DE102014204339A1

DE102014204339A1 - Verfahren zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014204339A1
Application number: DE102014204339.5A
Authority: DE
Inventors: Marcel MATHISSEN; Rainer Vogt; Hans-Joachim Lindner; Jeroen Lem; Volker Scheer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-10
Also published as: US20150251661A1; CN104908687A; CN104908687B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes in einem Kraftfahrzeug. Wenn ein Fahrzeuginsasse (2) eine Kurzschlaf-Funktion anfordert, werden verschiedene Fahrzeugparameter (12) derart eingestellt, dass der leistungsfördernde Kurzschlaf begünstigt wird, und der den Kurzschlaf genießende Fahrzeuginsasse (2) wird in einem gewissen Zeitpunkt geweckt. Gemäß der Erfindung wird während der Kurzschlaf-Funktion mindestens ein physiologischer Parameter des Fahrzeuginsassen (2) gemessen, der unabhängig von irgendwelchen Makrobewegungen des Fahrzeuginsassen (2) Rückschlüsse auf die aktuelle Schlaftiefe erlaubt, und der Zeitpunkt, in dem der Fahrzeuginsasse (2) geweckt wird, wird unter Berücksichtigung des mindestens einen physiologischen Parameters derart gewählt, dass der Fahrzeuginsasse (2) nach Möglichkeit in einem Zeitpunkt geringer Schlaftiefe geweckt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes in einem Kraftfahrzeug, wie aus der DE 10 2012 004 382 bekannt und gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Mit einem Kraftfahrzeug lange Strecken zu fahren, ohne Pausen einzulegen, erhöht die Unfallgefahr. Es ist allgemein anerkannt, dass ein schläfriger Fahrer eine Pause einlegen und noch besser ein wenig schlafen sollte.
Es ist bekannt, in einem Kraftfahrzeug eine Kurzschlaf-Funktion gegen Müdigkeit und/oder zur Konzentrationssteigerung anzubieten, die auf Anforderung durch einen Fahrzeuginsassen verschiedene Fahrzeugparameter derart einstellt, dass ein leistungsfördernder Kurzschlaf im Fahrzeug begünstigt wird. Eine besonders wirksamer Kurzschlaf ist ein so genannter "Power-Nap", ein vorzugsweise ungefähr 20 bis 30 Minuten langer leistungsfördernder Kurzschlaf. Ein Kurzschlaf kann auch Entspannungszustand sein, der zur Regeneration genutzt wird und der durch einen Bewusstseinszustand erhöhter Relaxation gekennzeichnet ist. Dieser Zustand muss vom Individuum nicht als Schlaf wahrgenommen werden. Allgemein ist der Übergang in den Schlafzustand fließend und die Schlaftiefe je nach Person variabel. Auch diese Zustände werden hier als Kurzschlaf verstanden.
Beispielsweise werden für einen Kurzschlaf die Fenster und das Schiebedach geschlossen, die Türen verriegelt, eine Einbruch-/Diebstahlwarnanlage und/oder Fahrzeugumgebungsüberwachung eingeschaltet und Heizung und Lüftung bzw. Klimatisierung geeignet eingestellt. Außerdem kann ein Fahrzeugsitz in eine für den Insassen voreingestellte Kurzschlafposition gebracht, eine Lordosen-Stütze aufgepumpt, der Fahrgastraum verdunkelt, z.B. durch elektrochromatische oder mechanische Fensterverdunkelung, und entspannende Musik abgespielt werden. Nach einer voreingestellten Zeit wird der Insasse sanft geweckt, auch durch Rücknahme von für den Kurzschlaf getroffenen Maßnahmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen noch stärker leistungsfördernden Kurzschlaf in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung werden, während die Kurzschlaf-Funktion aktiviert ist, ein oder mehrere physiologische Parameter des Fahrzeuginsassen gemessen, die unabhängig von irgendwelchen Makrobewegungen des Fahrzeuginsassen Rückschlüsse auf die aktuelle Schlaftiefe erlauben, und der Zeitpunkt, in dem der Fahrzeuginsasse geweckt wird, wird unter Berücksichtigung des mindestens einen physiologischen Parameters derart gewählt, dass der Fahrzeuginsasse nach Möglichkeit in einem Zeitpunkt geringer Schlaftiefe geweckt wird.
