DE4211556A1 - Adaptive driver monitoring and warning system for motor vehicle - uses neural nets, image acquisition and processing to determine approach to safety limits in order to generate warnings - Google Patents
Adaptive driver monitoring and warning system for motor vehicle - uses neural nets, image acquisition and processing to determine approach to safety limits in order to generate warningsInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur fahreradaptiven, situationsspezifischen Modellierung des Autofahrerverhaltens in realer Fahrumgebung.Procedure for driver-adaptive, situation-specific modeling of driver behavior in a real driving environment.
Anthropotechnik, maschinelle Fahrerunterstützung, automatische Fahrzeugführung.Anthropotechnics, mechanical driver support, automatic Vehicle guidance.
Bisherige Modellierungsansätze basierten vor allem auf Modellen mit konventionellen regelungstechnischen Übertragungsgliedern oder statistischer Auswertung. Erste Ansätze mit Neuronalen Netzen zur fahreradaptiven Fahrer modellierung waren bisher noch von sehr grundsätzlicher Art (z. B. Kraiss, Küttelwesch), ohne Ausführungsbeschreibung für die Anwen dung in realer Fahrumgebung. Dabei war die Anzahl der situations beschreibenden Parameter und damit das trainierte Regelwerk nicht realistisch und die Netzstruktur für die Anwendung in realer Fahr umgebung zu einfach.Previous modeling approaches were based primarily on models with conventional control technology transmission elements or statistical evaluation. First approaches with neural networks for driver-adaptive drivers Modeling has so far been of a very basic nature (e.g. Kraiss, Küttelwesch), without a description of the application dung in real driving environment. It was the number of situations descriptive parameters and therefore not the trained rules realistic and the network structure for use in real driving environment too easy.
- - Johannsen, Boller, Donges, Stein: Der Mensch im Regelkreis Oldenbourg, München (1977)- Johannsen, Boller, Donges, Stein: People in the control loop Oldenbourg, Munich (1977)
- - Donges: Ein regelungstechnisches Zwei-Ebenenmodell des menschlichen Lenkverhaltens im Kraftfahrzeug Zeitschrift für Verkehrssicherheit 24 (1978)- Donges: A two-level control model of the human steering behavior in motor vehicles Journal of Road Safety 24 (1978)
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- - Kraiss, Küttelwesch: Identification und Application of Neuronal Operator Models in a Car Driving Situation IJCNN 1991- Kraiss, Küttelwesch: Identification and Application of Neuronal Operator models in a car driving situation IJCNN 1991
Aufgaben, die mit dem Wissen darüber, wie sich der Fahrer normal verhält, gelöst werden können:Tasks that involve knowing how the driver is normal behaves, can be solved:
-
- Anpassung eines Unterstützungssystems für die Fahrzeugführung
auf den jeweiligen Fahrer
→ Vergleiche Nebenanspruch 2: Fahreradaptive Warnung- Adaptation of a support system for vehicle guidance to the respective driver
→ Compare secondary claim 2: driver-adaptive warning -
- Feststellen, ob der Fahrer nicht mehr normal fährt (z. B. wegen
Ermüdung oder Alkoholeinwirkung)
→ Vergleiche Nebenanspruch 3: Fahrerzustandserkennung- Determine whether the driver is no longer driving normally (e.g. due to fatigue or exposure to alcohol)
→ Compare secondary claim 3: driver status detection -
- Feststellen, welche Person aus einer gegebenen Fahrergruppe das
Fahrzeug tatsächlich fährt.
→ Vergleiche Nebenanspruch 4: Fahreridentifikation.- Determine which person from a given driver group actually drives the vehicle.
→ Compare secondary claim 4: driver identification. -
- Anpassung eines Systems zur automatischen Fahrzeugführung an
den jeweiligen Fahrer
→ Vergleiche Nebenanspruch 5: Fahreradaptive, automatische Fahrzeugführung- Adaptation of a system for automatic vehicle guidance to the respective driver
→ Compare secondary claim 5: driver-adaptive, automatic vehicle guidance
Gewerblich nutzbar ist die Erfindung in der KFZ-Industrie, wo Be strebungen vorhanden sind, den Fahrer über Einbau entsprechender Sensorik und Bordelektronik bei der Fahrzeugführung zu unterstüt zen.The invention can be used commercially in the motor vehicle industry, where Be Efforts are in place to install the driver accordingly Support sensors and on-board electronics when driving the vehicle Zen.
Unfallvermeidung durch rechtzeitige Warnung des Fahrers, Fahr zeugsicherung, Fahrerentlastung.Accident prevention by timely warning of the driver, driver safety equipment, driver relief.
