DE69930354T2

DE69930354T2 - Gerät und Verfahren zum Schätzen des Wachheitsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE69930354T2
Application number: DE69930354T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Mine
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2019-10-19
Also published as: DE69930354D1; EP0999520A2; DE69939282D1; EP1610278A1; EP0999520A3; EP1610278B1; US6335689B1; EP0999520B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Schätzen eines Wachheitsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs durch Detektieren einer Betriebsquantität, beispielsweise eines seitlichen Versatzes eines Fahrzeugs.
2. Stand der Technik
Eine Technologie zum Verhindern von durch Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers hervorgerufenen Fahrzeugunfällen ist heute einer der wichtigsten Entwicklungsgegenstände unter dem Gesichtspunkt der Fahrzeugsicherheit. In den vergangenen Jahren sind Studien zum Detektieren einer Schläfrigkeit oder des Wachheitsgrades von Fahrern von Fahrzeugen und Entwicklungen von Techniken zum Warnen der Fahrer dagegen, in einen schläfrigen Zustand zu verfallen, aktiv betrieben worden. Wenn der Wachheitsgrad eines Fahrers abnimmt, können insbesondere dann, wenn ein Fahrzeug mit hohen Geschwindigkeiten bewegt wird, ernsthafte Unfälle auftreten. Sogar dann, wenn er oder sie einen derartigen schläfrigen Zustand nicht erreicht, bringt die Schläfrigkeit ihn oder sie in einen geistig abwesenden Zustand, der eine schnelle Abwendeoperation verhindert, was zu Unfällen führt. Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. Toku-Kai-Hei 5-58192 offenbart eine Technik, bei der eine sogenannte "Schläfrigkeit am Steuer" basierend auf niederfrequenten Komponenten einer Betriebsquantität detektiert wird. In dieser Offenbarung werden Betriebsquantitäten, beispielsweise ein Lenkwinkel, ein seitlicher Versatz eines Fahrzeugs und dergleichen, fortlaufend überwacht, und niederfrequente Komponenten in dem Frequenzspektrum der Betriebsquantität werden extrahiert. Auf der anderen Seite werden niederfrequente Komponenten in dem Frequenzspektrum der Betriebsquantität bei normalen Operationen zuvor als Abtastdaten gespeichert. Dann werden die niederfrequenten Komponenten, nachdem eine vorgegebene Zeit nach dem Start des Fahrzeugs vergangen ist, mit diesen Abtastdaten verglichen. Wenn eine Differenz zwischen den niederfrequenten Komponenten und den Abtastdaten einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird beurteilt, daß der Fahrer am Steuer schläfrig ist.
Allerdings sind die Abtastdaten, die für die Beurteilungsreferenz verwendet werden solche, unter einem bestimmten Betriebszustand (Wetter, Staßenoberflächenzustände, Zeit, Ausmaß an Staus, Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen) aufgenommen werden. Wenn sich der Betriebszustand ändert, ist die Beurteilung, ob sich der Fahrer in einem Zustand der Schläfrigkeit befindet, mit Fehlern behaftet. Dies bedeutet, daß dieser Stand der Technik mit dem Problem behaftet ist, daß dann, wenn sich der Betriebszustand in großem Umfang ändert, es schwierig ist, eine zutreffende Beurteilung dahingehend zu erhalten, ob sich der Fahrer in einem Zustand der Schläfrigkeit befindet oder nicht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wachheitsgradschätzgerät anzugeben, das geeignet ist, den Wachheitsgrad eines Fahrers genau zu schätzen, ohne daß diese Schätzung durch Betriebsumstände und die Fahrzeuggeschwindigkeit beeinträchtigt ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, weist ein Wachheitsgradschätzgerät zum Schätzen des Wachheitsgrades eines Fahrers ein Betriebsquantitäts-Detektionsmittel zum aufeinanderfolgenden Detektieren einer Betriebsquantität des genannten Fahrzeugs, ein Leistungsberechnungsmittel zum Berechnen einer Frequenzkomponentenleistung durch Anwenden einer Frequenztransformation auf die genannte Betriebsquantität, ein Niedrigfrequenzbereich-Einrichtmittel zum Einrichten eines Niedrigfrequenzbereichs unterhalb einer Referenzfrequenz, ein Hochfrequenzbereichs-Einrichtmittel zum Einrichten eines Hochfrequenzbereiches oberhalb der genannten Referenzfrequenz, ein Evaluationswert-Berechnungsmittel zum Bilden eines ersten Integrales der genannten Frequenzkomponentenleistung in dem genannten Niedrigfrequenzbereich, zum Bilden eines zweiten Integrales der genannten Frequenzkomponentenleistung in dem genannten Hochfrequenzbereich und zum Berechnen eines Evaluationswertes basierend auf dem genannten ersten Integral und dem genannten zweiten Integral und ein Beurteilungsmittel zum Beurteilen des genannten Wachheitsgrades des genannten Fahrers basierend auf dem genannten Evaluationswert auf.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Wachheitsgradschätzgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Flußdiagramm, das Schritte zum Schätzen eines Wachheitsgrades gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine zur Erläuterung dienende Ansicht, die einen Algorithmus eines ersten Ausführungsbeispieles zeigt;
