Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und System

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs und ein System zur Glanzdetektion für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs.

Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Kameras oder Sensoren ausgestattet. Diese Kameras oder Sensoren können beispielsweise dazu benutzt werden, um den Straßenverkehr zu beobachten oder den gesundheitlichen Zustand eines Fahrzeuginsassen zu überwachen. Die Überwachung des gesundheitlichen Zustandes des Fahrzeuginsassen kann zur Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr beitragen.

Es ist eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, das zu einer erhöhten Sicherheit im Straßenverkehr beitragen kann. Es ist ferner eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein System bereitzustellen, mittels dessen ein solches Verfahren durchführbar ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Dabei ist dem Kraftfahrzeug eine Sensorik zugeordnet, die eine Strahlungsquelle zur Emission einer vorgegebenen Strahlung und einen Strahlungssensor zur Strahlungsdetektion aufweist. Die Strahlungsquelle ist insbesondere als Infrarot-Leuchtdiode ausgebildet und der Strahlungssensor ist vorzugsweise als CCD-Kamera-Sensor realisiert. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Anwesenheit eines Fahrers des Kraftfahrzeugs und ein Erstellen eines Kopfmodells des Fahrers in Abhängigkeit der ermittelten Anwesenheit. Das Verfahren umfasst weiter ein Verorten eines Stirnbereichs des Fahrers in Abhängigkeit von dem erstellten Kopfmodell. Das Verfahren umfasst weiter ein Aussenden eines Lichtstrahls mittels der Strahlungsquelle in Abhängigkeit von dem verödeten Stirnbereich und ein Erfassen eines reflektierten Lichtstrahls mittels des Strahlungssensors. Der reflektierte Lichtstrahl ist repräsentativ für einen Lichtanteil des ausgesendeten Lichtstrahls, welcher von dem Stirnbereich des Fahrers reflektiert wurde. Das Verfahren umfasst weiter ein Ermitteln eines Glanzes einer Hautoberfläche des Stirnbereichs in Abhängigkeit von dem erfassten Lichtstrahl und ein Steuern einer dem Kraftfahrzeug zugehörigen Funktion in Abhängigkeit von dem ermittelten Glanz der Hautoberfläche des Stirnbereichs.

Mittels des beschriebenen Verfahrens ist eine automatisierte Schweißdetektion oder Überwachung der Schweißbildung eines Fahrers realisierbar, die zu einem verbesserten Komfort des Kraftfahrzeugs, aber insbesondere zu einer erhöhten Sicherheit im Straßenverkehr beitragen kann. Unter anderem kann mittels des beschriebenen Verfahrens durch optische Glanzdetektion ein verbessertes Erstellen von Fahrermodellen ermöglicht werden.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens ist der Strahlungssensor als ein CCD-Kamera-Sensor bereitgestellt und das Erstellen des Kopfmodells und das Verorten des Stirnbereichs des Fahrers umfasst ein Erfassen eines Messsignals des CCD-Kamera-Sensors und ein Ermitteln des Kopfmodells und Lokalisieren des Stirnbereichs in Abhängigkeit von dem erfassten Messsignal. Mittels des CCD-Kamera-Sensors kann ferner die Präsenz des Fahrers überprüft und daraufhin sein Kopf und seine Stirn erfasst werden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird das Erstellen des Kopfmodells und das Verorten des Stirnbereichs des Fahrers auf Basis mehrerer unterschiedlicher Positionen eines oder mehrerer CCD-Kamera-Sensoren durchgeführt. Somit kann aus unterschiedlichen Winkeln der Kopf des Fahrers erfasst und der Stirnbereich für die Glanzdetektion besonders genau und zuverlässig verödet werden. Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird das Ermitteln des Glanzes der Hautoberfläche des Stirnbereichs in Abhängigkeit von einem Winkel des ausgesendeten Lichtstrahls und/oder des erfassten Lichtstrahls relativ zueinander durchgeführt. Auf Basis einer winkelabhängigen Auswertung der Glanzdetektion kann zu einer besonders genauen und zuverlässigen Ermittlung von auf der Stirn vorhandenem Schweiß durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird das Ermitteln des Glanzes der Hautoberfläche des Stirnbereichs in Abhängigkeit von einer Kopfposition oder einer Blickrichtung des Fahrers durchgeführt. Auch eine solche Weiterbildung kann zu einer zuverlässigen und präzisen Glanzdetektion beitragen, indem die Kopfposition und/oder die Blickrichtung des Fahrers bei der Messung berücksichtigt werden.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird beschriebene Verfahren bzw. das Ermitteln des Glanzes der Hautoberfläche des Stirnbereichs zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt. Daraufhin erfolgt ein Ermitteln eines zeitlichen Verlaufs des Glanzes des Fahrers in Abhängigkeit von dem jeweils ermittelten Glanz und ein Steuern einer dem Kraftfahrzeug zugehörigen Funktion in Abhängigkeit von dem ermittelten Verlauf des Glanzes des Fahrers.

