WO2022174950A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer aufmerksamkeit eines fahrers eines fahrzeugs - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a device for determining whether a driver of a vehicle is alert, having at least one gas sensor, which is designed for the continuous detection of at least part of the exhaled air and/or volatile organic compound emitted by the driver being drowsy, and an analysis unit for extracting at least one volatile biomarkers in the exhaled air and/or the emitted volatile organic compounds. Furthermore, the invention relates to a method for determining whether a driver is alert.
  • Driver monitoring is becoming increasingly important for assisted and automated driving up to SAE Level 3.
  • the focus here is on the early detection of fatigue and increased stress levels, and in the case of automated driving at SAE Level 3, the continuous monitoring of the driver's ability to take over.
  • the driver often makes small steering errors and tries to correct them abruptly. This is recognized, for example, by electronics that are often installed as a steering angle sensor as part of the ESP anti-skid system.
  • Lane Keeping Assist can also be used to detect drowsiness.
  • Current systems for detecting driver inattention are based on an interpretation of the driver's driving behavior, e.g. B. bad tracking.
  • EP 1 392 149 B1 discloses a method and a system for determining the alertness of a driver of a vehicle, with detecting at least a first movement property of at least a first part of a vehicle, detecting at least a second movement property of at least a second part of the vehicle, and a using at least one temporal relationship between the at least one first motion characteristic and the at least one second motion characteristic to detect and distinguish between driver induced motion and non-driver induced motion, and determining driver alertness of the vehicle are provided based on at least one ratio between the movements caused by the driver and the movements not caused by the driver.
  • the object is achieved by a device having the features of claim 1.
  • the object is also achieved by a method having the features of claim 12.
  • a device for determining whether a driver of a vehicle is alert having at least one gas sensor, which is designed for the continuous detection of at least part of an exhaled air and/or volatile organic compound emitted by the driver being drowsy, an analysis unit for extracting at least one volatile biomarkers in the exhaled air and/or the emitted volatile organic compounds, the biomarker being isoprene (2-methylbuta-1,3-diene) in the form of isoprene (2-methylbuta-1,3-diene), and the analysis unit for determining the isoprene concentration over a predetermined time window being in the form of an isoprene concentration profile is, wherein the analysis unit is also designed to determine existing peak values in the isoprene concentration profile, so that based on the number of existing peak values within the fixed time window attention can be determined and / or the analysis unit eit is also designed to determine attention based on a frequency analysis of isoprene concentration values within the specified time window and/
  • the concentration of the biomarker isoprene (2-methylbuta-1,3-diene) is analyzed here, which as an indicator indicates an impending or occurring lack of concentration and/or fatigue on the part of the driver.
  • This as it was known - behaves in the breath and emitted via the skin, during the waking phase very inconsistently, that is, it shows many peak values and an inconsistent course.
  • This it has been recognized, is because the isoprene is flushed out of the muscles with even minimal conscious or unconscious contractions of skeletal muscle, while the isoprene concentration level is very quiescent during a sleep/fatigue period.
  • the characteristic discontinuous behavior of the isoprene concentration i.e. the typical and frequently occurring concentration peaks of isoprene during the waking phases, can reliably detect a microsleep (short sleep) or a phase of tiredness, for example.
  • the gas sensor system/gas sensor can include substance-specific sensors, as well as non-specific sensor arrays, which react to changes in the overall composition of the analyzed gas volume. Peak values can be determined, for example, based on concentration changes in the isoprene concentration value by exceeding a predetermined concentration threshold value. The number of peak values within the specified time window can then be used as a measure of the driver's attentiveness. For example, if there are many peaks, this indicates a very alert, alert state. If, for example, there is only an average number of peak values, this can indicate an incipient tired state.
  • the analysis unit is alternatively or additionally designed to determine the level of attention based on a frequency analysis of isoprene concentration values within the specified time window.
  • Such a variance analysis/frequency analysis is particularly advantageous since the isoprene concentration value varies over the course of the day; i.e. there is a different concentration. A different diet can also influence the absolute isoprene concentration values. Using a variance analysis/frequency analysis, inactivity can be easily determined independently of the course of the day and independently of the individual driver.
  • the attention can also be determined using the determined peak values and the frequency analysis and the stochastic variance.
  • the device according to the invention enables non-invasive, contact-free and permanently available driver monitoring to determine the driver's current attentiveness. This determination can be made continuously while driving.
  • the at least one gas sensor and the analysis unit are preferably designed to measure and evaluate the changes in concentration of the isoprene in real time, for example with a breath resolution. As a result, driver fatigue/microsleep can be detected quickly.
  • a plurality of time windows are preferably provided, which directly follow one another, for the continuous monitoring of the driver.
  • a sensor for driver identification is provided.
  • the analysis unit is also designed to adapt the time window and/or the determination of attention and/or the driver identification to the driver.
  • the invention can be individually adapted to the current driver, which increases the quality of determining attention.
  • the analysis unit is preferably designed to adapt the time window and/or determine the level of alertness and/or identify the driver using a machine learning method.
  • the machine learning method can be designed, for example, as an artificial neural network, a classification/cluster method, a regression method, a decision tree/forest method, or a reinforcement learning method.
  • the device can have at least one additional sensor for detecting the attention of the driver.
  • the device can also be designed to merge the alertness detected by the additional sensor and the alertness determined by the isoprene concentration to form an overall alertness value.
  • Such a fusion can result in an even more accurate and/or faster determination of a driver's alertness.
  • the additional sensor can be embodied as an interior camera for detecting the blink of an eye and/or pupil position of the driver and/or head position and/or the yawning frequency.
  • the additional sensor can also be designed as a heart rate sensor for determining the heart rate and/or a respiration rate sensor for determining the respiration rate.
  • Several additional sensors can also be provided.
  • the at least one gas sensor is arranged in the driver's headrest and/or in the driver's seat belt and/or in the driver's steering wheel and/or in the driver's backrest and/or in the headliner above the driver's seat.
  • the driver's isoprene concentration values can be determined in a targeted manner. Disturbing other isoprene concentration values, which originate from other occupants in the vehicle, are thus largely masked out or not recorded. Furthermore, ventilation slots near the driver can be used to position the gas sensor.
  • the device can be designed to, once a predetermined first attention value is undershot, visual and/or haptic and/or generate acoustic signals.
  • acoustic signals can be warning tones, for example, and optical signals, for example a lamp flashing.
  • Haptic signals can be, for example, the vibration of the seat or the steering wheel.
  • the device can also be designed to generate control signals for evaluation in a corresponding driver assistance system when the level falls below a predetermined second alertness value. Falling below this level can, for example, lead to life-threatening situations.
  • control commands can be sent directly or indirectly, such as via a central vehicle control unit, to driver assistance systems, such as a lane keeping system, emergency assistance system, emergency rescue system within the vehicle, which initiate further necessary measures.
  • driver assistance systems such as a lane keeping system, emergency assistance system, emergency rescue system within the vehicle, which initiate further necessary measures.
  • Such measures can be, for example, emergency braking or an e-call.
  • a further gas sensor is provided, the further gas sensor being provided at least partially for the continuous detection of at least one further volatile organic compound emitted by the driver's exhaled air and/or skin.