4 ist ein Flußdiagramm, das Schritte zum Schätzen eines Wachheitsgrades gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Flußdiagramm, das Schritte zum Schätzen eines Wachheitsgrades gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der nach dem Start des Betriebs vergangenen Zeit und dem Umfang eines weiteren Seitenversatzes zeigt;
7 ist ein Graph, der eine Leistung der jeweiligen Frequenzkomponenten zeigt;
8 ist eine zur Erläuterung dienende Ansicht der Berechnung eines Evaluationswertes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
9 ist eine zur Erläuterung dienende Ansicht einer Berechnung eines Evaluationswertes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
10 ist eine zur Erläuterung dienende Ansicht der Berechnung eines Evaluationswertes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Es sei nun auf 1 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Seitenversatz-Detektionssektion 1 zum Detektieren eines Seitenversatzes eines Fahrzeugs als Betriebsquantität, die beispielsweise eine Stereokamera oder eine monokulare Kamera unter Verwendung von CCD und dergleichen aufweist. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Bildverarbeitungssektion, in der Bilder, die von der Seitenversatz-Detektionssektion 1 erhalten wurden, verarbeitet werden, um Sei tenversatzquantitäten zu berechnen. Beispielsweise nimmt im Falle eines rechtsgesteuerten Fahrzeugs eine CCD-Kamera Bilder einer linken Fahrbahnmarkierung einer Straße auf, und ein Rahmen der auf diese Weise aufgenommenen Daten wird in der Verarbeitungssektion 2 gespeichert. Dann wird die linke Fahrbahnmarkierung unter Verwendung von Bilderkennungstechniken erkannt. Dies bedeutet, daß ein Bereich, der die linke Fahrbahnmarkierung umfaßt, identifiziert wird. Die Fahrzeugposition auf der Fahrbahn kann aus dem seitlichen Abstand des Zentrums des Fahrzeugs zu der linken Fahrbahnmarkierung und der Straßenbreite ermittelt werden. Anstelle von Kameras kann die Seitenversatz-Detektionssektion 1 ein Straßenfahrzeugskommunikationssystem basierend auf magnetischen Nägeln, die unterhalb der Straßenoberfläche eingebettet sind, oder ein Navigationssystem basierend auf GPS verwenden, um einen seitlichen Versatz zu detektieren. Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldung Nr. Toku-Kai-Hei 9-99756 ein System zum Ausgeben eines Alarmes, wenn das Fahrzeug sich hin- und herbewegend fährt. Ferner kann, da es möglich ist, einen seitlichen Versatz aus Lenkwinkeln zu ermitteln, die Seitenverstatz-Detektionssektion 1 einen Lenkwinkelsensor verwenden. Ferner kann der seitliche Versatz dadurch geschätzt werden, daß eine Gierrate der seitlichen Beschleunigung detektiert wird. Das Hin- und Herbewegen oder die Fluktuation des Fahrzeugs wird beispielsweise mit einer Auflösung von 1 cm und den Zeitintervallen von 0,1 Sekunden gemessen. Daten der Versatzquantität werden in einem Shiftregister einer FFT-Signalverarbeitungssektion 3 gespeichert, um Frequenzkomponentenleistung zu erhalten. Das Shiftregister speichert eine Reihe von Versatzquantitätsdaten, die entsprechend einer vergangenen Zeit berechnet und über einen vorbestimmten Zeitraum ermittelt werden. Die in dem Shiftregister gespeicherten Daten werden fortlaufend durch neu errechnete Versatzquantitätsdaten ersetzt.
Die FFT-Datenverarbeitungssektion 3 ist durch eine Mikrocomputereinheit realisiert. In ähnlicher Weise sind eine Evaluationswertberechnungssektion 4 und eine Beurteilungssektion 5 ebenfalls durch die Mikrocomputereinheit realisiert. Der Mikrocomputer realisiert jeweilige Funktionsblöcke, die durch Bezugszeichen 3, 4 und 5 gemäß einem Flußdiagramm in 2 gezeigt sind. Der Mikrocomputer ist durch eine CPU, RAM, ROM, Eingangs- und Ausgangsschaltkreise und dergleichen gebildet. Das ROM speichert Programme zum Ausführen von Schritten, eine Referenzfrequenz f_th, einen Evaluationsschwellenwert H_th und dergleichen, die nachfolgend beschrieben werden.
(erstes Ausführungsbeispiel)
Es sei nun auf 2 Bezug genommen. Als erstes werden in einem Schritt S101 die Versatzquantitätsdaten, die in dem Shiftregister der FFT-Signalverarbeitungssektion über die letzten X Sekunden gespeichert wurden, alle Y Sekunden, beispielsweise 90 Sekunden oder darunter ausgelesen. Die Abtastzeit X wird auf eine relativ lange Zeit (beispielsweise 50 bis 80 Sekunden) eingestellt, um einen Wachheitsgrad genau zu schätzen.
