WO2014029388A1 - Vorrichtung zur schlaferkennung - Google Patents

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Hermann Von Lilienfeld-Toal
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Alpha-Fit Gmbh
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/221—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to steering wheels, e.g. for power assisted steering
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W2540/00—Input parameters relating to occupants
    • B60W2540/229—Attention level, e.g. attentive to driving, reading or sleeping

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting sleep in vehicle drivers and more particularly to a device for detecting the falling asleep of the driver of a motor vehicle and issuing a warning that wakes the driver.
  • the invention is therefore based on the object to provide a device for sleep detection that can reliably detect the falling asleep of a vehicle driver.
  • Preferred embodiments of the invention relate to devices for detecting the falling asleep of the driver of a motor vehicle, in particular an automobile.
  • the invention is based on the consideration that while driving, the holding of the steering wheel is the most important contact between the driver and the vehicle. By releasing the steering wheel in the sleep phase, the steering wheel moves freely and the vehicle loses its lane, which can cause an accident.
  • the solution according to the invention of the problem indicated above is therefore based on the monitoring of this contact.
  • the parameter that monitors is the pressure with which the driver holds the steering wheel. If this pressure decreases, this is interpreted as a sign of the driver falling asleep.
  • the device of the invention according to claim 1 comprises a pressure sensor on the gripping surface of a steering device of a vehicle for detecting the pressure exerted by the grip of the vehicle driver on the grip surface, and detecting means for detecting a release of the pressure due to slackening of the grip. Based on this decrease in pressure, falling asleep by the driver can be reliably detected.
  • Claims 3 and 4 relate to expedient embodiments of the pressure sensor, which covers the gripping surface.
  • the claims 5 and 6 relate to advantageous embodiments of the detection device for reliably detecting a decrease in pressure, which indicates a fall asleep the vehicle driver.
  • the warning device specified in claim 7 is advantageous to wake the sleeping vehicle driver again.
  • FIG. 1 shows a device for sleep detection in vehicle drivers according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows an apparatus according to an embodiment of the invention by way of example in the use of sleep detection in a driver of a motor vehicle.
  • the motor vehicle is provided with a steering device 1 in the form of a steering wheel.
  • the device can also be used with steering devices of other vehicles such as control sticks of aircraft or handlebars of motorcycles.
  • the surface of the ring and preferably also of the spokes of the steering wheel 1 represents a gripping surface on which the driver of the motor vehicle can grip the steering wheel.
  • the entire gripping surface of the steering wheel 1 is a flat Pressure sensor 2 is provided which outputs a signal representing the pressure exerted by the driver's grip on the gripping surface.
  • the signal represents, for example, of all pressures acting simultaneously on the gripping surface, for example the maximum pressure, but preferably the entire local distribution of the pressure on the gripping surface.
  • the pressure sensor 2 of the embodiment is preferably a flat pressure sensor with which the steering wheel is coated, for example, a pressure-sensitive textile, which is a textile pressure sensor, which provides an electrical signal dependent on the pressure exerted thereon and the location of the pressure on the textile surface.
  • a pressure-sensitive textile which is a textile pressure sensor, which provides an electrical signal dependent on the pressure exerted thereon and the location of the pressure on the textile surface.
  • Such sensors are known, for example, from WO 2007/059971 A2. They allow continuous real-time local and quantitative documentation of the pressure exerted by the driver's grip on the steering wheel.
  • a detection device 3 receives the signal from the pressure sensor 2. When the hands of the driver slacken, the pressure reproduced by the signal decreases. The detection device 3 detects the release of the pressure and interprets it as a sign of falling asleep the driver. When the pressure is released, it controls a signal generator 4 to emit a warning signal, which wakes the driver again.
  • the warning signal may be an audible signal and / or a vibration of the steering wheel or accelerator pedal.
  • the signal generator is a loudspeaker 4 for emitting an acoustic warning signal.