Die Ausführung wird am Beispiel der Situationsklasse "Spurhalten" erläutert:The execution is based on the example of the situation class "lane keeping" explains:
Die Komponenten und von Zeichnung 1 stellen die trainierten, parallel betriebenen Informationsverarbeitungsstrukturen (z. B. Neu ronale Netze) dar und lassen sich als Softwaremodule in einem Com puter realisieren. Beide Komponenten können online d. h. während der Fahrt oder offline d. h. nach der Fahrt trainiert werden. Beide Komponenten haben die für alle Situationsklassen gemeinsame Netztopologie gemäß Zeichnung 2 und bestehen z. B. entsprechend Zeichnung 3 bei der Situationsklasse "Spurhalten" aus einer gegebe nen Zahl von Inputunits für die Eingabe der Informationen über den Fahrzeugbewegungszustand und den Fahrbahnverlauf, einer auf der Basis der vorher festgelegten Inputunits minimierten Anzahl von Hiddenunits und der Outputunit, die den Lenkinkel δN (nT) bzw. dessen Streuung angibt.The components and of drawing 1 represent the trained, parallel operated information processing structures (e.g. neural networks) and can be implemented as software modules in a computer. Both components can be trained online ie while driving or offline ie after driving. Both components have the network topology common to all situation classes according to drawing 2 and exist z. B. according to drawing 3 in the situation class "lane keeping" from a given number of input units for the input of information about the state of vehicle motion and the course of the road, a number of hidden units minimized on the basis of the previously defined input units and the output unit, which is the steering angle δ N (nT) or its scatter indicates.
Die benötigten situationsbeschreibenden Eingabegrößen für die In putunits (in der Zeichnung 1 dargestellt durch Vektor ) werden durch konventionelle Sensoren, Systeme zur maschinellen Wahrneh mung (z. B. maschinelles Sehen) und Kommunikation bereitgestellt sowie über einen Situationsklassifikator (Komponente ) der Netz gruppe für die jeweilige Situationsklasse, d. h. bei dem gewählten Bei spiel den Netzen 1 und 2 der Situationsklasse "Spurhalten" zugeführt. (siehe Komponente von Zeichnung 1). Der Situationsklassifikator nimmt, wenn erforderlich, die Klassifikation der Verkehrssituationen vor (Kopf 92). Sein Ergebnis wird auch (in Zeichnung 1 nicht darge stellt) den Komponenten und zur Verfügung gestellt.The required input values describing the situation for the input units (represented by a vector in drawing 1) are provided by conventional sensors, systems for machine perception (e.g. machine vision) and communication as well as a situation classifier (component) of the network group for the respective situation class, that is, in the case of the selected example, networks 1 and 2 are supplied to the situation class "keeping track". (see component of drawing 1). The situation classifier, if necessary, classifies the traffic situations (head 92). Its result is also (not shown in drawing 1) the components and made available.
In den Zeichnungen 2 und 3 bilden die Hiddenunits eine Summe der gewichteten Eingänge; ihre Ausgabe ist eine nichtlineare Funktion dieser Summe. Die Outputunit arbeitet in der gleichen Weise wie die Hiddenunit. Bei dem Beispiel der Fahraufgabe "Spurhalten" gibt es nur eine Outputunit, die den Lenkwinkel (Komponente ) bzw. des sen Streuung (Komponente ) erzeugt. Das Netzpaar, bestehend aus den Komponenten und , wird mit einem Trainingsdatensatz trainiert, der einem vorausgegangenen Fahrabschnitt bei normaler Fahrweise des Fahrers entnommen ist. Dieses Netzpaar beschreibt das normale Fahrerverhalten. Ein weiteres Netzpaar kann während der Fahrt auf das aktuelle Fahrverhalten des Fahrers trainiert wer den.In the drawings 2 and 3, the hidden units form a sum of the weighted inputs; its output is a non-linear function this sum. The output unit works in the same way as that Hidden unit. In the example of the driving task "keeping track" there is only one output unit that measures the steering angle (component) or the scatter (component). The network pair, consisting from the components and, is with a training record trained, the one of a previous driving section at normal Driving style is taken from the driver. This network pair describes the normal driver behavior. Another pair of networks can be used during who trains on the current driving behavior of the driver the.
Die das normale Fahrverhalten beschreibenden Ausgänge der Kom ponenten und werden den Komponenten und zugeleitet.The outputs of the com components and are passed to the components and.