In einem Schritt S102 wird diese Versatzquantität in der FFT-Signalverarbeitungssektion einer Frequenzwandlung unter Verwendung eines Hochgeschwindigkeits-Fourier-Transformationsverfahrens unterworfen, und jede Frequenzkomponentenleistung (Amplitude) p in den jeweiligen Frequenzspektren berechnet. Unten wird das Verhältnis zwischen der Versatzquantität und der Frequenz komponentenleistung beschrieben. 6 enthält Graphen, die ein Verhältnis zwischen einer seit dem Start des Fahrzeugs vergangenen Zeit und einer Änderung der Seitenversatzquantität zeigen. Diese Graphen zeigen ein Ergebnis einer Messung, wenn ein Fahrzeug auf einer relativ nichtbefahrenen Autobahn in einem relativ monotonen Betriebszustand fährt. Der Graph "nach zehn Minuten" zeigt einen Zustand unmittelbar nachdem das Fahrzeug in einen Verkehrsfluß eintritt und die Versatzquantität immer noch gering ist. Wenn zwanzig Minuten vergangen sind, gewöhnt sich der Fahrer an den Betriebszustand, entspannt sich und im Ergebnis erhöht sich die Amplitude der niederfrequenten Komponenten und andererseits verringert sich diejenige der hochfrequenten Komponenten. Ferner ist der Fahrer nach 50 Minuten gelangweilt, ziemlich schläfrig, und manchmal ändert sich die Versatzquantität in großem Umfang. In diesem Falle tendiert die Amplitude der niederfrequenten Komponenten dazu, weiter anzusteigen verglichen mit dem Graph "nach zwanzig Minuten". 7 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen Frequenzkomponenten und Seitenversatzleistung darstellt, wenn die Versatzquantität für die in 6 jeweils vergangene Zeit einer Frequenzwandlung unterzogen wird. In diesem Graph zeigt die gepunktete Linie eine Frequenzkomponentenleistung p nach 10 Minuten nach dem Start des Fahrzeugs, die gestrichelte Linie zeigt eine Frequenzkomponentenleistung p nach 20 Minuten, und die durchgegezogene Linie zeigt eien Frequenzkomponentenleistung p nach 50 Minuten. Der Graph zeigt, daß die Frequenzkomponentenleistung p des Niedrigfrequenzbereiches dahin tendiert anzusteigen, wenn die Betriebszeit länger wird.
In einem Schritt S103 wird die Frequenzkomponentenleistung p einem Nivellierungsverfahren gemäß der folgenden Formel unterworfen, um eine korrigierte Frequenzkomponentenleistung p' zu erhalten. p' = p·fn (1)wobei f die Frequenz und der Exponent n: 2.0 ≤ n ≤ 3.0 ist.
Unter der Annahme, daß die Fluktuation des Fahrzeugs einer Straße eine von verschiedenen Fluktuationen ist, die in der tatsächlichen Welt existieren, ist seine Amplitude 1/f und seine Leistung 1/f². Dementsprechend ist der Exponent n der Formel (1) theoretisch gleich 2. Durch verschiedene Experimente ist jedoch herausgefunden worden, daß n = 2.5 am bevorzugtesten ist. Der Grund, weshalb n = 2.5 in Betracht gezogen wird, besteht in Fahrzeug- und menschlichen Faktoren, der Auswirkung der Straßen und dergleichen. Nichtsdestotrotz ist es möglich, einen Wachheitsgrad unter Verwendung eines Exponentenbereiches von 2.0 bis 3.0 zu schätzen. 8 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen der Frequenzkomponentenleistung und der korrigierten Frequenzkomponentenleistung p' darstellt. Der Graph zeigt an, daß die Frequenzkomponentenleistung p' in einem Niederfrequenzbereich nach 50 Minuten stark ansteigt.
In der Berechnungssektion 4 wird in einem Schritt S104 die Frequenzkomponentenleistung p' über die Frequenz eines Frequenzbereiches oberhalb einer ersten Frequenz f₁ und unterhalb einer Referenzfrequenz f_th (nachfolgend als Niederfrequenzbereich) integriert, um einen Bereich A₁ zu erhalten, wie in 8 dargestellt. Ferner wird in einem Schritt S105 die Frequenzkomponentenleistung p' über die Frequenz eines Frequenzbereiches oberhalb der Referenzfrequenz f_th und unterhalb einer zweiten Frequenz f₂ (nachfolgend als Hochfrequenzbereich bezeichnet) integriert, um einen Bereich A₂ zu erhalten. Da die Referenzfrequenz f_th eine Basisfrequenz ist, ausgehend von der ein Evaluationswert zum Schätzen eines Wachheitsgrades berechnet wird, ist es wichtig, sie auf einen geeigneten Wert einzustellen. Aus Experimenten des Erfinders der vorliegenden Erfindung ist es bekannt, daß das bevorzugteste Ergebnis erhalten werden kann, wenn 0.15 Hz, ein Mittelwert aus Experimenten, als Referenzfrequenz f_th eingeführt wird.
