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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur Kategorisierung eines Insassen eines Fortbewegungsmittels. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine bezüglich der Hardware wenig aufwendige Realisierung einer automatischen Kategorisierung eines Insassen beispielsweise zur Abschaltung eines Airbags.
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Unter bestimmten Umständen müssen Airbags in Fortbewegungsmitteln abgeschaltet werden oder automatisch deaktiviert werden, um im Falle eines Aufpralls nicht selbst zum Sicherheitsrisiko zu werden. Beispielsweise dürfen Airbags dann nicht eingeschaltet sein, wenn auf dem betrachteten Sitz ein entgegen der Fahrtrichtung orientierter Kindersitz montiert und besetzt ist. In manchen Ländern ist eine automatische Airbag-Abschaltung für bestimmte Nutzungsszenarien eine gesetzliche Vorgabe. Im Stand der Technik wird zur Erkennung eines belegten Sitzes eine Sensormatte in den Sitzen dafür verwendet, um den Belegungszustand und die Masse/Insassenkategorie festzustellen. Während bei leerem Sitz eine Airbag-Auslösung unterbunden wird, wird bei durch einen Erwachsenen belegten Sitzen der Airbag im Bedarfsfall gezündet. Sofern Kinder (gegebenenfalls mit Sitzerhöhung) auf dem betrachteten Sitz Platz genommen haben, wird eine Airbag-Auslösung üblicherweise ebenfalls unterbunden. Im Falle eines unbelegten Sitzes, eines rückwärtsgerichteten Kindersitzes und/oder eines drei bis sechs Jahre alten Insassen wird ein der Sitzgelegenheit angeordneter Airbag nicht gezündet, andernfalls in der Regel gezündet.
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Die Sensormatten im Sitz sind eine Hardware, welche die Fahrzeugmasse, die Sitzkomplexität und die Kosten für das Fortbewegungsmittel in die Höhe treibt. Zudem sind Kabelbäume zur Weiterleitung der Sensormattensignale auszugestalten. Bei Entfall eines Sensormatten-Konzeptes, welches auch als „Passive Occupant Detection System (PODS)“ bezeichnet wird, besteht bei einer rein kamerabasierten Insassenerkennung das Problem, dass die rein bildbasierte Unterscheidung zwischen einem sechsjährigen Kind auf einem Booster-Sitz (Sitzerhöhung) und einer sog. 5%-Frau schwierig ist, da durch die Verwendung der Sitzerhöhung die Körpergrößenschätzung fehlerhaft sein kann. Zusätzlich kann die Sitzerhöhung optisch verdeckt sein und mit der Kamera daher nicht erfasst werden (Verdeckung durch Kleidung, z.B. Kleid, Rock, Decke oder andere Accessoires), so dass eine Korrektur auf Basis optischer Signale nicht möglich ist.
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Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine korrekte Insassenklassifikation und optionale Airbag-Abschaltung mit möglichst einfacher Hardware, insbesondere Hardwareneutral, zu realisieren.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Dementsprechend wird eine Kategorisierung eines Insassen (z.B. Fahrer, Beifahrer, Fond-Passagier, o.ä.) eines Fortbewegungsmittels (z.B. ein PKW, Transporter, Motorrad, LKW, Luft- und/oder Wasserfahrzeug) vorgeschlagen. Die Kategorisierung kann den Insassen insbesondere dahingehend klassifizieren, dass im Falle eines Aufpralls anhand der Insassen-Kategorie entschieden wird, ob ein Airbag gezündet wird oder nicht. In einem ersten Schritt wird hierbei ein elektrisches Signal eines Motors zur Verstellung eines Sitzes, auf welchem der Insasse sitzt, ermittelt. Das elektrische Signal kann beispielsweise ein Stromwert, eine Leistungsaufnahme, eine thermische Kenngröße, ein Drehmoment, eine Kraft (beide Letztere z.B. durch einen Geber an einer Welle und/oder an einem Elektromotor) o.