  • This can be achieved, for example, by arranging the two gas sensors in the vehicle differently (steering wheel/belt). Since the gas sensors can also be designed identically.
  • the isoprene concentration values detected by the first/second gas sensor can be corrected or confirmed.
  • the analysis unit is designed to extract a further volatile biomarker and to determine the isoprene concentration and the further volatile biomarker over the time window as Total concentration profile and to determine attention based on the total concentration profile.
  • the analysis unit can continuously analyze the driver's alertness and/or attention.
  • a combination of different biomarkers can be used to determine attention more precisely.
  • the second biomarker can be a CO2 (carbon dioxide) value, which can also be used to detect driver fatigue, since the CO2 value increases slightly during the sleep phases.
  • the object is also achieved by a method for determining whether a driver is alert, the method being carried out on a device as described above, comprising the following steps:
  • the biomarker being configured as isoprene (2-methylbuta-1,3-diene),
  • FIG. 1 shows a vehicle with a device according to the invention according to a first embodiment
  • FIG 2 an isoprene concentration profile correlated with the various sleep/wake states
  • FIG. 3 shows a vehicle with a device according to the invention according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a vehicle with a device according to the invention according to a third embodiment
  • FIG. 5 an isoprene concentration profile and a CO2 profile correlated with the various sleep/wake states
  • FIG. 6 shows a vehicle with a device according to the invention according to a fourth embodiment.
  • the device 1 shows a device 1a for determining whether a driver is alert in a vehicle 2.
  • the device 1a comprises at least one gas sensor 3.
  • the gas sensor 3 is designed to at least partially absorb isoprene emitted via the exhaled air of the driver and/or via the calm capture.
  • the gas sensor 3 is based, for example, on metal oxide semiconductors and is provided for the continuous detection of the exhaled air, in particular the biomarker isoprene in the exhaled air.
  • the gas sensor 3 is arranged, for example, in the steering wheel or in the area of the driver's cockpit. As a result, the exhaled air can be captured easily.
  • An arrangement in the driver's seat belt is also possible. By arrangement in the steering wheel/driver's seat belt can largely prevent the driver's exhaled air from mixing with the exhaled air of other passengers.
  • the device 1a has an analysis unit 4a.
  • This can be integrated in the gas sensor 3, for example.
  • the isoprene (the isoprene concentration values) is determined over a previously defined time window as the isoprene concentration profile 5 (FIG. 2). There are several time windows that connect seamlessly to each other.
  • FIG. 2 shows such an isoprene concentration profile 5 correlated with the associated wake/sleep phase diagram 6 underneath.
  • N1, N2 and N3 in the NREM (non-REM sleep) sleep phases are distinctions made between N1, N2 and N3 in the NREM (non-REM sleep) sleep phases.
  • N1 stands for the sleep stage in the transition between waking and sleeping
  • N2 stands for stable sleep
  • N3 for deep sleep.
  • the sleep stages N1, N2, N3 have characteristic features in the electrical activity of the brain and can be measured. For example, it is known that the body temperature and blood pressure of the sleeper drop during NREM sleep.
  • Rapid eye movement (REM) sleep is characterized by rapid eye movements under the lids. During REM sleep, the nervous system is particularly active. All muscles relax at the same time.
  • a waking phase W is also indicated.
  • isoprene behaves very erratically during the waking phases, ie it has many peak values during the sleeping phases but very calm. This is because even minimal contractions of skeletal muscle (vertical lines 10) flush isoprene out of muscle.
  • the peak values 7 can be determined by exceeding a concentration threshold value or by calculating a standard deviation.
  • a peak value is recognized if it is above a specified concentration threshold value or if it deviates from the average isoprene concentration by more than a certain multiple of the standard deviation.
  • the driver's inactivity (tiredness/attentiveness) can also be detected.
  • the variance calculation can ignore the fact that the isoprene concentration value varies over the course of the day; i.e. there is a different concentration. Also, for example, a different diet / diseases can influence the absolute isoprene concentration values. By calculating the variance, the driver's tiredness/attentiveness can be easily detected regardless of the course of the day/nutrition/illness (state of health).
  • a frequency analysis can also be used to evaluate the isoprene concentration values and determine alertness.
  • the device 1a If the device 1a detects tiredness/low alertness below a previously defined first alertness value, it can send a signal to a control unit, which generates a visual and/or haptic and/or acoustic signal.
  • the visual signal can be, for example, the lighting up of a lamp.
  • a haptic signal can, for example, be the vibration of the driver's seat or the steering wheel.
  • Acoustic signals can be a warning tone, for example.
  • the first attention value can be coupled to a first time period, for example. If no peak values or too few peak values are recorded during this specified period of time, or if insufficient erratic behavior can be detected, tiredness/the beginning of falling asleep can be assumed.
  • device 1a If device 1a detects tiredness/low alertness below a predetermined second alertness value, device 1a can generate control signals for use in a corresponding driver assistance system or instruct a control unit to generate these control signals.
  • the second attention value can be linked to a second time period, for example, which is longer than the first time period. If no peak values or too few peak values are recorded during this given period of time, or if insufficient erratic behavior can be detected, it can be assumed that the person is tired or falls asleep. It also means that the measures taken in the first period have not had any effect.
  • driver assistance systems e.g. lane departure warning system
  • emergency assistance systems e.g. emergency braking
  • emergency rescue systems e.g. eCall
  • the second attention value can be identical to or lower than the first attention value and only the first time span differs from the second time span. However, the second attention value can also be different from the first attention value.
  • the device 1b shows a further embodiment of a device 1b according to the invention for determining whether the driver is paying attention in the vehicle 2.
  • the device 1b comprises at least the gas sensor 3 and a further gas sensor 8.
  • the gas sensor 3 is designed by its arrangement to mainly To capture the driver's exhaled air.
  • the further gas sensor 8 is due to its arrangement designed to detect trace gases (VOC) emitted through the skin.
  • VOC trace gases
  • Both gas sensors 3.8 can be identical.
  • gas sensor 3 can be integrated in the steering wheel, while the other gas sensor 8 can be arranged in a region close to the skin, for example a backrest or headrest.
  • the analysis unit 4a is designed to determine the isoprene or the isoprene concentration from the fused detected VOCs. By detecting isoprene emitted through the skin and from the exhaled air, the concentration of the driver's isoprene can be more accurately determined.
  • the device 1b If the device 1b detects tiredness/low alertness below the previously defined first alertness value, it can send a signal to a control unit, which generates a visual and/or haptic and/or acoustic signal.
  • device 1b If device 1b detects tiredness/low alertness below the predetermined second alertness value, device 1b can generate control signals for use in a corresponding driver assistance system or instruct a control unit to generate these control signals.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device 1c according to the invention for determining the attention of a driver in a vehicle 2.
  • the device 1c comprises at least the gas sensor 3.
  • the gas sensor 3 is designed to detect exhaled air/emissions through the driver's skin.
  • the device 1c according to the invention comprises an analysis unit 4b, which is designed to extract the isoprene concentration and another biomarker, such as CO 2 here as the CO 2 concentration, from the detected gases and to relate them to one another.
