DE10218676B4

DE10218676B4 - Bordcomputer in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10218676B4
Application number: DE2002118676
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Gundel; Renate Dipl.-Math. Bröcker; Corinna ten Dr. Thoren
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2022-04-27
Also published as: DE10218676A1

Abstract

Bordcomputer in einem Fahrzeug zur Verarbeitung von Signalen fahrzeugeigener Sensoren und vom Bediener eingegebener Informationen, mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Müdigkeit des Benutzers anhand von benutzerbezogenen und von sensorermittelten Einflussgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass als benutzerbezogene Einflussgröße eine schlafabhängige natürliche Müdigkeitskomponente (S) ausgewertet wird, die die seit dem letzten Schlaf verstrichene Zeit entsprechend einem vorgegebenen zeitabhängigen Müdigkeitsverlauf berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bordcomputer in einem Fahrzeug zur Verarbeitung von Signalen fahrzeugeigener Sensoren und vom Bediener eingegebener Informationen, mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Müdigkeit des Benutzers anhand von benutzerbezogenen und von sensorermittelten Einflussgrößen.
Bordcomputer dienen in der Regel dazu, den Fahrer mit Informationen zu versorgen, die den Zustand des Fahrzeugs betreffen. Ferner werden auch nicht vom Fahrzeug bestimmte Faktoren berücksichtigt, wie beispielsweise die gefahrene Geschwindigkeit oder empfangene Informationen über Verkehrsstaus. Personenbezogene Parameter des Fahrers werden vom Bordcomputer bisher nicht berücksichtigt. Ein wichtiges Element, das vom Fahrer häufig unbemerkt ist oder falsch eingeschätzt wird, ist die Müdigkeit des Fahrers. Diese wird bei der Routenplanung in der Regel nur sehr kursorisch oder überhaupt nicht berücksichtigt.

In DE 198 03 158 C1 ist eine Vorrichtung zur Vigilanzzustandsbestimmung beschrieben, bei der mit einem Bildaufnahmesystem eine Fahrzeug- oder Maschinenbedienperson aufgenommen wird. Anhand der Pupillengröße wird der Vigilanzzustand ermittelt. Außerdem wird der Zustand des Schließens der Augenlider erkannt.

DE 100 28 911 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur vorausschauenden Steuerung von Fahrzeugkomponenten. Hierbei wird die Ausfallwahrscheinlichkeit von Fahrzeugkomponenten, also Maschinenteilen, anhand von Basisdaten, die durch eine Prozessor ermittelt werden, berechnet. Die Basisdaten werden aufgrund der von einem Positionsbestimmungssystem ermittelten aktuellen Fahrzeugposition und den Daten einer digitalen Karte berechnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fahrer eines Fahrzeugs mit vom Bordcomputer erzeugten Informationen und Empfehlungen zu versorgen, die die Müdigkeit berücksichtigen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach wird als benutzerbezogene Einflussgröße eine schlafabhängige natürliche Müdigkeitskomponente ausgewertet, die die seit dem letzten Schlaf verstrichene Zeit entsprechend einem vorgegebenen zeitabhängigen Müdigkeitsverlauf berücksichtigt.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass Müdigkeit nicht überraschend oder zufällig auftritt, sondern durch Faktoren bedingt ist, die bekannt und prinzipiell messbar sind. Deshalb ist es möglich, Müdigkeit aufgrund dieser Faktoren mit geeigneten Computerprogrammen zu berechnen und vorherzusagen.

Der Begriff "Fahrzeug" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung breit zu verstehen. Er umfasst Strassen- und Schienenfahrzeuge sowie auch Flugzeuge und Schiffe und generell alle Fortbewegungsmaschinen, die von einem Menschen gesteuert oder überwacht werden.

