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Stand der Technik
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Seit vielen Jahren werden Systeme erprobt und z. T. eingeführt, die die Müdigkeit von Fahrzeugführern erkennen und Unfälle vermeiden sollen. Es werden dafür oft Sensoren und Aktuatoren eingesetzt, um Auffälligkeiten im Fahrverhalten zu detektieren.
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In
WO 2000 805 2827 A1 und
DE 10 2004 034 748 A1 werden die Müdigkeiten daraus abgeleitet, wie häufig der Fahrer die Fahrbahnmarkierungen überfährt, bzw. wie oft Fahrspurkorrekturen vorgenommen werden.
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In
DE 10 2004 036 119 B4 wird zur Ableitung der Müdigkeit des Fahrers permanent seine Pulsfrequenz erfasst, um bei Abweichung vom Normwert zu alarmieren.
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In
EP 1 997 666 A1 und
DE 10 2004 029 825 werden durch die Fahrzeug-Sensorik die Lenkwinkel bzw. die Lenkwinkelgeschwindigkeiten herangezogen, um hieraus Rückschlüsse auf die Ermüdung zu ziehen.
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DE 10 2012 100 698 A1 beurteilt die Aufmerksamkeit bzw. Müdigkeit durch den permanenten Vergleich der Fahrzeuggeschwindigkeit zu vorausfahrenden Fahrzeugen sowie der Abstände der Fahrzeuge zueinander.
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DE 10 2012 000 629 A1 beschreibt ein Verfahren, in dem ein externes Mobilgerät jederzeit die Tages- und Nachtaktivitäten des Fahrers ermittelt und welches bei Fahrtantritt mit dem Fahrzeug verbunden wird. Über die Aufzeichnungen im Mobilgerät kann bestimmt werden, ob der Fahrer ausreichend wach oder ermüdet ist.
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Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Systeme ist, dass die Systeme zu ungenau arbeiten bzw. Fehler-Meldungen erzeugen, wenn äußere Umstände zu Abweichungen von Norm-Werten führen, etwa wenn die Fahrer eine Brille/Sonnenbrille tragen, wenn sie auf Grund von Fahrbahn-Baustellen oder Überholmanövern nicht in der Fahrspur bleiben etc. Besonders nachteilig ist vor allem, dass die meisten Systeme an die Fahrzeug-Technik angeschlossen werden müssen, etwa mit speziellen Sensoren oder dass sie auf Elektronik-Daten des Fahrzeuges angewiesen sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die bekannten Verfahren und Systeme weiterzubilden und eine Losung anzugeben, mit der die Müdigkeit bzw. Aufmerksamkeit des Fahrers besser und zuverlässiger beurteilt werden kann, ohne in die Fahrzeug-Elektronik oder Bord-Instrumente eingreifen zu müssen. Das System zeichnet sich durch eine Mobilität aus, was bedeutet, dass es unabhängig von Fahrzeug-Typ, -Alter jederzeit ohne besonderen Installations-Aufwand in jedes beliebige Fahrzeug eingesetzt werden kann.
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Beschreibung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zu Grunde, vom Fahrer während der Fahrt jederzeit und permanent Bewegungsmuster abzunehmen. Dies geschieht durch eine 3D-Kamera bzw. zwei parallel verbundene Kameras, mit der die Bewegungen der Hände (102A + 102B), des Oberkörpers, des Kopfes (100) erfasst werden. Sofern sich der Fahrer zu wenig bewegt, wird vom System ein optischer oder akustisch stimulierender Reiz ausgegeben, auf den der Fahrer reagiert. Ziel ist es, dass das System autark die Reaktionsgeschwindigkeit des Fahrers auf die selbst erzeugten Signale ermittelt und somit eine Ermüdung schneller erkennt und ihr wirksam begegnet. Aus dem vom Fahrer gespeicherten Bewegungsmuster und seiner Reaktionsgeschwindigkeit kann das System Rückschlüsse auf seine Ermüdung ziehen. Die Kamera wird mittels Infrarot-Licht unterstützt, um bei Dunkelheit eine ausreichende Datenerfassung zu ermöglichen.