  • FIG. 5 shows such an isoprene concentration profile 5 correlated with the associated wake/sleep phase diagram 6 and correlated with a CO2 Concentration profile 9 as an overall concentration profile recorded over the same time window.
  • N1 stands for the sleep stage in the transition between waking and sleeping
  • N2 stands for stable sleep and N3 for deep sleep.
  • the sleep stages N1, N2, N3 have characteristic features in the electrical activity of the brain and can be measured.
  • REM (rapid eye movement) sleep is characterized by rapid eye movements under the lids. During REM sleep, the nervous system is particularly active. All muscles relax at the same time.
  • the waking phase W is also indicated.
  • isoprene in the exhaled air behaves very erratically during the waking phases, i.e. with many peak values, but very quietly during the sleep phases. This is because even minimal contractions of skeletal muscle 10 (vertical lines) flush isoprene out of muscle.
  • the C02 tends to increase slightly during the sleep phases. This is mainly due to the fact that the driver then breathes more slowly and shallowly, which means that there is less dilution with the inhaled air in the respiratory tract.
  • a recognized attention deficit or tiredness, which has been identified using the isoprenone concentration profile, can thus be checked or improved with a recognized attention deficit or tiredness, which has been identified using the CO 2 concentration profile 9 .
  • a more precise determination of the attention can be made or a determination of the attention that has been made can be checked.
  • the device 1d comprises at least the gas sensor 3.
  • the gas sensor 3 is designed to detect exhaled air/emissions through the driver's skin.
  • an analysis unit 4c and a sensor 11 for driver identification are provided in order to recognize the driver.
  • the analysis unit 4c is designed to adapt the time window and/or a concentration threshold value to the identified driver.
  • the device 1 d can be individually adapted to the current driver, which increases the quality of the determination of alertness.
  • the analysis unit 4c can be designed to carry out the adjustment using a machine learning method, such as an artificial neural network.
  • a machine learning method such as an artificial neural network.
  • training data can be generated during the driver's first journeys.
  • the device 1d has at least one additional sensor 12 for detecting attention.
  • This additional sensor 12 can be embodied as an interior camera for detecting blinking and/or pupil position of the driver and/or head position and/or yawning rate or as a heart rate sensor for determining the heart rate and/or a breathing rate sensor for determining the breathing rate.
  • the attention detected by the additional sensor 12 and the attention determined by the number of existing peak values 7 and/or using the frequency analysis and/or using the stochastic variance (scatter) become one Total attention value merged. Such a fusion can result in an even more accurate and/or faster determination of a driver's alertness.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1a,1b,1c,1d) zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs (2) aufweisend zumindest einen Gassensor (3), welcher zur kontinuierlichen Erfassung zumindest eines Teils einer Ausatemluft und/ oder von einer Haut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung ausgebildet ist, und eine Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) zum Extrahieren zumindest eines flüchtigen Biomarkers in der Ausatemluft und/oder den emittierten flüchtigen organischen Verbindungen, wobei der Biomarker als Isopren (2-Methylbuta-1,3-dien) ausgebildet ist, und wobei die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) zum Bestimmen der Isoprenkonzentration über ein vorab festgelegtes Zeitfenster als Isoprenkonzentrationsprofil (5) ausgebildet ist, wobei die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) ferner dazu ausgebildet ist, vorhandene Spitzenwerte (7) in dem Isoprenkonzentrationsprofil (5) zu ermitteln, so dass anhand der Anzahl der vorhandenen Spitzenwerte (7) innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit ermittelbar ist und/oder die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) ferner dazu ausgebildet ist, anhand einer Frequenzanalyse von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln und/oder die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) ferner dazu ausgebildet ist, anhand der stochastischen Varianz (Streuung) von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Aufmerksamkeit eines Fahrers.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs aufweisend zumindest einen Gassensor, welcher zur konti nuierlichen Erfassung zumindest eines Teils einer Ausatemluft und/ oder von einer Flaut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung ausgebildet ist, und eine Analyseeinheit zum Extrahieren zumindest eines flüchtigen Biomarkers in der Ausatemluft und/oder den emittierten flüchtigen organischen Verbindungen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Aufmerksamkeit eines Fah rers.
Die Fahrerüberwachung gewinnt für assistiertes und automatisiertes Fahren bis SAE Level 3 immer mehr an Bedeutung. Im Vordergrund steht dabei die frühzeitige Erken nung von Übermüdung und erhöhten Stresswerten, sowie im Fall von automatisier tem Fahren auf SAE Level 3 die fortlaufende Überwachung der Übernahmefähigkeit des Fahrers. So ist bekannt, dass bei geringer Aufmerksamkeit (hoher Müdigkeit) der Fahrer öfters kleine Lenkfehler macht und versucht, diese abrupt zu korrigieren. Das erkennt beispielsweise eine Elektronik, die als Lenkwinkelsensor oftmals als Teil des Schleuderschutzes ESP verbaut ist. Auch kann ein Spurhalte-Assistent als Müdig keitserkennung dienen. Derzeitige Systeme zur Erfassung der Unaufmerksamkeit des Fahrers basieren auf einer Interpretation des Fahrverhaltens des Fahrers, wie z. B. eine schlechte Spurführung.
Die EP 1 392 149 B1 offenbart ein Verfahren und ein System zum Bestimmen der Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs wobei ein Erfassen zumindest einer ersten Bewegungseigenschaft zumindest eines ersten Teils eines Fahrzeugs, ein Er fassen zumindest einer zweiten Bewegungseigenschaft zumindest eines zweiten Teils des Fahrzeugs, und ein Verwenden zumindest einer zeitlichen Beziehung zwi schen der zumindest einen ersten Bewegungseigenschaft und der zumindest einen zweiten Bewegungseigenschaft, um vom Fahrer verursachte Bewegungen und nicht vom Fahrer verursachte Bewegungen zu erfassen und zwischen diesen zu unter scheiden, und ein Bestimmen der Aufmerksamkeit des Fahrers des Fahrzeugs basierend auf zumindest einem Verhältnis zwischen den vom Fahrer verursachten Bewegungen und den nicht vom Fahrer verursachten Bewegungen vorgesehen sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung Mittel anzugeben, welche die Sicherheit im Stra ßenverkehr durch die Bestimmung der Aufmerksamkeit eines Fahrers weiter verbes sert.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander einge setzt werden können, sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung angegeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs aufweisend zumindest einen Gassensor, welcher zur kontinuierlichen Erfassung zumindest eines Teils einer Ausatemluft und/ oder von einer Flaut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung ausgebildet ist, eine Analyseeinheit zum Extrahieren zumindest eines flüchtigen Biomarkers in der Ausatem luft und/oder den emittierten flüchtigen organischen Verbindungen, wobei der Biomarker als Isopren (2-Methylbuta-1 ,3-dien) ausgebildet ist, und wobei die Analyseeinheit zum Bestimmen der Isoprenkonzentration über ein vorab festgelegtes Zeitfenster als Isoprenkonzentrationsprofil ausgebildet ist, wobei die Analyseeinheit ferner dazu ausgebildet ist, vorhandene Spitzenwerte in dem Isoprenkonzentrations profil zu ermitteln, so dass anhand der Anzahl der vorhandenen Spitzenwerte inner halb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit ermittelbar ist und/oder die Analyseeinheit ferner dazu ausgebildet ist, anhand einer Frequenzanalyse von Isop renkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln und/oder die Analyseeinheit ferner dazu ausgebildet ist, anhand einer stochastischen Varianz (Streuung) von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln.
