DE102015200775A1 - Independent assessment of an emotional state and a cognitive burden - Google Patents

Independent assessment of an emotional state and a cognitive burden Download PDF

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Abstract

Es werden eine Vorrichtung, ein Fahrerassistenzsystem, ein Fortbewegungsmittel und ein Verfahren zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitive Belastung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – sensorisches Erfassen einer physiologischen Kenngröße des Fahrers, – informationstechnisches Erfassen einer Interaktion des Fahrers mit einem Bedienelement des Fortbewegungsmittels, – Ermitteln einer Verkehrssituation des Fortbewegungsmittels, und unter Verwendung der physiologischen Kenngröße sowie der Interaktion und der Verkehrssituation – Ermitteln einer ersten Bewertung des emotionalen Zustandes des Fahrers und einer zweiten Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers anhand einer elektronisch bereitgehaltenen Referenz. Auf Basis der erfindungsgemäß vorgenommenen Beurteilung kann eine im Fahrzeug vorhandene Aktuatorik zur positiven bzw. günstigen Beeinflussung des emotionalen Zustandes und der kognitiven Belastung des Fahrers verwendet werden.A device, a driver assistance system, a means of locomotion and a method for the independent assessment of an emotional state and a cognitive load of a driver of a means of locomotion are proposed. The method comprises the steps: sensory acquisition of a physiological parameter of the driver, information technology-based detection of an interaction of the driver with a control element of the means of locomotion, determination of a traffic situation of the means of locomotion, and using the physiological parameter as well as the interaction and the traffic situation first assessment of the driver's emotional state and a second assessment of the driver's cognitive load using an electronically held reference. On the basis of the assessment made according to the invention, an actuator system present in the vehicle can be used to favorably or favorably influence the driver's emotional state and cognitive load.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Fahrerassistenzsystem, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung eines Führers eines Fortbewegungsmittels (nachfolgend „Fahrer“). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Unterstützung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels unter Berücksichtigung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung. The present invention relates to a device, a driver assistance system, a means of locomotion as well as a method for the independent assessment of an emotional state and a cognitive load of a driver of a means of locomotion (hereinafter "driver"). More particularly, the present invention relates to the assistance of a driver of a vehicle in consideration of an emotional condition and a cognitive load.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die Begriffe „kognitive Belastung“ und „emotionaler Zustand“ folgendermaßen verwendet:

  • 1. Die kognitive Belastung einer Person kann auch als mentale „workload“ (englisch für „Arbeitslast“) bezeichnet werden und ist die Menge an Aufmerksamkeit oder „Rechenleistung“, die der Ausführende aufwenden muss, um die gestellte Aufgabe zufriedenstellend zu bearbeiten / zu erfüllen.
  • 2. Der emotionale Zustand wird im Kontext der Aufmerksamkeit in Valenz (positive bzw. negative Stimmung) und Arousal (eng. für „Level an Angeregtheit/Aufgeregtheit“) quantifiziert. Er umfasst Gefühle wie Angst, Stress, Erschöpfung oder Aufgeregtheit.
In the context of the present invention, the terms "cognitive load" and "emotional state" are used as follows:
  • 1. A person's cognitive load can also be referred to as a mental "workload" and is the amount of attention or "computing power" the performer must spend to satisfactorily fulfill the task ,
  • 2. The emotional state is quantified in the context of attention in valence (positive or negative mood) and arousal (narrow for "level of arousal / excitement"). It includes feelings like anxiety, stress, fatigue or excitement.

Eine kognitive Überbeanspruchung eines Ausführenden kann dazu führen, dass die gestellte Aufgabe nicht mehr zufriedenstellend bearbeitet werden kann, da die Aufgabe zu schwierig ist und somit die Taskperformance (der Grad der Ausführungsqualität) sinkt, während die kognitive Unterbeanspruchung dazu führen kann, dass der Ausführende müde wird, was wiederum zum Sinken der Taskperformance führen kann. Emotionale Zustände können ebenfalls die Taskperformance beeinflussen. Emotionaler Stress, Angst oder Frustration reduzieren die verfügbare Rechenleistung des Ausführenden. Ein emotionaler Zustand kann die kognitiven Zustände beeinflussen, indem z.B. die Energie-Regulation beeinflusst wird. Zum Beispiel kann Freude am Fahren Konzentration freisetzen und hebt das Leistungsvermögen des Fahrers. Angst oder Stress hingegen reduzieren die Fähigkeit, sich zu konzentrieren. Kognitiv sehr anspruchsvolle Aufgaben können das Gefühl von Stress erzeugen. Eine Quantifizierung des kognitiven Zustands (mentale Überlastung durch zu schwere Aufgabe) und dem emotionalen Zustands (Ermüdung/Angst/Stress) ist wichtig, um sicherzustellen, dass der Ausführende einer Aufgabe nicht an oder über seine Leistungsgrenze hinaus belastet wird, da er ansonsten die Aufgabe nicht mit hinreichender Performance bearbeiten kann. Im Kontext des Autofahrens ist eine Überwachung des kognitiven und emotionalen Zustandes wichtig, um die folgenden Parameter objektiv quantifizieren zu können:

  • • Fahrerperformance
  • • Fahrsicherheit
  • • Fahrerkomfort
Cognitive overuse of an operator may result in the task being rendered unable to be satisfactorily performed because the task is too difficult, and thus the task performance (the level of quality of execution) decreases, while the cognitive stress can make the operator tired which in turn can lead to a decrease in task performance. Emotional states can also affect task performance. Emotional stress, anxiety or frustration reduce the available computing power of the performer. An emotional state can influence the cognitive states, for example by influencing the energy regulation. For example, driving pleasure can release concentration and lift the driver's performance. Fear or stress, on the other hand, reduces the ability to concentrate. Cognitively demanding tasks can create a sense of stress. Quantifying the cognitive state (mental overworking due to excessive task) and the emotional state (fatigue / anxiety / stress) is important to ensure that the performer of a task is not burdened at or beyond his performance limit, otherwise he is the task can not handle with sufficient performance. In the context of driving, monitoring of the cognitive and emotional state is important in order to objectively quantify the following parameters:
  • • Driver performance
  • • Driving safety
  • • Driver comfort

Eine subjektive Quantifizierung der kognitiven Belastung und des emotionalen Zustandes wird oft über Fragebögen durchgeführt, welche für Untersuchungen während anspruchsvoller Aufgaben wie dem Autofahren nicht praktikabel sind. Eine objektive Quantifizierung der kognitiven Belastung und des emotionalen Zustandes kann über Messungen physischer und physiologischer Parameter durchgeführt werden. Hierzu können psycho-physiologische Signale, wie z.B. die Messung einer Änderung der Sprache (Zittern in der Stimme deutet auf Angst hin) oder der Herzfrequenz (höhere Herzfrequenz deutet auf Angst/Stress hin, kann jedoch auch auf höhere mentale kognitive Belastungszustände hinweisen) sowie auch die galvanische Haut-Leitfähigkeit (diese steigt bei Stress) mittels bekannter Sensoren erfasst werden. Subjective quantification of cognitive load and emotional state is often performed through questionnaires that are not practical for examinations during demanding tasks such as driving a car. An objective quantification of the cognitive load and the emotional state can be performed via measurements of physical and physiological parameters. For this purpose psycho-physiological signals, e.g. the measurement of a change in language (tremor in the voice indicates anxiety) or heart rate (higher heart rate indicates anxiety / stress, but may also indicate higher mental cognitive load levels) as well as galvanic skin conductivity (this increases) Stress) are detected by known sensors.