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Zu den Körper-Bewegungen zählen die für die Fahrt notwendigen, wie z. B. lenken, Blinker betätigen, ggf. Gang schalten u. a. Daneben werden Fahrt-unabhängige Bewegungen erfasst wie z. B. beim sprechen, telefonieren, gestikulieren, essen, trinken u. v. m. Die permanenten Bewegungs-Daten sind die maßgeblichen Eingangsdaten zur Ermittlung der Müdigkeit.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrerassistenzsystems werden aus Parametern wie Tageszeit, Zeitspanne seit der letzten Pause etc. Rückschlüsse auf den Wachheits-Grad des Fahrers ermittelt und für wache Phasen ein Norm-Daten-Profil des Fahrers erzeugt. Die Norm-Daten werden im Zentral-Rechner (2) des Systems gespeichert und bilden eine erste Daten-Basis für das System.
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Im Zentral-Rechner (Embedded PC) befinden sich eine SIM-Karte (Telefonkarte für mobiles Datennetz) sowie eine GPS- und GPRS-Antenne. Mit Hilfe dieser Komponenten ist der Zentral-Rechner ein vollwertiges Gerät für die Erfassung und Übermittlung von Telematik-Daten.
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Die Telematik-Daten bieten fortlaufend die Geo-Koordinaten (Standort/Position), aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs, aktuell befahrene Strecke, Beschleunigungs- und Bremsverhalten sowie weitere Routen-Daten, wie z. B. die Durchschnitts-Geschwindigkeit, die Anzahl von Halt/Stopps/Kurven seit der letzten Pause, Fahrt-Profil (zügige Fahrt oder Stau), gefahrene Strecke/Kilometer seit der letzten Pause sowie zusätzliche Routen-Angaben (lange kurvenfreie oder kurvenreiche Strecke, Gefälle/Steigung etc.) Die Telematik-Daten sind zusätzliche Eingangsdaten zur Ermittlung der Müdigkeit.
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Das System gestattet bereits so eine frühzeitige Erkennung von Ermüdung des Fahrers, durch die Erfassung des Bewegungsmusters (Kopf, Oberkörper und Arme = langsam oder zügig?), in Korrelation zur Tageszeit (z. B. Nachtfahrt), zur Fahrtdauer und zur letzten Fahrer-Pause (Fahrzeugstillstand), zur Geschwindigkeit des Fahrzeugs, in Abgleich mit den Telematik-Daten und unter Erfassung der Sitzhaltung des Fahrers (101) (aufrecht und wach oder zusammengesunken).
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Erfindungsgemäß wird permanent ein Bewegungsmuster des Fahrers erstellt und stets mit dem Norm-Datensatz des selben Fahrers verglichen. Erfindungsgemäß fließen in diese Datenauswertung auch sämtliche Telematikdaten ein, da z. B. die aktuelle Reisegeschwindigkeit sowie Beschleunigungs- und Bremsverhalten, ebenfalls Rückschlüsse auf die Aktivität und Aufmerksamkeit des Fahrers erlauben.
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Aus der Schlafforschung und der Unfall-Auswertung an denen übermüdete bzw. eingeschlafene Fahrer beteiligt waren, gibt es zahlreiche Erkenntnisse. Vor allem der Österreichische Automobil-, Motorrad- und Touring Club (ÖAMTC), das Institut für Schlaf-Wach-Forschung (ISWF) und die ASFINAG haben in Österreich eine Nachtfahr-Studie zur näheren Erforschung des Sekundenschlafs durchgeführt. Das Ergebnis zeigte eine nahezu konstante Abfolge von Verhaltensweisen während der Ermüdung. Bei allen Fahrern traten nahezu zeitgleich im 30-Minutentakt abwechselnd die gleichen ”Inaktivitätsphasen” und ”Aktivitätsphasen” ein: Gähnen, Drehen und Neigen des Kopfes, Lautäußerungen wie Selbstgespräche oder Singen, hin und her rutschen des Oberkörpers und unruhige Hände. Nach einem Maximum an Bewegung zu Fahrtbeginn tritt eine Art Starre ein, die dann wieder durch eine Bewegungsphase abgelöst wird. Länger anhaltende Inaktivitätsphasen, gefolgt von häufigeren Bewegungen, können demnach als Alarmzeichen gedeutet werden. Diese Risiko-Anzeichen zur Erkennung von Müdigkeit bilden die zweite Datenbasis für das System.