Die menschliche Ausatemluft enthält mehrere hundert volatile organische Verbindun gen (VOCs, Spurengase), deren Konzentration normale und pathologische Stoff wechselvorgänge und physiologische Prozesse im Körper widerspiegeln. Gleiches gilt für Spurengase, welche über die menschliche Haut emittiert werden. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es der enorme Fortschritt bei entsprechenden chemischen Analysetechniken und entsprechenden Gassensoren erlaubt, diese Sub stanzen bis hin zu Konzentrationen im Bereich einiger ppt (parts-per-trillion = 1 pro 1e12 Teilchen) zu quantifizieren. Für solche diverse Spurengase können stark minia turisierte Sensoren (< 1 cm3) eingesetzt werden, beispielsweise auf Basis von Me- talloxid-Halbleitern.
Erfindungsgemäß wird hier die Konzentration des Biomarker Isopren (2-Methylbuta- 1 ,3-dien) analysiert, der als Indikator auf eine bevorstehende oder eintretende Kon zentrationsschwäche und/oder Müdigkeit des Fahrers hinweist. Dieser - so wurde er kannt - verhält sich im Atem und über die Haut emittiert, während der Wachphasen sehr unstetig, das heißt, dieser weißt viele Spitzenwerte und einen unsteten Verlauf auf. Dies, so wurde erkannt, liegt daran, dass das Isopren selbst bei minimalen be wussten oder unbewussten Kontraktionen der Skelettmuskulatur aus den Muskeln ausgeschwemmt wird, während sich der Isoprenkonzentrationswert während einer Schlaf-/Müdigkeitsphase aber sehr ruhig verhält.
Es wurde erfindungsgemäß weiter erkannt, dass selbst bei kleinen Zeitfenstern durch das charakteristische unstetige Verhalten der Isoprenkonzentration, d.h. durch die ty pischen und häufig auftretenden Konzentrationsspitzen von Isopren während der Wachphasen, zuverlässig ein beispielsweise Sekundenschlaf (kurzer Schlaf) oder eine Müdigkeitsphase erkannt werden kann.
Die Gassensorik /Gassensor kann dabei substanzspezifische Sensoren umfassen, sowie auch nicht-spezifische Sensorarrays, welche auf Änderungen in der Gesamt zusammensetzung des analysierten Gasvolumens reagieren. Spitzenwerte können beispielsweise anhand von Konzentrationsänderungen des Iso prenkonzentrationswertes durch Überschreiten eines vorgegebenen Konzentrations schwellwertes ermittelt werden. Als Maß für die Aufmerksamkeit des Fahrers kann dann die Anzahl der Spitzenwerte innerhalb des festgelegten Zeitfensters herange zogen werden. Sind beispielsweise viele Spitzenwerte vorhanden, so deutet dies auf einen sehr wachen aufmerksamen Zustand hin. Ist beispielsweise nur eine mittlere Anzahl von Spitzenwerten vorhanden, so kann dies auf einen beginnenden müden Zustand hinweisen.
Ferner kann anhand einer stochastischen Varianz (Streuung) der Isoprenkonzentrati onswerte innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit ermittelt wer den. Eine Inaktivitätserkennung (Müdigkeit /Aufmerksamkeit) des Fahrers kann auf Basis der stochastischen Varianz (Streuung) der Isoprenkonzentrationswerte inner halb des festgelegten Zeitfensters durchgeführt werden.
Weiterhin ist die Analyseeinheit alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet, anhand einer Frequenzanalyse von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln.
Insbesondere ist eine solche Varianzanalyse / Frequenzanalyse vorteilhaft, da der Isoprenkonzentrationswert während des Tagesverlaufes unterschiedlich ist; d.h. eine unterschiedliche Konzentration vorliegt. Auch eine unterschiedliche Ernährung kann die absoluten Isoprenkonzentrationswerte beeinflussen. Durch eine Varianzanalyse/ Frequenzanalyse kann die Inaktivität unabhängig von Tagesverlauf und unabhängig von dem einzelnen Fahrer einfach ermittelt werden.
Dabei kann die Aufmerksamkeit auch anhand der bestimmten Spitzenwerte und der Frequenzanalyse und der stochastischen Varianz ermittelt werden.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine nicht-invasive, kontaktfreie und per manent verfügbare Fahrerüberwachung zur Bestimmung der aktuellen Aufmerksam keit des Fahrers möglich. Diese Bestimmung kann kontinuierlich während der Fahrt erfolgen.
Dies trägt wesentlich zur Erhöhung der Verkehrssicherheit bei.
Vorzugsweise ist der zumindest eine Gassensor als auch die Analyseeinheit zur Messung und Auswertung der Konzentrationsänderungen des Isoprens in Echtzeit, beispielsweise atemzugsaufgelöst ausgebildet. Dadurch kann eine Müdigkeit /Sekun denschlaf des Fahrers schnell detektiert werden.
Vorzugsweise sind mehrere Zeitfenster vorgesehen, welche sich unmittelbar anei nander anschließen, zur kontinuierlichen Überwachung des Fahrers.
In weiterer vorzugsweiser Ausgestaltung ist ein Sensor zur Fahreridentifikation vor gesehen. Ferner ist weiterhin die Analyseeinheit dazu ausgebildet, das Zeitfenster und/oder die Ermittlung der Aufmerksamkeit und/oder die Fahreridentifikation an den Fahrer anzupassen. Somit kann die Erfindung individuell an den aktuellen Fahrer an gepasst werden, wodurch sich eine Qualität in der Bestimmung der Aufmerksamkeit erhöht.
Vorzugsweise ist die Analyseeinheit dazu ausgebildet, die Anpassung des Zeitfens ters und/oder die Ermittlung der Aufmerksamkeit und/oder die Fahreridentifikation mittels eines maschinellen Lernverfahrens vorzunehmen. Dabei kann das maschi nelle Lernverfahren beispielsweise als ein künstliches neuronales Netz, ein Klassifi- kations-/Clusterverfahren, ein Regressionsverfahren, ein Entscheidungsbaum -/wald- verfahren, ein Reinforcement-Learning-Verfahren ausgebildet sein.
Dadurch wird berücksichtigt, dass die Isoprenkonzentration in der Ausatem luft /über die emittierte Isoprenkonzentration eines Individuums sehr variabel ist. So ist dieser beispielsweise deutlich von der Intensität körperlicher Aktivität abhängig. Ebenso hängt diese stark von der gesundheitlichen Verfassung des Fahrers ab. Dadurch können somit auch absolute, als auch relative und binäre (Spurengas vorhanden / nicht vorhanden) Änderungen des jeweiligen Isoprenkonzentrationswertes im Vergleich zu einem Ausgangs- oder Nominalwert eines bestimmten Fahrers mit in die Bestimmung der Aufmerksamkeit einbezogen werden.
