WO2015128318A2 - Method and device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle, and steering wheel for a motor vehicle - Google Patents

Method and device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle, and steering wheel for a motor vehicle Download PDF

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WO2015128318A2
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electrode
driver
steering wheel
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electrode signal
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Jens Binder
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Definitions

  • the invention relates to a method for measuring vital data of a driver of a motor vehicle according to the preamble of claim 1, a device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle according to the preamble of claim 1 and a steering wheel for a motor vehicle according to the preamble of claim 12.
  • Driver assistance systems are known from the prior art, which engage correctively and optimally in the driving behavior of a vehicle and / or act on a driver of the vehicle.
  • a driver assistance system In order for a driver assistance system to intervene to the correct extent and also at the desired time, the best possible knowledge of the current mental and / or physical condition of the driver (such as his current stress level) and, for example, other vehicle occupants is desirable.
  • biometric data vital data
  • sensor systems are used to detect electrodermal activity with respect to a driver's body region and / or to register an electrocardiogram.
  • US 201 1/0245643 A1 discloses a steering wheel for a motor vehicle with a sensor device for detecting biometric parameters of the motor vehicle driver.
  • the recorded vital data are often subject to error, so that a reliable statement about the mental and / or physical condition of the driver is difficult.
  • the problem to be solved by the invention is to improve the quality of the driver's acquired biometric data.
  • the problem is solved by means of the method having the features of claim 1, the device having the features of claim 11 and by the steering wheel having the features of claim 12. Further developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • a method for measuring vital data of a driver of a motor vehicle wherein an electrodermal activity (EDA) of the driver using a first electrode signal determined and / or an electrocardiogram (ECG) of the driver with the aid of a second electrode signal is registered.
  • EDA electrodermal activity
  • ECG electrocardiogram
  • identification and reduction (in particular elimination) of movement artifacts in the first and / or the second electrode signal or in measured values derived from the first and / or the second electrode signal takes place with the aid of a statistical method.
  • the first electrode signal is galvanically isolated from the second electrode signal, wherein the first and the second electrode signal are generated in accordance with galvanically separated from each other electrodes, which will be explained below.
  • first electrode signals i.e., multiple EDA signals
  • second electrode signals i.e., multiple ECG signals
  • Signals from multiple EDA electrodes and / or signals from multiple ECG electrodes i. Signals from multiple EDA electrodes and / or signals from multiple ECG electrodes.
  • the respective EDA and ECG signals are respectively evaluated together and e.g. jointly subjected to statistical motion artifact reduction.
  • biometric data such as the skin conductance, non-specific fluctuations (NSF) of the skin conductance, the heart rate and / or the respiratory rate can be determined in turn allow conclusions about the mental condition (in particular the stress level) of the driver.
  • NSF non-specific fluctuations
  • Processing of signals by means of statistical method improves in particular the reliability of the biometric data and thus the statements regarding the mental condition of the driver.
  • the determination of biometric data from the first and the second electrode signal is effected in particular by evaluating at least one electrical parameter (in particular a voltage or a current intensity) of the electrode signals, i. below the first and second electrode signals, e.g.
  • At least one electrical parameter in particular a voltage or a current intensity
  • the electrode signal or a measurement signal derived from the electrode signal is continuously detected and digitized, so that at least one measured value of a parameter (such as the mentioned voltage or current) of the electrode signal or a quantity derived therefrom (such as a conductance) is assigned to discrete time points.
  • the first and the second electrode signal may comprise a set of measured values, or a set of measured values may be derived from the first or second electrode signal, the measured values being accessible to a statistical analysis for improving the measured value quality.
  • the improvement in the quality of the measured value is achieved at least by identifying those measured values which are greatly disturbed by a movement of the driver or which have only been caused by the movement (so-called "movement artifacts") and thus contain no information about the driver's mental or physical condition
  • movement artifacts may arise from a movement of the driver's hand.
  • the motion artifacts are reduced (ie, eliminated), ie, the number and / or amplitude of the measurements identified as motion artifact reduced.
  • a set of measured values are derived from the first electrode signal, the coefficient of variation being determined with respect to the measured values and, depending on the coefficient of variation, a maximum value or a minimum value being determined for identifying and reducing movement artifacts , whereby measured values whose amount exceeds the maximum value or measured values whose amount is less than the minimum value are eliminated.
  • the coefficient of variation VarK of the measured values X is the quotient of the standard deviation of the measured values X and the expected value of the measured values X:
  • the elimination of the measured values with the aid of the coefficient of variation and the threshold value by interpolation takes place temporally with respect to the measured values of adjacent measured values to be eliminated.
  • a measured value which is heavily erroneous due to a movement of the driver is replaced by a measured value which was determined by interpolation of the measured values adjacent to the faulty measured value.
  • an independence analysis is carried out for identifying and reducing movement artifacts in the second electrode signal (the ECG signal) with respect to measured values of at least one parameter (for example a voltage and / or a current intensity) of the second electrode signal.
  • the independence analysis is used in particular for calculating independent components of the second electrode signal.
  • methods for carrying out an independence analysis are known per se, so that it need not be discussed further here. It is also conceivable that prior to the independence analysis, a principal component analysis is carried out to structure the measured values. However, methods for carrying out such a principal component analysis are also known per se, so that a detailed representation is unnecessary.
  • a bandpass filtering of the first and / or the second electrode signal is performed.
  • low-pass filtering of the first electrode signal in particular of the analog first electrode signal, takes place before digitization and correspondingly before the statistical one Reduction of motion artifacts.
  • the first and / or the second electrode signal or measured values derived from the first and / or the second electrode signal to be subjected to further signal processing methods, eg methods of factor graph analysis and / or wavelet transformation.
  • a skin conductance or a measure equivalent to a skin conductance can be determined on the basis of the first electrode signal.
  • an inverse convolution of the skin conductance or the measured variable is performed with a model function in order to determine the tonic portion of the skin conductance or the measured variable.
  • the model function f (t) is, for example, a bi-exponential function, for example in the following form:
  • the phasic portion of the skin conductance can be determined.
  • maxima can be determined in the phasic component and the number and / or the amplitude of the maxima can be determined as a parameter for a mental state (for example, a stress state) of the driver.
  • the maxima in the phasic portion are interpreted as "nonspecific fluctuation", that is, as fluctuations not caused by external stimuli, and thus allow conclusions to be drawn, in particular, about the driver's mental condition.
  • QRS complexes are determined in the second electrode signal (the ECG signal) and the time interval of the QRS complexes is determined as a parameter for a mental state of the driver. about determining the time interval of the QRS complexes, in particular the distance of the heartbeats (interbeat interval - IBI) is determined.
  • the invention also relates to a device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle, in particular for carrying out a method as described above, having an evaluation unit for determining an electrodermal activity of the driver using a first electrode signal and / or registering an electrocardiogram of the driver using a second electrode signal, wherein the evaluation unit is designed to identify and reduce movement artifacts in the first and / or the second electrode signal or in measured values derived from the first and / or the second electrode signal by means of a statistical method.
  • the device is part of a steering wheel of a motor vehicle, wherein the evaluation unit is integrated, for example, in the steering wheel or arranged on the steering wheel.
  • the evaluation unit is designed in the form of a suitably programmed microcontroller.
  • the invention also relates to a steering wheel for a motor vehicle, in particular for carrying out a method as described above, with two electrode areas, the two electrode areas each having at least two electrodes for determining an electrodermal activity of the driver and at least one of these electrodes Have electrode for registering an electrocardiogram.
  • the electrodes for determining the electrodermal activity and / or the electrode for registering the electrocardiogram extend along the circumference of a steering wheel rim of the steering wheel, i. run around a hub of the steering wheel.
  • the electrodes do not need to extend exclusively along the steering wheel rim, but may well have sections that extend obliquely or transversely to the steering wheel rim.
  • At least one of the electrodes for determining the electrodermal activity and the electrode for registering the Electrocardiogram each have a portion extending along a parallel to a radius of the steering wheel oriented circumference of the steering wheel rim of the steering wheel.
  • the electrodes each have a meandering or rectangular course along the steering wheel rim, so that their main extension runs along the steering wheel rim, but they also have sections which are oriented parallel to a radius of the steering wheel.
  • the two electrode areas each have at least two electrodes for registering the electrocardiogram, i. the steering wheel has in each of its electrode areas in each case two electrodes for determining the electrodermal activity and two electrodes for registering the electrocardiogram.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a method for measuring vital data of a
  • FIG. 2 shows a block diagram of a partial step of the method from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a bi-exponential model function for determining the tonic and phasic component of a skin conductance determined using the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a block diagram for calculating non-specific fluctuations of the skin conductance
  • FIG. 5 shows a circuit for determining the skin conductance
  • FIG. 6 shows a block diagram of a method for reducing
  • FIG 7 is a block diagram of a de-noise method for an ECG signal
  • 8 shows schematically a steering wheel with an electrode device according to an embodiment of the invention
  • Figure 9 shows a variant of an electrode surface of the steering wheel of Figure 8;
  • FIG. 10 shows an alternative variant of an electrode surface of the steering wheel from FIG. 8.
  • a steering wheel 1 of a motor vehicle has a first and a second electrode surface 1 1, 12, each of electrodes for generating a first electrode signal 1 1 1, with which determines an electrodermal activity (EDA) of a driver of the motor vehicle and electrodes for generating a second electrode signal 121, with which an electrocardiogram (ECG) of the driver can be recorded.
  • EDA electrodermal activity
  • ECG electrocardiogram
  • the inventive method according to the embodiment of FIG. 1 therefore includes both a determination and evaluation of the EDA and a determination and evaluation of an ECG of the driver.
  • the processing of the EDA and ECG signals via galvanically separated signal paths (left or right path in Fig. 1), in order to minimize mutual interference between the two electrode signals 1 1 1, 121 or completely avoided.
  • the EDA signal (the first electrode signal 1 1 1) is first tapped by means of a voltage divider circuit (eg, as shown in FIG. 5) on the EDA electrodes of the first and / or the second electrode surface 1 1, 12, and a measurement signal 1 1 1 a, which corresponds to a skin conductance of the driver (one hand of the driver) (signal acquisition 1 12).
  • the measurement signal 1 1 1 a is filtered by means of a low-pass filter 1 13 and digitized in an analog-to-digital converter 1 14.
  • the digitized measurement signal 1 1 1 a comprises a set of measured values of the skin conductance recorded at different times, which are subjected to a statistical motion artifact correction.
  • the movement artifact correction 15 serves to identify and reduce movement artifacts in the measurement signal 1 1 1 a, ie for identifying and eliminating at least some erroneous measured values, which are at least essentially only a movement (in particular a hand or both hands of the driver), using a statistical method, as will be explained in more detail below.
  • a downsampling ie, a step down by reducing the time support points
  • smoothing of the signal step 16
  • step 16 a calculation of the phasic portion of the skin conductance
  • the calculation of the phasic fraction is carried out in particular by an inverse convolution using a model function, as will also be explained below.