  • the detection device 3 uses the maximum pressure delivered by the pressure sensor 2 in the signal as described, or it obtains this maximum pressure from the pressure distribution as described by the pressure sensor 2. It compares the maximum pressure with a set pressure threshold and detects the driver falling asleep when the maximum pressure falls below the pressure threshold. Then it controls the signal generator 4 to deliver the warning signal. Preferably, in order to detect the release of the pressure, it further evaluates the distribution of the pressure on the grip surface of the steering wheel 1 provided by the pressure sensor 2 and also recognizes a falling asleep of the driver, if that surface, by the pressure on the gripping surface of the steering wheel 1 is less than a set surface threshold. Also, the detection device 3 controls the signal generator 4 to deliver the Warning signal on.
  • a slackening of the grip of the driver on the gripping surface which indicates a falling asleep the driver, can already by at least one of the events, ie the decrease in the maximum pressure below the threshold pressure, and / or the decrease in the area over which the Pressure is present, below the surface threshold noticeable.
  • the detection device 3 of the embodiment is preferably set up to carry out the following functions.
  • the moment of release of the pressure or release of the steering wheel is detected from the signal of the pressure sensor 2.
  • this event is linked by the detection device 3 with other events and the warning signal is triggered only if at the same time, for example, one or more of the following further events occur:
  • the motor vehicle is in motion or runs at a certain minimum speed, which is recognizable by the signal of the speed sensor installed in the motor vehicle;
  • the pressure on the gas pedal decreases, which can be recognized by the signal of the gas pedal sensor, which is usually installed in the motor vehicle anyway;
  • the driver's eyes are closed, which can be monitored by a camera;
  • EEG or respiratory sensors indicate that the driver is falling asleep.
  • the detection device 3 has a connection 5 for connection to other sensors installed in the motor vehicle.
  • the terminal 5 is arranged for receiving the signals of the speed sensor and the accelerator pedal sensor (not shown).
  • the detection means 3 may be arranged to measure the lowest pressure which the driver exerts on the gripping surface within this time period and the smallest area over which the driver exerts pressure on the gripping surface within this time period and the measured or slightly smaller values after the end of the time period, to be used as the pressure threshold and the area threshold for the following trip.
  • the detection means measures the maximum pressure value anywhere on the gripping surface at any time within this period and uses the smallest of the maximum pressure values measured at different times or a slightly smaller value than the pressure threshold value for the following drive.
  • the detection device can be set up to perform the mentioned measurement again within these time periods and to update the threshold values in the event of deviations from the original measurement.
  • the detection means 3 may be arranged to determine, based on the signal from the pressure sensor 2, whether the driver grips the steering wheel at two different locations with his two hands, and to detect slackening of the handle as a sign of the driver falling asleep when the pressure is applied decreases both these places at the same time, ie in particular falls simultaneously below the pressure threshold.
  • the detection device 3 can therefore be set up to detect a falling asleep of the driver if the places where pressure is exerted on the gripping surface shift only downwards over a time period lasting more than one time threshold, but not upwards.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schlaferkennung bei Fahrzeuglenkern und insbesondere eine Vorrichtung, um das Einschlafen des Fahrers eines Kraftfahrzeugs zu erkennen und eine Warnung auszugeben, die den Fahrer aufweckt. Die Vorrichtung weist einen Drucksensor auf der Grifffläche einer Lenkeinrichtung des Fahrzeugs, zum Erfassen des Drucks, den der Griff des Fahrzeuglenkers auf die Grifffläche ausübt, und eine Einrichtung zur Erfassung eines Nachlassens des Drucks aufgrund Erschlaffens des Griffs auf.

Description

Vorrichtung zur Schlaferkennung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schlaferkennung bei Fahrzeuglenkern und insbesondere eine Vorrichtung, um das Einschlafen des Fahrers eines Kraftfahrzeugs zu erkennen und eine Warnung auszugeben, die den Fahrer aufweckt.
Personen mit Schlafstörungen leiden unter dem sogenannten Sekundenschlaf. Diese Schlafstörungen treten umso häufiger auf, je übergewichtiger eine Person ist. In vielen Ländern ist Übergewicht in der Bevölkerung ein steigendes Problem.