Der Grund dafür, daß beim Berechnen des Bereiches A₁ im Niederfrequenzbereich ein Frequenzbereich oberhalb der ersten Frequenz f₁ (beispielsweise 0.03 Hz) nicht in Betracht gezogen wird, besteht darin, daß die Leistung dieses Bereiches keine direkte Beziehung zu einem Wachheitsgrad des Fahrers hat. Im allgemeinen erhöht sich die Leistung eines sehr niederfrequenten Bereiches unterhalb 0.03 Hz, wenn das Fahrzeug auf einer kurvigen Straße fährt. Dementsprechend kann eine Auswirkung der Kurve dadurch eliminiert werden, daß die erhöhte Leistung vernachlässigt wird, so daß dadurch eine geeignete Einschätzung des Wachheitsgrades verfügbar ist. Ferner besteht der Grund dafür, daß beim Berechnen des Bereiches A₂ im Hochfrequenzbereich ein Frequenzbereich oberhalb der zweiten Frequenz f₁ (beispielsweise 0.3 Hz) nicht in Betracht gezogen wird, darin, daß der Aufwand der Berechnung verringert wird, indem eine Leistung des Bereiches entfernt wird, die eine geringe Auswirkung auf den Bereich A₂ hat. Die Leistung des Frequenzbereiches oberhalb 0.3 Hz ist so gering, daß der Bereich A₂ sich sogar dann nicht wesentlich ändert, wenn sie vernachlässigt wird. Im einzelnen kann die zweite Frequenz f₂ aus der Formel f₂ = f_th + (f_th – f₁) erhalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, einen Frequenzbereich einzustellen, der Gegenstand der Berechnung mit einem geeigneten Wert ist, um auf diese Weise die Genauigkeit der Schätzung zu erhöhen. In einem Schritt S106 wird ein Evaluationswert H aus den auf diese Weise erhaltenen Bereichen A₁, A₂ gemäß der folgenden Formel erhalten: H = A2/A1 (2)
In der Beurteilungssektion 5 wird in einem Schritt S107 der Evaluationswert H mit einem Evaluationsschwellenwert H_th verglichen. Wenn der Evaluationswert H niedriger als der Evaluationsschwellenwert H_th ist, wird in einem Schritt S108 beurteilt, daß der Wachheitsgrad des Fahrers abgenommen hat. Andererseits wird dann, wenn der Evaluationswert H größer als der Evaluationsschwellenwert H_th ist, in einem Schritt S109 beurteilt, daß der Wachheitsgrad normal ist. Wenn sich der Fahrer in einem Zustand normaler Wachheit befindet, hat der Evaluationswert H, ein Verhältnis des Bereiches A₂ zu dem Bereich A₂, einen hohen Wert, da der Bereich A₂ in dem Hochfreqenzbereich groß ist, er wird jedoch klein, wenn sich die Leistung p' in dem Niederfrequenzbereich erhöht. Dies bedeutet, daß der Evaluationswert H eine große Korrelation mit dem Wachheitsgrad des Fahrers hat. Daher ermöglicht ein geeigneter Schwellenwert eine Detektion der Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers. Aus Experimenten des Erfinders der vorliegenden Erfindung ist es bekannt, daß der Evaluationswert 1.6 bis 3.2 nach 10 Minuten seit dem Start des Fahrzeugs, 0.8 bis 1.4 nach 20 Minuten und 0.5 bis 0.8 nach 50 Minuten ist. Aus den Ergebnissen der Experimente kann eine Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers nach 50 Minuten in geeigneter Weise detektiert werden, wenn der Schwel lenwert auf 1.0 eingestellt wird.
Wenn beurteilt wird, daß der Wachheitsgrad abgenommen hat, führt eine Warnsektion 6 einen Warnungsprozeß aus, um den Fahrer zu zwingen, aufzuwachen. Ein Beispiel des Warnungsprozeßes besteht darin, einen Alarmton über ein rückwärtiges Kollisionsverhinderungssystem auszugeben. In diesem Fall wird der Zwischenfahrzeugabstand, bei dem Alarm ausgegeben wird, länger eingestellt als ein normaler Abstand. Ferner kann die Warnsektion 6 einen Tonalarm eines Systems zum Verhindern des Verlassens der Straße ausgeben. Beispielsweise kann ein Timing zum Ausgeben des Alarmes unmittelbar dann, wenn die Räder des Fahrzeuges die Straßenmarkierung berühren, geringfügig früher eingestellt werden. Ferner kann die Warnsektion 6 auschließlich für einen Schläfrigkeitsalarm verwendet werden. Beispielsweise kann dann, wenn der Wachheitsgrad abnimmt, ein Anzeigealarm ausgegeben werden, bei dem beispielsweise eine Warnung wie "Hüten Sie sich vor einer Hin- und Herbewegung beim Fahren" ausgegeben wird, zusätzlich zu einem solchen Tonalarm verwendet werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird der Wachheitsgrad des Fahrers basierend auf Daten beurteilt, die während der Beurteilung gesammelt werden, ohne jegliche vorherige Vorbereitung von Referenzdaten. Daher ist es möglich, den Wachheitsgrad in geeigneter Weise einzuschätzen, ohne daß dies durch Änderung der Betriebsumstände beeinträchtigt wird. Ferner besteht nicht die Gefahr, daß Fehlbeurteilungen auftreten, die durch Änderungen der Betriebszustände verursacht werden, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Ferner ist dieses Ausführungsbeispiel nicht in hohem Maße durch Fahrzeuggeschwindigkeiten beeinflußt.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird ein Ver hältnis des Bereiches A₂ zu A₁ für den Evaluationswert H des Wachheitsgrades verwendet. Es kann jedoch auch eine Differenz zwischen diesen für eine Beurteilung herangezogen werden. Ferner ist es möglich, die Beurteilung basierend auf einem Beurteilungsplan auszuführen, indem die Bereiche A₁, A₂ in einer Matrix angeordnet sind. Der Wachheitsgrad wird an Schnittpunkten der Matrix beschrieben und das Ergebnis der Beurteilung wird aus der Beschreibung des Wachheitsgrades an einem Schnittpunkt gemäß den berechneten Bereichen A₁, A₂ berechnet. Ferner kann bei Verwendung des Evaluationsschwellenwertes H_th der Schwellenwert H_th entsprechend den Fahrzeuggeschwindikgeiten variiert werden.
Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Referenzfrequenz f_th ein fester Wert, beispielsweise 0.5 Hz, der unabhängig von den Fahrzeuggeschwindigkeiten ist. Stattdessen kann die Referenzfrequenz f_th auf einen höheren Wert eingestellt werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeiten ansteigen. Im allgemeinen wird der Seitenversatz pro Zeiteinheit mit einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeiten größer, und der Gesamtgraph der Frequenzkomponentenleistung, der in 8 dargestellt ist, tendiert dazu, sich zu der hochfrequenten Seite zu verschieben. Daher bietet unter Berücksichtigung dieser Verschiebungscharakteristik eine Verschiebung der Referenzfrequenz f_th entsprechend den Fahrzeuggeschwindigkeiten eine genauere Beurteilung des Wachheitsgrades des Fahrers unter diesen Hochgeschwindigkeitsbedingungen.