  • maxima are determined with a peak detection method and finally determines the number of maxima per unit time and / or the amplitude of the maxima as a measure of a mental state of the driver of the motor vehicle (Determination of Non-Specific Fluctuations - NSF 1 19).
  • the ECG signal is tapped, amplified (step 122) and filtered as the second electrical signal 121 at the ECG electrodes of the electrode surfaces 11, 12 (step 123).
  • the amplified and filtered second electrical signal 121 is digitized in an analog-to-digital converter (step 124) and subjected to filtering (50 Hz filtering 125). This is followed by de-icing 126 of the second electrical signal 121, which will be explained in more detail below.
  • filtering 50 Hz filtering 125
  • de-icing 126 of the second electrical signal 121 In the noisy signal, motion artifacts are identified and eliminated by a statistical method (step 127). Although this artifact correction is like the artifact correction 1 15 of the measurement signal 1 1 1 a based on a statistical method.
  • the statistical method used with respect to the second electrical signal 121 differs from the artifact correction 15 with respect to the EDA measurement signal 11 1 1 a.
  • principal component and independence analysis methods are applied, as will be explained in conjunction with FIG.
  • a QRS detection 128 is carried out, from which, in particular, the heart rate 129 and by determining the time interval of the QRS complexes InterBeatintervalle (IBI calculation 130) are determined.
  • IBI calculation 130 InterBeatintervalle
  • the respiratory rate 132 may be calculated from the EDR signal 131.
  • medical anomalies can be extracted from the ECG signal, for example by a form analysis and corresponding classification methods.
  • the corrected EDA measurement signal 1 1 1 a and the corrected ECG signal 121 in particular, information regarding nonspecific fluctuations - NSF of the skin conductance (from the EDA signal), the heart rate and the respiratory rate (from the ECG signal ) be won. This information, in turn, as mentioned, conclusions about the mental condition of the driver of the motor vehicle, in particular its stress level to.
  • the analysis of the EDA and ECG signal ie in particular also a classification of the driver's mental state based on the measured vital data, takes place in an evaluation unit (eg steering wheel-integrated) and the analysis results in particular via a vehicle data bus in-vehicle Units (such as a driver assistance system) and / or external devices are provided.
  • an evaluation unit eg steering wheel-integrated
  • vehicle data bus in-vehicle Units such as a driver assistance system
  • FIG. 2 shows in detail the sequence of the movement artifact correction 1 15 shown in FIG. 1 with respect to the measurement signal 1 1 1 a (ie the skin conductance value).
  • the digitized measurement signal 1 1 1 a consists of a set of measured values which in each case indicate a skin conductance measured at a specific point in time or to which a skin conductance can be assigned. These measured values are subjected to a statistical method, wherein in a first step the coefficient of variation is calculated with respect to a plurality of temporally successive measured values (step 201). The calculation of the coefficient of variation has already been explained above.
  • step 202 This is followed by a new determination of the standard deviation (step 202) and then a threshold value formation 203 as a function of the results of steps 201, 202.
  • the two runs of determining the standard deviation take place with different window sizes (in particular different numbers of the underlying measured values) , thus, with the first calculation of the standard deviation (as part of step 201), very many small-scale artifacts are identified, which are combined into an artifact in the second pass (step 202).
  • the second pass provides a kind of low-pass filtering of potential artifacts found in the first pass.
  • the threshold value serves to identify measurement artefacts (step 204) and to remove them from the measurement signal 1 1 1 a (the amount of the measured values). For this, e.g. First, measured values whose magnitude exceeds the specified threshold value are identified and eliminated from the measurement signal by interpolation of measured values which are to be eliminated in time.
  • the interpolation comprises extracting time vectors associated with the motion artifacts (step 205) and interpolating a respective measurement value for points in time associated with a motion artifact (interpolation 206) and respectively replacing the erroneous measurement value with the interpolated skin conductance (correction 207).
  • the measured value quantity corrected in this way i.e., the corrected measuring signal 1 1 1 a
  • a calculation of the phasic portion of the corrected skin conductance values takes place.
  • the signal is subjected to a deployment operation, wherein the tonic portion of the skin conductance (the measurement signal 1 1 1 a) is determined by inverse folding of the skin conductance with a model function.
  • a model function which in particular models a reaction of skin pores to an external current flow, is the function already mentioned above
  • the tonic portion 270 of the skin conductance is determined by the inverse convolution 250 using f (t) and a smoothing 260 of the unfolded signal.
  • Subtraction 280 of the tonic portion 270 of the skin conductance results in the phasic portion of the signal.
  • the peak value recognition 18 shown in FIG. 1 is used to identify the non-specific fluctuations 19 as a measure of the driver's stress level.
  • FIG. 5 shows a possible circuit for determining the skin conductance from the first electrode signal 1 1 1.
  • Two EDA electrodes 100, 200 are controlled by the hand of a driver (represented by the variable resistor 51, ie the reciprocal of the skin conductance). connected with each other.
  • the circuit has a voltage divider 50 with a resistor R1.
  • the voltage divider 50 is not designed to supply the electrodes 100, 200 with a constant current or a constant voltage. Rather, the resistor R1 is designed so that the circuit provides the greatest possible gain and thus the best possible waveform.
  • FIG. 6 shows the sequence of step 127 from FIG. 1, according to which motion artifacts are identified and eliminated in the ECG signal (the second electrode signal 121).
  • the digitized ECG signal represents a set (at different times) of measured values of a parameter (in particular of a voltage) of the electrode signal 121.
  • the reduction of the motion artifacts is carried out as well as with respect to the EDA measured values by means of statistical methods which are based on these measured values be applied.
  • the ECG measurement values are subjected to bandpass filtering 301 and to a principal component analysis 302 in order to obtain statistically uncorrelated measured values.
  • a principal component analysis 302 an independence analysis of the statistically independent components of the measured values takes place according to the principle of blind source separation (step 303).
  • the blind source separation 303 provides for separation of the signal into various sources 304, ie, into the actual ECG signal and separately into motion artifacts (ie, signals due solely to movement of the driver).
  • the elimination of motion artifacts described in FIG. 6 may be preceded by de-noise according to step 126 of FIG. This Entrauschung is shown in Figure 7 in detail.
  • the digitized first electrode signal (ECG signal) 121 is first transformed into the frequency domain (step 31 1).
  • filtering 312 is performed and the signal is transformed back to the time domain (step 313).
  • recognition of QRS complexes 314 takes place using, for example, known recognition algorithms (such as a Pan-Tompkins algorithm).
  • An IBI calculation 315 and an analysis 316 of the noise profile in the area between adjacent QRS complexes (in particular between adjacent R waves) are performed.
  • To determine the noise profile between adjacent QRS complexes ie the characteristic of the noise in this range
  • both a histogram and the power of the noise between the respective QRS complexes are determined. These two values allow determination of the noise profile.
  • a further transformation into the frequency range 317 and a renewed filtering take place in analogy to the filtering 312.
  • FIGS. 9 and 10 show schematically a steering wheel 1 according to an embodiment of the invention.
  • the steering wheel 1 is similar to the already indicated in Figure 1 steering wheel, wherein it has correspondingly a first and second electrode surface 1 1, 12 has.
  • the electrode surfaces 1 1, 12 each have at least two electrodes (EDA electrodes) for determining an electrodermal activity of the driver and at least one of the EDA electrodes galvanically isolated electrodes (ECG electrodes) for registering an electrocardiogram.
  • EDA electrodes electrodes for determining an electrodermal activity of the driver
  • ECG electrodes galvanically isolated electrodes
  • Possible configurations of the electrodes of the two electrode surfaces 11, 12 are shown in FIGS. 9 and 10, respectively, where one of the two electrode surfaces 11, 12 is shown in each case.
  • At least one of the electrode surfaces 11, 12 comprises a first and a second EDA electrode 100, 200, which are designed in particular as dry electrodes, and an ECG electrode 300, which is arranged galvanically isolated from the EDA electrodes 100, 200 is.
  • the electrodes 100, 200, 300 are fixed in particular on a surface of the steering wheel rim.
  • the two EDA electrodes 100, 200 are used in particular for a double EDA measurement, i.
  • Each of the electrode surfaces 11, 12 has the two EDA electrodes 100, 200 and accordingly supplies an EDA measurement signal, which increases the measurement accuracy.
  • the ECG electrodes 300 of the electrode surfaces 1 1, 12 together serve in particular a capacitive ECG measurement.
  • the electrodes 100, 200, 300 each extend mainly along a circumference (of a hub of the steering wheel 1) of the steering wheel rim of the steering wheel 1, ie the dimensions of the electrodes 100, 200, 300 are greater along the circumference of the steering wheel rim than in a direction perpendicular thereto ,
  • the first EDA electrode 100 extends in the manner of a rectangular function, having portions 110 extending in a radial direction with respect to the steering wheel.
  • the radial sections 10 are connected to one another via connecting sections 120 running along the circumference of the steering wheel rim.
  • the second EDA electrode 200 includes a side portion 210 extending along the rim of the steering wheel, from which a plurality of spaced-apart radially extending lands 220 protrude so as to each extend between two of the radial portions 110 of the first EDA electrode 100.
  • the ECG electrode 300 is analogous to the second EDA electrode 200, that is to say it also has a lateral section 310 which, however, viewed in the radial direction, lies on another side of the first EDA electrode 100. From the lateral portion 310 protrude radial webs 320 (opposite to the webs 220), namely such that they too are each flanked by two radial sections 110 of the first EDA electrode 100.
  • FIG. 10 shows a further possible embodiment of at least one of the electrode surfaces 11, 12 of the steering wheel 1.
  • the electrode surface 11, 12 has both two EDA electrodes 100, 200 and two ECG electrodes 300, 400.
  • the electrodes 100, 200, 300, 400 are galvanically isolated from each other, i.
  • the two ECG signal paths are also duplicated and galvanically isolated from each other.
  • the galvanic separation of the electrodes 100, 200, 300, 400 from each other is realized in particular by a distance between the electrodes 100, 200, 300, 400.
  • the electrodes 100, 200, 300, 400 each have a sinusoidally extending side 165, 265, 365, 465 and a straight side 155, 255, 355, 455 extending at least substantially along the circumference of the steering wheel rim, the straight sides 255, 455 of the second EDA electrode 200 and the second ECG electrode 400 face each other.
  • the straight sides 155, 355 of the first EDA electrode 100 and the first ECG electrode 300 face away from each other, so that in each case a belly of the sinusoidal side 165 of the first EDA electrode 100 merges into a valley of the sinusoidal side 465 of the second ECG Electrode 400 and a belly of the sinusoidal side 365 of the second EDA electrode 300 extends into a valley of the sinusoidal side 265 of the first ECG electrode 200.