(Quelle: „Nächtliches Autofahren, ein unterschätztes Risiko" Mag. Marion Seidenberger, Gerhard Klösch (MPH); ÖAMTC – Verkehrssicherheit, Verkehrspsychologie, Wien; Univ. Klinik für Neurologie, Medizinische Universität Wien; Institut für Schlaf-Wach-Forschung (ISWF), Wien http://www.oeamtc.at/portal/ermuedung-ablenkung-und-krankheit-sind-haeufige-unfallursachen+2500+1397816)
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der Datenauswertung zusätzlich jene gespeicherten Risiko-Anzeichen berücksichtigt, die als Indikatoren für aufkommende Müdigkeit gelten.
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Sollten sich auf Grund des Bewegungsmusters Zweifel am Wachheitszustand des Fahrers ergeben, wird erfindungsgemäß eine Test-Stimulation eingeleitet. Erfindungsgemäß werden für die Test-Stimulation die Geräte zur Stimulation des Fahrers aktiviert.
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Erfindungsgemäß werden dem Fahrer in einer Test-Stimulation optische und/oder akustische Reize übertragen, die physiologische Reflexe (z. B. Bewegen des Kopfes, kurze Änderung der Blickrichtung) hervorrufen. In der Test-Stimulation können LED-Lampen, Laser-Dioden, Summer/Lautsprecher, aber auch Displays eingesetzt werden, die beim Fahrer die entsprechende Reaktion bewirken. Erfindungsgemäß werden alle Reaktionen durch die Gerate zur Daten-Erfassung des Fahrers und zur Reaktionserkennung nach Stimulation erkannt und erfasst.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das System mit Laser-Dioden betrieben. Diese können mittels eines gebündelten Lichtstrahls, ungefährliche Lichtpunkte auf jeder Oberfläche erzeugen. Sie bieten den Vorteil, einzelne Lichtpunkte oder auch bewegte Licht-Muster zu erzeugen. Sie können ohne aufwendige Verkabelung Lichtreize an allen denkbaren Stellen innerhalb des Fahrgastraums erzeugen. Bewegte Lichtpunkte führen darüber hinaus zu einer besseren Wahmehmung und sichern somit eine höhere Qualität des Systems.
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Erfindungsgemäß werden auch akustische Signale eingesetzt, wenn etwa durch besondere Helligkeit durch Sonnenlicht davon auszugehen ist, dass optische Signale nicht hinreichend erkennbar sind. Die Kamera selbst und die Angabe der aktuellen Tageszeit im System bieten für die Ermittlung der Innenraum-Helligkeit genügend Parameter.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung können auf einem Display optische Signale, kurze Informationen oder einfache Aufgaben dargestellt werden, auf die wahlweise durch Sprach-Antworten, Hand- oder andere Körperbewegungen oder aber durch Berühren des Displays reagiert werden muss. Hier lassen sich zusätzlich zur Reaktionsgeschwindigkeit auch einfache kognitive Leistungen erfassen und zur Beurteilung der Müdigkeit heranziehen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Test-Stimulation bei unklaren oder starken Abweichungen mehrfach hintereinander durchzuführen, wobei die Auswahl der Stimulus-Geräte autark vom System vorgenommen wird.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung findet eine Sprach-Messung des Fahrers über ein Mikrofon statt, um hierüber Rückschlüsse zum Wachheitszustand und Ermüdung zu ziehen. Insbesondere über die Erkennung von Mustern in Sprach-Geschwindigkeit, Intonation, Lautstärke, Tempo, Rhythmus und Pausen beim Sprechen lassen sich messbare Abweichungen nach Ermüdung feststellen. Besonderes Augenmerk gilt auch den Risiko-Anzeichen für Müdigkeitserkennung wie z. B. Gähnen, Lautäußerungen, Selbstgesprächen oder Singen, da diese bevorzugt durch ein Mikrofon erfasst werden können.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann das Fahrerassistenzsystem mit Bordgeräten verbunden werden, die für weitere Informations-Übergaben sinnvoll sind z. B. Identifikation mit Fahrerkarte und Navigationssystem (für Übernahme des Streckenziels mit voraussichtliche Restfahrdauer und verbleibenden Kilometern), da diese zusätzliche hilfreiche Daten beisteuern.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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1 zeigt eine bevorzugte perspektivische Sicht auf den Fahrer eines Fahrzeuges aus Position der 3D-Kamera. Aus dieser Position ist es möglich, die unterschiedlichen Körperpositionen der Person, des Kopfes (100), die aufrechte oder zusammengesunkene Sitzposition (101) und die Bewegungen der Hände (102A + 102B) zu erfassen.