Der Sekundenschlaf, der einem Fahrer insbesondere bei eintönigem Autofahren droht, ist wahrscheinlich eine der wichtigsten Ursachen für Unfälle, für die keine nachweisbare Erklärung möglich ist. Aufwendige Verfahren wie die Beobachtung von Augenbewegungen, EEG-Erfassung oder ähnliche technische Ansätze konnten bis jetzt nicht zu brauchbaren Warnsystemen entwickelt werden, mit denen ein imperatives Einschlafen erkannt und verhindert werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Schlaferkennung zu schaffen, die das Einschlafen eines Fahrzeuglenkers zuverlässig erkennen kann.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der in den Ansprüchen angegebenen Vorrichtung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen Vorrichtungen zum Erkennen des Einschlafens des Fahrers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Automobils.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass während des Autofahrens das Festhalten des Lenkrads der wichtigste Kontakt zwischen dem Fahrer und dem Fahrzeug darstellt. Durch Loslassen des Lenkrads in der Schlafphase bewegt sich das Lenkrad frei und das Fahrzeug verliert seine Spur, was einen Unfall auslösen kann. Die erfindungsgemäße Lösung des oben angegebenen Problems beruht daher auf dem Überwachen dieses Kontakts. Der Parameter, der dabei überwacht wird, ist der Druck, mit dem der Fahrer das Lenkrad festhält. Lässt dieser Druck nach, wird dies als Zeichen für ein Einschlafen des Fahrers gedeutet.
Entsprechendes gilt nicht nur für Lenkräder, sondern auch für andere Lenkeinrichtungen wie beispielsweise Steuerknüppel von Luftfahrzeugen oder Lenkstangen von Motorrädern. Dementsprechend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 1 einen Drucksensor auf der Grifffläche einer Lenkeinrichtung eines Fahrzeugs zum Erfassen des Drucks, den der Griff des Fahrzeuglenkers (Fahrzeugführers) auf die Grifffläche ausübt, und eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Nachlassens des Drucks aufgrund eines Erschlaffens des Griffs. Anhand dieses Nachlassens des Drucks kann ein Einschlafen des Fahrzeuglenkers sicher erkannt werden.
Die Ansprüche 3 und 4 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen des Drucksensors, der die Grifffläche überzieht.
Die Ansprüche 5 und 6 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfassungseinrichtung zum zuverlässigen Erfassen eines Nachlassens des Drucks, das auf ein Einschlafen des Fahrzeuglenkers hindeutet.
Die in Anspruch 7 angegebene Warneinrichtung ist vorteilhaft, um den einschlafenden Fahrzeuglenker wieder aufzuwecken.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt
Figur 1 eine Vorrichtung zur Schlaferkennung bei Fahrzeuglenkern entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung exemplarisch in der Verwendung zur Schlaferkennung bei einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist mit einer Lenkeinrichtung 1 in Form eines Lenkrads versehen. Die Vorrichtung lässt sich jedoch auch mit Lenkeinrichtungen anderer Fahrzeuge wie Steuerknüppeln von Luftfahrzeugen oder Lenkstangen von Motorrädern verwenden.
Die Oberfläche des Rings und vorzugsweise auch der Speichen des Lenkrads 1 stellt eine Grifffläche dar, an der der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Lenkrad greifen kann. Die gesamte Grifffläche des Lenkrads 1 ist mit einem flächigen Drucksensor 2 versehen, der ein Signal ausgibt, das den Druck repräsentiert, den der Griff des Fahrers auf die Grifffläche ausübt. Das Signal gibt von allen gleichzeitig auf die Grifffläche einwirkenden Drücken beispielsweise den maximalen Druck, vorzugsweise aber die gesamte örtliche Verteilung des Drucks auf der Grifffläche wieder.
Der Drucksensor 2 des Ausführungsbeispiels ist vorzugsweise ein flächiger Drucksensor mit dem das Lenkrad überzogen ist, beispielsweise ein druckempfindliches Textil, das einen textilen Drucksensor darstellt, der ein vom darauf ausgeübten Druck und dem Ort des Drucks auf der Textiloberfläche abhängiges elektrisches Signal liefert. Solche Sensoren sind beispielsweise aus WO 2007/059971 A2 bekannt. Sie erlauben fortlaufend in Echtzeit eine örtliche und quantitative Dokumentation des Drucks, den der Griff des Fahrers auf das Lenkrad ausübt.