  • the electrode surfaces 1 1, 12 may be configured identically. However, this is not mandatory, but it is quite conceivable, for example, that the shape of the electrode surfaces 1 1, 12 and in particular the shape and configuration of the electrodes of the electrode surfaces 1 1, 12 is different. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

The invention relates to a method and to a device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle. According to the method, an electrodermal activity of the driver is determined by using at least one first electrode signal (111) and/or an electrocardiogram of the driver is registered by using at least one second electrode signal (121). According to the invention, movement artifacts in the first and/or the second electrode signal (111, 121) or in measured values derived from the first and/or the second electrode signal (111, 121) are identified and reduced (115) by means of a statistical method. The invention further relates to a steering wheel for a motor vehicle.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges sowie Lenkrad für ein Kraftfahrzeug  Method and device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle and steering wheel for a motor vehicle
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Vorrichtung zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 1 sowie ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12. The invention relates to a method for measuring vital data of a driver of a motor vehicle according to the preamble of claim 1, a device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle according to the preamble of claim 1 and a steering wheel for a motor vehicle according to the preamble of claim 12.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrerassistenzsysteme bekannt, die korrigierend und optimierend in das Fahrverhalten eines Fahrzeugs eingreifen und/oder auf einen Fahrer des Fahrzeugs einwirken. Damit ein Fahrerassistenzsystem im richtigen Maß und auch zum gewünschten Zeitpunkt eingreifen kann, ist eine möglichst gute Kenntnis des aktuellen mentalen und/oder körperlichen Zustands des Fahrers (etwa seines aktuellen Stressniveaus) und z.B. auch anderer Fahrzeuginsassen wünschenswert. Zum Erfassen des mentalen und/oder körperlichen Zustands des Fahrers sind unterschiedliche Sensorsysteme zum Ermitteln von biometrischen Daten (Vitaldaten) des Fahrers eines Kraftfahrzeuges bekannt, wobei aus den biometrischen Daten Informationen über den mentalen und/oder körperlichen Zustand des Fahrers gewonnen werden sollen. Beispielsweise werden Sensorsysteme verwendet, um eine elektrodermale Aktivität in Bezug auf eine Körperregion des Fahrers zu ermitteln und/oder ein Elektrokardiogramm zu registrieren. So offenbart etwa die US 201 1 /0245643 A1 ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einer Sensoreinrichtung zum Erfassen von biometrischen Parametern des Kraftfahrzeugführers. Die erfassten Vitaldaten sind jedoch häufig fehlerbelastet, so dass eine verlässliche Aussage über den mentalen und/oder körperlichen Zustand des Fahrers schwierig ist. Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, die Qualität der erfassten biometrischen Daten des Fahrers zu verbessern. Das Problem wird mit Hilfe des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 sowie durch das Lenkrad mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Danach wird ein Verfahren zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt, wobei eine elektrodermale Aktivität (EDA) des Fahrers unter Verwendung eines ersten Elektrodensignals bestimmt und/oder ein Elektrokardiogramms (EKG) des Fahrers mit Hilfe eines zweiten Elektrodensignals registriert wird. Erfindungsgemäß erfolgt ein Identifizieren und Reduzieren (insbesondere Eliminieren) von Bewegungsartefakten in dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal oder in aus dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal abgeleiteten Messwerten mit Hilfe eines statistischen Verfahrens. Driver assistance systems are known from the prior art, which engage correctively and optimally in the driving behavior of a vehicle and / or act on a driver of the vehicle. In order for a driver assistance system to intervene to the correct extent and also at the desired time, the best possible knowledge of the current mental and / or physical condition of the driver (such as his current stress level) and, for example, other vehicle occupants is desirable. For detecting the mental and / or physical condition of the driver, different sensor systems for determining biometric data (vital data) of the driver of a motor vehicle are known, wherein information about the mental and / or physical condition of the driver is to be obtained from the biometric data. For example, sensor systems are used to detect electrodermal activity with respect to a driver's body region and / or to register an electrocardiogram. For example, US 201 1/0245643 A1 discloses a steering wheel for a motor vehicle with a sensor device for detecting biometric parameters of the motor vehicle driver. However, the recorded vital data are often subject to error, so that a reliable statement about the mental and / or physical condition of the driver is difficult. The problem to be solved by the invention is to improve the quality of the driver's acquired biometric data. The problem is solved by means of the method having the features of claim 1, the device having the features of claim 11 and by the steering wheel having the features of claim 12. Further developments of the invention are specified in the dependent claims. Thereafter, a method for measuring vital data of a driver of a motor vehicle is provided, wherein an electrodermal activity (EDA) of the driver using a first electrode signal determined and / or an electrocardiogram (ECG) of the driver with the aid of a second electrode signal is registered. According to the invention, identification and reduction (in particular elimination) of movement artifacts in the first and / or the second electrode signal or in measured values derived from the first and / or the second electrode signal takes place with the aid of a statistical method.
Insbesondere ist das erste Elektrodensignal galvanisch von dem zweiten Elektrodensignal getrennt, wobei das erste und das zweite Elektrodensignal entsprechend von galvanisch voneinander getrennten Elektroden erzeugt werden, was weiter unten noch erläutert werden wird. Denkbar ist auch, dass mehrere erste Elektrodensignale (d.h. mehrere EDA- Signale) und/oder mehrere zweite Elektrodensignale (d.h. mehrere EKG-Signale) verwendet werden, d.h. Signale, die von mehreren EDA-Elektroden und/oder Signale, die von mehreren EKG-Elektroden stammen. Insbesondere werden die entsprechenden EDA- bzw. EKG-Signale jeweils gemeinsam ausgewertet und z.B. gemeinsam der statistischen Bewegungsartefaktreduzierung unterzogen. In particular, the first electrode signal is galvanically isolated from the second electrode signal, wherein the first and the second electrode signal are generated in accordance with galvanically separated from each other electrodes, which will be explained below. It is also conceivable to use a plurality of first electrode signals (i.e., multiple EDA signals) and / or a plurality of second electrode signals (i.e., multiple ECG signals), i. Signals from multiple EDA electrodes and / or signals from multiple ECG electrodes. In particular, the respective EDA and ECG signals are respectively evaluated together and e.g. jointly subjected to statistical motion artifact reduction.
Mit Hilfe der aus dem ersten Elektrodensignal bestimmten elektrodermalen Aktivität und/oder des aus dem zweiten Elektrodensignal gewonnenen Elektrokardiogramms können biometrische Daten, z.B. der Hautleitwert, nicht-spezifische Fluktuationen (NSF) des Hautleitwertes, die Herzrate und/oder die Atemfrequenz, ermittelt werden, die wiederum Rückschlüsse auf den mentalen Zustand (insbesondere den Stresslevel) des Fahrers erlauben. Die Aufbereitung der Signale mit Hilfe des statistischen Verfahrens verbessert insbesondere die Zuverlässigkeit der biometrischen Daten und damit der Aussagen hinsichtlich des mentalen Zustands des Fahrers. With the aid of the electrodermal activity determined from the first electrode signal and / or the electrocardiogram obtained from the second electrode signal, biometric data such as the skin conductance, non-specific fluctuations (NSF) of the skin conductance, the heart rate and / or the respiratory rate can be determined in turn allow conclusions about the mental condition (in particular the stress level) of the driver. Processing of signals by means of statistical method improves in particular the reliability of the biometric data and thus the statements regarding the mental condition of the driver.
Die Ermittlung von biometrischen Daten aus dem ersten und dem zweiten Elektrodensignal erfolgt insbesondere durch Auswertung mindestens einer elektrischen Kenngröße (insbesondere einer Spannung oder einer Stromstärke) der Elektrodensignale, d.h. unter dem ersten bzw. zweiten Elektrodensignal wird z.B. eine an einer Elektrode abgreifbare elektrische Spannung und/oder Stromstärke verstanden. Beispielsweise wird das Elektrodensignal oder ein aus dem Elektrodensignal abgeleitetes Messsignal kontinuierlich erfasst und digitalisiert, so dass diskreten Zeitpunkten jeweils mindestens ein Messwert einer Kenngröße (etwa die erwähnte Spannung oder Stromstärke) des Elektrodensignals oder eine daraus abgeleitete Größe (wie z.B. ein Leitwert) zugeordnet ist. Somit kann das erste bzw. das zweite Elektrodensignal eine Menge von Messwerten umfassen oder es kann eine Menge von Messwerten aus dem ersten oder zweiten Elektrodensignal abgeleitet werden, wobei die Messwerte einer statistischen Analyse zur Verbesserung der Messwertqualität zugänglich sind. The determination of biometric data from the first and the second electrode signal is effected in particular by evaluating at least one electrical parameter (in particular a voltage or a current intensity) of the electrode signals, i. below the first and second electrode signals, e.g. An electrical voltage and / or current that can be tapped off at an electrode is understood. For example, the electrode signal or a measurement signal derived from the electrode signal is continuously detected and digitized, so that at least one measured value of a parameter (such as the mentioned voltage or current) of the electrode signal or a quantity derived therefrom (such as a conductance) is assigned to discrete time points. Thus, the first and the second electrode signal may comprise a set of measured values, or a set of measured values may be derived from the first or second electrode signal, the measured values being accessible to a statistical analysis for improving the measured value quality.
Die Verbesserung der Messwertqualität erfolgt zumindest dadurch, dass solche Messwerte identifiziert werden, die stark durch eine Bewegung des Fahrers gestört oder überhaupt nur durch die Bewegung entstanden sind (sog.„Bewegungsartefakte") und somit keine Information über den mentalen oder körperlichen Zustand des Fahrers enthalten. Beispielsweise können bei Verwendung von Elektroden, die an einem Lenkrad des Fahrzeugs angeordnet sind, Bewegungsartefakte durch eine Bewegung der Hand des Fahrers entstehen. Die Bewegungsartefakte werden reduziert (insbesondere eliminiert), d.h. die Anzahl und/oder die Amplitude der als Bewegungsartefakt identifizierten Messwerte wird verringert. The improvement in the quality of the measured value is achieved at least by identifying those measured values which are greatly disturbed by a movement of the driver or which have only been caused by the movement (so-called "movement artifacts") and thus contain no information about the driver's mental or physical condition For example, when using electrodes located on a steering wheel of the vehicle, motion artifacts may arise from a movement of the driver's hand.The motion artifacts are reduced (ie, eliminated), ie, the number and / or amplitude of the measurements identified as motion artifact reduced.
Beispielsweise wird aus dem ersten Elektrodensignal eine Menge von Messwerten (insbesondere in Form von Hautleitwerten) abgeleitet, wobei zum Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in diesen Messwerten der Variationskoeffizient in Bezug auf die Messwerte bestimmt und in Abhängigkeit von dem Variationskoeffizienten ein Maximalwert oder ein Minimalwert festgelegt wird, wobei Messwerte, deren Betrag den Maximalwert übersteigt, oder Messwerte, deren Betrag den Minimalwert unterschreitet, eliminiert werden. Bei dem Variationskoeffizienten VarK der Messwerte X handelt es sich um den Quotienten aus der Standardabweichung der Messwerte X und dem Erwartungswert der Messwerte X: For example, a set of measured values (in particular in the form of skin conductance values) are derived from the first electrode signal, the coefficient of variation being determined with respect to the measured values and, depending on the coefficient of variation, a maximum value or a minimum value being determined for identifying and reducing movement artifacts , whereby measured values whose amount exceeds the maximum value or measured values whose amount is less than the minimum value are eliminated. The coefficient of variation VarK of the measured values X is the quotient of the standard deviation of the measured values X and the expected value of the measured values X:
Standardabweichung(X)Standard deviation (X)
Figure imgf000006_0001
Figure imgf000006_0001
Erwartungswert (X) rwartungswert Expected value (X) expected value
/Var(X) ist die Varianz der Messwerte. / Var (X) is the variance of the measurements.