Aus der DE 10 2008 038 022 A1 ist zwar eine Einrichtung zum Wecken einer in einem Kraftfahrzeug schlafenden Person bekannt, die einen Schlafphasenwecker verwendet, der zwischen Tiefschlafphasen liegende (beinahe) wache Momente, während derer die Person sanft geweckt werden kann, anhand von Bewegungen der Person ermittelt, die mit einem Bewegungssensor erfasst werden, wie er z.B. zur Innenraumüberwachung vorgesehen ist. Ein derartiger Schlafphasenwecker ist aber wenig präzise, da nur Bewegungen von ganzen Körperteilen erfasst werden, die auch eine gewisse Intensität haben müssen.
Es gibt auch zuverlässigere Schlafphasenwecker, die mittels spezieller Sensoren am Kopf die Gehirnaktivität messen, doch sind diese sehr aufwändig und unbequem.
Die Erfindung macht sich den Umstand zu Nutze, dass in modernen Kraftfahrzeugen etliche Sensoriken und Datenverarbeitungseinrichtungen vorhanden sind oder leicht hinzugefügt werden können, die es ohne oder mit geringem zusätzlichen Aufwand ermöglichen, physiologische Parameter des Fahrzeuginsassen zu messen, die subtiler als Makrobewegungen sind und die mindestens ebenso gut oder noch zuverlässiger mit der Schlaftiefe korreliert sind. Derartige Parameter sind unter anderem Herzfrequenz, Atemfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur, Muskeltonus, insbesondere Gesichtsmuskeltonus, elektrischer Hautwiderstand und elektrische Gehirnaktivität.
Gerade in einem Kraftfahrzeug lassen sich derartige Parameter ohne großen Aufwand und ohne Unbequemlichkeit für den einen Kurzschlaf genießenden Fahrzeuginsassen messen und verarbeiten. Dafür geeignete Sensoren, die in machen Kraftfahrzeugen schon für andere Zwecke vorhanden sind, sind z.B. Sensoren für ECG (Elektrokardiografie), EMG (Elektromyografie) und Atemfrequenz, die in Sitz oder Lenkrad eingebaut sein können, und elektronische Kameras, welche z.B. die Erfassung von Gesichtsmuskeltonus und Körpertemperatur erlauben. Selbst ein in das Kraftfahrzeug eingebrachtes und z.B. am Körper des Fahrers angebrachtes Gerät wie z.B. ein sensorbestücktes Armband würde in einem Kraftfahrzeugsitz weniger stören als in einem Bett, wo man mehr Bewegungsfreiheit erwartet als in einem Kraftfahrzeugsitz.
Einige mögliche Indikatoren für geringe Schlaftiefe können zwar auch mit gewissen äußerlichen Körperbewegungen verbunden sein, wie z.B. Nasenblähen, Lidflattern oder das Pulsieren von Blutgefäßen unter der Haut, doch sind dies Mikrobewegungen, die von typischen Bewegungssensoren gar nicht erfasst werden, die aber durch geeignete Auswertetechniken z.B. in digitalen Filmen erkannt werden können.
Dementsprechend sind derartige Mikrobewegungen von Makrobewegungen zu unterscheiden, wie sie in der genannten DE 10 2008 038 022 A1 erfasst werden. Derartige Makrobewegungen sind auch wenig geeignet, die Schlaftiefe während einer Kurzschlafphase zu ermitteln, da sie eher gegen Ende eines mehrstündigen Schlafes auftreten.
Selbst eine EEG (Elektroenzephalografie), die als besonders zuverlässiger Schlafphasenindikator gilt, lässt sich in einem Kraftfahrzeug möglicherweise mit weniger Störung der enzephalografierten Person als mit einer konventionellen EEG-Kappe durchführen, z.B. mit kapazitiv gekoppelten Elektroden in der Kopfstütze des Fahrzeugsitzes und/oder mit Trockenkontaktelektroden in irgendeinem Gegenstand, den die Person ohnehin am Kopf trägt, z.B. eine Datenbrille, Kopfhörer oder Headset, welche üblicherweise auch mit der Bordelektronik kommunizieren.