Gemäß einer weiteren Weiterbildung umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines Messwertes, der repräsentativ ist für eine aktuelle physikalische Kenngröße in und/oder außerhalb des Kraftfahrzeugs und ein Steuern einer dem Kraftfahrzeug zugehörigen Funktion in Abhängigkeit von dem bereitgestellten Messwert. Der bereitgestellte Messwert kann eine Temperatur in dem Fahrzeuginnenraum realisieren und bei der Glanzdetektion berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Messwert eine Außentemperatur realisieren und im Zusammenhang mit der Glanzdetektion verarbeitet werden. Auf diese Weise kann insbesondere zwischen einer Schweißbildung aufgrund eines erhöhten Stresslevels oder einer zu hohen Umgebungstemperatur unterschieden bzw. eine solche plausibilisiert werden. Darüber hinaus kann der bereitgestellte Messwert alternativ oder zusätzlich auch Parameter betreffen, die sich auf eine Fahrt mit dem Kraftfahrzeug auswirken, wie eine glatte oder feuchte Fahrbahn, starker Regen oder Schneefall und/oder ein Lichtausfall der Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs.

Das Steuern einer dem Kraftfahrzeug zugehörigen Funktion kann zum Beispiel ein Einschalten oder Verstärken einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von dem ermittelten Glanz umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuern einer dem Kraftfahrzeug zugehörigen Funktion ein Ausgeben eines Warnsignals, das Erstellen eines Fahrermodells und/oder das Einleiten von Sicherheitsmaßnahmen in Abhängigkeit von dem ermittelten Glanz umfassen. Auf diese Weise können höherwertige Funktionen auf Basis der Glanzdetektion automatisiert ausgelöst werden und zu einem komfortablen und insbesondere sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs beitragen.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System, mittels dessen das zuvor beschriebene Verfahren durchführbar ist. Das System zur Glanzdetektion eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs weist dabei ein Lenkrad mit Sensorik auf, die eine Strahlungsquelle zur Emission einer vorgegebenen Strahlung und einen Strahlungssensor zur Strahlungsdetektion umfasst. Die Strahlungsquelle und/oder der Strahlungssensor ist in oder an einem Mitteilteil des Lenkrads (10) oder einem Lenkhebel des Lenkrads angeordnet, welcher den Mittelteil zum Beispiel kreisförmig umgibt.

Das beschriebene System stellt insbesondere eine platzsparende und bevorzugte Möglichkeit bereit, das zuvor beschriebene Verfahren durchzuführen, sodass die beschriebenen Eigenschaften und Merkmale im Zusammenhang mit dem Verfahren auch für das System offenbart sind und umgekehrt.

Insbesondere können in einem Kraftfahrzeug bereits verbaute Kameras, LEDs oder Sensoren gezielt eingesetzt werden, um das beschriebene Verfahren durchzuführen. Somit können vorhandene Ressourcen weiter genutzt und das Verfahren kostengünstig durchgeführt werden. Alternativ kann eine Sensorik des Kraftfahrzeugs um die Komponenten des Systems erweitert werden, um eine besonders zuverlässige Glanzdetektion zu ermöglichen. Bevorzugt sind dabei ein oder mehrere Infrarot- Leuchtdioden und/oder CCD-Kamera-Sensoren in dem ringförmigen Lenkhebel verbaut, um von verschieden Positionen aus, zum Beispiel während eines Fahrzyklus, eine Glanzdetektion durchzuführen. Auch eine LED ermöglicht bereits eine Glanzdetektion zu unterschiedlichen Zeitpunkten und unterschiedlichen Positionen, wenn das beschriebene Verfahren zum Beispiel vor und während einer Kurvenfahrt durchgeführt wird. Dabei kann ferner ein Lenkwinkel als Messwert in das Verfahren und die Auswertung des reflektierten Lichtanteils mit einbezogen werden.

