Müdigkeitserkennung durch Aufmerksamkeitsassistenten

Langstreckenfahrten auf Autobahnen ohne Zwischenstopps bergen nach Ansicht vieler Verkehrsexperten das Risiko der Übermüdung. Der Autofahrer, vielfach sind das Lkw-Fahrer, Busfahrer und Urlauber, bemerken das oft selbst gar nicht. Laut wissenschaftlicher Studien und Statistiken des Deutschen Verkehrssicherheitsrates ist rund jeder vierte schwere bzw. tödliche Verkehrsunfall auf Autobahnen auf Müdigkeit zurückzuführen! Unbestritten ist auch, dass Übermüdung sich auf das Fahrverhalten ebenso negativ auswirken kann, wie zu starker Alkoholkonsum. Seit langem Arbeiten Forscher deshalb an der Müdigkeitserkennung im Auto.

Die Müdigkeitserkennung beobachtet das Fahrverhalten und fordert zu einer Kaffeepause auf (Grafik Bosch)

Mittlerweile verrichten in modernen Autos ja bereits sehr viele Fahrerassistenzsysteme ihren Dienst. Sie helfen beim Einparken, regeln Geschwindigkeit und Abstand, leiten eine Notbremsung ein oder erkennen Fußgänger oder Verkehrsschilder. Lange hatte man sich gefragt, ob nicht etwa der Fahrer durch die Fahrerassistenzsyteme entmündigt würde, aber dies ist definitiv nicht der Fall. Der Fahrer wird hauptsächlich dann unterstützt, wenn er durch Unaufmerksamkeit oder Müdigkeit nicht voll konzentriert das Verkehrsgeschehen um sich herum wahrnehmen kann. Ignoriert ein Autofahrer die Anzeichen beginnender Müdigkeit, so kann er urplötzlich in einen so genannten Sekundenschlaf oder Mikroschlaf (Microsleep) fallen. Diese dauert in der Regel zwischen einer und fünf Sekunden. In dieser Phase hat man die Augen sogar noch geöffnet, kann aber nicht mehr reagieren. In einer Sekunde legt ein Auto 28 m zurück, in fünf Sekunden 140 Meter. Das ist eindeutig zu viel!

Video zum Sekundenschlaf

Aufmerksamkeitsassistenten

Hier kommen nun die Aufmerksamkeitsassistenten (Attention Assist) auch Müdigkeitserkennung genannt ins Spiel. Die Hersteller von Aufmerksamkeitsassistenten verfolgen verschiedene Ansätze um sich der Problematik zu nähern.

Zum einen gibt es z.B. von Volvo sogenannte Spurverlassenswarner (Lane Departure Warning) bzw. Spurhalteassistenten, die den Fahrer bei unbeabsichtigtem Verlassen der Fahrspur warnen oder ihn dabei unterstützen, in der vorgesehenen Fahrspur zu bleiben. Dies geschieht in der Regel durch ein Vibrieren des Lenkrads. Dabei kontrolliert eine Frontkamera die Fahrbahnmarkierung links und rechts sowie die momentane Fahrweise. Hier liegt der Gedanke zu Grunde, dass ein müde werdender Autofahrer kaum merklich zwischen den Fahrbahmarkierungen hin und her pendelt.

Der Spurhalteassitent unterstützt den Fahrer, um in der Spur zu bleiben (Grafik Volvo)

Andere Systeme wie z.B. von BMW, Mercedes oder VW, Bosch analysieren neben anderen Parametern hauptsächlich das Lenkverhalten des Fahrers und erkennen dabei Abweichungen vom normalen Fahrverhalten. Bei VW beispielsweise wertet das System ab 65 km/h Geschwindigkeit das Fahrverhalten aus. Wird Müdigkeit erkannt, zeigt das System dies dem Fahrer durch ein optisches und ein akustisches Signal an und empfiehlt ihm eine Pause.