ä., umfassen. Der Motor kann insbesondere zur Erzeugung des elektrischen Signals verwendet werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Stromwert um die Stromaufnahme bei der Verstellung des Sitzes zu einem solchen Zeitpunkt handeln, zu welchem der Insasse mit vollem Gewicht bzw. vermindert um die Gewichtskraft seiner im Fußraum abgestellten Beine auf dem Sitz sitzt. Hierzu kann eine leichte, insbesondere kurze Sitzverstellung nach Art eines Komfort-Zugangs erfolgen, durch welchen dem Insassen erst nach dem Einsteigen der Sitz aus einer hinteren Position in eine weiter vorne befindliche Position verstellt wird, um den Zustieg zu erleichtern und anschließend die Sitzposition für die anstehende Fahrt zu optimieren. In einem weiteren Schritt wird der Insasse mittels eines optischen Sensors (z.B. eine Innenraumkamera des Fortbewegungsmittels) optisch erfasst, um ein Abbild des Insassen (gegebenenfalls als Bewegtbild bzw. Video) abzuspeichern. Insbesondere kann hierbei eine digitale Repräsentation des Abbildes erstellt werden. In einem weiteren Schritt werden das elektrische Signal des Motors und das Abbild mit einer jeweiligen Referenz verglichen. Insbesondere kann die Referenz in weiter zurückliegenden Schritten trainiert oder erlernt worden sein. Auf jeden Fall ist die Referenz dazu geeignet, anhand des elektrischen Signals des Motors eine Masse des Insassen abzuschätzen (zu ermitteln) und die Haltung des Insassen zumindest dahingehend zu klassifizieren, ob sie sich für eine Masseermittlung anhand des elektrischen Signals des Motors eignet. Mit anderen Worten kann also die Referenz Aufschlüsse darüber geben, ob die Ablichtung des Insassen darauf schließen lässt, dass der Insasse eine normale Sitzposition eingenommen hat, so dass ausgeschlossen werden kann, dass die Gliedmaßen des Insassen verwendet werden, um seine Masse in andere Bereiche des Fahrzeuginnenraums als in die Sitzfläche und den Fußraum einzuleiten. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der aktuelle Insasse auf dem Sitz eine Masse aufweist, welche durch die Sensormatte des Sitzes und/oder das elektrische Signal des Motors hinreichend exakt repräsentiert werden kann. In Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleiches wird anschließend der Insasse kategorisiert bzw. klassifiziert. Mit anderen Worten wird festgestellt, ob es sich um ein Kind auf einem Kindersitz und/oder auf einer Sitzerhöhung (Booster) oder um einen Erwachsenen handelt. Auch diese Kategorisierung/Klassifikation kann automatisch erfolgen. Insbesondere kann ein Signal ausgegeben werden, durch welches in Abhängigkeit der Kategorisierung automatische weitergehende Maßnahmen eingeleitet werden können. Eine Sensormatte für den Sitz kann auf diese Weise entfallen, wodurch das Fortbewegungsmittel leichter, kostengünstiger und weniger fehleranfällig ausgestaltet werden kann.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der Motor zur Verstellung des Sitzes kann insbesondere ein Elektromotor, äußerst bevorzugt ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Diese Motoren können in Abhängigkeit ihrer Stromaufnahme dazu verwendet werden, dass Drehmoment und über das Drehmoment die Masse des Insassen zu ermitteln. Insbesondere kann ein bürstenloser Gleichstrommotor auch weitere elektrische Kenngrößen/Betriebsgrößen ausgeben bzw. verraten, um die Masse des Insassen zu ermitteln.