Der Bordcomputer eignet sich besonders für Transportunternehmen. Durch Vorhersage von Perioden mit erhöhter Müdigkeit wird dem Fahrer die Möglichkeit gegeben, durch eine entsprechende Planung von Touren, Pausen, Schichten und Ruhezeiten Müdigkeit zu vermeiden, sich auf kritische Zeiten während der Fahrt einzustellen und rechtzeitig präventive Maßnahmen zu planen. Müdigkeit am Steuer wird dadurch vorgebeugt oder sie kann, wenn sie unvermeidlich auftritt, von dem Fahrer besser bewältigt werden.

Die Erfindung erlaubt es, Zeiten mit erhöhter Müdigkeit bei Piloten oder Fahrern vorherzusagen. Die Erfindung kann durch geeignete Software des Bordcomputers realisiert werden. Diese Software basiert auf der Vorhersage der Müdigkeit in Abhängigkeit von deterministischen Komponenten. Müdigkeit setzt sich aus einer Reihe von natürlichen Müdigkeitskomponenten zusammen. Eine dieser Komponenten ist die "Time-Since-Sleep"-Komponente. Eine andere Komponente ist die tagesabhängige Komponente (zirkadiane Komponente) und wieder eine andere Komponente ist die "Schlafträgheit". Außer diesen Müdigkeitskomponenten wird eine Belastungskomponente ermittelt, die aus den sensorermittelten Einflussgrößen des Bordcomputers gewonnen wird. Eine solche Einflussgröße ist beispielsweise die Feststellung, ob es regnet. Diese kann durch Ermittlung der Einschaltung des Scheibenwischers oder auch mit einem Regensensor getroffen werden. Eine andere Einflussgröße ist die Helligkeit, welche durch Feststellung des Einschaltens der Fahrzeugbeleuchtung oder mit einem Helligkeitssensor ermittelt werden kann. Sowohl bei Regen als auch bei Dunkelheit wird dem Fahrer eine besondere Konzentration abverlangt, wodurch die Belastung des Fahrers steigt. Diese Belastungskomponente ist abhängig von der Zeitdauer des belastenden Zustandes. Sie wird als "Time-On-Task"-Komponente bezeichnet.

Weitere belastungsabhängige Komponenten können sich aus dem Fahrverhalten des Fahrers ergeben. Wenn beispielsweise schnelle Lenkradbewegungen ausgeführt werden, kann von einer höheren Belastung ausgegangen werden. Um diese zu ermitteln, kann ein Sensor vorgesehen sein, der die Lenkbewegungen bzw. deren zeitliche Ableitung misst.

Der Bordcomputer ist imstande, sowohl die aktuelle Müdigkeit zu ermitteln als auch die zukünftige Müdigkeit. Insbesondere kann der Bordcomputer Empfehlungen für die Einrichtung von Pausenzeiten geben, und zwar sowohl hinsichtlich der Einrichtung von Pausenzeiten als auch von deren Dauer. Eine erhöhte Daueraufmerksamkeit des Fahrers führt zu einer Regelung mit kürzeren Lenkzeiten. In jedem Fall gibt es klare Pausenempfehlungen.

Mit Hilfe des Bordcomputers können auch Schichtpläne erstellt werden, bei denen die Fahrtätigkeit des Fahrers über mehrere Tage hinweg berücksichtigt wird. Bei der Müdigkeitsvorhersage kann somit eine weitere Müdigkeitskomponente aus der kumulativen Müdigkeit bestehen, die durch ein dauerhaftes Schlafdefizit oder durch Tätigkeit an aufeinanderfolgenden Tagen entsteht.

Die Überlagerung der einzelnen Müdigkeitskomponenten erzeugt einen relativen Müdigkeitsverlauf über der Zeit, der Perioden sichtbar macht, in denen erhöhte Müdigkeit zu beobachten sein wird. Das Maß der Müdigkeit wird unter Verwendung einer absoluten Müdigkeitsskala (Karolinska) bestimmt, die vor allem bei großer Müdigkeit gut anwendbar ist, und einer relativen Skala (Samn-Perelli), für die aufgrund der absoluten Messungen dann ein Schwellwert festgelegt werden kann.