In ähnlicher Weise ist es bevorzugt, die ersten und zweiten Frequenzen f₁, f₂ auf größere Werte einzustellen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt.
Beispielsweise werden die jeweiligen Frequenzen f₁, f_th und f₂ so eingestellt, daß sie mit den Fahrzeugge schwindigkeiten nichtlinear höher werden, wie in der folgenden Tabelle dargestellt:
Tabelle 1 Frequenzen gemäß den Fahrzeuggeschwindigkeiten
Ferner wird bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der Wachheitsgrad des Fahrers unter direkter Verwendung der Frequenzkomponentenleistung p beurteilt. Alternativ kann er jedoch aus der korrigierten Frequenzleistung "P" detektiert werden, die durch Multiplizieren mit einem Korrekturkoeffizienten "a" erhalten wird, wie in der folgenden Formel gezeigt: P = p × a (3)
Der Korrekturkoeffizient "a" wird so ermittelt, daß er nichtlinear mit der Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt. Beispielsweise wird "a" auf 80^0.8 bei 80 km/h, 100^0.8 bei 100 km/h und 100^0.8 + 20^0.6 bei 120 km/h eingestellt. Nimmt man anfängliche Werte der ersten Frequenz f₁, der Referenzfrequenz f_th und der zweiten Frequenz f₂ zu 0.03 bzw. 0.15 bzw. 0.30 an, werden korrigierte Frequenzen f'₁, f'_th und f'₂ entsprechend der Formel (3) berechnet, wie in der folgenden Tabelle gezeigt:
Tabelle 2 Korrigierte Frequenzen gemäß den Fahrzeuggeschwindigkeiten
Die Frequenzkomponentenleistung und die Frequenzen f₁, f_th und f₂ werden unter Verwendung des Korrekturkoeffizienten "a" normalisiert, der bei jeder Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt wird. Dann wird basierend auf der normalisierten Frequenzkomponentenleistung der Evaluationswert H berechnet. Auf diese Weise kann der Evaluationsbereich (Frequenzbereich) auf eine gleichartige Weise behandelt werden.
(zweites Ausführungsbeispiel)
4 ist ein Flußdiagramm, das Schritte zum Schätzen eines Wachheitsgrades gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Evaluationswert direkt aus einem Bereich berechnet, der durch eine Frequenzkomponentenleistung und eine Referenzlinie eingeschlossen ist, und daher wird ein Nivellierungsprozeß der Prozeßkomponentenleistung, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, bei diesem Ausführungsbeispiel nicht ausgeführt. Als erstes wird bei den Schritten S201 und S202 die Frequenzkomponentenleistung berechnet und in einem Schritt S203 eine vorbestimmte Referenzlinie B abgeleitet. Die Referenzlinie B ist in einer strichpunktierten Linie in 9 dargestellt und durch die folgende Formel ausgedrückt. p = K·f–n + C (4)wobei die Exponenten n: 2.0 ≤ n ≤ 3.0 (bei diesem Ausführungsbeispiel n = 2.5) und K und C Konstanten sind.
In einem Schritt S204 wird ein Bereich A₁ (in 9 durch geneigte Linien dargestellt) dadurch erhalten, daß ein Integral der Referenzlinie B über die Frequenz in einem Niederfrequenzbereich von einem Integral der Frequenzkomponentenleistung p über die Frequenz in einem Niederfrequenzbereich abgezogen wird. Ferner wird in einem Schritt S205 ein Bereich A₂ (durch horizontale Linien in 9 dargestelllt) dadurch erhalten, daß ein Integral der Referenzlinie B über die Frequenz in einem Hochfrequenzbereich von einem Integral über die Frequenzkomponentenleistung p über die Frequenz in einem Hochfrequenzbereich abgezogen wird. Dann wird in einem Schritt S206 ein Evaluationswert H aus der Formel (2) erhalten. Darunter wird in den Schritten S207 bis S209 mit den gleichen Schritten eine Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers detektiert, wie sie bei den Schritten S107 und den darauf folgenden Schritten in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Bereiche A₁, A₂ nur von der Frequenzkomponentenleistung der Verschiebungsquantität abhängig, während sie von der Referenzlinie B nicht abhängig ist. Dementsprechend nimmt der Evaluationswert H, der ein Verhältnis der Bereiche A₁ und A₂ darstellt, zu, wenn die Leistung des Hochfrequenzbereiches groß wird, und er nimmt ab, wenn die Leistung des Niederfrequenzbereiches groß wird. Auf diese Weise kann die Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers aus dem Evaluationswert H detektiert werden, der eine Korrelation zu der Frequenzkomponentenleistung hat.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers basierend auf Daten beur teilt wird, wenn die Beurteilung erforderlich ist, ohne jede vorherige Vorbereitung von Abtastdaten in einem normalen Betrieb, ist es möglich, den Wachheitsgrad in geeigneter Weise einzuschätzen, ohne daß dies durch Änderungen der Betriebsumstände beeinträchtigt wird.