Andere Möglichkeit zur objektiven Quantifizierung der kognitiven Belastung und des emotionalen Zustands sind

  • • eine Signalableitung des Gehirns (Elektroencephalogram): Alphabandfrequenzen steigen bei Konzentration des Probanden
  • • Erfassung und Interpretation der Gesichtsausdrücke
  • • Informationen der Augen wie z.B. – Lidschlag-Frequenz der Augen (niedrigere Lidschlagfrequenz deutet auf Müdigkeit hin, aber auch auf Konzentration) – Pupillendilatation – Blickrichtung
  • • Informationen der Umgebung
  • • Interaktion mit Interaktionselementen wie z.B. – Lenkrad – Fahrzeugpedale – Schalter – Informationssystem
Another way to objectively quantify cognitive load and emotional state
  • • a signal derivative of the brain (electroencephalogram): Alphaband frequencies increase in concentration of the subject
  • • Acquisition and interpretation of facial expressions
  • • Information of the eyes such as - eye blink frequency (lower blink frequency indicates fatigue, but also concentration) - pupil dilatation - line of sight
  • • Information about the environment
  • • interaction with interaction elements such as - steering wheel - vehicle pedals - switch - information system

Bisher werden emotionale und kognitive Zustände durch im Stand der Technik bekannte Systeme lediglich separat analysiert oder vermischt betrachtet, so z.B. die kognitive Belastung während des Autofahrens oder in der Luftfahrt bei Piloten. Dies hängt damit zusammen, dass einfach zu messende Größen wie z.B. die Herzfrequenz keine Differenzierung zwischen emotionalem Stress und kognitiver Beanspruchung zulässt. In beiden Fällen steigt die Herzfrequenz. Ähnlich verhält es sich mit der Lidschlagfrequenz, welche sinkt, wenn ein Anwender müde ist (emotionaler Zustand) oder sich konzentriert (kognitiver Zustand). Wenn es möglich ist, emotionale Zustände von kognitiven Zuständen zu differenzieren (und unabhängig voneinander zu messen), kann das Wissen über den spezifischen emotionalen und kognitiven Zustand des Fahrers gezielt eingesetzt werden, um die Informationsverarbeitung des Fahrers zu beeinflussen. Wenn im Stand der Technik durch eine kombinierte (vermischte) Betrachtung quantifiziert wurde, in welchem emotionalen und kognitiven Zustand sich der Fahrer befindet, so können Gegenmaßnahmen ergriffen werden, bevor die Taskperformance sinkt (kognitiv suboptimaler Zustand) oder der Fahrer müde, gestresst oder überlastet wird (emotional suboptimaler Zustand). So können die oben genannten Parameter Fahrperformance, Fahrersicherheit und Fahrerkomfort verbessert werden, um die Wachheit, Entscheidungsfreude und das Urteilsvermögen (und andere Zustandsgrößen) des Fahrers sicherzustellen. Eine kognitive Überbelastung oder Unterforderung wird typischerweise dadurch beeinflusst, dass die gestellte Aufgabe einfacher oder schwieriger gemacht wird, indem z.B. im teilautomatisierten System der Grad der Automatisierung angepasst wird. Ein Beispiel aus dem Automobilsektor besteht in einer Beeinflussung kognitiver Unterforderung. Das Auto hat Quer- und Längs-Lenkungsassistenten aktiviert. Der Fahrer überwacht nur und ist kognitiv unterfordert. Eine Möglichkeit, diesen Zustand zu ändern, besteht darin, dem Fahrer nach vorheriger Warnung zu empfehlen, den Assistenten abzuschalten. Eine kognitive Überforderung besteht z.B. darin, dass der Fahrer selbstständig auf einem anspruchsvollen Kurs fährt und gleichzeitig telefoniert. Hierbei sinkt die Taskperformance (die Fahraufgabe wird nicht mehr zufriedenstellend bzw. mit einer erforderlichen Zuverlässigkeit erfüllt). In dieser Situation kann ein Quer- und/oder Längs-Führungsassistent aktiviert werden, um die Fahraufgabe leichter zu gestalten. Emotional unvorteilhafte Situationen (Stress, Erschöpfung und Angst) können beeinflusst werden, indem die Umgebung, welche durch die fünf Sinne des Fahrers wahrgenommen wird, verändert wird. Unter „Umgebung“ sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die unmittelbare Umgebung des Fahrzeugführers verstanden, also innerhalb des Fahrzeugs, welche direkt durch Mittel des Fahrzeugs beeinflusst werden kann. Dieser Vorgang wird mittels Fahrzeugaktuatorik vorgenommen. Dies kann durch Adaption einer oder mehrerer Einträge der folgenden Liste erfolgen:

  • – die optische Umgebung (z.B. Adaption des Innen- und Außenlichts sowie Adaption der visuellen Informationen)
  • – die audio-akustische Umgebung (z.B. Musik, Umgebungsgeräusche, Gespräche, positives auditorisches Feedback)
  • – die haptische Umgebung (z.B. durch eine Funktion des Massagesitzes und haptisches Feedback, z.B. durch Vibration)
  • – die propriozeptive Umgebung (z.B. Sitzposition)
  • – die olfaktorische Umgebung (z.B. schlechte Gerüche neutralisieren, angenehme Gerüche verbreiten)
  • – Gustatorische Umgebung
So far, emotional and cognitive states are considered by systems known in the art only separately analyzed or mixed, such as the cognitive load during driving or aviation in pilots. This is related to the fact that easily measurable variables such as the heart rate does not allow a distinction between emotional stress and cognitive stress. In both cases, the heart rate increases. The same is true of the blinking rate, which decreases when a user is tired (emotional state) or concentrated (cognitive state). When it is possible to differentiate emotional states from cognitive states (and to measure them independently), knowledge about the specific emotional and cognitive state of the driver can be be specifically used to influence the information processing of the driver. In the prior art, when a combined (mixed) consideration quantifies what emotional and cognitive condition the driver is in, countermeasures can be taken before the task performance decreases (cognitively suboptimal state) or the driver becomes tired, stressed or overloaded (emotionally suboptimal condition). Thus, the above-mentioned parameters of driving performance, driver safety and driver comfort can be improved to ensure the alertness, decision-making and judgment (and other state variables) of the driver. A cognitive overload or underload is typically influenced by the task being made easier or more difficult, for example by adjusting the degree of automation in the semi-automated system. An example from the automotive sector is influencing cognitive under-demand. The car has activated lateral and longitudinal steering assistants. The driver only monitors and is cognitively under-challenged. One way to change this condition is to advise the driver after prior warning to turn off the assistant. A cognitive overload is, for example, the fact that the driver drives independently on a demanding course and calls simultaneously. This reduces the task performance (the driving task is no longer satisfactorily fulfilled or with a required reliability). In this situation, a lateral and / or longitudinal guidance assistant can be activated to make the driving task easier. Emotionally unfavorable situations (stress, fatigue and anxiety) can be influenced by changing the environment perceived by the driver's five senses. In the context of the present invention, "environment" is understood to mean the immediate surroundings of the vehicle driver, that is to say within the vehicle, which can be influenced directly by means of the vehicle. This process is done by means of Fahrzeugaktuatorik. This can be done by adapting one or more entries in the following list:
  • - the optical environment (eg adaptation of the interior and exterior light and adaptation of the visual information)
  • - the audio-acoustic environment (eg music, ambient noise, conversation, positive auditory feedback)
  • - the haptic environment (eg by a function of the massage seat and haptic feedback, eg by vibration)
  • - the proprioceptive environment (eg sitting position)
  • - the olfactory environment (eg neutralize bad odors, spread pleasant odors)
  • - Gustatory environment

Mögliche Einflussnahmen aus dem Automobilsektor bestehen beispielsweise darin, den emotionalen Stress eines Fahrers zu senken. Hat ein Automobil detektiert, dass der Fahrer gestresst ist, kann automatisch für den jeweiligen Fahrer angenehmes Licht eingeschaltet und angenehme Musik eingespielt werden, um ihn zu beruhigen. Eine mögliche Beeinflussung emotionaler Angst besteht darin, dass im Ansprechen auf eine automatische Detektion der Tatsache, dass ein Fahrer sich z.B. vor einer Fahrt durch einen Tunnel oder eine komplizierte Baustelle fürchtet, Fahrerassistenzsysteme den Fahrer in dieser Fahrsituation wahrnehmbar unterstützen. Possible influences from the automotive sector, for example, are to reduce a driver's emotional stress. If an automobile has detected that the driver is stressed, pleasant light can automatically be switched on for the respective driver and pleasant music can be recorded to calm it down. One possible influence on emotional anxiety is that in response to an automatic detection of the fact that a driver is e.g. fearing a ride through a tunnel or a complicated construction site, driver assistance systems are perceptibly supporting the driver in this driving situation.

JP 4 307 071 A offenbart ein Verfahren zum Messen einer Änderung einer psychologischen Größe und nutzt psycho-physiologische Messgrößen, um emotionalen Stress zu messen und die Umgebung entsprechend anzupassen, so dass sich Anwender wohlfühlt. JP 4 307 071 A discloses a method for measuring a change in a psychological size and uses psycho-physiological measures to measure emotional stress and adjust the environment accordingly, so that users feel comfortable.