Mittels des beschriebenen Verfahrens bzw. des Systems kann insbesondere ein Modell des Fahrers ermittelt werden, auf Basis dessen dann Funktionen des Kraftfahrzeugs eingeleitet werden können, welche einen Einfluss auf Fahrentscheidungen oder sicherheitsrelevante Maßnahmen nehmen. Dies kann zum Beispiel eine Notbremsung oder die Ausgabe eines visuellen und/oder akustischen Warnsignals seins, wenn eine besonders hohe Glanzdetektion erfasst wurde. In Abhängigkeit von der Glanzdetektion kann unter anderem auf ein Stresslevel des Fahrers geschlossen werden. Die beschriebene Sensorik hat zudem den Vorteil, dass kein direkter Kontakt zur Haut erforderlich ist und dass der Stirnbereich des Fahrers als Messfläche verortet wird, welcher in der Regel nicht durch einen Schal oder einen Hut bedeckt ist und somit üblicherweise für eine Messung zur Verfügung steht.

Eine Glanzdetektion bzw. die Auswertung des reflektierten Lichtanteils kann zum Beispiel analog zu einer Eisdetektion erfolgen, wie sie durchgeführt wird, wenn auf eine Straße gerichtet ermittelt werden soll, ob Eis vorhanden ist oder nicht. Dabei kann der Glanz als eine optische Eigenschaft einer Oberfläche definiert sein, Licht ganz oder teilweise spiegelnd zu reflektieren. Ist eine Oberfläche nicht glänzend, weil sie Licht diffus reflektiert, so kann dies als Mattheit bezeichnet werden. Wie eine Farbe ist der Glanz eine Eigenschaft, die zum visuellen Erscheinungsbild einer Oberfläche beiträgt und die zur Eis- oder Glättedetektion auf einer Straße oder zur Schweißdetektion auf einem Stirnbereichs eines Fahrers hin untersucht werden kann. Dabei können auch gezielt optische Glanzsensoren eingesetzt werden, die die reflektierte Lichtintensität aus unterschiedlichen Richtungen detektieren. Solche Sensoren werden beispielsweise zur Qualitätskontrolle von Bauteilen verwendet.

Die in dem beschriebenen Verfahren verwendete Sensorik wird eingesetzt, um eine Bildung von Schweiß des Fahrers zu detektieren. Die Erkennung von Schweiß wird dabei bevorzugt durch einen CCD-Kamera-Sensor durchgeführt, der auf den Kopf des Fahrers gerichtet ist. Mittels eines Algorithmus wird ein Modell für den Kopf des Fahrers gebildet, um so Bewegungen der Kopfposition detektieren zu können. Anhand dieses Modells kann der Stirnbereich des Fahrers lokalisiert und einem Detektionsalgorithmus zur Verfügung gestellt werden. Der CCD-Kamera-Sensor misst nun in dem Stirnbereich des Fahrers vorzugsweise mittels breitbandiger Frequenzanalyse, zum Beispiel im Nah-Infrarot-Frequenzbereich, die Hautoberfläche. Dementsprechend umfasst die Strahlungsquelle vorzugsweise eine oder mehrere Leuchtdioden, die Licht im Nah-Infrarot-Frequenzbereich emittieren. Dies ermöglicht auch eine zuverlässige Durchführung des Verfahrens bei Nacht bzw. in einem dunklen Fahrzeuginnenraum.

Auf Basis der Frequenzanalyse kann mittels Erfassen des reflektierten Lichtanteils der Glanz der Hautoberfläche über eine Distanz ermittelt werden. Dabei ist ein System mit mehreren Kamerapositionen vorteilhaft, sodass zusätzlich zur Frequenzanalyse auch ein Winkel des reflektierten Lichtanteils einbezogen werden kann. Hierbei kann alternativ oder zusätzlich auch die Position der Beleuchtung durch die Strahlungsquelle variiert werden.