Denkbar ist insbesondere, dass das Eliminieren der Messwerte mit Hilfe des Variationskoeffizienten und des Schwellwertes durch Interpolation zeitlich den zu eliminierenden Messwerten benachbarter Messwerte erfolgt. Beispielsweise wird ein aufgrund einer Bewegung des Fahrers stark fehlerbehafteter Messwert durch einen Messwert ersetzt, der durch Interpolation der dem fehlerbehafteten Messwert benachbarten Messwerte bestimmt wurde. It is conceivable, in particular, that the elimination of the measured values with the aid of the coefficient of variation and the threshold value by interpolation takes place temporally with respect to the measured values of adjacent measured values to be eliminated. By way of example, a measured value which is heavily erroneous due to a movement of the driver is replaced by a measured value which was determined by interpolation of the measured values adjacent to the faulty measured value.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in dem zweiten Elektrodensignal (dem EKG-Signal) in Bezug auf Messwerte mindestens einer Kenngröße (zum Beispiel einer Spannung und/oder einer Stromstärke) des zweiten Elektrodensignal eine Unabhängigkeitsanalyse durchgeführt. Die Unabhängigkeitsanalyse dient insbesondere zur Berechnung unabhängiger Komponenten des zweiten Elektrodensignals. Methoden zur Durchführung einer Unabhängigkeitsanalyse sind jedoch an sich bekannt, so dass hierauf nicht weiter eingegangen werden muss. Denkbar ist darüber hinaus, dass vor der Unabhängigkeitsanalyse eine Hauptkomponentenanalyse zur Strukturierung der Messwerte erfolgt. Verfahren zur Durchführung einer derartigen Hauptkomponentenanalyse sind jedoch ebenfalls an sich bekannt, so dass sich eine detaillierte Darstellung erübrigt. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine Bandpassfilterung des ersten und/oder des zweiten Elektrodensignals vorgenommen wird. Beispielsweise erfolgt eine Tiefpassfilterung des ersten Elektrodensignals, insbesondere des analogen ersten Elektrodensignal vor einer Digitalisierung und entsprechend vor der statistischen Reduzierung von Bewegungsartefakten. Möglich ist auch, dass das erste und/oder das zweite Elektrodensignal oder aus dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal abgeleitete Messwerte weiteren Signalaufbereitungsverfahren unterzogen werden, z.B. Verfahren der Faktorgraphanalyse und/oder der Wavelet-Transformation. According to another embodiment of the method according to the invention, an independence analysis is carried out for identifying and reducing movement artifacts in the second electrode signal (the ECG signal) with respect to measured values of at least one parameter (for example a voltage and / or a current intensity) of the second electrode signal. The independence analysis is used in particular for calculating independent components of the second electrode signal. However, methods for carrying out an independence analysis are known per se, so that it need not be discussed further here. It is also conceivable that prior to the independence analysis, a principal component analysis is carried out to structure the measured values. However, methods for carrying out such a principal component analysis are also known per se, so that a detailed representation is unnecessary. In addition, it is possible that a bandpass filtering of the first and / or the second electrode signal is performed. By way of example, low-pass filtering of the first electrode signal, in particular of the analog first electrode signal, takes place before digitization and correspondingly before the statistical one Reduction of motion artifacts. It is also possible for the first and / or the second electrode signal or measured values derived from the first and / or the second electrode signal to be subjected to further signal processing methods, eg methods of factor graph analysis and / or wavelet transformation.
Wie oben bereits erwähnt, kann anhand des ersten Elektrodensignals ein Hautleitwert oder eine zu einem Hautleitwert äquivalente Messgröße bestimmt werden. Gemäß einer Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante wird eine inverse Faltung des Hautleitwertes oder der Messgröße mit einer Modellfunktion vorgenommen, um den tonischen Anteil des Hautleitwertes oder der Messgröße zu bestimmen. As already mentioned above, a skin conductance or a measure equivalent to a skin conductance can be determined on the basis of the first electrode signal. According to one embodiment of this variant of the invention, an inverse convolution of the skin conductance or the measured variable is performed with a model function in order to determine the tonic portion of the skin conductance or the measured variable.
Bei der Modellfunktion f(t) handelt es sich zum Beispiel um eine bi-exponentielle Funktion, etwa in der folgenden Form:
Figure imgf000007_0001
The model function f (t) is, for example, a bi-exponential function, for example in the following form:
Figure imgf000007_0001
Hierbei sind g, χι , τ2 vorbestimmbare Koeffizienten. Here are g, χι, τ 2 pre-definable coefficients.
Möglich ist, dass nach Durchführung der inversen Faltung mittels der Modellfunktion eine Glättung der resultierenden Werte erfolgt, um einen statistischen Fehler der Werte zu verkleinern. It is possible that after performing the inverse convolution by means of the model function, a smoothing of the resulting values takes place in order to reduce a statistical error of the values.
Durch Subtraktion des mittels der inversen Faltung bestimmten tonischen Anteils vom Hautleitwert kann der phasische Anteil des Hautleitwertes bestimmt werden. In dem phasischen Anteil wiederum können Maxima ermittelt und die Anzahl und/oder die Amplitude der Maxima als Kennwert für einen mentalen Zustand (zum Beispiel einen Stresszustand) des Fahrers bestimmt werden. Mit anderen Worten werden die Maxima im phasischen Anteil als„nicht-spezifische Fluktuation" interpretiert, d.h., als Fluktuationen, die nicht durch äußere Reize hervorgerufen werden, und insofern Rückschlüsse insbesondere auf den mentalen Zustand des Fahrers zulassen. By subtracting the tonic portion of the skin conductance determined by the inverse folding, the phasic portion of the skin conductance can be determined. In turn, maxima can be determined in the phasic component and the number and / or the amplitude of the maxima can be determined as a parameter for a mental state (for example, a stress state) of the driver. In other words, the maxima in the phasic portion are interpreted as "nonspecific fluctuation", that is, as fluctuations not caused by external stimuli, and thus allow conclusions to be drawn, in particular, about the driver's mental condition.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden in dem zweiten Elektrodensignal (dem EKG-Signal) QRS-Komplexe bestimmt und der zeitliche Abstand der QRS-Komplexe als Kennwert für einen mentalen Zustand des Fahrers ermittelt. Über das Ermitteln des zeitlichen Abstands der QRS-Komplexe wird insbesondere der Abstand der Herzschläge (interbeat interval - IBI) bestimmt. According to another embodiment of the invention, QRS complexes are determined in the second electrode signal (the ECG signal) and the time interval of the QRS complexes is determined as a parameter for a mental state of the driver. about determining the time interval of the QRS complexes, in particular the distance of the heartbeats (interbeat interval - IBI) is determined.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zum Durchführen eines wie oben beschriebenen Verfahrens, mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung einer elektrodermalen Aktivität des Fahrers unter Verwendung eines ersten Elektrodensignals und/oder zum Registrieren eines Elektrokardiogramms des Fahrers unter Verwendung eines zweiten Elektrodensignals, wobei die Auswerteeinheit zum Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal oder in aus dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal abgeleiteten Messwerten mit Hilfe eines statistischen Verfahrens ausgebildet ist. The invention also relates to a device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle, in particular for carrying out a method as described above, having an evaluation unit for determining an electrodermal activity of the driver using a first electrode signal and / or registering an electrocardiogram of the driver using a second electrode signal, wherein the evaluation unit is designed to identify and reduce movement artifacts in the first and / or the second electrode signal or in measured values derived from the first and / or the second electrode signal by means of a statistical method.
Insbesondere ist die Vorrichtung Teil eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges, wobei die Auswerteeinheit zum Beispiel in das Lenkrad integriert oder an dem Lenkrad angeordnet ist. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit in Form eines entsprechend programmierten Microcontrollers ausgebildet. In particular, the device is part of a steering wheel of a motor vehicle, wherein the evaluation unit is integrated, for example, in the steering wheel or arranged on the steering wheel. For example, the evaluation unit is designed in the form of a suitably programmed microcontroller.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens, mit zwei Elektrodenbereichen, wobei die beiden Elektrodenbereiche jeweils mindestens zwei Elektroden zur Bestimmung einer elektrodermalen Aktivität des Fahrers und mindestens eine von diesen Elektroden galvanisch getrennte Elektrode zum Registrieren eines Elektrokardiogramms aufweisen. In a further aspect, the invention also relates to a steering wheel for a motor vehicle, in particular for carrying out a method as described above, with two electrode areas, the two electrode areas each having at least two electrodes for determining an electrodermal activity of the driver and at least one of these electrodes Have electrode for registering an electrocardiogram.
Denkbar ist, dass sich die Elektroden zur Bestimmung der elektrodermalen Aktivität und/oder die Elektrode zum Registrieren des Elektrokardiogramms entlang des Umfanges eines Lenkradkranzes des Lenkrades erstrecken, d.h. um eine Nabe des Lenkrades herum verlaufen. Dabei müssen sich die Elektroden selbstverständlich nicht ausschließlich entlang des Lenkradkranzes erstrecken, sondern können durchaus auch Abschnitte aufweisen, die schräg oder quer zum Lenkradkranz verlaufen. It is conceivable that the electrodes for determining the electrodermal activity and / or the electrode for registering the electrocardiogram extend along the circumference of a steering wheel rim of the steering wheel, i. run around a hub of the steering wheel. Of course, the electrodes do not need to extend exclusively along the steering wheel rim, but may well have sections that extend obliquely or transversely to the steering wheel rim.
Gemäß einer Ausgestaltung dieser Variante der Erfindung zumindest eine der Elektroden zur Bestimmung der elektrodermalen Aktivität und die Elektrode zum Registrieren des Elektrokardiogramms jeweils einen Abschnitt auf, der sich entlang eines parallel zu einem Radius des Lenkrades orientierten Umfanges des Lenkradkranzes des Lenkrades erstreckt. Beispielsweise weisen die Elektroden jeweils einen mäanderförmigen oder rechteckförmigen Verlauf entlang des Lenkradkranzes auf, so dass ihre Haupterstreckung entlang des Lenkradkranzes verläuft, sie jedoch auch Abschnitte aufweisen, die parallel zu einem Radius des Lenkrades orientiert sind. According to one embodiment of this variant of the invention, at least one of the electrodes for determining the electrodermal activity and the electrode for registering the Electrocardiogram each have a portion extending along a parallel to a radius of the steering wheel oriented circumference of the steering wheel rim of the steering wheel. For example, the electrodes each have a meandering or rectangular course along the steering wheel rim, so that their main extension runs along the steering wheel rim, but they also have sections which are oriented parallel to a radius of the steering wheel.