Weiterhin kann die Vorrichtung zumindest einen Zusatzsensor zur Erfassung der Auf merksamkeit des Fahrers aufweisen. Dabei kann die Vorrichtung ferner dazu ausge bildet sein, die durch den Zusatzsensor erfasste Aufmerksamkeit und die durch die Isoprenkonzentration ermittelte Aufmerksamkeit zu einem Gesamtaufmerksamkeits wert zu fusionieren.
Durch eine solche Fusion kann eine noch genauere und/oder schnellere Bestimmung der Aufmerksamkeit eines Fahrers erzielt werden.
Beispielsweise kann der Zusatzsensor als eine Innenraumkamera zur Erfassung ei nes Lidschlags und/oder Pupillenstellung des Fahrers und/oder Kopfhaltung und/o der Gähnfrequenz ausgebildet sein. Auch kann der Zusatzsensor als ein Herzfre quenzsensor zum Ermitteln der Herzfrequenz und/oder ein Atemfrequenzsensor zum Ermitteln der Atemfrequenz ausgebildet sein. Auch können mehrere Zusatzsensoren vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung ist der zumindest eine Gassensor in der Kopfstütze des Fahrers und/oder im Sitzgurt des Fahrers und/oder im Lenkrad des Fahrers und /o- der in der Rückenlehne des Fahrers und/oder im Fahrzeughimmel über dem Fahrer sitz angeordnet.
Durch diese mund- und hautnahe Anordnung des zumindest einen Gassensors an den Fahrer können gezielt die Isoprenkonzentrationswerte des Fahrers ermittelt wer den. Störende weitere Isoprenkonzentrationswerte, welche von Mitinsassen im Fahr zeug stammen, werden dadurch weitestgehend ausgeblendet bzw. nicht erfasst. Weiterhin können als Positionierung des Gassensors fahrernahe Entlüftungsschlitze Verwendung finden.
Ferner kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, ab Unterschreiten eines vorab festgelegten ersten Aufmerksamkeitswertes visuelle und/oder haptische und/oder akustische Signale zu erzeugen. Dabei können akustische Signale beispielsweise Warntöne sein und optische Signale, beispielsweise das Aufblinken einer Lampe. Haptische Signale können beispielsweise das Vibrieren des Sitzes oder des Lenk rads sein.
Dadurch kann die Aufmerksamkeit des Fahrers wieder erhöht werden und die Ver kehrssicherheit verbessert werden.
Ferner kann die Vorrichtung weiterhin dazu ausgebildet sein, ab Unterschreiten eines vorab festgelegten zweiten Aufmerksamkeitswertes Steuersignale zur Verwertung in einem entsprechenden Fahrerassistenzsystem zu erzeugen. Ein solches Unter schreiten kann beispielsweise zu lebensbedrohlichen Situationen führen. In einer sol chen Gefahrensituation können beispielsweise Steuerbefehle direkt oder indirekt, wie über eine zentrale Fahrzeug-Steuereinheit, an Fahrerassistenzsysteme, wie bei spielsweise ein Spurhaltesystem, Notfallassistenzsystem, Notfallrettungssystem in nerhalb des Fahrzeuges gesendet werden, welche weitere erforderliche Maßnahmen einleiten. Solche Maßnahmen können beispielsweise eine Notbremsung oder ein e- Call sein.
In weiterer Ausbildung ist ein weiterer Gassensor vorgesehen, wobei der weitere Gassensor zumindest teilweise zur kontinuierlichen Erfassung zumindest von einer Ausatem luft und/oder einer Haut des Fahrers emittierten weiteren flüchtigen organi schen Verbindung vorgesehen ist. Dies kann beispielsweise mittels unterschiedlicher Anordnung der beiden Gassensoren im Fahrzeug erzielt werden (Lenkrad/Gurt). Da bei können die Gassensoren auch identisch ausgebildet sein.
Dadurch können die durch den ersten / zweiten Gassensor erfassten Isoprenkon zentrationswerte korrigiert oder bestätigt werden.
In weiterer Ausbildung ist die Analyseeinheit zum Extrahieren eines weiteren flüchti gen Biomarkers ausgebildet, sowie zum Bestimmen der Isoprenkonzentration und des weiteren flüchtigen Biomarkers über das Zeitfenster als Gesamtkonzentrationsprofil sowie zum Ermitteln der Aufmerksamkeit anhand des Gesamtkonzentrationsprofils.
Aus den Biomarkern kann die Analyseeinheit kontinuierlich die Wachsamkeit und/o der Aufmerksamkeit des Fahrers analysieren. Durch eine Kombination verschiedener Biomarkern kann die Aufmerksamkeit genauer bestimmt werden. Insbesondere kann der zweite Biomarker ein C02 (Kohlenstoffdioxid) -Wert sein, durch welchen eben falls eine Müdigkeit des Fahrers erkennbar sein kann, da der C02-Wert während der Schlafphasen leicht ansteigt.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Aufmerksam keit eines Fahrers, wobei das Verfahren auf einer wie oben beschriebenen Vorrich tung durchgeführt wird, umfassend aus folgenden Schritten:
- kontinuierliche Erfassung zumindest eines Teils der Ausatem luft und/ oder von einer Flaut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung durch zumindest einen Gassensor,
- extrahieren zumindest eines flüchtigen Biomarkers in der Ausatem luft und/o der den emittierten flüchtigen organischen Verbindungen durch eine Analy seeinheit, wobei der Biomarker als Isopren (2-Methylbuta-1 ,3-dien) ausgebil det ist,
- bestimmen der Isoprenkonzentration über ein vorab festgelegtes Zeitfenster als Isoprenkonzentrationsprofil,
- ermitteln vorhandener Spitzenwerte des Isoprens in dem Isoprenkonzentrati onsprofil, so dass anhand der Anzahl der vorhandenen Spitzenwerte die Auf merksamkeit ermittelt wird und/oder Ermitteln der Aufmerksamkeit anhand ei ner Frequenzanalyse von Isopren konzentrationswerten innerhalb des festge legten Zeitfensters und/oder Ermitteln der Aufmerksamkeit anhand einer stochastischen Varianz (Streuung) von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters.
Die Vorteile der Vorrichtung können auch auf das Verfahren übertragen werden. Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
FIG 1 : ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführung, und
FIG 2: ein Isoprenkonzentrationsprofil korreliert mit den verschiedenen Schlaf/Wach zuständen, und
FIG 3: ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführung, und
FIG 4: ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführung, und
FIG 5: ein Isoprenkonzentrationsprofil und ein C02-Profil korreliert mit den verschie denen Schlaf/Wachzuständen, und
FIG 6: ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführung.
FIG 1 zeigt eine Vorrichtung 1a zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit eines Fahrers in einem Fahrzeug 2. Die Vorrichtung 1a umfasst zumindest einen Gassensor 3. Der Gassensor 3 ist dazu ausgelegt, zumindest teilweise über die Ausatemluft des Fah rers und/oder über die Flaut emittiertes Isopren zu erfassen.