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Bevorzugt kann ein maschinenbasierter Lernalgorithmus (ML) verwendet werden, um das erfindungsgemäße Verfahren robuster und effizienter zu gestalten. In einem weiteren Schritt kann daher einem optischen Sensor eine Vielzahl Probanden präsentiert werden, welche insbesondere in einem entsprechenden Aufbau, wie er später im Fahrzeug vorhanden sein wird, optisch erfasst werden. Beispielsweise kann der optische Sensor an einer solchen Position angeordnet sein, wie im Fahrzeug die zur optischen Erfassung des Insassen verwendete Innenraumkamera. Entsprechend kann auch während des Trainings (Lernvorgang) die Sitzgelegenheit entsprechend ausgestaltet sein. Auch Perspektive und Abstand können im Wesentlichen identisch zum Serienfahrzeug ausgestaltet sein. Die Masse der Probanden kann in einem herkömmlichen Verfahren mittels einer Waage ermittelt und dem maschinenbasierten Lernalgorithmus zum jeweiligen Probanden mitgeteilt werden. Auf diese Weise kann der maschinenbasierte Lernalgorithmus, der beispielsweise aus dem elektrischen Signal des Motors und/oder den Abbildern der Insassen eine Gewichtsschätzung ausführt, feststellen, unter welchen Umständen die abgeschätzte Masse mit der tatsächlichen Masse hinreichend übereinstimmt. Die Konstellationen aus elektrischem Signal und Position des Insassen im Abbild kann anschließend verwendet werden, um den Trainingsdatensatz als „zulässig“ zu kategorisieren, wenn die mittels des Elektromotors und des optischen Signals bestimmte Masse des Probanden hinreichend mit der tatsächlichen Masse übereinstimmt. Anders ausgedrückt kann der Trainingsdatensatz als zulässig bewertet werden, wenn eine mittels des Elektromotors bestimmte Masse des Probanden hinreichend mit dem Trainingsdatensatz übereinstimmt. Somit kann unter Verzicht auf die Daten einer Sensormatte eine hinreichend valide Masseschätzung eines Insassen vorgenommen werden, durch welche eine Kategorisierung des Insassen in „Kind“ bzw. in „Erwachsener“ erfolgen kann.
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In einem weiteren Schritt kann der als zulässig erachtete Trainingsdatensatz als vordefinierte Referenz für eine gültige Kategorisierung anhand des elektrischen Signals verwendet werden. Mit anderen Worten kann der erlernte Trainingsdatensatz die vordefinierte Referenz darstellen oder als Bestandteil der vordefinierten Referenz, welche oben bereits eingeführt worden ist, verwendet werden.
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Beim Vergleichen des elektrischen Signals mit der vordefinierten Referenz kann insbesondere eine Körperhaltung mittels des optischen Sensors festgestellt werden. Mit anderen Worten kann festgestellt werden, inwiefern die Körperhaltung Einfluss auf diejenige Masse aufweist, welche mittels des elektrischen Signals des Motors ermittelt wird. Sofern die Körperhaltung eine übliche Körperhaltung ist, bei welcher lediglich ein Teil des Gewichtes des Insassen in den Fußraum eingetragen wird, während der Hauptbestandteil in eine Sitzfläche (und Rückenlehne) des Sitzes eingetragen werden kann, kann ein elektrisches Signal des Motors als „repräsentativ“ bezüglich der Masse des Insassen bewertet und für eine gültige Ermittlung der Masse verwendet werden. Die Referenz kann jedoch auch eine Körperhaltung kennzeichnen, bei welcher der Insasse beispielsweise auf der Sitzfläche kniet, sich erheblich auf der Mittelkonsole des Fortbewegungsmittels oder anderswo abstützt, so dass das elektrische Signal, welches mittels des Motors ermittelt worden ist, nicht das tatsächliche Gewicht des Insassen repräsentiert. In diesem Fall kann die Ermittlung des elektrischen Signals zu einem späteren Zeitpunkt wiederholt werden, und das nun ermittelte elektrische Signal zur Ermittlung der Masse des Insassen verwendet werden, sofern das Abbild des Insassen nun keine anormale Körperhaltung repräsentiert. Auf diese Weise kann die Masse eines Insassen anhand des elektrischen Signals eines Elektromotors auch ohne einen Drucksensor/eine Sensormatte erfolgreich ermittelt werden.
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Als ein letzter Schritt kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch abgeschlossen werden, dass ein Airbag für den Sitz abgeschaltet wird, wenn der Sitz belegt ist und die Kategorie „Kind auf Kindersitz“ lautet. In diesem Fall wird ein Airbag nicht ausgelöst, wenn das Fortbewegungsmittel in einen Unfall mit hinreichender Schwere verwickelt ist. Andernfalls (die Kategorie lautet „Erwachsener auf Sitz“) wird der Airbag aktiviert und im Falle eines Aufpralls wie vorgesehen gezündet, um den Insassen zu schützen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zur Kategorisierung eines Insassen eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen.
