzen hinsichtlich der rhythmischen Lichtstimulation über ein Eingabemenü auf dem Display 20.2 einstellen, so zum Beispiel sein bevorzugter Bereich der Lichtfarbe und welche der verfügbaren Lichtquellen 20 für die rhythmische Lichtstimulation verwendet werden sollen.
  • Die Helligkeit der für die rhythmische Lichtstimulation verwendeten Lichtquellen 20 wird in Abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit angepasst, wobei diese durch die Umgebungserfassung des Fahrzeugs 10 bestimmt wird. Damit wird sichergestellt, dass ein ausreichender Kontrast zwischen der rhythmischen Lichtstimulation und dem Umgebungslicht erreicht wird. Auch die konkrete Lichtfarbe kann in diesem Zusammenhang angepasst werden.
  • Im Rahmen der Eingabe seiner Präferenzen für die rhythmische Lichtstimulation ist es auch möglich auszuwählen, ob die rhythmische Lichtstimulation mit einer Lichtexposition mit circadianer Wirkung kombiniert werden soll, beispielsweise um einem Jetlag entgegen zu wirken.
  • 2 zeigt Lichtquellen 20.6, 20.7 außerhalb des Fahrzeugs 10. Dieses bewegt sich entlang einer Straße 14. Am Straßenrand befinden sich Straßenbeleuchtungen 20.6, deren Lichtkegel vereinfacht und unmaßstäblich als Kreise dargestellt und deren Lichtquellen 20.6 gekennzeichnet sind. Zudem ist eine Schilderbrücke 16 vorgesehen, um beispielsweise Hinweisschilder und/oder Ortsinformationen anzuzeigen. Diese wird mit zwei Lichtquellen 20.7 beleuchtet. Auch diese weisen einen Lichtkegel auf, der sich jedoch durch die Beschilderung nur in Richtung sich annähernder Fahrzeuge erstreckt. Auch über diese Lichtquellen 20.6, 20.7 kann eine rhythmische Lichtstimulation erzeugt werden. Nähert sich ein Fahrzeug 10 den Lichtkegeln und durchfährt sie, kann ein Fahrzeuginsasse 12 die Lichtstimulation unbewusst wahrnehmen und die Wirkung der Lichtstimulation kann eintreten.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeug
    12
    Fahrzeuginsasse
    14
    Straße
    16
    Schilderbrücke
    20
    Lichtquelle
    20.1
    Instrumententafel
    20.2
    Display
    20.3
    Leselicht
    20.4
    Ambientebeleuchtung
    20.5
    Scheinwerfer
    20.6
    Straßenbeleuchtung
    20.7
    Beleuchtung Schilderbrücke

Claims (10)

  1. Verfahren zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen (12) mit einer rhythmischen Lichtstimulation mittels mindestens einer Lichtquelle (20) mit einer Trägerfrequenz und einer Modulationsfrequenz, wobei - die Trägerfrequenz und die Modulationsfrequenz so gewählt sind, dass sie in der Signalfrequenz stimulieren und - die Modulationsfrequenz und die Trägerfrequenz so gewählt sind, dass zumindest die resultierende Signalfrequenz unterhalb einer visuellen Wahrnehmungsschwelle des Fahrzeuginsassen (12) liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalfrequenz in einem Bereich von 10 Hz bis 50 Hz und/oder die Trägerfrequenz in einem Bereich von 30 Hz bis 100 Hz liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens mindestens eine im Fahrzeug (10) vorhandene Lichtquelle (20) eine rhythmische Lichtstimulation im Fahrzeuginneren bewirkt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens mindestens eine am Fahrzeug (10) vorhandene Lichtquelle (20) und/oder mindestens eine Lichtquelle (20) in unmittelbarer Umgebung des Fahrzeugs (10) eine rhythmische Lichtstimulation in Richtung des Fahrzeuginneren und/oder in der unmittelbaren Umgebung des Fahrzeugs (10) bewirkt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rhythmische Lichtstimulation bereichsweise variabel für jeden Fahrzeuginsassen (12) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rhythmische Lichtstimulation mit zeitlich variablen Rhythmen erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rhythmische Lichtstimulation in Abhängigkeit von jeweils mindestens einer Umgebungsinformation, Insasseninformation, Insassenposition, einem Insassenverhalten und/oder einer manuellen Eingabe durch den mindestens einen Fahrzeuginsassen (12) beeinflusst wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rhythmische Lichtstimulation mit einer Lichtexposition mit circadianer Wirkung kombiniert wird.
  9. System zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen (12) mit einer rhythmischen Lichtstimulation, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Steuereinrichtung, die eingerichtet und ausgebildet ist, mindestens eine Lichtquelle (20) in und/oder an einem Fahrzeug (10) und/oder in dessen unmittelbarer Umgebung derart anzusteuern, dass dieses Licht in Form einer rhythmischen Lichtstimulation emittiert, wobei die rhythmische Lichtstimulation aus dem Zusammenwirken einer Trägerfrequenz und einer Modulationsfrequenz in Form einer Signalfrequenz erfolgt, und wobei die Modulationsfrequenz und die Trägerfrequenz so gewählt sind, dass zumindest die resultierende Signalfrequenzunterhalb einer visueller Wahrnehmungsschwelle des Fahrzeuginsassen (12) liegt.
  10. Fahrzeug (10), ausgebildet zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere mit einem System nach Anspruch 9, zur Vigilanzerhöhung und/oder kognitiven Leistungssteigerung mindestens eines Fahrzeuginsassen (12).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5036858A (en) 1990-03-22 1991-08-06 Carter John L Method and apparatus for changing brain wave frequency
US5365939A (en) 1993-10-15 1994-11-22 Neurotrain, L.C. Method for evaluating and treating an individual with electroencephalographic disentrainment feedback
US20170173361A1 (en) 2007-08-20 2017-06-22 Universite Laval Apparatus and method for influencing a condition in a subject

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