WO 2004 091371 A2 offenbart die Bestimmung eines psychologischen Zustandes eines Individuums, wobei die Aufnahme, Quantifizierung und Modifikation eines emotionalen und kognitiven Zustands eines Anwenders behandelt werden. Insbesondere werden müde oder aufgeregte Autofahrer erkannt und bedarfsgerecht unterstützt. WO 2004 091371 A2 discloses the determination of a psychological state of an individual, treating the acquisition, quantification, and modification of a user's emotional and cognitive state. In particular, tired or agitated motorists are recognized and supported as needed.

US 2001 0042004 A1 offenbart ein System zur objektiven Quantifizierung einer kognitiven Belastung eines Fahrers. US 2001 0042004 A1 discloses a system for objectively quantifying a driver's cognitive load.

Die im Stand der Technik bekannten Ansätze vermischen emotionale Zustände und kognitive Belastungen, wodurch eine erhebliche Unschärfe gegenüber dem tatsächlichen Zustand des Fahrers toleriert wird. Alternativ ausgedrückt werden im Stand der Technik lediglich der kognitive Belastungszustand oder der emotionale Zustand einer Person ermittelt und beeinflusst. The approaches known in the art mix emotional states and cognitive stresses, thereby tolerating significant blurring of the driver's actual condition. Alternatively, in the prior art, only the cognitive state of stress or the emotional state of a person is determined and influenced.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels gelöst. Hierzu werden unterschiedliche Kenngrößen sensorisch erfasst und eine objektive Unterscheidung kognitiver Zustände und emotionaler Zustände ermöglicht. Mit anderen Worten werden die zwei unabhängigen Dimensionen „Emotion“ und „Kognition“ differenziert voneinander betrachtet. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine physiologische Kenngröße des Fahrers sensorisch erfasst. Zuvor oder anschließend wird eine Interaktion des Fahrers mit einem Bedienelement des Fortbewegungsmittels informationstechnisch erfasst. Da eine Interaktion mit einem Bedienelement beispielsweise ein Signal erzeugen kann, mittels dessen eine dem Bedienelement zugeordnete Funktion gestartet wird, ist ein separater Sensor zur Erfassung der Interaktion zwar nicht notwendig, erfindungsgemäß jedoch nicht ausgeschlossen. Beispielsweise könnten auch solche Interaktionen des Fahrers sensorisch erfasst werden, welche zwar mit dem Bedienelement erfolgen, das Bedienelement jedoch nicht zum Funktionsaufruf verwenden. Zuvor oder nachher wird eine Verkehrssituation des Fortbewegungsmittels ermittelt und unter Verwendung der physiologischen Kenngröße sowie der Interaktion und der Verkehrssituation eine erste Bewertung des emotionalen Zustandes des Fahrers und eine zweite Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers anhand einer elektronisch bereitgehaltenen Referenz ermittelt. Die elektronisch bereitgehaltene Referenz kann beispielsweise ein Fahrermodell sein, welches Ausgabegrößen jeweils für den emotionalen Zustand und die kognitive Belastung im Ansprechen auf die physiologische Kenngröße, die Interaktion und die Verkehrssituation separat voneinander ausgibt. Im Unterschied zum Stand der Technik wird vorgeschlagen, eine differenzierte Betrachtung des emotionalen Zustands sowie der kognitiven Belastung innerhalb eines Systems durchzuführen, um eine jeweilige Einflussnahme auf die jeweiligen Ursachen vorbereiten und/oder vornehmen zu können. Erfindungsgemäß kann daher deutlich gezielter, bedarfsgerechter und damit erfolgreicher automatisch auf eine aktuelle Fahrzeugführungskompetenz reagiert werden. Im Ergebnis wird die Teilnahme am Verkehr sowohl für den Fahrer, als auch für die Verkehrsteilnehmer in seiner Umgebung sicherer. The above object is achieved by a method for independently judging an emotional state and a cognitive load of a driver of a vehicle. For this purpose, different parameters are sensory detected and an objective distinction between cognitive states and emotional states possible. In other words, the two independent dimensions "emotion" and "cognition" are considered differentiated from each other. In a first step of the method according to the invention, a physiological parameter of the driver is sensed. Before or after an interaction of the driver with an operating element of the means of transport is detected by information technology. For example, since an interaction with an operating element can generate a signal by means of which a function assigned to the operating element is started, a separate sensor for detecting the interaction is not necessary, but not excluded according to the invention. For example, such interactions of the driver could be sensory detected, which are done with the control, but do not use the control to function call. Before or after, a traffic situation of the means of locomotion is determined and, using the physiological parameter as well as the interaction and the traffic situation, a first assessment of the driver's emotional state and a second assessment of the driver's cognitive load are determined by means of an electronically made reference. The electronically held reference may be, for example, a driver model that outputs output quantities for each of the emotional state and the cognitive load in response to the physiological characteristic, the interaction and the traffic situation separately from each other. In contrast to the prior art, it is proposed to carry out a differentiated analysis of the emotional state and of the cognitive load within a system in order to be able to prepare and / or carry out a respective influence on the respective causes. According to the invention, therefore, it is possible to respond more clearly to an up-to-date vehicle management competence in a much more targeted, needs-based and therefore more successful manner. As a result, participation in traffic becomes safer for both the driver and the road users in his environment.

Die Erfindung ermöglicht eine Berücksichtigung der im Fahrzeug spezifisch verbauten Aktuatorik für die Unterstützung des Fahrers des Fortbewegungsmittels. Diese Aktuatorik kann nachgewiesenermaßen den emotionalen Zustand bzw. die kognitive Belastung des Fahrers positiv beeinflussen. Die Unterstützung des Fahrers des Fortbewegungsmittels ist ein Kernpunkt der vorliegenden Erfindung. Während im Stand der Technik bekannte Systeme den Fahrer lediglich auf eine Einschränkung hinweisen, wird die vorliegende Erfindung bevorzugt auf die Beurteilung des Zustandes des Fahrers (emotional sowie kognitiv) und der Einflussnahme auf den Fahrer im Sinne eines closed-loop-Systems verwendet, um optimierend auf die Fahrerbefähigung einzuwirken, und dies über eine entsprechende Fahrermodellierung. Mit anderen Worten wird Einfluss auf den Zustand des Fahrers genommen, die Änderung des Zustandes des Fahrers erneut sensorisch erfasst und die Einflussnahme bedarfsgerecht angepasst. Die physiologische Kenngröße kann beispielsweise eine Augenbewegungscharakteristik und/oder eine Lidschlagrate und/oder eine Herzfrequenz und/oder eine Kenngröße für den Blutdruck und/oder einen elektrischen Leitwert der Haut und/oder eine akustische Eigenschaft der Stimme und/oder eine Körpertemperatur des Fahrers umfassen. Die Augenbewegungscharakteristik kann beispielsweise durch einen optischen Sensor (z.B. eine Kamera) erfasst und einer Auswerteeinheit zugeführt werden. Entsprechendes gilt für eine Lidschlagrate. Der Hautleitwert kann über eine entsprechende non-intrusive Sensorik im Lenkrad erfasst werden, Die akustische Eigenschaft der Stimme kann beispielsweise über ein Mikrofon (z.B. einer Telefonanlage des Fortbewegungsmittels) aufgenommen und bezüglich eines Zeit- und/oder Frequenzverhaltens in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Für die übrigen genannten physiologischen Kenngrößen sind im Stand der Technik bereits Sensorsysteme und Implementierungen bekannt, welche zur Realisierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. The invention makes it possible to take into account the specific built-in actuator in the vehicle for the support of the driver of the means of transport. This actuator has been proven to positively affect the emotional state or cognitive load of the driver. The assistance of the driver of the means of locomotion is a key point of the present invention. While prior art systems merely alert the driver to a limitation, the present invention is preferably used to assess the driver's condition (emotional and cognitive) and the driver's control over a closed-loop system to optimize to affect the driver's ability to do so through appropriate driver modeling. In other words, influence on the condition of the driver is taken, the change of the condition of the driver sensory detected again and adapted the influence as needed. The physiological characteristic may include, for example, an eye movement characteristic and / or a blink rate and / or a heart rate and / or a characteristic for the blood pressure and / or an electrical conductance of the skin and / or an acoustic property of the driver's voice and / or body temperature. The eye movement characteristic can be detected, for example, by an optical sensor (for example a camera) and fed to an evaluation unit. The same applies to a blink rate. The skin conductance can be detected by a corresponding non-intrusive sensor in the steering wheel, The acoustic property of the voice can be recorded for example via a microphone (for example, a telephone system of the means of locomotion) and evaluated in terms of a time and / or frequency response in an evaluation. Sensor systems and implementations which can be used to implement the present invention are already known in the prior art for the other physiological parameters mentioned.