Der Attention Assist empfiehlt eine Pause (Mercedes)

Am Beispiel von Mercedes soll der Aufmerksamkeits-Assistent etwas näher erläutert werden.

Mercedes Aufmerksamkeits-Assistent (Attention Assist)

Laut Untersuchungen von Mercedes ist das Risiko des Sekundenschlafs bei Langstreckenfahrten in der Dunkelheit bzw. unter gleichbleibenden Bedingungen und langen Geradeausfahrten am größten. Besonders die Monotonie bewirkt ein Nachlassen der Aufmerksamkeit und die Gefahr des Einschlafens wird zusätzlich gesteigert. Schon nach vier Stunden Fahrt ohne Pause verlängert sich die Reaktionszeit um 50 Prozent, dabei verzweifacht sich das Unfallrisiko.

Der Attention Assist, das ab 80 km/h aktiv ist, erstellt zu Beginn jeder Fahrt ein individuelles Fahrerprofil indem es das Fahrverhalten des Autofahrers beobachtet. Der gleitende Übergang vom Wachzustand hin zur Ermüdung muss erkannt werden, um den Autofahrer rechtzeitig warnen zu können. Das System erfasst die Hauptsteuergrößen Geschwindigkeit, Längs- und Querbeschleunigung und die Lenkradbewegungen. Daneben gehen Blinker- und Pedalbetätigungen sowie bestimmte weitere Bedienhandlungen sowie äußere Einflüsse wie Seitenwind oder Fahrbahnunebenheiten in das Steuergerät ein. Am Aussagekräftigsten ist die Auswertung des Lenkverhaltens durch einen hochpräzisen Lenkungssensor für die Erkennung der Müdigkeit. Der Grund: Ein übermüdeter Autofahrer kann die Spur nicht mehr exakt einhalten. Die vielen kleinen Lenkfehler werden auf charakteristische Weise korrigiert und können vom Algorithmus der Software erkannt werden. Dieser Effekt tritt schon in einer frühen Phase der Müdigkeit auf und so kann rechtzeitig vor dem Sekundenschlaf gewarnt werden.

So erkennt das Mercedes Assistenzsystem Müdigkeit (Grafik Mercedes)

Die Warnung des Fahrers erfolgt durch ein akustisches Warnsignal sowie einer Anzeige im Kombi-Instrument, die dem Fahrer dringend empfiehlt: „ATTENTION ASSIST. Pause!“

Nachrüstsysteme / Zuliefermarkt

Neben den Systemen, die die Autohersteller anbieten, hat sich inzwischen auch ein Markt für Nachrüstsysteme etabliert, die auf recht unterschiedliche Weise die Müdigkeitserkennung angehen.

Für rund 300 € bekommt man den videokamera-basierten Spurverlassenswarner F-A-S 100. Digitalkamera und Steuermodul sind leicht zu montieren. Es werden dabei ständig die Bilder der Fahrbahn erfasst und mittels ASIC Video Prozessor ausgewertet.

Den umgekehrten Weg gehen Systeme, die nicht die Fahrbahn sondern die Augen des Fahrers im Blick haben. Die Firma Osram Opto Semiconductors (Siemens) hat eine spezielle Infrarot-Leuchtdiode entwickelt, die zusammen mit einer CMOS-Sensor-Kamera den gefährlichen Sekundenschlaf erkennen kann. Das für den Menschen nicht sichtbare Licht der IR-LED beleuchtet den Fahrer schattenfrei und der CMOS-Sensor der Kamera detektiert den Fahrer bei einer Wellenlänge von 850 Nanometer; dies auch in der Nacht. Die Bildauswertungs-Software wertet das Bild aus und erkennt ob der Fahrer ermüdet ist.

Osram Opto Semiconductors hat eine spezielle IR-LED entwickelt, um den Sekundenschlaf zu erkennen (Foto Siemens)

Ähnlich arbeitet auch der Eyetracker des Fraunhofer-Instituts. Die Warnanlage arbeitet mit zwei Kameras und einer Steuerungseinheit und er erfasst das Gesicht des Fahrers dreidimensional. Es erkennt und warnt, wenn sich die Augen länger als eine Sekunde schließen. Müdigkeitserkennung sollte aber bereits früher erfolgen.