Denkbar ist insbesondere auch, dass die beiden Elektrodenbereiche jeweils mindestens zwei Elektroden zum Registrieren des Elektrokardiogramms aufweisen, d.h. das Lenkrad besitzt in jedem seiner Elektrodenbereiche jeweils zwei Elektroden zum Bestimmen der elektrodermalen Aktivität und zwei Elektroden zum Registrieren des Elektrokardiogramms. It is also conceivable, in particular, that the two electrode areas each have at least two electrodes for registering the electrocardiogram, i. the steering wheel has in each of its electrode areas in each case two electrodes for determining the electrodermal activity and two electrodes for registering the electrocardiogram.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the figures. Show it:
Figur 1 Ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Messung von Vitaldaten eines FIG. 1 shows a block diagram of a method for measuring vital data of a
Fahrers eines Kraftfahrzeuges gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 2 ein Blockdiagramm zu einem Teilschritt des Verfahrens aus Figur 1 ;  Driver of a motor vehicle according to an embodiment of the invention; FIG. 2 shows a block diagram of a partial step of the method from FIG. 1;
Figur 3 eine bi-exponentielle Modellfunktion zur Ermittlung des tonischen und phasischen Anteils eines mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Hautleitwertes; FIG. 3 shows a bi-exponential model function for determining the tonic and phasic component of a skin conductance determined using the method according to the invention;
Figur 4 ein Blockdiagramm zur Berechnung von nicht-spezifischen Fluktuationen des Hautleitwertes; FIG. 4 shows a block diagram for calculating non-specific fluctuations of the skin conductance;
Figur 5 eine Schaltung zur Bestimmung des Hautleitwertes; FIG. 5 shows a circuit for determining the skin conductance;
Figur 6 ein Blockdiagramm zu einem Verfahren zur Verringerung von FIG. 6 shows a block diagram of a method for reducing
Bewegungsartefakten in einem Elektrokardiogramm;  Motion artifacts in an electrocardiogram;
Figur 7 ein Blockdiagramm eines Entrauschungsverfahrens für ein EKG-Signal; Figur 8 schematisch ein Lenkrad mit einer Elektrodenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 9 eine Variante einer Elektrodenfläche des Lenkrades aus Figur 8; und Figure 7 is a block diagram of a de-noise method for an ECG signal; 8 shows schematically a steering wheel with an electrode device according to an embodiment of the invention; Figure 9 shows a variant of an electrode surface of the steering wheel of Figure 8; and
Figur 10 eine alternative Variante einer Elektrodenfläche des Lenkrades aus Figur 8. FIG. 10 shows an alternative variant of an electrode surface of the steering wheel from FIG. 8.
Im Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 1 besitzt ein Lenkrad 1 eines Kraftfahrzeuges eine erste und eine zweite Elektrodenfläche 1 1 , 12, die jeweils Elektroden zum Erzeugen eines ersten Elektrodensignals 1 1 1 , mit dem eine elektrodermale Aktivität (EDA) eines Fahrers des Kraftfahrzeuges ermittelt werden kann, und Elektroden zum Erzeugen eines zweiten Elektrodensignals 121 , mit dem ein Elektrokardiogramm (EKG) des Fahrers aufgezeichnet werden kann. In the example of the inventive method according to Figure 1, a steering wheel 1 of a motor vehicle has a first and a second electrode surface 1 1, 12, each of electrodes for generating a first electrode signal 1 1 1, with which determines an electrodermal activity (EDA) of a driver of the motor vehicle and electrodes for generating a second electrode signal 121, with which an electrocardiogram (ECG) of the driver can be recorded.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beinhaltet demnach sowohl eine Ermittlung und Auswertung der EDA als auch eine Ermittlung und Auswertung eines EKGs des Fahrers. Die Verarbeitung der EDA- und der EKG-Signale erfolgt über galvanisch voneinander getrennte Signalpfade (linker bzw. rechter Pfad in Fig. 1 ), um eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Elektrodensignale 1 1 1 , 121 möglichst gering zu halten oder ganz zu vermeiden. The inventive method according to the embodiment of FIG. 1 therefore includes both a determination and evaluation of the EDA and a determination and evaluation of an ECG of the driver. The processing of the EDA and ECG signals via galvanically separated signal paths (left or right path in Fig. 1), in order to minimize mutual interference between the two electrode signals 1 1 1, 121 or completely avoided.
Das EDA-Signal (das erste Elektrodensignal 1 1 1 ) wird zunächst mit Hilfe einer Spannungsteilerschaltung (z.B. gemäß Fig. 5) an den EDA-Elektroden der ersten und/oder der zweiten Elektrodenfläche 1 1 , 12 abgegriffen, verstärkt und ein Messsignal 1 1 1 a erzeugt, das einem Hautleitwert des Fahrers (einer Hand des Fahrers) entspricht (Signalakquise 1 12). Das Messsignal 1 1 1 a wird mittels eines Tiefpassfilters 1 13 gefiltert und in einem Analog-Digital-Wandler 1 14 digitalisiert. Das digitalisierte Messsignal 1 1 1 a umfasst eine Menge von zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Messwerten des Hautleitwertes, die einer statistischen Bewegungsartefaktkorrektur 1 15 unterzogen werden. The EDA signal (the first electrode signal 1 1 1) is first tapped by means of a voltage divider circuit (eg, as shown in FIG. 5) on the EDA electrodes of the first and / or the second electrode surface 1 1, 12, and a measurement signal 1 1 1 a, which corresponds to a skin conductance of the driver (one hand of the driver) (signal acquisition 1 12). The measurement signal 1 1 1 a is filtered by means of a low-pass filter 1 13 and digitized in an analog-to-digital converter 1 14. The digitized measurement signal 1 1 1 a comprises a set of measured values of the skin conductance recorded at different times, which are subjected to a statistical motion artifact correction.
Die Bewegungsartefaktkorrektur 1 15 dient zum Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in dem Messsignal 1 1 1 a, d.h. zum Identifizieren und Eliminieren zumindest einiger fehlerhafter Messwerte, die zumindest im Wesentlichen lediglich auf eine Bewegung (insbesondere einer Hand oder beider Hände des Fahrers) zurückgehen, mit Hilfe eines statistischen Verfahrens, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird. Im Anschluss an die Bewegungsartefaktkorrektur 1 15 erfolgt ein Downsampling (d.h. ein Heruntertakten durch Reduktion der Zeitstützstellen) und Glätten des Signals (Schritt 1 16) sowie gemäß Schritt 1 17 eine Berechnung des phasischen Anteils des Hautleitwertes (d.h. des Messsignals 1 1 1 a). Die Berechnung des phasischen Anteils erfolgt insbesondere durch eine inverse Faltung unter Verwendung einer Modellfunktion, wie ebenfalls weiter unten erläutert werden wird. The movement artifact correction 15 serves to identify and reduce movement artifacts in the measurement signal 1 1 1 a, ie for identifying and eliminating at least some erroneous measured values, which are at least essentially only a movement (in particular a hand or both hands of the driver), using a statistical method, as will be explained in more detail below. Subsequent to the movement artifact correction 15, a downsampling (ie, a step down by reducing the time support points) and smoothing of the signal (step 16) and, according to step 1, a calculation of the phasic portion of the skin conductance (ie, the measurement signal 1 1 1 a). The calculation of the phasic fraction is carried out in particular by an inverse convolution using a model function, as will also be explained below.
In dem phasischen Anteil des Messsignals 1 1 1 a werden mit einem Spitzendetektionsverfahren („peak detection") 1 18 Maxima ermittelt und schließlich die Anzahl der Maxima pro Zeiteinheit und/oder die Amplitude der Maxima als Maß für einen mentalen Zustand des Fahrers des Kraftfahrzeuges bestimmt (Bestimmung von nichtspezifischen Fluktuationen - NSF 1 19). In the phasic portion of the measuring signal 1 1 1 a 1 18 maxima are determined with a peak detection method and finally determines the number of maxima per unit time and / or the amplitude of the maxima as a measure of a mental state of the driver of the motor vehicle (Determination of Non-Specific Fluctuations - NSF 1 19).