Das Bedienelement, mittels welchem der Fahrer die zu erfassende Interaktion unternimmt, kann ein Lenkrad und/oder ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal und/oder ein Kupplungspedal und/oder ein Element zur Gang- bzw. Fahrstufenwahl (Schaltknauf, Fahrstufenwahlelement) und/oder ein anderes Element bei der primären Wahrnehmung der Fahraufgabe und/oder ein Bedien- und/oder Schaltelement im Innenraum des Fortbewegungsmittels (z.B. zur Bedienung einer Anwenderschnittstelle eines Infotainmentsystems) sein. The control element, by means of which the driver undertakes the interaction to be detected, can be a steering wheel and / or an accelerator pedal and / or a brake pedal and / or a clutch pedal and / or an element for gear or gear selection (shift knob, speed selection element) and / or another element in the primary perception of the driving task and / or an operating and / or switching element in the interior of the means of transportation (eg for operating a user interface of an infotainment system).

Die Verkehrskenngröße kann beispielsweise eine Abstandsinformation von Umgebungsobjekten (beispielsweise andere Verkehrsteilnehmer) sein, welche über Radar- und/oder Lidar- und/oder Ultraschallsensoren sowie Laserscanner ermittelt werden können. Entsprechend kann auch die Reisegeschwindigkeit des Fortbewegungsmittels oder ein Verkehrsstau als Verkehrskenngröße herangezogen werden bzw. die Verkehrskenngröße charakterisieren. Somit kann die Quantifizierung des Fahrers eine aktuelle Verkehrssituation berücksichtigen und somit Mehrdeutigkeiten auflösen, um später den Fahrer ursachenbezogen beeinflussen zu können. The traffic parameter may be, for example, distance information of surrounding objects (for example other road users) which can be determined by means of radar and / or lidar and / or ultrasound sensors and laser scanners. Accordingly, the cruising speed of the means of transportation or a traffic jam can be used as a traffic parameter or characterize the traffic parameter. Thus, the quantification of the driver can take into account an up-to-date traffic situation and thus resolve ambiguities in order to influence the driver based on the cause later on.

Basierend auf der ersten Bewertung des emotionalen Zustandes und/oder basierend auf der zweiten Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers kann eine Betriebsart des Fortbewegungsmittels zur positiven Beeinflussung angepasst werden. Beispielsweise kann ein Betriebszustand eines Fahrerassistenzsystems und/oder eines Getriebes/Fahrwerkes und/oder eine Anpassung einer Lichtquelle (beispielsweise in einem Kombi-Instrument, insbesondere in Form einer Lichtintensität, eine Ambientebeleuchtung, Hintergrundbeleuchtungen von Bedienelementen, etc.) hinsichtlich einer Lichtfarbe und/oder einer Intensität im Interieur vorgenommen werden und/oder eine Wiedergabelautstärke einer akustischen Quelle im Interieur des Fortbewegungsmittels automatisch angepasst werden bzw. Umgebungsgeräusche ausgeblendet werden. Alternative Möglichkeiten zur positiven Beeinflussung des Fahrers bestehen in einer aktiven Emission olfaktorisch wahrnehmbarer Substanzen sowie einer Aktivierung einer Massagefunktion (z.B. eines Massagesitzes). Auf diese Weise können die Erkenntnisse über suboptimale Fahrzeugführungskompetenzklassen als Referenz zur Verbesserung des Fahrkomforts bzw. der Fahrsicherheit verwendet werden. Based on the first assessment of the emotional state and / or based on the second assessment of the driver's cognitive load, a mode of operation of the means of locomotion may be adapted for positive influence. For example, an operating state of a driver assistance system and / or a transmission / chassis and / or an adjustment of a light source (for example in a combination instrument, in particular in the form of a light intensity, ambient lighting, backlighting of controls, etc.) with respect to a light color and / or an intensity in the interior are made and / or a playback volume of an acoustic source in the interior of the means of transport are automatically adjusted or ambient noise are hidden. Alternative ways to positively influence the Drivers consist in an active emission of olfactory perceptible substances as well as an activation of a massage function (eg a massage seat). In this way, the knowledge about sub-optimal vehicle driving competence classes can be used as a reference for improving the driving comfort or driving safety.

Eine Möglichkeit zur Anpassung des Betriebszustandes des Fortbewegungsmittels kann darin bestehen, dass ein Stimulus ausgegeben wird. Stimuli können beispielsweise sein

  • – Audioakustische Stimuli wie Musik oder Geräusche
  • – visuelle Stimuli wie Lichteffekte oder Beleuchtungen
  • – Olfaktorische Stimuli wie z.B. Gerüche/Düfte
  • – Haptische Stimuli wie z.B. Massage oder Feedback durch Druck oder Vibration in Sitz oder Lenkrad
  • – Stimuli durch Änderung der Temperatur oder des Sauerstoffgehalts/CO2 Gehalts der Atemluft.
One way to adjust the operating state of the vehicle may be to issue a stimulus. For example, stimuli can be
  • - Audio-acoustic stimuli such as music or sounds
  • - visual stimuli such as lighting effects or lighting
  • - Olfactory stimuli such as odors / fragrances
  • - Haptic stimuli such as massage or feedback by pressure or vibration in the seat or steering wheel
  • - Stimuli by changing the temperature or the oxygen content / CO2 content of the respiratory air.

Die Referenz kann beispielsweise in Form eines Tabellenwerkes und/oder in Form eines mathematischen Modells gespeichert sein. Insbesondere berücksichtigt das mathematische Modell vordefinierte Abhängigkeiten zwischen den Eingangsgrößen bei der Ausgabe der ersten und der zweiten Beurteilung. Eine weitere Möglichkeit zur verbesserten Anpassung des Verfahrens besteht in einem fahrerspezifisch lernenden Modul, welches sich an einen individuellen Fahrer (z.B. unter Berücksichtigung quantitativ wahrnehmbarer Kenngrößen des Fahrers (z.B. durch Fahreridentifikation anhand eines Fahrzeugschlüssels, einer Masse, einer Größe, einer Stimme)) anpasst. The reference can be stored, for example, in the form of a table work and / or in the form of a mathematical model. In particular, the mathematical model takes into account predefined dependencies between the input quantities in the output of the first and second judgments. A further possibility for improved adaptation of the method consists in a driver-specific learning module which adapts to an individual driver (for example taking into account quantitatively perceptible characteristics of the driver (for example by driver identification based on a vehicle key, mass, size, voice).

Alternativ oder zusätzlich kann die erste Bewertung des emotionalen Zustandes eine erste Information umfassen, welche eine Valenz (also eine positive oder negative Stimmungslage) kennzeichnet. Zusätzlich kann die erste Bewertung eine zweite Information umfassen, welche einen Wachheitsgrad (Arousal oder eine Angeregtheit) kennzeichnet. Somit können unterschiedliche Aspekte des emotionalen Zustandes berücksichtigt und insbesondere beeinflusst werden. Alternatively or additionally, the first assessment of the emotional state may include a first information characterizing a valence (ie a positive or negative mood). In addition, the first score may include second information identifying a wakefulness (arousal or arousal). Thus, different aspects of the emotional state can be considered and in particular influenced.