Der Gassensor 3 basiert beispielsweise auf Metalloxid-Flalbleitern und ist zum konti nuierlichen Erfassen der Ausatem luft, insbesondere des Biomarkers Isopren in der Ausatemluft, vorgesehen. Der Gassensor 3 ist beispielsweise im Lenkrad oder im Bereich des Cockpits des Fahrers angeordnet. Dadurch kann die Ausatem luft gut er fasst werden. Auch ist eine Anordnung im Fahrergurt möglich. Durch die Anordnung im Lenkrad /Fahrergurt kann weitestgehend verhindert werden, dass sich die Aus atemluft des Fahrers mit der Ausatem luft anderer Mitinsassen mischt.
Ferner weist die Vorrichtung 1a eine Analyseeinheit 4a auf. Diese kann beispiels weise im Gassensor 3 integriert sein. Die Analyseeinheit 4a ermöglicht es beispiels weise mittels chemischen Analysetechniken, eine Isoprenkonzentration im Bereich einiger ppt (parts-per-trillion = 1 pro 1e12 Teilchen) in Echtzeit zu extrahieren und zu quantifizieren. Auch andere schnelle Analysetechniken sind möglich.
Das Isopren (die Isoprenkonzentrationswerte) wird dabei über ein vorab festgelegtes Zeitfenster als Isoprenkonzentrationsprofil 5 (FIG 2) bestimmt. Dabei sind mehrere Zeitfenster vorhanden, die sich aneinander nahtlos anschließen.
FIG 2 zeigt ein solches Isoprenkonzentrationsprofil 5 korreliert mit den dazugehöri gen Wach/Schlafphasen-Diagramm 6 darunter. Dabei wird bei den Schlafphasen NREM (non-Rem-Schlaf) zwischen N1, N2 und N3 unterschieden.
Dabei steht N1 für das Schlafstadium im Übergang zwischen Wachen und Schlafen, N2 steht für stabilen Schlaf und N3 den Tiefschlaf.
Die Schlafstadien N1, N2, N3 haben charakteristische Merkmale in der elektrischen Aktivität des Gehirns und sind messtechnisch erfassbar. Es ist beispielsweise be kannt, dass die Körpertemperatur und der Blutdruck des Schlafenden beim NREM- Schlaf absinken.
Der REM-Schlaf (rapid eye movement) ist durch schnelle Augenbewegungen unter den Lidern gekennzeichnet. Beim REM-Schlaf ist das Nervensystem besonders ak tiv. Es erschlaffen gleichzeitig sämtliche Muskeln.
Ferner ist eine Wachphase W angezeigt.
Wie das Isoprenkonzentrationsprofil 5 zeigt, verhält sich Isopren während der Wach phasen sehr unstetig, d.h.es weist viele Spitzenwerte auf, während der Schlafphasen aber sehr ruhig. Dies liegt daran, dass selbst bei minimalen Kontraktionen der Ske lettmuskulatur (vertikalen Linien 10) Isopren aus Muskeln ausgeschwemmt wird.
Die Spitzenwerte 7 können dabei durch Überschreitung eines Konzentrationsschwell werts oder durch Berechnung einer Standardabweichung ermittelt werden.
Dabei wird ein Spitzenwert erkannt, wenn er über einem vorgegebenen Konzentrati onsschwellwert liegt, bzw. mehr als ein gewisses Vielfaches der Standardabwei chung von der mittleren Isoprenkonzentration abweicht.
Auf Basis der stochastischen Varianz (Streuung) der Isoprenkonzentrationswerte kann ebenfalls eine Inaktivitätserkennung (Müdigkeit /Aufmerksamkeit) des Fahrers erfolgen.
Durch die Varianzberechnung kann unberücksichtigt bleiben, dass der Isoprenkon zentrationswert während des Tagesverlaufes unterschiedlich ist; d.h. eine unter schiedliche Konzentration vorliegt. Auch können beispielsweise eine unterschiedliche Ernährung / Krankheiten die absoluten Isoprenkonzentrationswerte beeinflussen. Durch eine Varianzberechnung kann die Müdigkeit/Aufmerksamkeit des Fahrers un abhängig von Tagesverlauf /Ernährung/ Krankheiten (Gesundheitszustand) einfach detektiert werden.
Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise auch eine Frequenzanalyse zur Aus wertung der Isoprenkonzentrationswerte und Bestimmung der Aufmerksamkeit ver wendet werden.
Erkennt die Vorrichtung 1a eine Müdigkeit / geringe Aufmerksamkeit unterhalb eines vorab festgelegten ersten Aufmerksamkeitswertes, so kann diese ein Signal an eine Steuereinheit geben, welche ein visuelles und/oder haptisches und/oder akustisches Signal erzeugt. Das visuelle Signal kann beispielsweise das Aufleuchten einer Lampe sein. Ein haptisches Signal kann beispielsweise das Vibrieren des Fahrersit zes oder des Lenkrades sein. Akustische Signale können beispielsweise ein Warnton sein. Der erste Aufmerksamkeitswert kann beispielsweise an eine erste Zeitspanne gekop pelt sein. Können während dieser vorgegebenen Zeitspanne kein oder zu wenig Spit zenwerte erfasst oder kann ein zu wenig unstetes Verhalten erkannt werden, kann von einer Müdigkeit / beginnenden Einschlafen ausgegangen werden.
Erkennt die Vorrichtung 1 a eine Müdigkeit / geringe Aufmerksamkeit unterhalb eines vorab festgelegten zweiten Aufmerksamkeitswertes, so kann die Vorrichtung 1a Steuersignale zur Verwertung in einem entsprechenden Fahrerassistenzsystem er zeugen oder eine Steuereinheit anweisen, diese Steuersignale zu erzeugen.
Der zweite Aufmerksamkeitswert kann beispielsweise an eine zweite Zeitspanne ge koppelt sein, welche länger als die erste Zeitspanne ist. Können während dieser vor gegebenen Zeitspanne keine oder zu wenig Spitzenwerte erfasst oder kann ein zu wenig unstetes Verhalten erkannt werden, kann von einer anhaltenden Müdigkeit / Einschlafen ausgegangen werden. Ferner bedeutet dies, dass die bei der ersten Zeitspanne durchgeführten Maßnahmen keine Wirkung gezeigt haben.
Diese Steuerbefehle können direkt oder indirekt, über die Steuereinheit, an Fahreras sistenzsysteme (z.B. Spurhaltesystem), Notfallassistenzsysteme (z.B. Notbremsung), Notfallrettungssysteme (z.B. eCall) innerhalb des Fahrzeuges gesendet werden, wel che weitere erforderliche Maßnahmen einleiten, um so lebensbedrohliche Situationen zu vermeiden.
Der zweite Aufmerksamkeitswert kann identisch mit dem ersten Aufmerksamkeits wert sein oder geringer sein und sich nur die erste Zeitspanne von der zweiten Zeit spanne unterscheiden. Auch kann jedoch der zweite Aufmerksamkeitswert unter schiedlich zum ersten Aufmerksamkeitswert sein.