Der Bordcomputer kann auch in externe Netze integriert werden, wie beispielsweise das Internet. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, dass die Zentrale eines Verkehrs- oder Transportunternehmens jederzeit aktuell über den Wachheitszustand des Fahrers und die ohne Ruhepause noch verfügbare Fahrleistung informiert ist.

Ferner kann der Bordcomputer Verbindung haben mit einem externen Navigationssystem, z.B. GPS, oder mit Mobilfunksystem, z.B. GSM, um aktuelle Daten über die Verkehrslage auf der beabsichtigten Route zu erhalten.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Aus- führungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 generelles Schaubild des Bordcomputers mit den Eingaben und den Ausgaben,
2 eine graphische Darstellung der zeitlichen Verläufe der natürlichen Müdigkeitskomponenten und der Belastungskomponenten,
3 ein Beispiel für eine Skalierung der Müdigkeit in Zahlenwerte, und
4 ein Diagramm zur Erläuterung der Einflussgröße "Regen".
1 zeigt eine Darstellung des Bordcomputers mit verschiedenen Eingaben und Ausgaben. Zu den Eingaben gehören Informationen, die der Fahrer eingibt, beispielsweise den Startort und den Zielort. Andere Informationen werden von Fahrzeugsensoren eingegeben. Hierzu gehören Informationen über die Einschaltung oder Ausschaltung des Scheibenwischers und der Beleuchtung oder ggf. Informationen eines Regensensors oder eines Tageslichtsensors. Ferner gehören dazu auch die Uhrzeit und Informationen über die Fahrgeschwindigkeit und ggf. die Lenkradbetätigung. Weitere Informationen werden über das Mobilfunknetz (GSM) er halten, beispielsweise Staumeldungen u.dgl. und schließlich werden Informationen über ein Navigationssystem erhalten, beispielsweise der Standort des Fahrzeugs und Informationen über Routen.
Aus diesen Eingaben liefert der Bordcomputer eine Müdigkeitsvorhersage für den Verlauf der gesamten Fahrt. Diese Müdigkeitsvorhersage wird in Form eines Diagramms z.B. eines Balkendiagramms, wie es in 3 dargestellt ist, oder auch als Sprache ausgegeben. Ferner werden Informationen zur Prävention von Müdigkeit per Sprache oder alphanumerischer Anzeige ausgegeben, beispielsweise Rastplätze oder Rasthäuser empfohlen. Schließlich erfolgt auch eine Veränderung von Fahrzeugparametern, beispielsweise der Spurhaltung oder der Federung in Abhängigkeit vom Müdigkeitszustand.
Wenn der aktuelle Müdigkeitszustand sich gegenüber der ursprünglichen Planung wesentlich ändert, kann eine Modifikation der Routenplanung vorgenommen werden.
Die Berechnung des Müdigkeitszustandes erfolgt unter Berücksichtigung der natürlichen Müdigkeitskomponenten. Hierzu gehören eine Schlafkomponente S, eine Schlafträgheitskomponente I und eine zirkadiane Komponente C, die in ihren qualitativen Verläufen in 2 dargestellt sind.
2a) zeigt den zeitlichen Verlauf der Müdigkeitskomponente "Müdigkeit" S beginnend mit dem Zeitpunkt 0 des Erwachens aus dem letzten Schlaf. Die Müdigkeit ist hier zwischen 0 und 1 eingestuft, was bedeutet, dass der Wert 0 dem wachen Zustand (keine Müdigkeit) entspricht und der Wert 1 der maximalen Müdigkeit. Die Müdigkeit während des Wachseins entwickelt sich nach der Formel
Hierbei ist S_t der S-Wert zum aktuellen Zeitpunkt, S_t–1 der letzte berechnete S-Wert, Δt der Abstand zwischen dem aktuellen Zeitpunkt und der letzten Berechnung. A = 4,2 h und B = 18,2 h sind Zeitkonstanten.
Eine Komponente der Müdigkeit, die "Schlafträgheit" I, besagt, dass man direkt nach dem Aufwachen müde ist. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, wird 1-S die Wachheit, mit einem Faktor I multipliziert I = e–0.317/t, (2)wobei t die Zeit seit dem letzten Schlaf in Stunden ist.
In 2b) ist die zirkadiane Komponente C der Müdigkeit dargestellt. Diese hängt von der Tageszeit ab und wird gesteuert von der inneren Uhr und vom Hell-Dunkel-Rhythmus. Die Formel lautet C = 13.4·cos(2·π·(t – 5.95)/24) + 13,4 (3)
In 2c) ist der Verlauf einer Belastungskomponente T dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Gerade, deren Steigung von dem Ausmaß der Belastung abhängt. Diese Komponente wird als "Time-On-Task" bezeichnet. Sie steigt während der Tätigkeit an und nimmt in einer Pause ab.
In gleicher Weise wie die Belastungskomponente T werden auch die Belastungskomponenten R = Regen und L = Licht berücksichtigt.
Insgesamt lautet die Formel für die aktuelle Müdigkeit M = 73,2 – 96·(1 – S)·I + C + T + R + L. (4)
Die Formel für die Müdigkeit ergibt einen Müdigkeitswert M zwischen 0 und 100.
3 zeigt ein Balkendiagramm mit einem Müdigkeitsverlauf, wie er in der Praxis auftreten kann. Dabei entspricht der Wert 0 dem Zustand "keine Müdigkeit" und der Wert 100 dem Zustand "maximale Müdigkeit".
Die Farbe blau im Balkendiagramm gibt an, dass der Fahrer hinreichend wach ist, um die Tätigkeit auszuüben. Die Farbe rosa gibt an, dass der Müdigkeitswert unter "58" gefallen ist und dass eine Pause eingelegt werden soll. Nach der Pause steigt der Wert auf "15" an und anschließend sinkt er auf Werte unter "58" ab, was durch die Farben rosa, rot und dunkelrot angezeigt wird. Dadurch ist der Fahrer stets über seinen aktuellen Müdigkeitswert informiert.
4 verdeutlicht den Einfluss der sensorermittelten Einflussgröße "Regen". Das Vorhandensein von Regen führt zu schnellerer Ermüdung. Die Ermittlung erfolgt durch die Scheibenwischergeschwindigkeit, den Scheibenwischerschalter oder einen Regensensor. Im Bordcomputer wird die Belastungskomponente der Müdigkeit entsprechend angepasst und die empfohlenen Pausen werden neu berechnet. Das Navigationssystem kann dann die Fahrtdauer ebenfalls neu berechnen. Das vom Bordcomputer ausgegebene Ergebnis sieht Pausenplanung, Ruhezeiten, Rastplatz- und Hotelvorschläge vor.