Die Beleuchtung mittels einer oder mehrerer Leuchtdioden kann an einer fixen Position zentral an dem Lenkrad oder an dem weiter außen befindlichen, ringförmigen Lenkhebel eingerichtet sein. Insbesondere unter Einbezug des Lenkwinkels kann der Glanz im Stirnbereich so bei verschiedenen Beleuchtungswinkeln gemessen werden. Die Veränderung des Glanzes der Hautoberfläche kann dann direkt auf den Schweißanteil an der Stirn zurückgeführt werden. Somit ist es mittels des Verfahrens möglich, kontinuierlich bzw. fortwährend die Veränderung des Schweißes auf der Stirn zu bestimmen. In einem weiteren Schritt kann dann der zeitliche Verlauf des Glanzes dem Fahrermodell zugeführt und als ein Einflussparameter für die Erkennung eines Stresslevels, in Bezug auf Wohlfühlfaktor (erhöhte Temperatur) oder hinsichtlich besonderer Situationen, in denen sich das Kraftfahrzeug und der Fahrer gerade befinden. Es wird zum Beispiel angenommen, dass ein Fahrer ins Schwitzen kommt, wenn er sich unwohl fühlt aufgrund einer aktuellen Situation. Diese kann entweder durch äußere Faktoren, wie die Fahrsituation, aber auch durch die erhöhte Temperatur aufgrund von Sonnenstrahlung gegeben sein.

Alternativ oder zusätzlich zu Leuchtdioden kann die Sensorik zur Glanzerkennung auch Radarsensoren umfassen, die im Fahrzeuginnenraum angeordnet sind. Durch die Entstehung von Schweiß auf der Oberfläche verändert sich der elektrische Leitwert der Hautoberfläche, was zu einer erhöhten Reflektion der Haut in diesem Bereich führt. Diese Information kann entweder selbständig oder in Kombination mit einem CCD-Kamera-Sensor zur Detektion verwendet werden.

Im Fahrermodell können insbesondere zusätzliche Einflussfaktoren, wie eine aktuelle Intensität eines Lichteinfalls in den Fahrzeuginnenraum oder eine externe Fahrsituation als Umfeld- oder Umgebungsmodell mit einbezogen werden, um zum Beispiel den zeitlichen Verlauf der Glanzveränderung zuordnen bzw. bewerten zu können. Bevorzugt wird daher eine Kombination aus zusätzlicher Fahrersensorik, Analyse der Umgebungssituation durch Fahrzeugsensorik und Modelle und maschinelle Lernverfahren auf Basis der erhobenen Daten eingesetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Kraftfahrzeug mit einem System zur Glanzdetektion eines Fahrers in einer schematischen Ansicht,

Figur 2 ein schematisches Ausführungsbeispiel des Systems nach Figur 1 , Figur 3 ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel des Systems nach Figur 1 ,

Figur 4 eine schematische Darstellung zur Glanzdetektion des Fahrers mit dem System nach Figur 2 oder 3, und

Figur 5 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Ansicht von oben ein Kraftfahrzeug 1 mit Kopfstützen 3 und einem Fahrer 20, der in dem Kraftfahrzeug 1 sitzt. Das Kraftfahrzeug 1 weist ferner eine Steuereinheit 2 auf, die signaltechnisch mit einem Lenkrad 10 des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt ist, welches ein System zur Glanzdetektion des Fahrers 20 realisiert. Wie nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 5 erläutert wird, kann mittels des Systems ein Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 1 durchgeführt werden, das zu einer Komfortsteigerung des Kraftfahrzeugs 1 beitragen und insbesondere einen Beitrag für eine erhöhte Sicherheit im Straßenverkehr leisten kann.

Dem Kraftfahrzeug 1 ist eine Sensorik zugeordnet, die in oder an dem Lenkrad 10 verbaut ist (s. Figuren 2 und 3). Die Sensorik umfasst mindestens eine Strahlungsquelle zur Emission einer vorgegebenen Strahlung und einen Strahlungssensor zur Strahlungsdetektion. Die Strahlungsquelle umfasst mindestens eine Infrarot-Leuchtdiode 12 und der Strahlungssensor umfasst mindestens einen CCD-Kamera-Sensor 11. Gemäß dem illustrierten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 umfasst die Strahlungsquelle zwei Leuchtdioden 12, die zusammen mit einem CCD-Kamera-Sensor 11 an einem Mittelteil 16 des Lenkrads 10 angeordnet sind. Alternativ kann die Strahlungsquelle gemäß Figur 3 vier Leuchtdioden 12 umfassen, von denen zwei in einem ringförmigen Lenkhebel 15 des Lenkrads 10 und zwei weitere zusammen mit einem CCD-Kamera-Sensor 11 an dem Mittelteil 16 des Lenkrads 10 angeordnet sind. Alternativ kann auch lediglich eine Leuchtdiode 12 in dem Lenkhebel 15 angeordnet sein und ein CCD-Kamera-Sensor 11 an dem Mittelteil 16.