Bevorzugt kann die Referenz eine Bewertung einer Eignung der Interaktion des Fahrers mit dem Bedienelement des Fortbewegungsmittels in Anbetracht der Verkehrssituation vornehmen. Auf diese Weise können Bedienfehler bzw. Fehleinschätzungen der Verkehrssituation erkannt und zur Klassifikation eines aktuellen kognitiven Belastungszustandes des Fahrers verwendet werden. Auf diese Weise können noch mehr Informationen der ersten und der zweiten Bewertung zugrunde gelegt werden. Preferably, the reference may make an assessment of suitability of the driver's interaction with the control of the means of transportation in view of the traffic situation. In this way, operator errors or misjudgements of the traffic situation can be detected and used to classify a current cognitive load condition of the driver. In this way, more information can be used as the basis for the first and the second evaluation.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst Speichermittel zum Bereithalten einer elektronischen Referenz (z.B. ein mathematisches Modell und/oder ein Tabellenwerk) und Sensoren, welche eingerichtet sind, eine physiologische Kenngröße des Fahrers zu erfassen. Zudem sind Mittel zum Erfassen einer Interaktion des Fahrers mit einem Bedienelement des Fortbewegungsmittels vorgesehen. Diese Mittel können beispielsweise den Bedienelementen inhärent zugeordnete Sensoren sein, welche zum Starten von mit den Bedienelementen assoziierten Funktionen vorgesehen sind. Alternativ oder zusätzlich können die Mittel zum Erfassen der Interaktion auch solche Interaktionen erfassen bzw. beschreiben und analysieren, welche nicht zum Starten der dem Bedienelement zugeordneten Funktion geeignet ist. Ein Beispiel für eine solche Interaktion ist ein Tippen auf einem Lenkradkranz eines Lenkrades oder auf einem Schaltknauf. According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for independently judging an emotional state and a cognitive load of a driver of a vehicle. The apparatus comprises storage means for holding an electronic reference (e.g., a mathematical model and / or a spreadsheet) and sensors arranged to detect a physiological characteristic of the driver. In addition, means for detecting an interaction of the driver with an operating element of the means of transportation are provided. These means may be, for example, the sensors inherently assigned sensors, which are provided for starting associated with the controls functions. Alternatively or additionally, the means for detecting the interaction can also capture or describe and analyze those interactions which are not suitable for starting the function assigned to the operating element. An example of such an interaction is a tap on a steering wheel rim of a steering wheel or on a shift knob.

Zusätzlich sind Mittel zum Erfassen einer Verkehrssituation des Fortbewegungsmittels vorgesehen, welche beispielsweise Sensoren zur Umfelderfassung erfassen können. Eine Auswerteeinheit kann beispielsweise in Form eines elektronischen Steuergerätes, eines Mikrocontrollers, eines Nanocontrollers und/oder in Form eines programmierbaren Prozessors vorgesehen sein, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, unter Verwendung der physiologischen Kenngröße sowie der Interaktion und der Verkehrssituation eine erste Bewertung des emotionalen Zustandes des Fahrers und eine zweite Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers anhand der elektronisch bereitgestellten Referenz zu ermitteln. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. In addition, means for detecting a traffic situation of the means of locomotion are provided, which can detect, for example, sensors for environment detection. An evaluation unit can be provided, for example, in the form of an electronic control unit, a microcontroller, a nanocontroller and / or in the form of a programmable processor, wherein the evaluation unit is set up, using the physiological parameter as well as the interaction and the traffic situation, a first evaluation of the emotional state of the Driver and a second assessment of the driver's cognitive load using the electronically provided reference. The features, combinations of features and the advantages resulting therefrom correspond to those embodied in connection with the first aspect of the invention so clearly that reference is made to the above statements to avoid repetition.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrerassistenzsystem vorgeschlagen, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt und einen Aktuator umfasst, durch welchen eine Information an den Fahrer ausgegeben oder ein Signal zur Änderung einer Betriebsweise des Fortbewegungsmittels zur Unterstützung des Fahrers bei der Führung des Fortbewegungsmittels ausgegeben werden kann. Letzteres Signal kann beispielsweise eine Quer- und/oder Längsführung des Fortbewegungsmittels aktivieren oder Hinweismeldungen zur objektiven Verbesserung des Fahrzustandes bei bedenklichen Fahrzuständen an den Fahrer ausgeben. Die Aktuierung kann aufgrund der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Bezug zur Ursache für den abzuändernden Zustand des Fahrers aufweisen. Mit anderen Worten kann je nach dem, aufgrund welcher Umstände die kognitive Belastung oder der emotionale Zustand verbesserungswürdig sind, die eine oder die andere, also die passende Maßnahme ergriffen werden. According to a third aspect of the present invention, a driver assistance system is proposed which comprises a device according to the invention according to the second-mentioned aspect of the invention and an actuator by which an information is output to the driver or a signal for changing a mode of operation of the means of locomotion to assist the driver in guiding the Means of transport can be issued. The latter signal, for example, activate a lateral and / or longitudinal guidance of the means of transport or output information messages for the objective improvement of the driving condition in critical driving conditions to the driver. The actuation may be due to the present Invention have an improved reference to the cause of the driver to be changed state. In other words, depending on the circumstances under which the cognitive load or the emotional state can be improved, one or the other, that is, the appropriate action, may be taken.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel (z.B. ein PKW, ein Transporter, ein LKW, ein Luft und/oder Wasserfahrzeug), umfassend eine Vorrichtung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt und/oder ein Fahrerassistenzsystem gemäß dem drittgenannten Erfindungsaspekt vorgeschlagen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen ebenfalls den obigen Ausführungen. According to a fourth aspect of the present invention, there is proposed a transportation means (e.g., a car, a van, a truck, an air and / or water vehicle) comprising a device according to the second aspect of the invention and / or a driver assistance system according to the third aspect of the invention. The features, feature combinations and the advantages resulting from these also correspond to the above statements.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:

1 eine Abbildung emotionaler Zustände im Kontext der Aufmerksamkeitsforschung auf die Dimensionen „Valenz“ (X-Achse) und „Arousal“ (Y-Achse); 1 an illustration of emotional states in the context of attention research on the dimensions "valence" (X-axis) and "arousal"(Y-axis);

2 ein Schaubild zur modellhaften Darstellung des Zusammenhangs und der Querbeeinflussung emotionaler Zustände und kognitiver Zustände; 2 a diagram for the model representation of the connection and the cross-influencing of emotional states and cognitive states;

3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 a block diagram of an embodiment of a device according to the invention;

4 eine Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels; und 4 an overview of components of an embodiment of a device according to the invention in an embodiment of a means of transport according to the invention; and

5 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention.

1 zeigt eine Möglichkeit, die zwei Dimensionen „Valenz“ (X-Achse) und „Arousal“ (Y-Achse) eines emotionalen Zustandes eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels in einem Diagramm 100 gegeneinander aufzutragen. Auf der X-Achse sind unangenehme Zustände A und angenehme Zustände B horizontal und Antriebslosigkeit C gegenüber einem Erregungszustand D aufgetragen. Entsprechend sind auch die Erfassung und Auswertung der rechtwinklig zueinander aufgetragenen Zustände möglich und erfindungsgemäß vorgeschlagen, um die Präzision der Erkenntnisse und Maßnahmen zu verbessern. 1 Fig. 12 shows a possibility of the two dimensions "valence" (X-axis) and "arousal" (Y-axis) of an emotional state of a driver of a means of locomotion in a diagram 100 apply against each other. On the X-axis, unpleasant states A and comfortable states B are plotted horizontally and listlessness C against an excitation state D. Accordingly, the detection and evaluation of the mutually perpendicular states are possible and proposed according to the invention to improve the precision of knowledge and measures.