Eine Erfassungseinrichtung 3 empfängt das Signal vom Drucksensor 2. Wenn die Hände des Fahrers erschlaffen, so lässt der vom Signal wiedergegebene Druck nach. Die Erfassungseinrichtung 3 erfasst das Nachlassen des Drucks und deutet es als Zeichen für ein Einschlafen des Fahrers. Sie steuert bei Nachlassen des Drucks einen Signalgeber 4 zur Abgabe eines Warnsignals an, das den Fahrer wieder aufweckt. Das Warnsignal kann ein akustisches Signal und/oder ein Vibrieren von Lenkrad oder Gaspedal sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Signalgeber ein Lautsprecher 4 zur Abgabe eines akustischen Warnsignals.
Um das Nachlassen des Drucks zu erfassen, verwendet die Erfassungseinrichtung 3 den wie beschrieben im Signal vom Drucksensor 2 gelieferten maximalen Druck oder sie gewinnt diesen maximalen Druck aus der wie beschrieben vom Drucksensor 2 gelieferten Druckverteilung. Sie vergleicht den maximalen Druck mit einem eingestellten Druckschwellenwert und erkennt ein Einschlafen des Fahrers, wenn der maximale Druck unter den Druckschwellenwert fällt. Dann steuert sie den Signalgeber 4 zur Abgabe des Warnsignals an. Vorzugsweise wertet sie, um das Nachlassen des Drucks zu erfassen, außerdem die vom Drucksensor 2 gelieferte Verteilung des Drucks auf der Grifffläche des Lenkrads 1 weiter aus und erkennt auch dann ein Einschlafen des Fahrers, wenn diejenige Fläche, über die Druck auf die Grifffläche des Lenkrads 1 ausgeübt wird, kleiner als ein eingestellter Flächenschwellenwert wird. Auch dann steuert die Erfassungseinrichtung 3 den Signalgeber 4 zur Abgabe des Warnsignals an. Denn ein Erschlaffen des Griffs des Fahrers auf die Grifffläche, das auf ein Einschlafen des Fahrers hinweist, kann sich bereits durch mindestens eines der genannten Ereignisse, also das Absinken des maximalen Drucks unter den Druckschwellenwert, und/oder das Absinken der Fläche, über die der Druck anliegt, unter den Flächenschwellenwert bemerkbar machen.
Die Erfassungseinrichtung 3 des Ausführungsbeispiels ist vorzugsweise zur Ausführung folgender Funktionen eingerichtet. Wie oben beschrieben, wird der Augenblick des Nachlassens des Drucks oder des Loslassens des Lenkrads anhand des Signals des Drucksensors 2 erfasst. Vorzugsweise wird dieses Ereignis von der Erfassungseinrichtung 3 mit weiteren Ereignissen verknüpft und das Warnsignal nur dann ausgelöst, wenn gleichzeitig beispielsweise eines oder mehrere der folgenden weiteren Ereignisse auftreten:
das Kraftfahrzeug ist in Bewegung oder fährt mit einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit, was am Signal des im Kraftfahrzeug installierten Geschwindigkeitssensors erkennbar ist;
der Druck auf das Gaspedal lässt nach, was am Signal des meist ohnehin im Kraftfahrzeug installierten Gaspedalsensors erkennbar ist;
dem Fahrer fallen die Augen zu, was mittels einer Kamera überwacht werden kann;
EEG- oder Atemsensoren zeigen ein Einschlafen des Fahrers an.
Um diese weiteren Ereignisse erkennen zu können, weist die Erfassungseinrichtung 3 einen Anschluss 5 zur Verbindung mit anderen im Kraftfahrzeug installierten Sensoren auf. Insbesondere ist der Anschluss 5 zur Entgegennahme der Signale des Geschwindigkeitssensors und des Gaspedalsensors (nicht dargestellt) eingerichtet.