Das Berechnungsverfahren der Bereiche gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie das Berechnungsverfahren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bereiche berechnet werden, nachdem die Frequenzkomponentenleistung p dem Nivellierungsprozeß unterworfen worden ist. Dies bedeutet, daß dann, wenn beide Seiten der Formel (4) mit f^2.5 multipliziert werden, die Frequenzkomponentenleistung p mit der korrigierten Frequenzkomponentenleistung p' übereinstimmt mit dem Ergebnis f^–n aus der Referenzlinie B gestrichen wird und daß die Referenzlinie zu einer seitlichen Linie wird, die zu einer Abszissenachse in 8 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird. Daher ist verständlich, daß das Nivellierungsverfahren in dem ersten Ausführungsbeispiel ein Verfahren ist, um Spitzen in der Frequenzkomponentenleistung dadurch deutlich zu machen, daß inhärente Änderungen der Frequenzkomponentenleistung gestrichen werden.
Alternativ kann ein Integral (Bereich) der Frequenzkomponentenleistung p den Hoch- und Niederfrequenzbereichen einfach dadurch erhalten werden, daß ein Verhältnis dieser beiden Bereiche zum Einstellen eines Evaluationswertes gebildet wird. In diesem Fall ist es unvermeidlich, daß das Integral des Niederfrequenzbereiches größer als dasjenige des Hochfrequenzbereiches wird unabhängig von einem seitlichen Versatz des Fahrzeugs, und zwar aufgrund der Leistungscharakteristik, die darin besteht, daß die Leistung gering wird, wenn die Frequenz höher wird. Daher wird es dann, wenn der Evaluationsschwellenwert H_th auf einen ziemlichen hohen Wert eingestellt wird, um diese Charakteristik zu berücksichtigen, es möglich, einen Wachheitsgrad des Fahrers in geeigneter Weise zu beurteilen. Wichtig ist, einen geeigneten Evaluationswert zum Beurteilen des Wachheitsgrades des Fahrers basierend auf einer Integration der Frequenzkomponentenleistung in den Nieder- und Hochfrequenzbereichen zu ermitteln, einen Nivellierungsprozeß gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel jedoch nicht auszuführen und auch eine Referenzlinie B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht zu verwenden. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß der Grund dafür, daß der Nivellierungsprozeß oder die Referenzlinie verwendet wird, darin besteht, daß der nicht durch die Leistungscharakteristik beeinflußte Evaluationswert H berechnet wird. In Anbetracht des Kerns der vorliegenden Erfindung macht es bei der Ermittlung des Evaluationsschwellenwertes H_th keinen Unterschied, ob die Leistungscharakteristik bei der Berechnung des Evaluationswertes H in Betracht gezogen wird oder ob die Leistungscharakteristik bei der Einstellung des Evaluationsschwellenwertes H_th in Betracht gezogen wird.
(drittes Ausführungsbeispiel)
5 ist ein Flußdiagramm, das Schritte bei dem Schätzen des Wachheitsgrades gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt. Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Wachheitsgrad basierend auf dem Integral der Frequenzkomponentenleistung p beurteilt. Andererseits wird bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Wachheitsgrad basierend auf einem Spitzenwert der Frequenzkomponentenleistung p beurteilt. Als erstes wird in Schritten S301 und S302 die Frequenzkomponentenleistung p berechnet. Dann wird in einem Schritt S303 beurteilt, ob oder ob nicht eine Frequenz komponentenleistung p vorhanden ist, die größer ist als ein Schwellenwert P_th in dem Niederfrequenzbereich.
Wie zuvor beschrieben, steigt die Frequenzkomponentenleistung im Niederfrequenzbereich an, wenn der Wachheitsgrad des Fahrers sinkt. Es sei nun auf 10 Bezug genommen. Wenn ein Spitenwert der Leistung p im Niederfrequenzbereich den Schwellenwert p_th überschreitet, wird in einem Schritt S304 beurteilt, daß der Wachheitsgrad abnimmt, und ein erforderliches Warnverfahren wird ausgeführt. Andererseits wird in einem Schritt S305 beurteilt, daß der Wachheitsgrad normal ist, wenn der Spitzenwert der Leistung p niedriger als der Schwellenwert p_th ist.
Da der Wachheitsgrad des Fahrers ausschließlich basierend auf während der Beurteilung aufgenommenen Daten beurteilt wird, ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, eine Beurteilung mit einem relativ geringen Rechenaufwand auszuführen.
Wie oben beschrieben, weist die Frequenzkomponentenleistung p eine Charakteristik dahingehend auf, daß sie mit einem Anstieg der Frequenz abnimmt. Aufgrund dieser Charakteristik besteht eine Schwachstelle darin, daß die Frequenzkomponentenleistung p des Niederfrequenzbereiches dem Schwellenwert p_th mit ihrem relativ geringen Spitzenwert überschreitet und die Leistung p des Hochfrequenzbereiches den Schwellenwert p_th sogar mit ihrem relativ großen Spitzenwert nicht überschreitet. Um diese Schwachstelle auszuräumen, kann dieses Ausführungsbeispiel wie folgt modifiziert werden.
Als erstes wird eine korrigierte Frequenzkomponentenleistung p' mit den gleichen Schritten wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel berechnet. Da die Leistungscharakteristik aus der Leistung p' entfernt ist (siehe 8), kann der Wachheitsgrad dadurch genauer beur teilt werden, daß der Spitzenwert der Leistung p' mit einem Schwellenwert p'_th verglichen wird.