Komponente ermittelt unter Benutzung physikalischer Ansätze ein Zeitmaß, die situationsspezifische mittlere Zeitreserve Tres,m und deren Streuung Δ Tres,m·Tres,m gibt an, wieviel Zeit im Mittel in der jeweiligen Situation zur Unfallvermeidung zur Verfügung steht. Using physical approaches, the component determines a measure of time, the situation-specific mean time reserve T res, m and its scatter Δ T res, m · T res, m indicate how much time is available on average in the respective situation to prevent accidents.
Komponente identifiziert den Fahrer durch einen Vergleich der Ausgaben von Komponente und mit den tatsächlichen Fahrak tionen, z. B. beim "Spurhalten" mit dem tatsächlich gemessenen Lenk winkel δ.Component identifies the driver by comparing the Output of component and with the actual Fahrak tions, e.g. B. when "keeping track" with the actually measured steering angle δ.
Der Komponente wird die aktuelle Fahraktion - beim "Spurhal ten" der Lenkwinkel δ - zugeleitet. Diese ermittelt unter Benutzung physikallscher Ansätze aus den gegebenen Meßgrößen die tatsächli che Zeitreserve Tres,ist.The component is the current driving action - at "lane keeping" the steering angle δ - supplied. Using physical approaches, this determines the actual time reserve T res from the given measured variables.
Die Ausgänge der Komponenten und werden den Komponen ten und zugeführt.The outputs of the components and become the components and fed.
Komponente vergleicht die aktuelle Zeitreserve Tres,ist mit der situationsspezifischen mittleren Zeitreserve Tres,m und deren Streu ung Δ Tres,m und steuert eine Warenausgabe an den Fahrer, wenn Tres,ist außerhalb eines vorgegebenen Streuungsbereiches um Tres,m liegt.Component compares the current time reserve T res, is with the situation-specific mean time reserve T res, m and its spread Δ T res, m and controls a delivery of goods to the driver if T res is outside a predetermined range of scatter by T res, m .
In Komponente wird entweder durch Beobachten der relativen Häufigkeit der Abweichungen der tatsächlichen Zeitreserve Tres,ist von einer festgesetzten Schranke oder durch Vergleich mit auf das aktuelle Fahrerverhalten trainierten Netzen festgestellt, ob das Fah rerverhalten gegenüber dem Fahrernormalverhalten abweicht. Kom ponente 9 steuert eine Warenausgabe, wenn eine solche Abweichung (längere Zeit) festgestellt wird.The component determines whether the driver behavior differs from the normal driver behavior either by observing the relative frequency of the deviations of the actual time reserve T res, from a set barrier or by comparison with networks trained on the current driver behavior. Component 9 controls a goods issue if such a deviation (longer time) is found.
Die Warnausgabe ist akustischer, optischer oder haptischer Art.The warning output is of an acoustic, visual or haptic nature.
(Kopf 92) Kopf, Onken: DAISY, a Khowledgeable Monitoring and Wartung Aid for the Driver on German Motorways IFAC, Den Haag (1992).(Head 92) Head, Onken: DAISY, a Khowledgeable Monitoring and Maintenance Aid for the Driver on German Motorways IFAC, The Hague (1992).
Claims (6)
Adaptive, situationsspezifische Fahrermodellierung hoher Güte in realer Fahrumgebung gekennzeichnet durch
- - durch ein den betrachteten Klassen von Verkehrssituationen entsprechendes Viel faches von parallel arbeitenden, speziell trainierten Informationsverarbeitungs strukturen, die in der hier benutzten Darstellungsform Neuronale Netze genannt werden.
- - durch die Adaptivität der Fahrermodellierung auf der Basis von Off-line Training und On-line Training der Neuronalen Netze.
- - durch ein realistisches Abbild der dem Fahrer verfügbaren Informationen während der Fahrt über
- a) konventionelle Sensorik
- b) Bildsensoren mit Bildverarbeitung
- c) Kommunikation mit anderen Fahrzeugen oder fahrzeugexternen Kommum kationspartnern.
- - durch situationsspezifische Fahrermodellierung, d. h. durch die Berücksichtigung aller denkbaren Situationsausprägungen der betrachteten Klassen von Verkehrssi tuationen.
- - durch hohe Güte infolge der gleichzeitigen Anwendung der in den vorangegange nen Kennzeichnungen beschriebenen Merkmalen.
- - durch Anwendbarkeit des Verfahrens auf die Erzeugung fahreradaptiver Warnun gen, die Fahrerzustandserkennung, die Fahreridentifikation und die automatische Fahrzeugführung.
Adaptive, situation-specific driver modeling of high quality in real driving environments characterized by
- - Through a multiple corresponding to the considered classes of traffic situations of parallel working, specially trained information processing structures, which are called neural networks in the form of representation used here.