D.h., die physiologischen Parameter können mit Hilfe von Sensoren eines in das Kraftfahrzeug eingebrachten elektronischen Geräts und/oder mit Hilfe von im Kraftfahrzeug eingebauten Sensoren gemessen werden. Das in das Kraftfahrzeug eingebrachte elektronische Gerät kann ein Smartphone mit einer geeigneten App, eine Fitness-Uhr, auch Fitness-Tracker genannt, ein Kopfhörer, eine Datenbrille oder dergleichen sein, wobei das Gerät natürlich über eine geeignete Sensorik verfügen muss. Die im Kraftfahrzeug eingebauten Sensoren können eine auf den Fahrzeuginsassen gerichtete Kamera und/oder Sensoren umfassen, die in einen Fahrzeugsitz oder in ein Lenkrad integriert sind.
Die Erfindung ermöglicht es, den kurzschlafenden Fahrzeuginsassen zuverlässig in einem Zeitpunkt zu wecken, in dem er optimal von dem Kurzschlaf profitiert hat, aber nicht aus einer Tiefschlafphase geweckt wird und sich weiterhin müde fühlt.
Dies gelingt noch besser, wenn anhand des mindestens einen physiologischen Parameters auch der Zeitpunkt ermittelt wird, in dem der Fahrzeuginsasse tatsächlich einschläft, und wenn der Zeitpunkt, in dem der Fahrzeuginsasse geweckt wird, auch unter Berücksichtigung des ermittelten tatsächlichen Einschlafzeitpunkts gewählt wird. Das heißt, wenn der Fahrzeuginsasse einige Zeit zum Einschlafen benötigt, wird der Aufweckzeitpunkt entsprechend verzögert, und der Fahrzeuginsasse bekommt auch in diesem Fall genug Kurzschlaf, um erholt wieder aufzuwachen.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:
1 verschiedene Systemkomponenten und deren Zusammenwirken bei einem Verfahren zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes;
2 ein Blockdiagramm von Informationsfluss und Datenverarbeitung bei dem Verfahren zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes; und
3 ein typisches Beispiel für die Änderung der Herzfrequenz während des Schlafes.
Wie in 1 veranschaulicht, befinden sich in einem Kraftfahrzeug ein Fahrer 2, eine auf den Fahrer 2 gerichtete elektronische Kamera 4 und ein oder mehrere physiologische Sensoren 6 für ECG, EMG, Atemfrequenz usw. des Fahrers 2. Eine HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle) 8 ermöglicht es dem Fahrer 2, ein Steuergerät 10 zu bedienen und Meldungen davon zu empfangen.
Das Steuergerät 10 empfängt Daten von der Kamera 4 und dem oder den physiologische Sensoren 6. Das Steuergerät 10 ist dafür eingerichtet, die von dem Fahrer 2, der Kamera 4 und dem oder den physiologischen Sensoren 6 empfangenen Daten zu verarbeiten und, wenn der Fahrer 2 eine Kurzschlaf-Funktion aktiviert, eine Reihe von Ausstattungsmerkmalen 12 wie z.B. Türverriegelung, Sitzeinstellung, Fensterverdunkelung, variables Innenraumlicht, personalisierte Musik, Aromatisierung usw. derart einzustellen, dass ein leistungsfördernder Kurzschlaf begünstigt wird.
Wie in 2 veranschaulicht, registrieren die physiologischen Sensoren 6, welche in einem in das Fahrzeug eingebrachten Gerät eingebaute bzw. am Körper getragene Sensoren 6a und/oder im Kraftfahrzeug eingebaute Sensoren 6b sein können, während der Fahrt physiologische Parameter des Fahrers 2, wie z.B. Herzfrequenz, Atemfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur, Muskeltonus, insbesondere Gesichtsmuskeltonus, elektrischer Hautwiderstand und/oder elektrische Gehirnaktivität, und liefern entsprechende physiologische Daten 14, aus denen das Steuergerät 10 die aktuelle Müdigkeit oder Unaufmerksamkeit des Fahrers 2 berechnet. Wenn die Müdigkeit oder Unaufmerksamkeit des Fahrers 2 einen voreingestellten Wert oder einen durch längere Beobachtung des Fahrers gewonnen Normalwert übersteigt, wird dem Fahrer 2 vorgeschlagen, an einem sicheren Platz zu parken und dort ein Nickerchen zu machen.