Als zweites wird der Niederfrequenzbereich ferner in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt und für jeden der unterteilten Bereiche ein Schwellenwert p_th eingestellt. Der Schwellenwert p_th1 des Bereiches, der eine niedrige Frequenz hat, wird so eingestellt, daß er größer ist als der Schwellenwert p_th2 des Bereiches, der eine hohe Frequenz aufweist. Auf diese Weise kann der Wachheitsgrad genauer eingestellt werden als in dem Fall, in dem der gleiche Schwellenwert über den gesamten Niederfrequenzbereich verwendet wird.
(viertes Ausführungsbeispiel)
Ferner kann bei den zuvor erwähnten ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispielen die Beurteilung des Wachheitsgrades des Fahrers ausgeführt werden, wenn wenigstens eine der folgenden Betriebsbedingungen (unter der Annahme, daß auf Autobahnen gefahren wird) erfüllt ist.

Bedingung 1: Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 80 km/h) überschreitet;
Bedingung 2: Wenn eine Fahrsteuerung eingestellt ist; bei eingestellter Fahrsteuerung tendiert der Wachheitsgrad des Fahrers dazu, abzunehmen.
Bedingung 3: Wenn eine Motorgeschwindigkeit niedriger als 1.000 U/min ist und wenn dieser Zustand nicht mehr als 5 Sekunden andauert;
Bedingung 4: Wenn die Länge der Straße größer als ein vorgegebener Wert (beispielsweise 1 km) und die Breite der Straße im wesentlichen konstant ist;
Bedingung 5: Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher als ein vorgegebener Wert ist und diese Geschwindigkeit für mehr als eine vorbestimmte Zeit aufrechterhalten wird; und Bedingung 6: Wenn eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist basierend auf Informationen von einem Navigationssystem.

Im Lichte der individuellen Variationen des Evaluationswertes H, die dann auftreten, wenn der Fahrer aufwacht, oder dessen Veränderung, ist es bevorzugter, den Evaluationsschwellenwert H_th individuell einzustellen. Der Evaluationsschwellenwert H_th wird basierend auf der Betriebsquantität des Fahrzeugs innerhalb einer "Abtastperiode" eingestellt, innerhalb der angenommen wird, daß der Fahrer aufwacht. Diese "Abtastperiode" sollte eine Periode zwischen 5 und 10 Minuten sein, beginnend mit dem Zeitpunkt, wenn das Fahrzeug in den Betriebszustand gelangt, in dem der Wachheitsgrad des Fahrers zu beurteilen ist. Der Grund dafür, daß die Abtaststartzeit 5 Minuten beträgt, besteht darin, daß ein gewisser Zeitraum für eine Einstellung erforderlich ist, da es weniger wahrscheinlich ist, daß sich der Fahrer auf die Betriebsumstände in einem frühen Zeitraum des Fahrens einstellt. Ferner besteht der Grund dafür, daß die Abtastbeendezeit 10 Minuten beträgt, darin, daß 10 Minuten oder ungefähr 10 Minuten lange genug ist, um eine erforderliche Anzahl von Abtastwerten sicherzustellen und gleichzeitig bezogen auf eine Abnahme des Wachheitsgrades des Fahrers noch relativ früh ist. In diesem Abtastzeitraum wird der Evaluationswert H für sämtliche Verschiebungsdaten ermittelt, die währen der jeweils vergangenen X Sekunden (beispielsweise ungefähr 50 bis 80 Sekunden) ermittelt wurden. Dann wird eine Vielzahl von Evaluationswerten H gemittelt, um einen "anfänglichen Evaluationswert H_anf" als Mittelwert des Evaluationswertes H zu erzeugen. Der Evaluationsschwellenwert H_th wird beispielsweise auf 60% des anfänglichen Evaluationswertes H_anf eingestellt. Dies bedeutet, daß in dem Fall, daß das Fahrzeug von einem frühen Zeitpunkt des Abtastzeitraumes sich hin- und herbewegt, der anfängliche Evaluationswert H_anf klein wird. Da der Evaluationsschwellenwert H_th zur Evaluation dieses Fahrers auf einen kleinen Wert eingestellt wird, wird die Beurteilungsreferenz zur Beurteilung des Wachheitsgrades abgemildert, verglichen mit dem von durchschnittlichen Fahrern.
Andererseits wird in dem Fall, daß der Grad des Hin- und Herbewegens kleiner ist als derjenige von durchschnittlichen Fahrern, der Schwellenwert H_th auf einen höheren Wert eingestellt.
Auf diese Weise die Schwellenwerte H_th unter Berücksichtigung der individuellen Unterschiede in der Fahrcharakteristik einzustellen, ermöglicht es, den Wachheitsgrad des Fahrers genauer zu schätzen. Ferner ist es bevorzugt, den Schwellenwert nur dann zu berechnen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Abtastzeitraum aufeinanderfolgend höher als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise 80 km/h) ist. In dem Fall, daß das Fahrzeug auf ein vorherfahrendes Fahrzeug aufläuft, oder in anderen Fällen, sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vorbestimmten Wert. Unter solchen Betriebszuständen werden die berechneten Abtastwert vorzugsweise gestrichen, um zu berücksichtigen, daß die Fluktuationscharakteristik des Schläfrigkeitszustandes wahrscheinlich weniger erzeugt. Ferner wird in diesem Falle die Berechnung der Abtastwerte wieder von Anfang an ausgeführt oder ein vorbestimmter Schwellenwert verwendet.
Während die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt worden sind, sollte zur Kenntnis genommen werden, daß diese Offenbarung lediglich der Verdeutlichung der Erfindung dient und mannigfaltige Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.