2 zeigt ein Schaubild zur modellhaften Darstellung des Zusammenhangs und der Querbeeinflussung emotionaler und kognitiver Zustände, wobei ein kognitives und emotionales menschliches Modell 210 eine elektronisch bereitgehaltene Referenz des Modells 200 darstellt. Die Aufgabe bzw. die Umgebung 220 des kognitiven und emotionalen menschlichen Modells 210 wird durch die Sinne („Perzeption“) 211 aufgenommen und rechentechnisch in einer Auswerteeinheit 213 verarbeitet. In einem Block 212 erfolgt die kognitive Steuerung, im Ansprechen auf welche die Perzeption 211 fokussiert wird. Block 212 wirkt sich zudem auf Emotionen 215 und eine Energieregulation 214 des menschlichen Modells 210 aus. Zudem beeinflussen die Emotionen 215 die Energieregulation 214, welche wiederum Einfluss auf die rechentechnische Verarbeitung der Eindrücke in Block 213 hat. Der emotionale Zustand des Fahrers beeinflusst aus dem Block 215 heraus somit auch Auswirkungen der kognitiven Belastung des Fahrers in Block 213, welche die motorischen Ausgaben 216 des Fahrers veranlassen. Die Emotionen können also die kognitiven Zustände beeinflussen, indem sie die Energie-Regulation beeinflussen. Beispielsweise setzt Freude am Fahren Konzentrationsvermögen frei und hebt das Leistungsvermögen des Fahrers. Angst hingegen reduziert die Fähigkeit, sich zu konzentrieren. Kognitiv sehr anspruchsvolle Aufgaben können das Gefühl von Stress erzeugen. 2 shows a diagram to model the relationship and the cross-influencing of emotional and cognitive states, using a cognitive and emotional human model 210 an electronic reference of the model 200 represents. The task or the environment 220 of the cognitive and emotional human model 210 becomes through the senses ("perception") 211 recorded and computationally in an evaluation unit 213 processed. In a block 212 the cognitive control takes place in response to which the perception 211 is focused. block 212 also affects emotions 215 and an energy regulation 214 of the human model 210 out. In addition, the emotions affect 215 the energy regulation 214 which in turn influences the computational processing of the impressions in block 213 Has. The emotional state of the driver influences from the block 215 thus also impacting the driver's cognitive load in block 213 which are the motor issues 216 of the driver. The emotions can thus influence the cognitive states by influencing the energy regulation. For example, driving pleasure releases concentration and raises the driver's performance. Fear, on the other hand, reduces the ability to concentrate. Cognitively demanding tasks can create a sense of stress.

3 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Regelsystems 300. Ein vorbildlicher (gewünschter) emotionaler Zustand 310 und ein vorbildlicher (gewünschter) kognitiver Zustand 320 werden als Eingangsgrößen für Vergleicher 319 bzw. 329 herangezogen. Die Vergleicher 319 bzw. 329 erhalten zusätzlich zu diesen Eingangsgrößen tatsächliche kognitive bzw. emotionale Zustände aus einem personenabhängigen kognitiven und emotionalen Zustandsmodell 390 des Fahrers. Aus den Vergleichern 319 bzw. 329 werden emotionale Maßnahmen 330 und kognitive Maßnahmen 340 ergriffen und zur Anpassung der Mensch-Maschine-Interaktion 350 verwendet. Die Auswirkungen der angepassten Mensch-Maschine-Interaktion 350 werden durch psycho-physiologische Messungen, Hirnströme, Videodaten der Gesichtsausdrücke des Fahrers, Videodaten der Augen des Fahrers, Informationen der Maschine und Informationen von Interaktionen als Sensoren 360 überwacht. Aus den Sensordaten werden in Block 370 Merkmale extrahiert und anschließend einem Klassifikator 380 zugeführt. Die Auswertung der klassifizierten Merkmale erfolgt wiederum anhand des Modells 390. 3 shows a block diagram of a control system according to the invention 300 , An exemplary (desired) emotional state 310 and an exemplary (desired) cognitive state 320 are used as input variables for comparators 319 respectively. 329 used. The comparators 319 respectively. 329 In addition to these input values, actual cognitive or emotional states are obtained from a person-dependent cognitive and emotional state model 390 the driver. From the comparators 319 respectively. 329 become emotional measures 330 and cognitive measures 340 taken and adapt the human-machine interaction 350 used. The effects of customized man-machine interaction 350 Psycho-physiological measurements, brain waves, video data of the driver's facial expressions, video data of the driver's eyes, information of the machine and information of interactions as sensors 360 supervised. From the sensor data are in block 370 Features and then a classifier 380 fed. The evaluation of the classified features is again based on the model 390 ,

4 zeigt einen PKW 10 als Fortbewegungsmittel, in welchem ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung installiert ist. Ein Fahrer 1 interagiert mit einem Lenkrad 2 sowie mit einer Tastatur 11 einer Anwenderschnittstelle, welche auch einen Bildschirm 12 als Ausgabeeinheit aufweist. Die Interaktionen des Anwenders 1 mit dem Lenkrad 2, der Tastatur 11 und einem Gaspedal 9 werden, ebenso wie die Videodaten einer optischen Kamera 6 und den Audiodaten eines audioakustischen Mikrofons 5, von einem elektronischen Steuergerät 4 als Auswerteeinheit ausgewertet. Zudem erhält das elektronische Steuergerät 4 Temperatur- und Leitfähigkeitswerte von elektronischen Sensoren des Fahrersitzes 7. Ein Fahrermodell als elektronisch bereitgehaltene Referenz steht durch einen informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 4 verbundenen Datenspeicher 3 bereit. Zudem ist in der Front-Stoßstange ein Ultraschallsensor 8 als Umgebungssensor zur Erfassung und Beurteilung einer Verkehrssituation vorgesehen und ebenfalls Informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 4 verbunden. 4 shows a car 10 as a means of transport, in which an embodiment of a device according to the invention is installed. A driver 1 interacts with a steering wheel 2 as well as with a keyboard 11 a user interface, which also has a screen 12 as output unit. The interactions of the user 1 with the steering wheel 2 , the keyboard 11 and an accelerator pedal 9 as well as the video data of an optical camera 6 and the audio of an audio-acoustic microphone 5 , from an electronic control unit 4 evaluated as evaluation unit. In addition, the electronic control unit receives 4 Temperature and conductivity values of electronic sensors of the driver's seat 7 , A driver model as an electronically held reference stands by an information technology with the electronic control unit 4 connected data storage 3 ready. In addition, in the front bumper is an ultrasonic sensor 8th provided as an environmental sensor for detecting and assessing a traffic situation and also information technology with the electronic control unit 4 connected.

5 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung eines Fahrers eines Fortbewegungsmittels. In Schritt S100 wird eine physiologische Kenngröße des Fahrers sensorisch erfasst. In Schritt S200 wird eine Interaktion des Fahrers mit einem Bedienelement des Fortbewegungsmittels informationstechnisch erfasst. In Schritt S300 wird eine Verkehrssituation des Fortbewegungsmittels ermittelt und unter Verwendung der physiologischen Kenngröße sowie der Interaktion und der Verkehrssituation in Schritt S400 eine erste Bewertung des emotionalen Zustandes des Fahrers und eine zweite Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers anhand einer elektronisch bereitgehaltenen Referenz ermittelt. In Schritt S500 wird im Ansprechen auf die erste Bewertung und die zweite Bewertung eine Betriebsart des Fortbewegungsmittels angepasst. Mit anderen Worten wird zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit bzw. des Wohlbefindens des Fahrers eine Anpassung der Umwelt des Fahrers über eine Kombinatorik von Klima, Licht, Luft, Fahrerassistenz etc. vorgenommen. Hierbei wird ein Betriebszustand eines Fahrerassistenzsystems derart geändert, dass der Arousal-Wert in Richtung eines idealen Arousal-Wertes (Soll-Wert) geändert wird. Selbstverständlich kann das vorgenannte Verfahren als geschlossene Regelschleife (engl.: closed-loop) ausgeführt werden, sodass nach Schritt S500 automatisch mit der Durchführung des Schrittes S100 zur Erfassung einer physiologischen Kenngröße des Fahrers fortgefahren wird. 5 shows steps of an embodiment of a method according to the invention for the independent assessment of an emotional state and a cognitive load of a driver of a means of locomotion. In step S100, a physiological characteristic of the driver is sensed. In step S200, an interaction of the driver with an operating element of the means of transport is detected by information technology. In step S300, a traffic situation of the means of locomotion is determined and, using the physiological parameter as well as the interaction and the traffic situation in step S400, a first assessment of the driver's emotional state and a second assessment of the driver's cognitive load are determined using an electronically held reference. In step S500, an operating mode of the vehicle is adjusted in response to the first evaluation and the second evaluation. In other words, to improve the performance or the well-being of the driver, an adaptation of the driver's environment via a combination of climate, light, air, driver assistance, etc. made. Here, an operating state of a driver assistance system is changed such that the arousal value is changed in the direction of an ideal arousal value (target value). Of course, the aforementioned method may be executed as a closed-loop, so that after step S500, the execution of step S100 for automatically acquiring a physiological parameter of the driver is automatically continued.