Anstelle der einfachen Erfassung des Augenblicks des Nachlassens des Drucks am Lenkrad kann auch die Erfassung einer Abweichung von einem zuvor aufgezeichneten zeitlichen und örtlichen Muster des Drucks treten, mit dem der Fahrer das Lenkrad normalerweise hält. Dieses Muster kann individuell für den jeweiligen Fahrer aufgezeichnet und während der Fahrt dynamisch aktualisiert werden. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass während einer begrenzten Zeitspanne nach Beginn einer Fahrt, beispielsweise in den ersten 5 oder 10 Minuten einer Fahrt, ein Einschlafen des Fahrers unwahrscheinlich ist. Daher kann die Erfassungseinrichtung 3 eingerichtet sein, den niedrigsten Druck, den der Fahrer innerhalb dieser Zeitspanne auf die Grifffläche ausübt, und die kleinste Fläche, über die der Fahrer innerhalb dieser Zeitspanne Druck auf die Grifffläche ausübt, zu messen und die gemessenen oder geringfügig kleinere Werte nach Ende der Zeitspanne als Druckschwellenwert und als Flächenschwellenwert für die folgende Fahrt zu verwenden. Vorzugsweise misst die Erfassungseinrichtung zu jedem Zeitpunkt innerhalb dieser Zeitspanne den maximalen irgendwo auf der Grifffläche auftretenden Druckwert und verwendet den kleinsten der für verschiedene Zeitpunkte gemessenen maximalen Druckwerte oder einen geringfügig kleineren Wert als Druckschwellenwert für die folgende Fahrt.
Ebenso kann angenommen werden, dass ein Einschlafen des Fahrers über eine begrenzte Zeitspanne von beispielsweise 1 bis 5 Minuten nach bestimmten Fahrmanövern wie beispielsweise einem vorübergehenden Halt oder einem Schaltvorgang unwahrscheinlich ist. Daher kann die Erfassungseinrichtung eingerichtet sein, innerhalb dieser Zeitspannen die erwähnte Messung erneut zu vorzunehmen und die Schwellenwerte bei Abweichungen von der ursprünglichen Messung zu aktualisieren.
Ferner kann die Erfassungseinrichtung 3 eingerichtet sein, anhand des Signals vom Drucksensor 2 festzustellen, ob der Fahrer das Lenkrad an zwei verschiedenen Orten mit seinen beiden Händen greift, und ein Erschlaffen des Griffs als Zeichen für das Einschlafen des Fahrers zu erkennen, wenn der Druck an diesen beiden Orten gleichzeitig nachlässt, also insbesondere gleichzeitig unter den Druckschwellenwert fällt.
Auch das kontinuierliche Sinken der Orte, an denen der Fahrer das Lenkrad greift, ist ein Zeichen für aufkommende Müdigkeit. Die Erfassungseinrichtung 3 kann daher eingerichtet sein, ein Einschlafen des Fahrers zu erkennen, wenn sich die Orte, an denen Druck auf die Grifffläche ausgeübt wird, über einen länger als ein Zeitschwellenwert dauernden Zeitraum nur nach unten, nicht aber nach oben verlagern.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Schlaferkennung bei Fahrzeuglenkern, aufweisend:
einen Drucksensor (2) auf der Grifffläche einer Lenkeinrichtung (1 ) des Fahrzeugs, zum Erfassen des Drucks, den der Griff des Fahrzeuglenkers auf die Grifffläche ausübt, und
eine Erfassungseinrichtung (3) zur Erfassung eines Nachlassens des Drucks aufgrund Erschlaffens des Griffs.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Lenkeinrichtung ein Kraftfahrzeuglenkrad (1) ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drucksensor (2) eine druckempfindliche Schicht aufweist, mit der die Grifffläche überzogen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die druckempfindliche Schicht eine Textilschicht eines textilen Drucksensors ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung (3) eingerichtet ist, das Nachlassen des Drucks zu erfassen, wenn sie erkennt, dass von allen gleichzeitig auf die Grifffläche der Lenkeinrichtung (1 ) einwirkenden Drücken der maximale Druck unter einen Druckschwellenwert fällt und/oder die Fläche, über die Druck auf die Grifffläche der Lenkeinrichtung (1 ) ausgeübt wird, kleiner als ein Flächenschwellenwert wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Druckschwellenwert bzw. der Flächenschwellenwert von der Erfassungseinrichtung (3) anhand einer Messung des auf die Grifffläche ausgeübten Drucks und der Fläche, über die der Druck ausgeübt wird, innerhalb einer begrenzten Zeitspanne nach Beginn einer Fahrt bestimmt werden.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Signalgeber (4) zur Ausgabe eines Warnsignals an den Fahrzeuglenker, wenn die Erfassungseinrichtung (3) das Nachlassen des Drucks erfasst.
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