Das EKG-Signal wird als zweites elektrisches Signal 121 an den EKG-Elektroden der Elektrodenflächen 1 1 , 12 abgegriffen, verstärkt (Schritt 122) und gefiltert (Schritt 123). Das verstärkte und gefilterte zweite elektrische Signal 121 wird in einem Analog-Digital-Wandler digitalisiert (Schritt 124) und einer Filterung (50 Hz-Filterung 125) unterzogen. Anschließend erfolgt eine Entrauschung 126 des zweiten elektrischen Signals 121 , die weiter unten näher erläutert werden wird. Im entrauschten Signal werden mittels eines statistischen Verfahrens Bewegungsartefakte identifiziert und eliminiert (Schritt 127). Diese Bewegungsartefaktkorrektur beruht zwar wie die Artefaktkorrektur 1 15 des Messsignals 1 1 1 a auf einem statistischen Verfahren. Das in Bezug auf das zweite elektrische Signal 121 angewandte statistische Verfahren unterscheidet sich jedoch von der Artefaktkorrektur 1 15 in Bezug auf das EDA-Messsignal 1 1 1 a. Insbesondere werden zur Bewegungsartefaktkorrektur 127 in Bezug auf das zweite elektrische Signal 121 Verfahren nach dem Prinzip der Hauptkomponenten- und Unabhängigkeitsanalyse angewandt, wie in Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert werden wird. In dem mit Hilfe der Bewegungsartefaktkorrektur 127 aufbereiteten zweiten elektrischen Signal 121 erfolgt eine QRS-Detektion 128, aus der insbesondere die Herzrate 129 sowie durch Bestimmung des zeitlichen Abstandes der QRS-Komplexe Interbeatintervalle (IBI- Berechnung 130) bestimmt werden. Denkbar ist auch, dass aus dem EKG-Signal 121 ein EDR-Signal 131 (EDR: ECG derived respiration - EKG-basiertes Atemsignal) ermittelt wird. Aus dem EDR-Signal 131 wiederum kann die Atemfrequenz 132 berechnet werden. Des Weiteren können aus dem EKG-Signal etwa durch eine Formanalyse und entsprechende Klassifizierungsmethoden medizinische Anomalien extrahiert werden. Durch Auswertung einerseits des korrigierten EDA-Messsignals 1 1 1 a und des korrigierten EKG-Signals 121 andererseits können somit insbesondere Informationen bezüglich nichtspezifischer Fluktuationen - NSF des Hautleitwertes (aus dem EDA-Signal), die Herzrate und die Atemfrequenz (aus dem EKG-Signal) gewonnen werden. Diese Informationen wiederum lassen wie erwähnt Rückschlüsse auf den mentalen Zustand des Fahrers des Kraftfahrzeugs, insbesondere auf dessen Stressniveau, zu. Denkbar ist zum Beispiel, dass die Analyse des EDA- und EKG-Signals, d.h. insbesondere auch eine Klassifizierung des mentalen Zustandes des Fahrers anhand der gemessenen Vitaldaten, in einer (zum Beispiel lenkradintegrierten) Auswerteeinheit erfolgt und die Analyseergebnisse insbesondere über einen Fahrzeug-Datenbus fahrzeuginternen Einheiten (etwa eines Fahrerassistenzsystems) und/oder fahrzeugexternen Geräten zur Verfügung gestellt werden. The ECG signal is tapped, amplified (step 122) and filtered as the second electrical signal 121 at the ECG electrodes of the electrode surfaces 11, 12 (step 123). The amplified and filtered second electrical signal 121 is digitized in an analog-to-digital converter (step 124) and subjected to filtering (50 Hz filtering 125). This is followed by de-icing 126 of the second electrical signal 121, which will be explained in more detail below. In the noisy signal, motion artifacts are identified and eliminated by a statistical method (step 127). Although this artifact correction is like the artifact correction 1 15 of the measurement signal 1 1 1 a based on a statistical method. However, the statistical method used with respect to the second electrical signal 121 differs from the artifact correction 15 with respect to the EDA measurement signal 11 1 1 a. In particular, for the motion artifact correction 127 with respect to the second electrical signal 121, principal component and independence analysis methods are applied, as will be explained in conjunction with FIG. In the second electrical signal 121 processed with the aid of the movement artifact correction 127, a QRS detection 128 is carried out, from which, in particular, the heart rate 129 and by determining the time interval of the QRS complexes InterBeatintervalle (IBI calculation 130) are determined. It is also conceivable that an EDR signal 131 (EDR: ECG derived respiration - ECG-based respiratory signal) is determined from the ECG signal 121. In turn, the respiratory rate 132 may be calculated from the EDR signal 131. Furthermore, medical anomalies can be extracted from the ECG signal, for example by a form analysis and corresponding classification methods. By evaluating, on the one hand, the corrected EDA measurement signal 1 1 1 a and the corrected ECG signal 121, in particular, information regarding nonspecific fluctuations - NSF of the skin conductance (from the EDA signal), the heart rate and the respiratory rate (from the ECG signal ) be won. This information, in turn, as mentioned, conclusions about the mental condition of the driver of the motor vehicle, in particular its stress level to. It is conceivable, for example, that the analysis of the EDA and ECG signal, ie in particular also a classification of the driver's mental state based on the measured vital data, takes place in an evaluation unit (eg steering wheel-integrated) and the analysis results in particular via a vehicle data bus in-vehicle Units (such as a driver assistance system) and / or external devices are provided.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in Fig. 1 dargestellte Signalverarbeitung natürlich nur beispielhaft ist. Die Erfindung erfordert nicht zwingend die Ausführung sämtlicher dort aufgeführter Schritte. Vielmehr ist denkbar, dass auf einige der anhand der Fig. 1 erläuterten Signalverarbeitungsschritte verzichtet wird oder diese in abgewandelter Form durchgeführt werden. Beispielsweise ist es durchaus möglich, auf den Downsamplingschritt 1 17 zu verzichten. Möglich ist es auch, dass zumindest einige der Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. It should be noted that the signal processing shown in Fig. 1, of course, is only exemplary. The invention does not necessarily require the execution of all listed there steps. Rather, it is conceivable that some of the signal processing steps explained with reference to FIG. 1 are dispensed with or that these are carried out in a modified form. For example, it is quite possible to dispense with the downsampling step 1 17. It is also possible that at least some of the steps are executed in a different order.
Figur 2 zeigt im Detail den Ablauf der in Fig. 1 dargestellten Bewegungsartefaktkorrektur 1 15 in Bezug auf das Messsignal 1 1 1 a (d.h. des Hautleitwertes). Das digitalisierte Messsignal 1 1 1 a besteht wie oben bereits erwähnt aus einer Menge von Messwerten, die jeweils einen zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessenen Hautleitwert angeben oder denen ein Hautleitwert zuordenbar ist. Diese Messwerte werden einem statistischen Verfahren unterzogen, wobei in einem ersten Schritt der Variationskoeffizient in Bezug auf eine Mehrzahl zeitlich aufeinander folgender Messwerte berechnet wird (Schritt 201 ). Die Berechnung des Variationskoeffizienten wurde bereits weiter oben erläutert. FIG. 2 shows in detail the sequence of the movement artifact correction 1 15 shown in FIG. 1 with respect to the measurement signal 1 1 1 a (ie the skin conductance value). As already mentioned above, the digitized measurement signal 1 1 1 a consists of a set of measured values which in each case indicate a skin conductance measured at a specific point in time or to which a skin conductance can be assigned. These measured values are subjected to a statistical method, wherein in a first step the coefficient of variation is calculated with respect to a plurality of temporally successive measured values (step 201). The calculation of the coefficient of variation has already been explained above.
Anschließend erfolgt eine erneute Ermittlung der Standardabweichung (Schritt 202) und im Anschluss daran eine Schwellwertbildung 203 in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Schritte 201 , 202. Die beiden Durchläufe der Ermittlung der Standardabweichung finden mit unterschiedlichen Fenstergrößen (insbesondere unterschiedlichen Anzahlen der zugrunde gelegten Messwerte) statt. So werden mit der ersten Berechnung der Standardabweichung (als Teil des Schrittes 201 ) sehr viele kleinteilige Artefakte identifiziert, die im zweiten Durchlauf (Schritt 202) zu einem Artefakt zusammengefasst werden. Der zweite Durchlauf bewirkt eine Art Tiefpassfilterung von im ersten Durchlauf gefundenen potentiellen Artefakten. This is followed by a new determination of the standard deviation (step 202) and then a threshold value formation 203 as a function of the results of steps 201, 202. The two runs of determining the standard deviation take place with different window sizes (in particular different numbers of the underlying measured values) , Thus, with the first calculation of the standard deviation (as part of step 201), very many small-scale artifacts are identified, which are combined into an artifact in the second pass (step 202). The second pass provides a kind of low-pass filtering of potential artifacts found in the first pass.
Der Schwellwert dient dazu, Messwertartefakte zu identifizieren (Schritt 204) und aus dem Messsignal 1 1 1 a (der Menge der Messwerte) zu entfernen. Hierzu werden z.B. zunächst Messwerte, deren Betrag den festgelegten Schwellwert überschreitet, identifiziert und durch Interpolation von zeitlich den zu eliminierenden Messwerten benachbarten Messwerten aus dem Messsignal eliminiert. Die Interpolation umfasst ein Extrahieren von den Bewegungsartefakten zugehörigen Zeitvektoren (Schritt 205) sowie das Interpolieren jeweils eines Messwertes für Zeitpunkte, die einem Bewegungsartefakt zugehören (Interpolation 206), und jeweils Ersetzen des fehlerhaften Messwertes durch den interpolierten Hautleitwert (Korrektur 207). Die auf diese Weise korrigierte Messwertmenge (d.h. das korrigierte Messsignal 1 1 1 a) wird schließlich den anhand der Fig. 1 erläuterten Schritten 1 16 - 1 19 unterzogen. The threshold value serves to identify measurement artefacts (step 204) and to remove them from the measurement signal 1 1 1 a (the amount of the measured values). For this, e.g. First, measured values whose magnitude exceeds the specified threshold value are identified and eliminated from the measurement signal by interpolation of measured values which are to be eliminated in time. The interpolation comprises extracting time vectors associated with the motion artifacts (step 205) and interpolating a respective measurement value for points in time associated with a motion artifact (interpolation 206) and respectively replacing the erroneous measurement value with the interpolated skin conductance (correction 207). The measured value quantity corrected in this way (i.e., the corrected measuring signal 1 1 1 a) is finally subjected to the steps 1 16 - 1 19 explained with reference to FIG.
Insbesondere erfolgt also eine Berechnung des phasischen Anteils der korrigierten Hautleitwerte (gemäß Schritt 1 17 in Figur 1 ). Hierfür wird das Signal einer Entfaltungsoperation unterzogen, wobei der tonische Anteil des Hautleitwertes (des Messsignals 1 1 1 a) durch inverse Faltung des Hautleitwertes mit einer Modellfunktion bestimmt wird. Ein Beispiel für eine derartige Modellfunktion, die insbesondere eine Reaktion von Hautporen auf einen äußeren Stromfluss modelliert, ist die bereits oben erwähnte Funktion
Figure imgf000014_0001
In particular, therefore, a calculation of the phasic portion of the corrected skin conductance values (according to step 17 in FIG. 1) takes place. For this purpose, the signal is subjected to a deployment operation, wherein the tonic portion of the skin conductance (the measurement signal 1 1 1 a) is determined by inverse folding of the skin conductance with a model function. An example of such a model function, which in particular models a reaction of skin pores to an external current flow, is the function already mentioned above
Figure imgf000014_0001
Ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf dieser Funktion ist in Figur 3 dargestellt. Gemäß Fig. 4 wird der tonische Anteil 270 des Hautleitwertes mit Hilfe der inversen Faltung 250 unter Verwendung von f(t) und einer Glättung 260 des entfalteten Signals bestimmt. Durch eine Subtraktion 280 des tonischen Anteils 270 vom Hautleitwert ergibt sich der phasische Anteil des Signals. In dem phasischen Anteil erfolgt die bereits in Fig. 1 dargestellte Spitzenwerterkennung 1 18 zur Identifikation der nicht-spezifischen Fluktuationen 1 19 als Maß für das Stressniveau des Fahrers. An example of the time course of this function is shown in FIG. Referring to Fig. 4, the tonic portion 270 of the skin conductance is determined by the inverse convolution 250 using f (t) and a smoothing 260 of the unfolded signal. Subtraction 280 of the tonic portion 270 of the skin conductance results in the phasic portion of the signal. In the phasic component, the peak value recognition 18 shown in FIG. 1 is used to identify the non-specific fluctuations 19 as a measure of the driver's stress level.