Claims

Bordcomputer in einem Fahrzeug zur Verarbeitung von Signalen fahrzeugeigener Sensoren und vom Bediener eingegebener Informationen, mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Müdigkeit des Benutzers anhand von benutzerbezogenen und von sensorermittelten Einflussgrößen, dadurch gekennzeichnet, dass als benutzerbezogene Einflussgröße eine schlafabhängige natürliche Müdigkeitskomponente (S) ausgewertet wird, die die seit dem letzten Schlaf verstrichene Zeit entsprechend einem vorgegebenen zeitabhängigen Müdigkeitsverlauf berücksichtigt.
Bordcomputer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außer der schlafabhängigen Komponente (S) die Schlafträgheit (I) und eine zirkadiane Komponente (C) bestimmt werden und dass die natürlichen Müdigkeitskomponenten (S, I, C) mit mindestens einer aus den sensorermittelten Einflussgrößen gewonnenen Belastungskomponente (T, R, L) zu einem Wert (M) für die aktuelle Müdigkeit kombiniert werden.
Bordcomputer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der aktuellen Müdigkeit der zukünftige Verlauf der Müdigkeit unter Berücksichtigung der Entfernung des Fahrzieles und der natürlichen Müdigkeitskomponenten berechnet wird.
Bordcomputer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Koppelung mit einem Navigationssystem und in Abhängigkeit von dem Anforderungsgrad der noch zurückzulegenden Fahrstrecke ein zeitliches Müdigkeitsprofil erstellt wird.