Claims

Ein Wachheitsgradschätzgerät zum Schätzen des Wachheitsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs, mit: Betriebsquantitäts-Detektionsmitteln zum aufeinanderfolgenden Detektieren einer Betriebsquantität des genannten Fahrzeugs; Leistungsberechnungsmitteln zum Berechnen einer Frequenzkomponentenleistung durch Anwenden einer Frequenztransformation auf die genannte Betriebsquantität; Niedrigfrequenzbereichs-Einrichtmitteln zum Einrichten eines Niedrigfrequenzbereiches unterhalb einer Referenzfrequenz; Hochfrequenzbereich-Einrichtmitteln zum Einrichten eines Hochfrequenzbereiches oberhalb der genannten Referenzfrequenz; Evaluationswert-Berechnungsmitteln (4) zum Bilden eines ersten Integrales der genannten Frequenzkomponentenleistung in dem genannten Niedrigfrequenzbereich, zum Bilden eines zweiten Integrales der genannten Frequenzkomponentenleistung in dem genannten Hochfrequenzbereich und zum Berechnen eines Evaluationswertes basierend auf dem genannten ersten Integral und dem genannten zweiten Integral; und Beurteilungsmitteln (5) zum Beurteilen des genannten Wachheitszustandes des genannten Fahrers basierend auf dem genannten Evaluationswert.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Betriebsquantität eine seitliche Verschiebung des genannten Fahrzeugs ist.
Das Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die genannte Frequenzkomponentenleistung eine Frequenzkomponentenleistung ist, die einem Nivellierungsverfahren unterworfen wird.
Das Gerät nach Anspruch 3, wobei die genannte Frequenzkomponentenleistung, die einem Nivellierungsverfahren unterworfen wird, gleich der genannten Frequenzkomponentenleistung multipliziert mit einer Potenz des Exponenten n ist.
Das Gerät nach Anspruch 4, wobei der genannte Exponent n ein Wert ist, der größer als 2.0 und kleiner als 3.0 ist.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei das genannte Evaluationswert-Berechnungsmittel ein Mittel ist zum Bilden eines dritten Integrales einer Referenzlinie in dem genannten Niederfrequenzbereich, zum Bilden eines vierten Integrales der genannten Referenzlinie in dem genannten Hochfrequenzbereich und zum Berechnen eines Evaluationswertes aus einer Differenz zwischen dem genannten ersten Integral und dem genannten dritten Integral und einer Differenz zwischen dem genannten zweiten Integral und dem genannten vierten Integral, und wobei die genannte Referenzlinie derart eingerichtet wird, daß die genannte Referenzlinie eine Änderung, basierend auf einer Charakteristik der genannten Frequenzkomponentenleistung, eliminiert.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei der genannte Niederfrequenzbereich ein Bereich unterhalb der genannten Referenzfrequenz und oberhalb einer ersten Frequenz ist, aus dem eine sehr niedrige Frequenz gestrichen wird, die erzeugt wird, wenn sich das genannte Fahrzeug auf einer kurvigen Straße bewegt.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei der genannte Hochfrequenzbereich ein Bereich oberhalb der genannten Referenzfrequenz und unterhalb einer zweiten Frequenz ist, die dadurch erhalten wird, daß eine Differenz zwischen der genannten Referenzfrequenz und einer ersten Frequenz zu der genannten Referenzfrequenz addiert wird.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei der genannte Evaluationswert ein Verhältnis des genannten zweiten Integrales zu dem genannten ersten Integral ist.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei das genannte Beurteilungsmittel ein Mittel zum Beurteilen des genannten Wachheitszustandes durch Vergleichen des genannten Evaluationswertes mit einem zweiten Schwellenwert ist.
Das Gerät nach Anspruch 10, wobei der genannte zweite Schwellenwert in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit variabel ist.
Das Gerät nach Anspruch 1, wobei die genannte Referenzfrequenz mit einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer höheren Frequenz eingerichtet wird.
Das Gerät nach Anspruch 10, wobei der genannte zweite Schwellenwert eingerichtet wird entsprechend einem anfänglichen Evaluationswert und der genannte anfängliche Evaluationswert eingerichtet wird basierend auf der genannten Betriebsquantität, die innerhalb eines vorbestimmten Abtastzeitraumes erhalten wurde.
Das Gerät nach Anspruch 13, wobei der genannte vorbestimmte Abtastzeitraum ein Zeitraum ist, der beginnt, wenn eine vorbestimmte Zeit von einem Zeitpunkt, an dem die Beurteilung des Wachheitsgrades eines Fahrers beginnt, vergeht.
Ein Verfahren zum Schätzen eines Wachheitsgrades eines Fahrers eines Fahrzeugs, mit folgenden Schritten: aufeinanderfolgendes Detektieren einer Betriebsquantität des genannten Fahrzeugs; Berechnen einer Frequenzkomponentenleistung durch Anwenden einer Frequenztransformation auf die genannte Betriebsquantität; Einrichten eines Niedrigfrequenzbereiches unterhalb einer Referenzfrequenz; Einrichten eines Hochfrequenzbereiches oberhalb der genannten Referenzfrequenz; Bilden eines ersten Integrales der genannten Frequenzkomponentenleistung in dem genannten Niederfrequenzbereich; Bilden eines zweiten Integrales der geannnten Frequenzkomponentenleistung in dem genannten Hochfrequenzbereich und Berechnen eines Evaluationswertes basierend auf dem genannten ersten Integral und dem genannten zweiten Integral; und Beurteilen eines Wachheitsgrades des genannten Fahrers basierend auf dem genannten Evaluationswert.