Fig. 5 stellt eine mögliche Schaltung zur Ermittlung des Hautleitwertes aus dem ersten Elektrodensignal 1 1 1 dar. Zwei EDA-Elektroden 100, 200 insbesondere eines Lenkrades werden über die Hand eines Fahrers (repräsentiert durch den variablen Widerstand 51 , d.h. den Kehrwert des Hautleitwertes) miteinander verbunden. Zur Bestimmung des Hautleitwertes (des Widerstands 51 ) weist die Schaltung einen Spannungsteiler 50 mit einem Widerstand R1 auf. Der Spannungsteiler 50 ist nicht ausgebildet, den Elektroden 100, 200 einen konstanten Strom oder eine konstante Spannung zuzuführen. Vielmehr ist der Widerstand R1 so ausgelegt, dass die Schaltung eine möglichst große Verstärkung und somit einen möglichst guten Signalverlauf liefert. Die über die Hand (den Widerstand 51 ) miteinander verbundenen Elektrodenflächen 100, 200 abfallende Spannung wird in einem Verstärker 52 verstärkt und abhängig von dieser Spannung der Hautleitwert oder eine dem Hautleitwert äquivalente Messgröße (d.h. das Messsignal 1 1 1 a) ermittelt. Figur 6 zeigt den Ablauf des Schrittes 127 aus Figur 1 , wonach in dem EKG-Signal (dem zweiten Elektrodensignal 121 ) Bewegungsartefakte identifiziert und eliminiert werden. Das digitalisierte EKG-Signal stellt eine Menge (zu unterschiedlichen Zeiten) erfasster Messwerte einer Kenngröße (insbesondere einer Spannung) des Elektrodensignals 121 dar. Die Reduktion der Bewegungsartefakte erfolgt wie auch in Bezug auf die EDA- Messwerte mit Hilfe statistischer Verfahren, die auf diese Messwerte angewandt werden. Zunächst werden die EKG-Messwerte einer Bandpassfilterung 301 sowie einer Hauptkomponentenanalyse 302 unterzogen, um statistisch unkorrelierte Messwerte zu erhalten. Nach der Hauptkomponentenanalyse 302 erfolgt eine Unabhängigkeitsanalyse der statistisch unabhängigen Komponenten der Messwerte nach dem Prinzip der blinden Quellentrennung (Schritt 303). Die blinde Quellentrennung 303 liefert eine Separation des Signals in verschiedene Quellen 304, d.h. in das eigentliche EKG-Signal und getrennt davon in Bewegungsartefakte (d.h. Signale, die lediglich auf eine Bewegung des Fahrers zurückgehen). Der in Figur 6 beschriebenen Eliminierung der Bewegungsartefakte kann die Entrauschung gemäß Schritt 126 der Figur 1 vorausgehen. Diese Entrauschung ist in Figur 7 im Detail dargestellt. Das digitalisierte erste Elektrodensignal (EKG-Signal) 121 wird zunächst in den Frequenzbereich transformiert (Schritt 31 1 ). Im Frequenzbereich wird eine Filterung 312 vorgenommen und das Signal zurück in den Zeitbereich transformiert (Schritt 313). In dem so gefilterten Signal erfolgt eine Erkennung von QRS-Komplexen 314, wobei zum Beispiel bekannte Erkennungsalgorithmen (etwa ein Pan-Tompkins-Algorithmus) verwendet werden. Es erfolgt eine IBI-Berechnung 315 und eine Analyse 316 des Rauschprofils im Bereich zwischen benachbarten QRS-Komplexen (insbesondere zwischen benachbarten R-Zacken). Zur Ermittlung des Rauschprofils zwischen benachbarten QRS-Komplexen (d.h. der Charakteristik des Rauschens in diesem Bereich) wird insbesondere sowohl ein Histogramm als auch die Leistung des Rauschens zwischen den jeweiligen QRS- Komplexen ermittelt. Diese beiden Werte ermöglichen eine Bestimmung des Rauschprofils. Des Weiteren erfolgt eine erneute Transformation in den Frequenzbereich 317 und eine erneute Filterung analog zur Filterung 312. FIG. 5 shows a possible circuit for determining the skin conductance from the first electrode signal 1 1 1. Two EDA electrodes 100, 200, in particular of a steering wheel, are controlled by the hand of a driver (represented by the variable resistor 51, ie the reciprocal of the skin conductance). connected with each other. To determine the skin conductance (of the resistor 51), the circuit has a voltage divider 50 with a resistor R1. The voltage divider 50 is not designed to supply the electrodes 100, 200 with a constant current or a constant voltage. Rather, the resistor R1 is designed so that the circuit provides the greatest possible gain and thus the best possible waveform. The voltage drop across the hand (resistor 51) connected to each other electrode surfaces 100, 200 voltage is amplified in an amplifier 52 and depending on this voltage, the skin conductance or the skin conductance equivalent measure (ie, the measurement signal 1 1 1 a) determined. FIG. 6 shows the sequence of step 127 from FIG. 1, according to which motion artifacts are identified and eliminated in the ECG signal (the second electrode signal 121). The digitized ECG signal represents a set (at different times) of measured values of a parameter (in particular of a voltage) of the electrode signal 121. The reduction of the motion artifacts is carried out as well as with respect to the EDA measured values by means of statistical methods which are based on these measured values be applied. First, the ECG measurement values are subjected to bandpass filtering 301 and to a principal component analysis 302 in order to obtain statistically uncorrelated measured values. After the principal component analysis 302, an independence analysis of the statistically independent components of the measured values takes place according to the principle of blind source separation (step 303). The blind source separation 303 provides for separation of the signal into various sources 304, ie, into the actual ECG signal and separately into motion artifacts (ie, signals due solely to movement of the driver). The elimination of motion artifacts described in FIG. 6 may be preceded by de-noise according to step 126 of FIG. This Entrauschung is shown in Figure 7 in detail. The digitized first electrode signal (ECG signal) 121 is first transformed into the frequency domain (step 31 1). In the frequency domain, filtering 312 is performed and the signal is transformed back to the time domain (step 313). In the signal thus filtered, recognition of QRS complexes 314 takes place using, for example, known recognition algorithms (such as a Pan-Tompkins algorithm). An IBI calculation 315 and an analysis 316 of the noise profile in the area between adjacent QRS complexes (in particular between adjacent R waves) are performed. To determine the noise profile between adjacent QRS complexes (ie the characteristic of the noise in this range), in particular both a histogram and the power of the noise between the respective QRS complexes are determined. These two values allow determination of the noise profile. Furthermore, a further transformation into the frequency range 317 and a renewed filtering take place in analogy to the filtering 312.
Figur 8 zeigt schematisch ein Lenkrad 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Lenkrad 1 ähnelt dem in Figur 1 bereits angedeuteten Lenkrad, wobei es entsprechend eine erste und zweite Elektrodenfläche 1 1 , 12 besitzt. Die Elektrodenflächen 1 1 , 12 weisen jeweils mindestens zwei Elektroden (EDA-Elektroden) zur Bestimmung einer elektrodermalen Aktivität des Fahrers und mindestens eine von den EDA-Elektroden galvanisch getrennte Elektroden (EKG-Elektroden) zum Registrieren eines Elektrokardiogramms auf. Mögliche Ausgestaltungen der Elektroden der beiden Elektrodenflächen 1 1 , 12 sind in den Figuren 9 bzw. 10 dargestellt, wobei dort jeweils eine der beiden Elektrodenflächen 1 1 , 12 gezeigt ist. Figure 8 shows schematically a steering wheel 1 according to an embodiment of the invention. The steering wheel 1 is similar to the already indicated in Figure 1 steering wheel, wherein it has correspondingly a first and second electrode surface 1 1, 12 has. The electrode surfaces 1 1, 12 each have at least two electrodes (EDA electrodes) for determining an electrodermal activity of the driver and at least one of the EDA electrodes galvanically isolated electrodes (ECG electrodes) for registering an electrocardiogram. Possible configurations of the electrodes of the two electrode surfaces 11, 12 are shown in FIGS. 9 and 10, respectively, where one of the two electrode surfaces 11, 12 is shown in each case.
Gemäß Figur 9 umfasst zumindest eine der Elektrodenflächen 1 1 , 12 eine erste und eine zweite EDA-Elektrode 100, 200, die insbesondere als Trockenelektroden ausgeführt sind, und eine EKG-Elektrode 300, die von den EDA-Elektroden 100, 200 galvanisch getrennt angeordnet ist. Die Elektroden 100, 200, 300 sind insbesondere auf einer Oberfläche des Lenkradkranzes fixiert. Die beiden EDA-Elektroden 100, 200 werden insbesondere für eine Doppel-EDA-Messung verwendet, d.h. jede der Elektrodenflächen 1 1 , 12 weist die beiden EDA-Elektroden 100, 200 auf und liefert entsprechend ein EDA-Messsignal, wodurch die Messgenauigkeit erhöht wird. Die EKG-Elektroden 300 der Elektrodenflächen 1 1 , 12 dienen zusammen insbesondere einer kapazitive EKG-Messung. According to FIG. 9, at least one of the electrode surfaces 11, 12 comprises a first and a second EDA electrode 100, 200, which are designed in particular as dry electrodes, and an ECG electrode 300, which is arranged galvanically isolated from the EDA electrodes 100, 200 is. The electrodes 100, 200, 300 are fixed in particular on a surface of the steering wheel rim. The two EDA electrodes 100, 200 are used in particular for a double EDA measurement, i. Each of the electrode surfaces 11, 12 has the two EDA electrodes 100, 200 and accordingly supplies an EDA measurement signal, which increases the measurement accuracy. The ECG electrodes 300 of the electrode surfaces 1 1, 12 together serve in particular a capacitive ECG measurement.
Die Elektroden 100, 200, 300 verlaufen jeweils hauptsächlich entlang eines (eine Nabe des Lenkrades 1 umlaufenden) Umfanges des Lenkradkranzes des Lenkrads 1 , d.h. die Ausdehnungen der Elektroden 100, 200, 300 ist entlang des Umfanges des Lenkradkranzes größer als in einer Richtung senkrecht dazu. Insbesondere verläuft die erste EDA-Elektrode 100 nach Art einer Rechteckfunktion, wobei sie Abschnitte 1 10 aufweist, die sich in einer radialen Richtung in Bezug auf das Lenkrad erstrecken. Die radialen Abschnitte 1 10 sind über längs des Umfanges des Lenkradkranzes verlaufende Verbindungsabschnitte 120 miteinander verbunden. Die zweite EDA-Elektrode 200 umfasst einen längs des Lenkradkranzes verlaufenden seitlichen Abschnitt 210 auf, von dem mehrere voneinander beabstandete radial verlaufende Stege 220 derart abstehen, dass sie sich jeweils zwischen zwei der radialen Abschnitte 1 10 der ersten EDA-Elektrode 100 erstrecken. Die EKG-Elektrode 300 ist analog zur zweiten EDA-Elektrode 200 ausgebildet, das heißt, auch sie weist einen seitlichen Abschnitt 310 auf, der allerdings - in radialer Richtung betachtet - auf einer anderen Seite der ersten EDA-Elektrode 100 liegt. Von dem seitlichen Abschnitt 310 ragen radiale Stege 320 (gegenläufig zu den Stegen 220) ab, und zwar derart, dass auch sie jeweils von zwei radialen Abschnitten 1 10 der ersten EDA-Elektrode 100 flankiert werden. The electrodes 100, 200, 300 each extend mainly along a circumference (of a hub of the steering wheel 1) of the steering wheel rim of the steering wheel 1, ie the dimensions of the electrodes 100, 200, 300 are greater along the circumference of the steering wheel rim than in a direction perpendicular thereto , In particular, the first EDA electrode 100 extends in the manner of a rectangular function, having portions 110 extending in a radial direction with respect to the steering wheel. The radial sections 10 are connected to one another via connecting sections 120 running along the circumference of the steering wheel rim. The second EDA electrode 200 includes a side portion 210 extending along the rim of the steering wheel, from which a plurality of spaced-apart radially extending lands 220 protrude so as to each extend between two of the radial portions 110 of the first EDA electrode 100. The ECG electrode 300 is analogous to the second EDA electrode 200, that is to say it also has a lateral section 310 which, however, viewed in the radial direction, lies on another side of the first EDA electrode 100. From the lateral portion 310 protrude radial webs 320 (opposite to the webs 220), namely such that they too are each flanked by two radial sections 110 of the first EDA electrode 100.