 Etwas einfacher aber ähnlich arbeitet Optalert. Die Müdigkeitserkennung erfolgt mit Hilfe einer speziellen Brille (Drowsiness Detection Glasses). Diese überwacht mittels einer im Brillenrahmen eingebauten LED 500 Mal pro Sekunde die Bewegung der Augenlider. Entscheidend für die Erkennung der Müdigkeit ist hierbei wie schnell und wie weit ein Autofahrer die Augenlider öffnet. Diese Messung wird in eine Skala von 0 (rege) und 10 (sehr müde) umgerechnet, die der Autofahrer dann auf der Optalert-Anzeige sehen kann.

Die Optalert Brille erkennt die Müdigkeit an den Augenliedern (Bild Opalert)

Wieder anders arbeitet der Anti Schlaf Pilot (Anti Sleep Pilot®). Die Müdigkeitserkennung erfolgt hier durch Berechnung, indem der Fahrer nach längerer Fahrzeit immer wieder aufgefordert wird einen Knopf zu drücken. Durch den Test der Reaktionszeit berechnet das Gerät angeblich den Grad der Müdigkeit. Die Aufmerksamkeit soll so hochgehalten werden. Das Gerät für 149 € empfiehlt danach, wann eine Pause angemessen ist.

Einschlafwarner wie StopSleep oder Vigiton erkennen an der elektrischen Leitfähigkeit der Haut (elektrodermale Aktivität – EDA) die Müdigkeit des Fahrers. Demnach ist die galvanische Hautleitfähigkeit ein Spiegelbild der Gehirnaktivität. Langeweile, Schläfrigkeit bzw. Einschlafen ist durch entsprechenden typischen Signalrückgang so feststellbar. Stopsleep warnt in diesen Fällen per Ton und Vibration. Stopsleep muss bereits an die Hand angelegt werden, wenn der Fahrer noch aktiv ist. Die Leitfähigkeit wird 3 - 5 Minuten gemessen, daraufhin die Müdigkeit geschätzt.

Der Einschlafwarner Stopsleep misst die Leitfähigkeit der Haut (Foto Stopsleep)

Dann gibt es auf dem Markt noch sehr günstige Einschlafwarner, die ein Alarmsignal geben, wenn sich der Kopf des Autofahrers zu sehr neigt. Dazu muss das Gerät hinter dem Ohr getragen werden. Ein Sinken des Kopfes bedeutet aber meist schon den Sekundenschlaf, also erfolgt die Warnung im Grunde zu spät.

Fazit

Die Erkennung und Anzeige von Müdigkeitserscheinungen erscheint kfztech.de eine sehr wichtige Fahrerassistenzfunktion. Welches System letztendlich das Bessere ist, hängt schließlich auch von vielen verschiedenen Faktoren ab und soll an dieser Stelle auch gar nicht bewertet werden. Ein verantwortungsvolles Verhalten des Autofahrers kann so ein unterstützendes System jedoch nicht ersetzen.

Was Autofahrer auf jeden Fall noch wissen sollten ist, dass man mit Kaffee oder Energy-Drinks Müdigkeit und Erschöpfung nur kurzfristig aber nicht dauerhaft bekämpfen kann. Und laute Musik oder geöffnete Fenster verhindern das Einschlafen keinesfalls. Manche meinen auch, sie würden es merken, wenn sie kurz vor dem Einschlafen sind. Leider merkt man nur die Anzeichen (Gähnen, schwere Lider, Konzentrationsprobleme), das Einschlafen selber aber nicht.

Quellen: VW, BMW, Mercedes, Volvo, Siemens, Osram Opto Semiconductors, Fraunhofer Institut, Bosch, Wikipedia, StopSleep, Optalert,