- - through the adaptivity of driver modeling on the basis of off-line training and on-line training of the neural networks.
- - Through a realistic image of the information available to the driver while driving
- a) conventional sensors
- b) Image sensors with image processing
- c) Communication with other vehicles or communication partners external to the vehicle.
- - Through situation-specific driver modeling, ie by taking into account all conceivable situation characteristics of the considered classes of traffic situations.
- - By high quality due to the simultaneous application of the features described in the preceding NEN markings.
- - By applicability of the method to the generation of driver-adaptive warnings, driver status detection, driver identification and automatic vehicle control.
Fahreradaptive Modellierung des Fahrers mit mehreren Neuronalen Netzen, wobei für jede Situationsausprägung einer jeweiligen Situationsklasse zumindest zwei Netze verwendet werden und davon
- - ein Netz ( in Zeichnung 1) einen situationsspezifischen Mittelwert der Fahreraktion generiert,
- - ein zweites Netz ( Zeichnung 1) ein Maß für die situationsspezifische Streuung der Fahreraktion liefert.
Driver-adaptive modeling of the driver with several neural networks, at least two networks being used for each situation characteristic of a respective situation class and of these
- a network (in drawing 1) generates a situation-specific mean value of the driver action,
- - A second network (drawing 1) provides a measure of the situation-specific dispersion of the driver action.
Dieses Verfahren basiert auf:
- - Verwendung des fahreradaptiven Fahrermodells (Hauptanspruch)
- - Ermittlung eines Gefährdungsmaßes über physikalische und physiologische Parameter.
- - Vergleich des aktuellen Gefährdungsmaßes mit der aus dem adaptiven Fah rermodell ableitbaren durchschnittlichen Gefährdung.
- - Warnung des Fahrers bei festgestellter Überschreitung eines Gefährdungs schwellwertes.
This process is based on:
- - Use of the driver-adaptive driver model (main claim)
- - Determination of a hazard level via physical and physiological parameters.
- - Comparison of the current hazard measure with the average hazard that can be derived from the adaptive driver model.
- - Warning of the driver when a hazard threshold value is exceeded.
Dieses Verfahren basiert auf:
- - Verwendung des fahreradaptiven Fahrermodells (Hauptanspruch)
- - einer statistischen Ermittlung der Häufigkeit der Abweichungen von dem Normalbereich von Fahreraktionen, der aus dem adaptiven Fahrermodell er mittelt wird und einer Bewertung dieser Häufigkeiten oder Vergleich von zwei trainierten fahreradaptiven Fahrermodellen (Hauptan spruch), einem vorab trainierten für das Normalverhalten des Fahrers und einem zweiten während der Fahrt permanent trainierten für das aktuelle Fahrverhalten des Fahrers.
- - einer Warnung des Fahrers bei Überschreitung eines Häufigkeitsschwellen wertes.
This process is based on:
- - Use of the driver-adaptive driver model (main claim)
- - A statistical determination of the frequency of the deviations from the normal range of driver actions, which is determined from the adaptive driver model and an evaluation of these frequencies or comparison of two trained driver-adaptive driver models (main claim), one pre-trained for the normal behavior of the driver and a second permanently trained while driving for the current driving behavior of the driver.
- - a warning to the driver when a frequency threshold value is exceeded.
Dieses Verfahren basiert auf
- - Verwendung von fahreradaptiven Fahrermodellen (Hauptanspruch)
- - der Identifikation des Fahrers durch Vergleich der fahreradaptiven Fahrer modelle der in Frage kommenden Fahrer mit den aktuellen Fahreraktionen.
This procedure is based on
- - Use of driver-adaptive driver models (main claim)
- - Identification of the driver by comparing the driver-adaptive driver models of the drivers in question with the current driver actions.
Dieses Verfahren basiert auf:
- - Verwendung des fahreradaptiven Fahrermodells (Hauptanspruch) zur auto matischen Führung des Fahrzeugs anstelle bisher verwendeter Steuerungs- und Regelalgorithmen.
This process is based on:
- - Use of the driver-adaptive driver model (main claim) for automatic guidance of the vehicle instead of previously used control algorithms.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924211556 DE4211556A1 (en) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | Adaptive driver monitoring and warning system for motor vehicle - uses neural nets, image acquisition and processing to determine approach to safety limits in order to generate warnings |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4211556A1 true DE4211556A1 (en) | 1993-10-07 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19924211556 Ceased DE4211556A1 (en) | 1992-04-06 | 1992-04-06 | Adaptive driver monitoring and warning system for motor vehicle - uses neural nets, image acquisition and processing to determine approach to safety limits in order to generate warnings |
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