Um eine automatische Quantifizierung der Dimensionen emotionaler Zustand und kognitive Belastung zu ermöglichen, können intelligente Algorithmen, insbesondere sog. Maschinenlern-(englisch: machine-learning)Algorithmen die Eingabegrößen „physiologische Kenngröße“, „Interaktion des Fahrers“ sowie die „Verkehrssituation“ verarbeiten. Da kognitive und emotionale Zustände subjektiv stark variieren und eine Kenntnis über individuelle Zustände und Anpassungen eine genauere Vorhersage sowohl von emotionalen als auch von kognitiven Zuständen eines Individuums ermöglichen, müssen diese Machine-Learning-Algorithmen einzelne, mehrere oder alle der folgenden Daten als Eingabegrößen erhalten:

  • – psycho-physiologische Messungen
  • – Hirnströme
  • – Videodaten der Gesichtsausdrücke
  • – Videodaten der Augen
  • – Informationen der Umgebung („Verkehrssituation“)
  • – Informationen von Interaktionen
In order to enable an automatic quantification of the dimensions of emotional state and cognitive load, intelligent algorithms, in particular so-called machine-learning algorithms, can process the input variables "physiological parameter", "driver's interaction" and the "traffic situation". Because cognitive and emotional states vary subjectively, and knowledge of individual states and adjustments allows a more accurate prediction of both an individual's emotional and cognitive states, these machine-learning algorithms must receive single, multiple, or all of the following data as input quantities:
  • - psycho-physiological measurements
  • - brain waves
  • - Video data of the facial expressions
  • - Video data of the eyes
  • - Information of the environment ("traffic situation")
  • - Information of interactions

Diese Daten können beispielsweise mittels automatischer Klassifikationsalgorithmen verarbeitet werden, um emotionale Zustände und kognitive Zustände separat und individuell zu klassifizieren. Abhängig vom gewünschten emotionalen und kognitiven Zustand werden Maßnahmen ergriffen, welche den Menschen individuell in den gewünschten Zustand „regeln“, wobei separate emotional und kognitiv wirkende Maßnahmen ergriffen werden. Auf diese Weise lässt sich jeder beliebige gewünschte emotionale und kognitive Zustand beim Menschen einstellen, sofern geeignete Aktuatoren zur Verfügung stehen. These data can be processed, for example, by means of automatic classification algorithms to classify emotional states and cognitive states separately and individually. Depending on the desired emotional and cognitive state, measures are taken which individually "regulate" the individual to the desired state, whereby separate emotional and cognitive measures are taken. In this way, any desired emotional and cognitive state in humans can be adjusted, provided that suitable actuators are available.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene individuelle Messung von kognitivem und emotionalem Zustand des Fahrers können verschiedene psychologische Bedürfnisse (z.B. Kompetenz, Sicherheit, Autonomie, Körperlichkeit/Stimulation, etc.) des Fahrers angesprochen werden, um situativ positive Kundenerlebnisse beim Autofahren zu steigern. Die Bedürfnisse können hierbei über spezifische Reize angesprochen werden. Dies kann beispielsweise durch die im Fahrzeug verbaute Aktuatorik erfolgen. Konkret wird eine „physikalische“ Beeinflussung des Fahrers vorgenommen, welche die Bedürfnisse des Fahrers anspricht und durch die Befriedigung dieser Bedürfnisse zu positiven Emotionen beim Fahrer führt. Folgende Beispiele sind hierbei denkbar:

  • – Höhere Fahrperformance
By means of the individual measurement of cognitive and emotional state of the driver proposed according to the invention, various psychological needs (eg competence, safety, autonomy, physicality / stimulation, etc.) of the driver can be addressed in order to increase situational positive customer experiences when driving a car. Needs can be addressed through specific stimuli. This can be done for example by the built-in actuator in the vehicle. Specifically, a "physical" influencing the driver is made, which addresses the needs of the driver and by satisfying these needs leads to positive emotions in the driver. The following examples are conceivable:
  • - Higher driving performance

Durch Hinwirken auf einen verbesserten emotionalen und kognitiven Zustand steigen die Fahrqualität und damit die Souveränität der Fahrweise. Es tritt beim Fahrer ein Kompetenzerlebnis ein und somit wird die Fahrfreude weiter gesteigert. Dies wirkt wiederum zurück auf den emotionalen Zustand. Damit wird insgesamt das positive Fahrerlebnis noch verstärkt und Fahrqualität wird weiter gesteigert.

  • – Höhere Sicherheit
By acting on an improved emotional and cognitive state, the driving quality and thus the sovereignty of the driving style increases. It enters the driver a competence experience and thus the driving pleasure is further increased. This in turn affects the emotional state. Overall, the positive driving experience will be enhanced and ride quality will be further enhanced.
  • - Higher security

Auf emotionaler Ebene können Angst, Stress oder Müdigkeit die Konzentration und Fahrfähigkeit des Fahrers negativ beeinflussen und zu erhöhtem Unfallrisiko führen. Auf kognitiver Ebene kann eine Überforderung des Fahrers dazu führen, dass der Fahrer der Fahraufgabe (incl. Nebenaufgabe(n)) nicht gewachsen ist, was ebenfalls das Unfallrisiko erhöht.

  • – Höherer Komfort
On an emotional level, anxiety, stress or fatigue can negatively affect the driver's concentration and driving ability and lead to an increased accident risk. At the cognitive level, an excessive demand of the driver can lead to the driver of the driving task (incl. Additional task (s)) ), which also increases the accident risk.
  • - Higher comfort