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Die Anordnung umfasst einen Dateneingang, eine Auswerteeinheit und einen Datenausgang. Die vorgenannten Elemente der Anordnung können als elektronisches Steuergerät ausgestaltet sein. Das Fortbewegungsmittel kann als PKW, Transporter, Motorrad, LKW, Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, mittels des Dateneingangs ein elektrisches Signal eines Motors zur Verstellung eines Sitzes, auf welchem der Insasse sitzt, zu ermitteln. Zudem ist die Auswerteeinheit eingerichtet, mittels des Dateneingangs (beispielsweise in Verbindung mit einem optischen Sensor), den Insassen zur Erzeugung eines Abbildes zu erfassen bzw. ein Abbild des Insassen zu ermitteln. Das elektrische Signal und das Abbild können anschließend mit einer jeweiligen Referenz verglichen werden und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleiches kategorisiert die Auswerteeinheit mittels des Datenausgangs den Insassen als „Kind auf Kindersitz“ oder als „Erwachsener“. In Abhängigkeit der Kategorie kann nun die Auswerteeinheit über den Datenausgang auch einen Airbag des Fortbewegungsmittels automatisch deaktivieren oder aktivieren. Somit ist die erfindungsgemäße Anordnung imstande, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile derart ersichtlich in entsprechender Weise zu verwirklichen, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches eine Anordnung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Auf diese Weise kann auch das Fortbewegungsmittel die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile in entsprechender Weise verwirklichen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 2 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kategorisierung eines Insassen eines Fortbewegungsmittels.
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1 zeigt einen PKW als Fortbewegungsmittel 10, in dessen erster Sitzreihe ein Beifahrer als Insasse 1 auf einem Beifahrersitz und ein Kind als Insasse 2 auf einer Rückbank 6 Platz genommen hat. Das Kind 2 sitzt auf einem Booster bzw. einer Sitzerhöhung 9. Die Sitzgelegenheiten sind mittels Elektromotoren 3, 4 verstellbar. In Abhängigkeit der auf den Sitzgelegenheiten befindlicher Massen bzw. Insassen 1, 2 sind die von den Elektromotoren 3, 4 aufgenommenen Ströme unterschiedlich hoch und können somit zur Bestimmung der Masse der Insassen 1, 2 verwendet werden. Eine Innenraumkamera 7 ist so ausgerichtet, dass beide Insassen 1, 2 voll umfänglich optisch erfasst werden. Hierbei kann anhand der Daten der Innenraumkamera 7 eine Körperhaltung der Insassen 1, 2 sowie das Vorhandensein der Sitzerhöhung 9 festgestellt werden. Diese Informationen bzw. Ablichtungen/Abbilder der Insassen 1, 2 werden ebenso wie die Eingangsgrößen der Elektromotoren 3, 4 über einen Dateneingang 11 einer Auswerteeinheit 12 in Form eines elektronischen Steuergerätes zugeführt. Über einen Datenausgang 13 des Steuergerätes werden ein Airbag 8 abgeschaltet bzw. reaktiviert und erforderlichenfalls eine Meldung auf einem zentralen Informationsbildschirm 14 ausgegeben. Die Meldung kann beispielsweise über die automatische Aktivierung/Deaktivierung des Airbags 8 informieren.