Sobald der Fahrer 2 geparkt, den Motor abgestellt und die Kurzschlaf-Funktion eingeschaltet hat, stellt das Steuergerät 10 die Fahrzeugparameter oder Ausstattungsmerkmale 12 wie oben beschrieben ein, um den Kurzschlaf zu begünstigen. Insbesondere wird ein automatisch verstellbarer Fahrersitz in eine mehr oder weniger horizontale Position gebracht, und im Falle eines nur manuell verstellbaren Fahrersitzes wird der Fahrer 2 über die HMI 8 gebeten, den Sitz selbst entsprechend einzustellen. Das Innenraumlicht wird angepasst, und es werden entspannende Klänge oder Musikstücke abgespielt, um eine entspannte Atmosphäre zu schaffen. Je nach den gerade herrschenden Klimabedingungen kann das Fahrzeug aktiv belüftet werden, z.B. um ein warmes, komfortables Kima zu erzeugen, das die Entspannung in der Anfangsphase des Kurzschlafes fördert. Das Fahrzeug wird auch verriegelt, und es werden keine Telefonanrufe weitergeleitet. Die Privatsphäre des Fahrers 2 kann durch Verdunkeln der Fahrzeugfenster verbessert werden. So gibt es elektrochromatische Fensterverdunkelungen, wobei die Lichtdurchlässigkeit der Scheiben von durchsichtig nach milchig durchscheinend oder dunkel getönt wechselt, so dass niemand von außen in das Fahrzeug blicken kann.
Während die Kurzschlaf-Funktion eingeschaltet ist, überwacht das Steuergerät 10 mittels der physiologischen Sensoren 6 den Fahrer 2 und berechnet aus den physiologischen Daten 14 laufend die aktuelle Schlaftiefe des Fahrers 2. Um den benutzten Erkennungsalgorithmus zu verbessern, kann dabei auch die Tageskurve der mittleren Leistungsfähigkeit des Fahrers berücksichtigt werden, die der Fahrer 2 selbst eingegeben hat oder die von einem in das Fahrzeug eingebrachten Gerät wie z.B. einem Smartphone oder einem elektronischen Fitnesstrainer drahtlos übermittelt worden ist. Ein derartiges Gerät kann auch die oder einige der physiologischen Sensoren 6a bereitstellen.
Aus dem zeitlichen Verhalten der aktuellen Schlaftiefe ermittelt das Steuergerät 10 den Zeitpunkt, in dem der Fahrer 2 tatsächlich eingeschlafen ist, und setzt eine Mindestschlafdauer von z.B. 20 Minuten an, die ein fest voreingestellter Wert sein kann oder vom Fahrer eingegeben worden sein kann. Nach Ablauf der Mindestschlafdauer wird der Fahrer 2 durch eine Aufweckfunktion 16 geweckt, sobald die nächste Wach-Phase oder Fast-Wach-Phase zwischen zwei Tiefschlafphasen erkannt wird. Wird keine zum Aufwecken geeignete Phase erkannt, wird der Fahrer 2 nach einer Maximalschlafdauer von z.B. 30 Minuten geweckt, die ein fest voreingestellter Wert sein kann oder vom Fahrer eingegeben worden sein kann.
In jedem Fall wird der Fahrer 2 durch die Aufweckfunktion 16 sanft geweckt, z.B. durch Aromatisierung des Fahrgastraums oder Vibrieren des Sitzes. Zusätzlich können die für den Kurzschlaf getroffenen entspannenden Maßnahmen, d. h. die entsprechenden Einstellungen von Ausstattungsmerkmalen 12, wieder rückgängig gemacht werden, z.B. durch langsame Helligkeitszunahme im Fahrgastraum.