Durch gezieltes Abbauen von Stress oder Angst, durch im Fahrzeug vorhandene Aktuatorik und durch gezieltes Reduzieren von Müdigkeit und gezielte Reduktion von kognitiver Überlastung kann das Wohlbefinden und Komfort-Empfinden des Fahrers gesteigert werden. By deliberately reducing stress or anxiety, by using existing actuators in the vehicle and by specifically reducing fatigue and targeted reduction of cognitive overload, the driver's sense of well-being and comfort can be increased.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden nicht nur der emotionale Zustand und der kognitive Zustand des Anwenders generell beeinflusst. Die erfindungsgemäßen Aspekte erlauben die individuell differenzierte Quantifizierung emotionaler und kognitiver Zustände und die Selektion individueller Maßnahmen durch die im Fahrzeug verbaute Aktuatorik, welche den jeweiligen Zustand ändern sollen. Dies erfolgt abhängig davon, ob der emotionale oder kognitive Zustand des Anwenders geändert werden soll. In contrast to the prior art, not only the emotional state and the cognitive state of the user are generally affected. The aspects according to the invention allow the individually differentiated quantification of emotional and cognitive states and the selection of individual measures by the actuators installed in the vehicle, which are to change the respective state. This is dependent on whether the emotional or cognitive state of the user is to be changed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Fahrer driver
2 2
Lenkrad steering wheel
3 3
Datenspeicher data storage
4 4
elektronisches Steuergerät electronic control unit
5 5
Mikrofon microphone
6 6
optische Kamera optical camera
7 7
Fahrersitz (mit Leitfähigkeitssensoren) Driver's seat (with conductivity sensors)
8 8th
Ultraschallsensor ultrasonic sensor
9 9
Gaspedal accelerator
10 10
PKW car
11 11
Tastatur keyboard
12 12
Bildschirm screen
100 100
Differenzial emotionaler Zustände Differential of emotional states
200 200
Modell model
210 210
kognitives und emotionales menschliches Modell cognitive and emotional human model
211 211
Perzeption perceptions
212 212
kognitive Steuerung cognitive control
213 213
rechentechnische Verarbeitung computational processing
214 214
Energie-Regulation Energy Regulation
215 215
Emotionen emotions
216 216
motorische Ausgaben motor issues
220 220
Aufgabe/Umgebung Task / ambient
300 300
Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Regelsystems Block diagram of the control system according to the invention
310 310
gewünschter emotionaler Zustand desired emotional state
319 319
Vergleicher comparator
320 320
gewünschter kognitiver Zustand desired cognitive state
329 329
Vergleicher comparator
330 330
emotionale Maßnahmen emotional measures
340 340
kognitive Maßnahmen cognitive measures
350 350
Mensch-Maschine-Interaktion Human-Machine Interaction
360 360
Sensoren sensors
370 370
Merkmalsextraktion feature extraction
380 380
Klassifikator classifier
390390
personenabhängiger kognitiver und emotionaler Zustand des Fahrers person-dependent cognitive and emotional state of the driver
A A
unangenehme Gefühlslage unpleasant emotional state
B B
angenehme Gefühlslage pleasant feeling
C C
passiver Zustand passive state
D D
angeregter Zustand excited state
S100–S500 S100-S500
Verfahrensschritte steps
X X
Valenz valence
Y Y
Arousal-Erregung Arousal arousal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Verfahren zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung eines Fahrers (1) eines Fortbewegungsmittels (10) umfassend die Schritte: – sensorisches Erfassen (100) einer physiologischen Kenngröße des Fahrers (1), – informationstechnisches Erfassen (200) einer Interaktion des Fahrers mit einem Bedienelement (2) des Fortbewegungsmittels (10), – Ermitteln (300) einer Verkehrssituation des Fortbewegungsmittels (10), und unter Verwendung der physiologischen Kenngröße sowie der Interaktion und der Verkehrssituation – Ermitteln (400) einer ersten Bewertung des emotionalen Zustandes des Fahrers (1) und einer zweiten Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers (1) anhand einer elektronisch bereitgehaltenen Referenz (210). Method for independently assessing a driver's emotional state and cognitive load ( 1 ) of a means of transportation ( 10 ) comprising the steps: - sensory detection ( 100 ) a physiological characteristic of the driver ( 1 ), - information technology acquisition ( 200 ) an interaction of the driver with a control element ( 2 ) of the means of locomotion ( 10 ), - Determine ( 300 ) a traffic situation of the means of transport ( 10 ), and using the physiological parameter as well as the interaction and the traffic situation - determining ( 400 ) an initial assessment of the driver's emotional state ( 1 ) and a second assessment of the driver's cognitive load ( 1 ) using an electronically prepared reference ( 210 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die physiologische Kenngröße – eine Augenbewegungscharakteristik, und/oder – eine Lidschlagrate, und/oder – eine aus einem Elektrokardiogramm ableitbare Parameter, insbesondere eine Herzfrequenz, und/oder – eine Kenngröße für einen Blutdruck, und/oder – einen elektrischen Leitwert der Haut, und/oder – eine akustische Eigenschaft der Stimme, und/oder – eine Körpertemperatur – eine Atemfrequenz des Fahrers (1) ist. The method of claim 1, wherein the physiological parameter - an eye movement characteristic, and / or - a blink rate, and / or - derived from an electrocardiogram parameters, in particular a heart rate, and / or - a characteristic for a blood pressure, and / or - a electrical conductance of the skin, and / or - an acoustic property of the voice, and / or - a body temperature - a respiratory rate of the driver ( 1 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bedienelement des Fortbewegungsmittels (10) – ein Lenkrad (2) und/oder – ein Gaspedal (9) und/oder – ein Bremspedal und/oder – ein Kupplungspedal und/oder – ein Element zur Gang- bzw. Fahrstufenwahl und/oder – ein anderes Element zur Verwendung für die Wahrnehmung der Fahraufgabe, und/oder – ein Bedien- und/oder Schaltelement (11) zur Erzeugung oder Schaltung eines elektrischen Signals im Innenraum des Fortbewegungsmittels (10) ist. Method according to claim 1 or 2, wherein the operating element of the means of locomotion ( 10 ) - a steering wheel ( 2 ) and / or - an accelerator pedal ( 9 ) and / or - a brake pedal and / or - a clutch pedal and / or - an element for speed selection and / or - another element for use in the perception of the driving task, and / or - a control and / or Switching element ( 11 ) for generating or switching an electrical signal in the interior of the means of locomotion ( 10 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verkehrskenngröße – eine Abstandsinformation von Umgebungsobjekten, insbesondere Verkehrsteilnehmern, und/oder – eine Reisegeschwindigkeit des Fortbewegungsmittels (10) und/oder – einen Verkehrsstau anzeigt. Method according to one of the preceding claims, wherein the traffic parameter - a distance information of surrounding objects, in particular road users, and / or - a cruising speed of the means of transportation ( 10 ) and / or - indicates a traffic jam. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend basierend auf der ersten Bewertung des emotionalen Zustandes und/oder basierend auf der zweiten Bewertung der kognitiven Belastung – Anpassen (500) einer Betriebsart des Fortbewegungsmittels (10), insbesondere – einer im Fahrzeug vorhandenen Aktuatorik und/oder – eines Betriebszustandes eines Fahrerassistenzsystems und/oder – eines Betriebszustandes eines Getriebes, und/oder – eine Anpassung einer Lichtquelle im Interieur, – eine Wiedergabelautstärke einer akustischen Quelle im Interieur des Fortbewegungsmittels (10) umfasst. The method of any one of the preceding claims, further comprising based on the first assessment of the emotional state and / or based on the second assessment of the cognitive load - adjusting ( 500 ) an operating mode of the means of locomotion ( 10 ), in particular - an existing in the vehicle actuators and / or - an operating state of a driver assistance system and / or - an operating state of a transmission, and / or - an adjustment of a light source in the interior, - a playback volume of an acoustic source in the interior of the means of transport ( 10 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – die Referenz (210) in Form eines Tabellenwerkes und/oder in Form eines mathematischen Modells gespeichert ist und/oder – die erste Bewertung des emotionalen Zustandes eine erste Information kennzeichnend eine Valenz (X) und eine zweite Information kennzeichnend einen Wachheitsgrad (Y) umfasst. Method according to one of the preceding claims, wherein - the reference ( 210 ) is stored in the form of a table work and / or in the form of a mathematical model and / or the first evaluation of the emotional state comprises a first information characterizing a valence (X) and a second information having a wakefulness (Y). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei – die Referenz (210) eine Bewertung einer Eignung der Interaktion des Fortbewegungsmittels (10) in Anbetracht der Verkehrssituation beschreibt. Method according to one of the preceding claims, wherein - the reference ( 210 ) an assessment of suitability of the interaction of the means of transport ( 10 ) in view of the traffic situation. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches als geschlossene Regelschleife ausgeführt wird.  Method according to one of the preceding claims, which is carried out as a closed loop control. Vorrichtung zur unabhängigen Beurteilung eines emotionalen Zustandes und einer kognitiven Belastung eines Fahrers (1) eines Fortbewegungsmittels (10) umfassend: – Speichermittel (3) zum Bereithalten einer elektronischen Referenz (210), – einen Sensor, welcher eingerichtet sind, eine physiologische Kenngröße des Fahrers zu erfassen, – Mittel zum Erfassen einer Interaktion des Fahrers (1) mit einem Bedienelement (2, 9, 11) des Fortbewegungsmittels (10), – Mittel (8) zum Ermitteln einer Verkehrssituation des Fortbewegungsmittels (10), und – eine Auswerteeinheit (4), welche eingerichtet ist, unter Verwendung der physiologischen Kenngröße sowie der Interaktion und der Verkehrssituation – eine erste Bewertung des emotionalen Zustandes des Fahrers (1) und eine zweite Bewertung der kognitiven Belastung des Fahrers (1) anhand der elektronisch bereitgehaltenen Referenz (210) zu ermitteln. Device for independent assessment of a driver's emotional state and cognitive load ( 1 ) of a means of transportation ( 10 ) comprising: - storage means ( 3 ) to provide an electronic reference ( 210 ), - a sensor which is set up to detect a physiological characteristic of the driver, - means for detecting an interaction of the driver ( 1 ) with a control element ( 2 . 9 . 11 ) of the means of locomotion ( 10 ), - Medium ( 8th ) for determining a traffic situation of the means of transportation ( 10 ), and - an evaluation unit ( 4 ), which is set up, using the physiological parameter as well as the interaction and the traffic situation - a first assessment of the emotional state of the driver ( 1 ) and a second assessment of the driver's cognitive load ( 1 ) based on the electronically provided reference ( 210 ) to investigate. Fahrerassistenzsystem umfassend – eine Vorrichtung nach Anspruch 9, und – einen Aktuator (12) zum Ausgeben einer Information oder eines Stimulus an den Fahrer oder eines Signals zur Änderung einer Betriebsweise des Fortbewegungsmittels (10) zur Unterstützung des Fahrers (1) bei der Führung des Fortbewegungsmittels (10). Driver assistance system comprising - an apparatus according to claim 9, and - an actuator ( 12 ) for outputting an information or a stimulus to the driver or a signal for changing an operation of the Means of locomotion ( 10 ) in support of the driver ( 1 ) in the management of the means of transport ( 10 ). Fortbewegungsmittel (10) umfassend – eine Vorrichtung nach Anspruch 9 und/oder – ein Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 10. Means of transportation ( 10 ) - a device according to claim 9 and / or - a driver assistance system according to claim 10.
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