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Für die vorliegende Erfindung ist es unkritisch, wenn der Fahrer eine Brille/Sonnenbrille oder eine Kopfbedeckung trägt, da mittels der 3D-Kamera bereits leichte Bewegungen und Neigungen des Kopfes registriert werden.
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Aus der bevorzugten Position lassen sich auch kleine Bewegungen der Hände (102A + 102B) oder einzelner Finger registrieren, wie etwa beim Betätigen von Blinker, Lenkrad oder zum Gang schalten.
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Weitere Bewegungen bei denen auch die Arme ihr Position ändern, werden ebenfalls erfasst wie z. B. telefonieren, gestikulieren, essen, trinken, das Bedienen von Navigations- oder anderen Geräten.
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2 zeigt die schematische Darstellung der Vorrichtung mit den einzelnen Geräten und Komponenten des Fahrerassistenzsystems zur Müdigkeitserkennung. Es umfasst drei Einheiten:
- – den Zentral-Rechner,
- – Geräte zur Stimulation des Fahrers,
- – Geräte zur Daten-Erfassung des Fahrers und der Reaktionserkennung nach Stimulation.
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Der große, stark umrandete Block stellt den „Zentral-Rechner” (Embedded PC) dar. Er enthält eine SIM-Karte für ein Mobilfunknetz sowie eine GPS- und GPRS-Antenne, wodurch der Zentral-Rechner im Stande ist, Telemetrie-Daten zu verarbeiten.
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Unterhalb der GPS- und GPRS-Symbole sind drei Ereignispfeile dargestellt. Der linke Ereignispfeil „Ermittlung von Norm-Daten” verdeutlicht, dass der Norm-Datensatz täglich neu erstellt werden kann. Dies ist besonders hilfreich, wenn das Fahrzeug wechselnde Fahrer hat. Der Norm-Datensatz dient als Richt- und Vergleichs-Wert für alle neuen Daten.
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Rechts neben „Ermittlung von Norm-Daten” befinden sich die Ereignispfeile für die „permanenten Daten” sowie für die „Telematik-Daten”. Die permanenten Daten setzen sich aus Daten einer 3D-Kamera und eines Mikrofons zusammen. Die Telematik-Daten werden durch die GPS- und GPRS, sowie durch Unterstützung der SIM-Karte bereitgestellt.
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Unterhalb dieser drei Eingangs-Daten befindet sich eine Speichereinheit für die „Norm-Daten” und für die „Risiko-Anzeichen für Müdigkeit”. Der Vergleich der Norm-Daten und der Risiko-Anzeichen mit den permanenten Daten und den Telematik-Daten führt zu einer regelmäßigen „Daten-Auswertung”, welche schematisch im Block darunter dargestellt ist.
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Die Daten-Auswertung führt zu folgenden Ergebnis-Möglichkeiten:
- 1. gestrichelter Block links: es liegen keine Abweichungen vor = okay, es muss keine Stimulation ausgeführt werden
- 2. Ereignispfeil Mitte: es liegt eine nennenswerte Abweichung vor = eine Stimulation wird ausgeführt
- 3. Ereignispfeil rechts: es liegt eine bedenkliche (durch Test-Stimulation geprüfte) Abweichung vor = es wird eine klare Anweisung erteilt bzw. zu einer sofortigen Handlung aufgefordert, z. B. zum unverzüglichen Einlegen eines Stopps und einer längeren Pause
- 4. Der Pfeil unterhalb des Ereignispfeils „Handlung Anweisung” weist auf die Möglichkeit, dass das System selbsttätig einen Notruf zur Disposition oder zu einer Leitstelle herstellt, und/oder einen nicht näher definierten Eingrifff zum Stopp des Fahrzeuges einleitet.