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2 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Kategorisierung eines Insassen eines Fortbewegungsmittels. In Schritt 100 wird ein maschinenbasierter Lernalgorithmus angelernt, indem einem optischen Sensor unterschiedliche Probanden präsentiert und zur Herstellung eines Trainingsdatensatzes mit ihrer jeweiligen tatsächlichen Masse verknüpft werden. Mit anderen Worten wird dem maschinenbasierten Lernalgorithmus ein erster Proband auf einer Sitzgelegenheit ähnlich derjenigen des Fahrzeugs präsentiert und dazu die (beispielsweise mittels einer Waage) ermittelte Masse des Probanden kundgetan. In Schritt 200 wird eine Masse der Probanden mittels eines Elektromotors in der Sitzgelegenheit bestimmt, um den Trainingsdatensatz zu ergänzen. Kinematik und Motor sowie auch die räumlichen Beziehungen zwischen den Sensoren und dem Sitz/dem Insassen können denjenigen des Serienfahrzeugs entsprechen. In Schritt 300 wird anschließend der Trainingsdatensatz als zulässig bewertet, wenn eine mittels des Elektromotors bestimmte Masse des Probanden hinreichend mit dem Trainingsdatensatz übereinstimmt. Es erfolgt sozusagen eine Rückmeldung dazu, ob das Abbild des im Probanden und die mittels des elektrischen Signals ermittelte Masse zu der tatsächlichen Masse des Probanden „passen“. Ist dies der Fall, wird der Trainingsdatensatz zur Definition der vordefinierten Referenz verwendet und das Serienfahrzeug mit der vordefinierten Referenz ausgestattet. In Schritt 400 wird anschließend ein elektrisches Signal eines Motors zur Verstellung eines Sitzes, auf welchem der Insasse des Fortbewegungsmittels sitzt, ermittelt. Das elektrische Signal kann beispielsweise ein Aufnahmestrom des Motors sein. In Schritt 500 wird zudem der Insasse mittels eines optischen Sensor in Form einer Innenraumkamera des Fortbewegungsmittels zur Erzeugung eines Abbildes bzw. einer Ablichtung des Insassen erfasst. In Schritt 600 wird anschließend das elektrische Signal mit einer ersten Referenz und das Abbild des Insassen mit einer zweiten Referenz verglichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des jeweiligen Vergleiches der Insasse als „Kind“ oder als „Erwachsener“ kategorisiert. Insbesondere kann auf Basis einer Sitzgröße des Kindes darauf geschlossen werden, dass sich das Kind auf einem Kindersitz bzw. auf einer Sitzerhöhung befindet und daher eine Deaktivierung des Airbags des Fortbewegungsmittels automatisch vorzunehmen ist. In Schritt 700 wird der Insasse als „Kind auf Kindersitz“ kategorisiert. In Schritt 800 wird schließlich ein Airbag für den Sitz abgeschaltet, wenn der Sitz belegt ist und die Kategorie „Kind auf Kindersitz“ lautet.
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Gemäß einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren ausgeführt, welches bevorzugt als maschinenbasiertes Lernverfahren ausgestaltet sein kann. Dieses lässt sich in zwei grundlegende Phasen einteilen:
- - Aufnahme und Labelling von Trainingsdaten: Erstellung von Kamaraaufnahmen mit Probanden eines bekannten Gewichts, Bestimmung einer grundlegenden Informationsbasis („ground truth“) über gemessenes Gewicht: Wenn das gemessene Gewicht über Elektromotoren innerhalb eines vordefinierten Bereiches um das tatsächliche Gewicht liegt (beispielsweise ± 5 kg), dann handelt es sich bei dem Datensatz um eine positive Klasse, andernfalls um eine negative Klasse.
- - Umsetzung: Bestimmung der Klasse als Ausgabe des maschinenlernenbasierten Verfahrens, z.B. des neuronalen Netzes. Sobald die Klassifizierung der Person in positiver Klasse erfolgt ist, wird die elektromotorisch erfolgte Gewichtsmessung durchgeführt. Eine noch einfachere Methode könnte als Basis-/Rückfall-Option vorgehalten werden. Hierbei wäre eine Verwendung von Trainingsdaten vorgesehen, die klassische Fehlstellungen (out-of-position-) von Sitzpositionen und zulässige (in-position-)Sitzpositionen verwendet.
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Somit kann auf eine Sensormatte zur Sitzbelegungserkennung bzw. Insassenklassifikation verzichtet werden, wodurch Fahrzeuge günstiger, leichter und weniger fehleranfällig ausgestaltet werden können.
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Bezugszeichenliste:
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- 1, 2
- Insasse
- 3, 4
- Elektromotor
- 5, 6
- Sitz
- 7
- Innenraumkamera
- 8
- Airbag
- 9
- Sitzerhöhung
- 10
- Fortbewegungsmittel
- 11
- Dateneingang
- 12
- Auswerteeinheit
- 13
- Datenausgang
- 14
- zentrales Informationsdisplay
- 100-800
- Verfahrensschritte