Mittels der beschriebenen Ausführungsformen des Systems ist ein Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs 1 gemäß den Figuren 4 und 5 durchführbar. In einem Schritt S1 wird zum Beispiel mittels des CCD-Kamera-Sensors 11 detektiert, ob ein Fahrer 20 in dem Kraftfahrzeug 1 anwesend ist oder nicht.

In einem Schritt S2 wird bei Anwesenheit eines Fahrers 20 ein Kopfmodell des Fahrers 20 erstellt. Dies kann insbesondere das Modellieren einer Kopfposition und einer Blickrichtung umfassen.

In einem Schritt S3 erfolgt daraufhin eine Extraktion einer Stirnposition bzw. ein Verorten eines Stirnbereichs 21 des Fahrers 20 in Abhängigkeit von dem erstellten Kopfmodell.

In einem weiteren Schritt S4 wird in Abhängigkeit von dem verödeten Stirnbereich 21 eine oder mehrere Leuchtdioden 12 angesteuert und ein Lichtstrahl 13 in Richtung des Stirnbereichs 21 ausgesandt. Nachfolgend wird mittels des CCD-Kamera-Sensors 11 ein reflektierter Lichtstrahl 14 erfasst, der repräsentativ ist für einen Lichtanteil des ausgesendeten Lichtstrahls 13, welcher von dem Stirnbereich 21 des Fahrers 20 reflektiert wurde. Auf Basis des erfassten Lichtstrahls 14 wird ein Glanz einer Hautoberfläche des Stirnbereichs 21 ermittelt und diesem zum Beispiel ein Glanzwert zugeordnet.

In einem Schritt S5 kann der Schritt S4 zu einem weiteren Zeitpunkt erneut durchgeführt werden. Auf Basis einer Mehrzahl von Daten hinsichtlich des Glanzes kann somit ein zeitlicher Verlauf bzw. eine zeitliche Veränderung des Glanzwertes erstellt werden. In einem Schritt S6 kann auf Basis der zeitlichen Veränderung des Glanzwertes ein Modell für die Schweißdetektion in Bezug auf den Stirnbereich 21 des Fahrers 20 erstellt werden.

In einem weiteren Schritt S8 wird dann zum Beispiel ein Fahrermodell erstellt oder ein vorhandenes Fahrermodell verbessert und basierend auf dem Modell für die Schweißdetektion eine Stresserkennung und/oder ein Zusammenhang mit Wohlfaktor des Fahrers 20 in das Fahrermodell einbezogen.

Dabei können ferner externe Faktoren und Messwerte berücksichtigt werden, die zum Beispiel in einem Schritt S7 erfasst oder bereitgestellt werden. Dies kann Wetterinformation oder Informationen in Bezug auf die Fahrbahn umfassen, welche zum Beispiel Eis aufweist und glatt ist. Ferner kann eine Umgebungshelligkeit oder eine Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine Temperatur in dem Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs 1 und/oder eine Temperatur außerhalb des Kraftfahrzeugs 1 mit einbezogen werden, um die Glanzdetektion zu plausibilisieren.

In einem weiteren Schritt S9 kann daraufhin in Abhängigkeit von dem ermittelten Glanz der Flautoberfläche des Stirnbereichs 21 eine höherwertige Funktion, die dem Kraftfahrzeug zugeordnet ist, ausgelöst werden. Zum Beispiel kann eine Klimaanlage gesteuert, zum Beispiel angeschaltet oder ihr Betrieb verstärkt werden, wenn eine zunehmende Schweißbildung detektiert wurde. Alternativ oder zusätzlich kann ein adaptiertes Warnungsmodell gesteuert und zum Beispiel ein visuelles und/oder akustisches Warnsignal ausgeben werden. Dies kann zum Beispiel auch in Form einer Nachricht für den Fahrer auf einem Display erfolgen. Außerdem können zum Beispiel bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes für einen Glanzwert Sicherheitsmaßnahmen, wie ein Abbremsen eingeleitet werden.