FIG 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 b zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit des Fahrers in dem Fahrzeug 2. Die Vorrichtung 1 b umfasst zumindest den Gassensor 3 und einen weiteren Gassensor 8. Der Gas sensor 3 ist durch seine Anordnung dazu ausgelegt, hauptsächlich die Ausatem luft des Fahrers zu erfassen. Der weitere Gassensor 8 ist durch seine Anordnung dazu ausgelegt, die über die Haut emittierten Spurengase (VOC) zu erfassen. Dabei kön nen beide Gassensoren 3,8 identisch sein. Als Anordnung bietet sich beispielsweise für den Gassensor 3 eine Integration im Lenkrad an, während sich für den weiteren Gassensor 8 eine Anordnung in einer hautnahen Region beispielsweise Rücken lehne oder Kopfstütze anbietet.
Die Analyseeinheit 4a ist dazu ausgelegt aus den fusionierten erfassten VOCs, das Isopren bzw. die Isoprenkonzentration zu bestimmen. Durch die Erfassung von durch die Haut emittierten Isopren und aus der Ausatem luft kann die Konzentration des Iso prens des Fahrers genauer bestimmt werden.
Erkennt die Vorrichtung 1 b eine Müdigkeit / geringe Aufmerksamkeit unterhalb des vorab festgelegten ersten Aufmerksamkeitswertes, so kann diese ein Signal an eine Steuereinheit geben, welche ein visuelles und/oder haptisches und/oder akustisches Signal erzeugt.
Erkennt die Vorrichtung 1 b eine Müdigkeit / geringe Aufmerksamkeit unterhalb des vorab festgelegten zweiten Aufmerksamkeitswertes, so kann die Vorrichtung 1b Steuersignale zur Verwertung in einem entsprechenden Fahrerassistenzsystem er zeugen oder eine Steuereinheit anweisen, diese Steuersignale zu erzeugen.
FIG 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 c zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit eines Fahrers in einem Fahrzeug 2.
Die Vorrichtung 1c umfasst zumindest den Gassensor 3. Der Gassensor 3 ist dazu ausgelegt, eine Ausatemluft / Emissionen über die Haut des Fahrers zu erfassen. Ferner umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 c eine Analyseeinheit 4b, welche dazu ausgebildet ist, die Isoprenkonzentration und einen weiteren Biomarker, wie hier C02 als C02-Konzentration, aus den erfassten Gasen zu extrahieren und mit ei nander in Bezug zu setzen.
FIG 5 zeigt ein solches Isoprenkonzentrationsprofil 5 korreliert mit den dazugehöri gen Wach/Schlafphasen-Diagramm 6 und korreliert mit einem C02- Konzentrationsprofil 9 als Gesamtkonzentrationsprofil, aufgenommen über demsel ben Zeitfenster. Dabei wird wieder bei den Schlafphasen NREM (non-Rem-Schlaf) zwischen N1 , N2 und N3 unterschieden. Dabei steht N1 für das Schlafstadium im Übergang zwischen Wachen und Schlafen, N2 steht für stabilen Schlaf und N3 den Tiefschlaf. Die Schlafstadien N1 , N2, N3 haben charakteristische Merkmale in der elektrischen Aktivität des Gehirns und sind messtechnisch erfassbar. Der REM- Schlaf (rapid eye movement) ist durch schnelle Augenbewegungen unter den Lidern gekennzeichnet. Beim REM-Schlaf ist das Nervensystem besonders aktiv. Es er schlaffen gleichzeitig sämtliche Muskeln.
Ferner ist die Wachphase W angezeigt.
Wie das Isoprenkonzentrationsprofil 5 zeigt, verhält sich Isopren in der Ausatem luft während der Wachphasen sehr unstetig, d.h. mit vielen Spitzenwerten, während der Schlafphasen aber sehr ruhig. Dies liegt daran, dass selbst bei minimalen Kontraktio nen der Skelettmuskulatur 10 (vertikalen Linien) Isopren aus Muskeln ausge schwemmt wird.
Wie in FIG 5 weiter zu sehen ist, steigt das C02 während der Schlafphasen tenden ziell leicht an. Dies liegt hauptsächlich daran, dass der Fahrer dann langsamer und flacher atmet und somit in den Atemwegen weniger Verdünnung mit der eingeatme ten Luft stattfindet.
Ein erkanntes Aufmerksamkeitsdefizit bzw. Müdigkeit, welche mittels des Isoprenon- zentrationsprofils erkannt worden ist, kann somit mit einem erkannten Aufmerksam keitsdefizit bzw. Müdigkeit, welches mittels dem C02 -Konzentrationsprofil 9 erkannt worden ist, überprüft oder verbessert werden. Dadurch kann eine genauere Bestim mung der Aufmerksamkeit getroffen werden bzw. eine getroffene Bestimmung der Aufmerksamkeit überprüft werden.
FIG 6 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1d gemäß einer vierten Ausführung zum Ermitteln der Aufmerksamkeit des Fahrers in dem Fahrzeug 2. Die Vorrichtung 1d umfasst zumindest den Gassensor 3. Der Gassensor 3 ist dazu ausgelegt, eine Ausatem luft / Emissionen über die Haut des Fahrers zu erfassen. Ferner ist eine Analyseeinheit 4c sowie ein Sensor 11 zur Fahreridentifikation vorge sehen, um so den Fahrer zu erkennen. Die Analyseeinheit 4c ist dazu ausgebildet, das Zeitfenster und/oder einen Konzentrationsschwellwert an den erkannten Fahrer anzupassen. Somit kann die Vorrichtung 1 d individuell an den aktuellen Fahrer ange passt werden, wodurch sich eine Qualität in der Bestimmung der Aufmerksamkeit er höht.
Ferner kann die Analyseeinheit 4c dazu ausgebildet sein, die Anpassung mittels ei nes maschinellen Lernverfahrens, wie einem künstlichen neuronalen Netz vorzuneh men. Trainingsdaten können hierzu während der ersten Fahrten des Fahrers erzeugt werden.
Dadurch wird berücksichtigt, dass die Isoprenkonzentration in der Ausatem luft / die emittierte Isoprenkonzentration des Fahrers sehr variabel ist und beispielsweise von dem Tagesverlauf als auch der gesundheitlichen Verfassung des Fahrers abhängt.
Dadurch können somit auch absolute, als auch relative und binäre (Spurengas vor handen / nicht vorhanden) Änderungen des jeweiligen Isoprenkonzentrationswertes im Vergleich zu einem Ausgangs- oder Nominalwert eines bestimmten Fahrers mit in die Bestimmung der Aufmerksamkeit einbezogen werden, was die Qualität der Be stimmung erhöht.