Die zur Erkennung der Schlaftiefe verwendeten physiologischen Parameter des Fahrers 2 sind solche, die sich von Schlafphase zu Schlafphase ändern, wie z.B. Herzfrequenz, Blutdruck und Atemfrequenz. 3 zeigt ein typisches Beispiel für die Änderung der Herzfrequenz vor, während und nach einem Langschlaf. Man beachte den großen Unterscheid zwischen fünf Tiefschlafphasen und einer Aufwachphase. Obwohl in der Zeitskala der 3 nur undeutlich erkennbar, gibt es derartige Unterscheide zwischen tiefem und weniger tiefem Schlaf auch während der einzelnen Tiefschlafphasen, und auch gegen Ende eines nur ca. 20 bis 30 Minuten dauernden Kurzschlafes. Diese Unterschiede erlauben es, einen geeigneten Zeitpunkt zum Aufwecken des Fahrers 2 zu ermitteln.
Ähnliche Unterschiede bestehen auch für andere physiologische Parameter wie z.B. Körpertemperatur, Muskeltonus, elektrischer Hautwiderstand und natürlich die elektrische Gehirnaktivität. Man kann auch mehrere verschiedene physiologische Parameter kombinieren, um eine bessere Erkennungsgenauigkeit und somit noch bessere Erholung des Fahrers zu erzielen.
Man beachte, dass auch die einem Schlaf vorausgehende Müdigkeitsphase Unterschiede zu normaler Wachheit zeigt, worauf die Erkennung der Müdigkeit oder Unaufmerksamkeit des Fahrers 2 basieren kann, um ihm daraufhin vorzuschlagen, "ein Nickerchen zu machen".
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012004382 [0001]
DE 102008038022 A1 [0009, 0014]

Claims

Verfahren zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes in einem Kraftfahrzeug, bei dem, wenn ein Fahrzeuginsasse (2) eine Kurzschlaf-Funktion anfordert, verschiedene Fahrzeugparameter (12) derart eingestellt werden, dass der leistungsfördernde Kurzschlaf begünstigt wird, und bei dem der den Kurzschlaf genießende Fahrzeuginsasse (2) in einem gewissen Zeitpunkt geweckt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kurzschlaf-Funktion mindestens ein physiologischer Parameter des Fahrzeuginsassen (2) gemessen wird, der unabhängig von irgendwelchen Makrobewegungen des Fahrzeuginsassen (2) Rückschlüsse auf die aktuelle Schlaftiefe erlaubt, und dass der Zeitpunkt, in dem der Fahrzeuginsasse (2) geweckt wird, unter Berücksichtigung des mindestens einen physiologischen Parameters derart gewählt wird, dass der Fahrzeuginsasse (2) nach Möglichkeit in einem Zeitpunkt geringer Schlaftiefe geweckt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des mindestens einen physiologischen Parameters auch der Zeitpunkt ermittelt wird, in dem der Fahrzeuginsasse (2) tatsächlich einschläft, und dass der Zeitpunkt, in dem der Fahrzeuginsasse (2) geweckt wird, auch unter Berücksichtigung des ermittelten tatsächlichen Einschlafzeitpunkts gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine physiologische Parameter einer oder mehrere der Parameter Herzfrequenz, Atemfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur, Muskeltonus, insbesondere Gesichtsmuskeltonus, elektrischer Hautwiderstand und elektrische Gehirnaktivität ist bzw. sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein physiologischer Parameter mit Hilfe von Sensoren (6a) eines in das Kraftfahrzeug eingebrachten elektronischen Geräts gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das in das Kraftfahrzeug eingebrachte elektronische Gerät ein Smartphone mit einer geeigneten App, eine Fitness-Uhr, ein Kopfhörer oder eine Datenbrille ist.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein physiologischer Parameter mit Hilfe von im Kraftfahrzeug eingebauten Sensoren (6b) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im Kraftfahrzeug eingebauten Sensoren (6b) eine auf den Fahrzeuginsassen gerichtete Kamera (4) und/oder in einen Fahrzeugsitz oder in ein Lenkrad integrierte Sensoren umfassen.
Vorrichtung zur Ermöglichung eines leistungsfördernden Kurzschlafes in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.