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Der Pfeil aus dem mittleren Ereignispfeil „Abweichung, Stimulation” stellt die technische Möglichkeit einer Test-Stimulation dar. Für die „Test-Stimulation” sind „Geräte zur Stimulation des Fahrers” im oberen linken Block dargestellt. Es können optische oder akustische Signale (Reize) ausgeführt werden. Dafür sind hier dargestellt LED's bzw. Laser-Dioden, Lautsprecher und ein Display. Je nach Merkmal der festgestellten Abweichung, der Innenraum-Helligkeit oder per Zufall werden ein oder mehrere Geräte für die Reiz-Stimulation vom System ausgewählt.
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Im Block rechts daneben sind die Geräte zur „Daten-Erfassung und Reaktionserkennung nach Stimulation” dargestellt. Dies sind insbesondere die 3D-Kamera, bzw. zwei im festen Abstand zueinander befindliche Video-Kameras, die mit Infrarot-Licht unterstützt wird. Daneben ist ein Mikrofon abgebildet, das für die Erfassung der Sprache des Fahrers benötigt wird. Die gestrichelte Linie vom Display zur „Reaktion auf Stimulation” stellt die Option dar, dass auch über die Berührung bzw. Eingaben auf dem Display ein Test-Ergebnis erzielt werden kann.
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Mit dem Ereignispfeil „Test-Stimulation” wird das Erzeugen eines optischen oder akustischen Reizes durch eines der Geräte symbolisiert. Mit den Pfeilen von der 3D-Kamera und dem Mikrofon zum Ereignispfeil „Reaktion auf Stimulation” wird die Erkennung der Stimulation dargestellt. Die Stoppuhr im Ereignispfeil symbolisiert die Erfassung der Zeitspanne von der Aussendung des Stimulations-Reizes bis zur Reaktion des Fahrers darauf. Die Geschwindigkeit der Reaktion lässt Rückschlüsse auf die Konzentration und Müdigkeit des Fahrers ziehen. Je kürzer die Reaktionszeit, um so wacher und konzentrierter ist der Fahrer, je länger die Reaktionszeit wird, um so ermüdeter und unkonzentrierter ist der Fahrer.
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Die Reaktions-Ergebnisse fließen wieder in den Zentral-Rechner zur Bewertung ein. Falls nötig werden die Test-Stimulationen in gleicher oder variierter Form solange wiederholt, bis ein eindeutiger Befund über den Müdigkeitsgrad ermittelt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Kopfbereich des Kraftfahrers
- 101
- Körperposition (aufrecht oder versunken)
- 102A
- linke Hand des Kraftfahrers
- 102B
- rechte Hand des Kraftfahrers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 20008052827 A1 [0002]
- DE 102004034748 A1 [0002]
- DE 102004036119 B4 [0003]
- EP 1997666 A1 [0004]
- DE 102004029825 [0004]
- WO 9616830 [0005]
- DE 3803916 A1 [0005]
- DE 10311895 A1 [0005]
- DE 10211946 C1 [0005]
- WO 2005022479 A1 [0005]
- US 6154123 [0005]
- DE 19602766 C [0006]
- DE 10156509 A1 [0006]
- EP 1418082 A1 [0006]
- DE 19621435 A1 [0006]
- DE 102012100698 A1 [0007]
- DE 102012000629 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Nächtliches Autofahren, ein unterschätztes Risiko” Mag. Marion Seidenberger, Gerhard Klösch (MPH); ÖAMTC – Verkehrssicherheit, Verkehrspsychologie, Wien; Univ. Klinik für Neurologie, Medizinische Universität Wien; Institut für Schlaf-Wach-Forschung (ISWF), Wien http://www.oeamtc.at/portal/ermuedung-ablenkung-und-krankheit-sind-haeufige-unfallursachen+2500+1397816 [0018]