Ferner weist die Vorrichtung 1d zumindest einen Zusatzsensor 12 zur Erfassung der Aufmerksamkeit auf. Dieser Zusatzsensor 12 kann als eine Innenraumkamera zur Er fassung eines Lidschlags und/oder Pupillenstellung des Fahrers und/oder Kopfhal tung und/oder Gähnfrequenz ausgebildet sein oder als ein Herzfrequenzsensor zum Ermitteln der Herzfrequenz und/oder ein Atemfrequenzsensor zum Ermitteln der Atemfrequenz. Es können auch mehrere Zusatzsensoren vorhanden sein. Die durch den Zusatzsensor 12 erfasste Aufmerksamkeit und die durch die Anzahl vorhandener Spitzenwerte 7 und/oder anhand der Frequenzanalyse und/ oder anhand der stochastischen Varianz (Streuung) ermittelte Aufmerksamkeit wird zu einem Gesamtaufmerksamkeitswert fusioniert. Durch eine solche Fusion kann eine noch genauere und/oder schnellere Bestimmung der Aufmerksamkeit eines Fahrers erzielt werden.
Bezuqszeichen a, 1 b, 1 c, 1 d Vorrichtung
Fahrzeug
Gassensor a, 4b, 4c Analyseeinheit
Isoprenkonzentrationsprofil
Wach/Schlafphasen - Diagramm
Spitzenwerte weiterer Gassensor
C02-Konzentrationsprofil 0 Kontraktionen der Skelettmuskulatur1 Sensor zur Fahreridentifikation 2 Zusatzsensor

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1 a,1 b, 1 c, 1 d) zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit eines Fahrers eines Fahrzeugs (2) aufweisend zumindest einen Gassensor (3), welcher zur kontinuierli chen Erfassung zumindest eines Teils einer Ausatem luft und/ oder von einer Flaut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung ausgebildet ist, und eine Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) zum Extrahieren zumindest eines flüchtigen Biomar kers in der Ausatem luft und/oder den emittierten flüchtigen organischen Verbindun gen, dadurch gekennzeichnet, dass der Biomarker als Isopren (2-Methylbuta-1 ,3-dien) ausgebildet ist, und wobei die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) zum Bestimmen der Isoprenkonzentration über ein vorab festgelegtes Zeitfenster als Isoprenkonzentrationsprofil (5) ausgebildet ist, wobei die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) ferner dazu ausgebildet ist, vorhandene Spitzenwerte (7) in dem Isoprenkonzentrationsprofil (5) zu ermitteln, so dass anhand der Anzahl der vorhandenen Spitzenwerte (7) innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerk samkeit ermittelbar ist und/oder die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) ferner dazu ausgebil det ist, anhand einer Frequenzanalyse von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln und/oder die Analy seeinheit (4a, 4b, 4c) ferner dazu ausgebildet ist, anhand der stochastischen Varianz (Streuung) von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters die Aufmerksamkeit zu ermitteln.
2. Vorrichtung (1a, 1b, 1c, 1d) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (11) zur Fahreridentifikation vorgesehen ist und die Analyseeinheit (4a,
4b, 4c) dazu ausgebildet ist, das Zeitfenster und/oder die Ermittlung der Aufmerk samkeit und/oder die Fahreridentifikation an den Fahrer anzupassen.
3. Vorrichtung (1 a,1 b, 1 c, 1 d) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) dazu ausgebildet ist, die Anpassung des Zeitfensters und/oder die Ermittlung der Aufmerksamkeit und/oder die Fahreridentifi kation mittels eines maschinellen Lernverfahrens vorzunehmen.
4. Vorrichtung (1 a, 1 b, 1c, 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1a, 1 b, 1 c, 1d) zumindest einen Zusatzsensor (12) zur Erfassung der Aufmerksamkeit des Fahrers aufweist, wobei die Vorrichtung (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) ferner dazu ausgebildet ist, die durch den Zusatzsensor (12) erfasste Aufmerksamkeit und die ermittelte Aufmerksamkeit zu einem Gesamtaufmerksamkeitswert zu fusionieren.
5. Vorrichtung (1 a,1 b, 1 c, 1 d) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzsensor (12) als eine Innenraumkamera zur Erfassung eines Lidschlags und/oder Pupillenstellung des Fahrers und/oder Kopfhaltung und/oder Gähnfrequenz ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (1 a,1 b, 1 c, 1 d) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzsensor (12) als ein Herzfrequenzsensor zum Ermitteln der Herzfrequenz und/oder ein Atemfrequenzsensor zum Ermitteln der Atemfrequenz ausgebildet ist.
7. Vorrichtung (1 a,1 b, 1 c, 1 d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Gassensor (3) in einer Kopfstütze des Fahrers und/oder einem Sitzgurt des Fahrers und/oder Lenkrad des Fahrers und/oder Rückenlehne des Fah rers und/oder in einem Fahrzeughimmel über dem Fahrersitz angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1 a, 1 b, 1c, 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1a, 1 b, 1 c, 1d) dazu ausgebildet ist, ab Unterschreiten eines vorab festgelegten ersten Aufmerksamkeitswertes visuelle und/oder haptische und/oder akustische Signale zu erzeugen.
9. Vorrichtung (1 a, 1 b, 1c, 1d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1a, 1 b, 1 c, 1d) dazu ausgebildet ist, ab Unterschreiten eines vorab festgelegten zweiten Aufmerksamkeitswertes Steuersignale zur Verwertung in einem entsprechenden Fahrerassistenzsystem zu erzeugen.
10. Vorrichtung (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Gassensor (8) vorgesehen ist, wobei der weitere Gassensor (8) zumin dest teilweise zur kontinuierlichen Erfassung zumindest von einer Haut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung vorgesehen ist.
11. Vorrichtung (1 a, 1 b, 1 c, 1 d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (4a, 4b, 4c) zum Extrahieren eines weiteren flüchtigen Biomarkers ausgebildet ist, sowie zum Bestimmen der Konzentration des Isoprens und des weiteren flüchtigen Biomar kers über das Zeitfenster als Gesamtkonzentrationsprofil sowie zum Ermitteln der Aufmerksamkeit anhand des Gesamtkonzentrationsprofils.
12. Verfahren zum Ermitteln einer Aufmerksamkeit eines Fahrers, wobei das Verfah ren auf einer Vorrichtung (1 a, 1 b, 1 c,1 d) nach einem der vorherigen Ansprüche durch geführt wird, umfassend aus zumindest folgenden Schritten:
- kontinuierliche Erfassung zumindest eines Teils einer Ausatem luft und/ oder von einer Haut des Fahrers emittierten flüchtigen organischen Verbindung durch zumindest einen Gassensor (3),
- extrahieren zumindest eines flüchtigen Biomarkers in der Ausatemluft und/o der den emittierten flüchtigen organischen Verbindungen durch eine Analy seeinheit (4a, 4b, 4c), wobei der Biomarker als Isopren (2-Methylbuta-1 ,3- dien) ausgebildet ist,
- bestimmen der Isoprenkonzentration über ein vorab festgelegtes Zeitfenster als Isoprenkonzentrationsprofil (5),
- ermitteln vorhandener Spitzenwerte (7) des Isoprens in dem Isoprenkonzent rationsprofil (5), so dass anhand der Anzahl der vorhandenen Spitzenwerte (7) die Aufmerksamkeit ermittelt wird und/oder Ermitteln der Aufmerksamkeit an hand einer Frequenzanalyse von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters und/oder Ermitteln der Aufmerksamkeit anhand der stochastischen Varianz (Streuung) von Isoprenkonzentrationswerten innerhalb des festgelegten Zeitfensters.
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