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung zumindest einer der Elektrodenflächen 1 1 , 12 des Lenkrades 1 zeigt Figur 10. Danach weist die Elektrodenfläche 1 1 , 12 sowohl zwei EDA-Elektroden 100, 200 als auch zwei EKG-Elektroden 300, 400 auf. Somit ist nicht nur eine doppelte EDA-Messung, sondern auch eine doppelte EKG-Messung realisierbar, um auch die Genauigkeit der EKG-Messung, insbesondere die Reduzierung der Bewegungsartefakte, zu verbessern. Die Elektroden 100, 200, 300, 400 sind galvanisch voneinander getrennt, d.h. auch die beiden EKG-Signalpfade sind doppelt vorhanden und galvanisch voneinander getrennt. Die galvanische Trennung der Elektroden 100, 200, 300, 400 voneinander ist insbesondere durch einen Abstand zwischen den Elektroden 100, 200, 300, 400 realisiert. Die Elektroden 100, 200, 300, 400 weisen jeweils eine sinusförmig verlaufende Seite 165, 265, 365, 465 und eine zumindest im Wesentlichen entlang des Umfanges des Lenkradkranzes verlaufende gerade Seite 155, 255, 355, 455 auf, wobei die geraden Seiten 255, 455 der zweiten EDA-Elektrode 200 und der zweiten EKG Elektrode 400 einander zugewandt sind. Entsprechend sind die geraden Seiten 155, 355 der ersten EDA- Elektrode 100 und der ersten EKG-Elektrode 300 einander abgewandt, so dass sich jeweils ein Bauch der sinusförmigen Seite 165 der ersten EDA-Elektrode 100 in ein Tal der sinusförmigen Seite 465 der zweiten EKG-Elektrode 400 und ein Bauch der sinusförmigen Seite 365 der zweiten EDA-Elektrode 300 in ein Tal der sinusförmigen Seite 265 der ersten EKG-Elektrode 200 hineinerstreckt. FIG. 10 shows a further possible embodiment of at least one of the electrode surfaces 11, 12 of the steering wheel 1. Thereafter, the electrode surface 11, 12 has both two EDA electrodes 100, 200 and two ECG electrodes 300, 400. Thus, not only a double EDA measurement, but also a double ECG measurement can be realized in order to improve the accuracy of the ECG measurement, in particular the reduction of motion artifacts. The electrodes 100, 200, 300, 400 are galvanically isolated from each other, i. The two ECG signal paths are also duplicated and galvanically isolated from each other. The galvanic separation of the electrodes 100, 200, 300, 400 from each other is realized in particular by a distance between the electrodes 100, 200, 300, 400. The electrodes 100, 200, 300, 400 each have a sinusoidally extending side 165, 265, 365, 465 and a straight side 155, 255, 355, 455 extending at least substantially along the circumference of the steering wheel rim, the straight sides 255, 455 of the second EDA electrode 200 and the second ECG electrode 400 face each other. Correspondingly, the straight sides 155, 355 of the first EDA electrode 100 and the first ECG electrode 300 face away from each other, so that in each case a belly of the sinusoidal side 165 of the first EDA electrode 100 merges into a valley of the sinusoidal side 465 of the second ECG Electrode 400 and a belly of the sinusoidal side 365 of the second EDA electrode 300 extends into a valley of the sinusoidal side 265 of the first ECG electrode 200.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Elektrodenflächen 1 1 , 12 identisch ausgestaltet sein können. Dies ist jedoch nicht zwingend, sondern es ist z.B. durchaus denkbar, dass die Form der Elektrodenflächen 1 1 , 12 und insbesondere die Form und Ausgestaltung der Elektroden der Elektrodenflächen 1 1 , 12 unterschiedlich ist. Bezugszeichenliste It should be noted that the electrode surfaces 1 1, 12 may be configured identically. However, this is not mandatory, but it is quite conceivable, for example, that the shape of the electrode surfaces 1 1, 12 and in particular the shape and configuration of the electrodes of the electrode surfaces 1 1, 12 is different. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Lenkrad 1 steering wheel
1 1 erste Elektrodenfläche  1 1 first electrode surface
12 zweite Elektrodenfläche  12 second electrode surface
50 Spannungsteiler  50 voltage divider
51 Hand  51 hand
52 Verstärker  52 amplifiers
100, 200 EDA- Elektrode  100, 200 EDA electrode
1 10 radialer Abschnitt  1 10 radial section
1 1 1 erstes Elektrodensignal  1 1 1 first electrode signal
1 1 1 a Messsignal  1 1 1 a Measurement signal
1 12 Signalakquise  1 12 signal acquisition
1 13 Tiefpassfilter  1 13 low-pass filter
1 14, 124 Analog-Digital-Wandler  1 14, 124 analog-to-digital converter
1 15 Bewegungsartefaktkorrektur 1 15 Motion artifact correction
1 16-1 17 Verfahrensschritt 1 16-1 17 Process step
1 18 Spitzenwerterkennung  1 18 Peak detection
1 19 nicht-spezifische Fluktuation 1 19 non-specific fluctuation
120 Verbindungsabschnitt 120 connecting section
121 erstes Elektrodensignal  121 first electrode signal
122 Verstärkung  122 reinforcement
125 Filterung  125 filtering
126 Entrauschung  126 detoxification
127 Bewegungsartefaktkorrektur 127 Motion artifact correction
128 QRS-Detektion 128 QRS detection
129 Herz rate  129 heart rate
130 Interbeatintervall  130 Interbeat interval
131 EDR-Signal  131 EDR signal
132 Atemfrequenz  132 respiratory rate
155, 255, 355, 455 gerade Seite Elektrode  155, 255, 355, 455 straight side electrode
165, 265, 365, 465 sinusförmige Seite Elektrode 201 Berechnung Variationskoeffizient Berechnung Standardabweichung165, 265, 365, 465 sinusoidal side electrode 201 calculation coefficient of variation Calculation standard deviation
Schwellwertbildungthresholding
Artefaktidentifizierung artifact identification
Zeitvektorextrahierung  Zeitvektorextrahierung
Interpolation  interpolation
Korrektur correction
, 310 seitlicher Abschnitt, 310 lateral section
, 320 Steg , 320 footbridge
inverse Faltung  inverse folding
Glättung  smoothing
tonischer Anteil  tonic portion
Subtraktion subtraction
, 400 EKG-Elektrode , 400 ECG electrode
Bandpassfilterung Bandpass filtering
Hauptkomponentenanalyse blinde Quellentrennung Principal component analysis blind source separation
Quelle source
, 317 Transformation in Frequenzbereich , 317 Transformation in frequency domain
Filterung  filtering
Transformation in Zeitbereich Transformation in time domain
Erkennung von QRS-KomplexenDetection of QRS complexes
IBI-Berechnung IBI calculation
Rauschprofilanalyse  Noise profile analysis

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Verfahren zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges, wobei eine elektrodermale Aktivität des Fahrers unter Verwendung mindestens eines ersten Elektrodensignals (1 1 1 ) bestimmt und/oder ein Elektrokardiogramms des Fahrers unter Verwendung mindestens eines zweiten Elektrodensignals (121 ) registriert wird, gekennzeichnet durch 1 . Method for measuring vital data of a driver of a motor vehicle, wherein an electrodermal activity of the driver is determined using at least a first electrode signal (1 1 1 ) and / or an electrocardiogram of the driver is registered using at least a second electrode signal (121), characterized by
Identifizieren und Reduzieren (1 15) von Bewegungsartefakten in dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal (1 1 1 , 121 ) oder in aus dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal (1 1 1 , 121 ) abgeleiteten Messwerten mit Hilfe eines statistischen Verfahrens. Identifying and reducing (1 15) movement artifacts in the first and/or the second electrode signal (1 1 1, 121) or in measured values derived from the first and/or the second electrode signal (1 1 1, 121) using a statistical method .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Elektrodensignal (1 1 1 ) eine Menge von Messwerten abgeleitet wird, wobei zum2. The method according to claim 1, characterized in that a set of measured values is derived from the first electrode signal (1 1 1), wherein for
Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in diesen Messwerten der Variationskoeffizient in Bezug auf die Messwerte bestimmt und in Abhängigkeit von dem Variationskoeffizienten ein Maximalwert oder ein Minimalwert festgelegt wird, wobei Messwerte, deren Betrag den Maximalwert überschreitet, oder Messwerte, deren Betrag den Minimalwert unterschreitet, eliminiert werden. Identifying and reducing motion artifacts in these measured values determines the coefficient of variation in relation to the measured values and, depending on the coefficient of variation, a maximum value or a minimum value is set, with measured values whose amount exceeds the maximum value or measured values whose amount falls below the minimum value being eliminated .
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Eliminieren der Messwerte durch Interpolation von zeitlich den zu eliminierenden Messwerten benachbarten Messwerten erfolgt. 3. The method according to claim 2, characterized in that the elimination of the measured values is carried out by interpolation of measured values that are temporally adjacent to the measured values to be eliminated.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in dem zweiten Elektrodensignal (121 ) in Bezug auf Messwerte mindestens einer Kenngröße des zweiten Elektrodensignals eine Unabhängigkeitsanalyse durchgeführt wird.
Figure imgf000020_0001
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der
4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that an independence analysis is carried out to identify and reduce movement artifacts in the second electrode signal (121) with respect to measured values of at least one parameter of the second electrode signal.
Figure imgf000020_0001
Method according to claim 4, characterized in that before the
Unabhängigkeitsanalyse eine Hauptkomponentenanalyse der Messwerte erfolgt. Independence analysis, a principal component analysis of the measured values is carried out.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bandpassfilterung des ersten und/oder des zweiten Elektrodensignals (1 1 1 , 121 ) vorgenommen wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a bandpass filtering of the first and/or the second electrode signal (1 1 1, 121) is carried out.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des ersten Elektrodensignals (1 1 1 , 121 ) ein Hautleitwert oder eine zu einem Hautleitwert äquivalente Messgröße (1 1 1 a) bestimmt und eine inverse Faltung (250) des Hautleitwertes oder der Messgröße (1 1 1 a) mit einer Modellfunktion vorgenommen wird, um den tonischen Anteil des Hautleitwertes oder der Messgröße (1 1 1 a) zu bestimmen. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a skin conductance or a measurement variable (1 1 1 a) equivalent to a skin conductance is determined based on the first electrode signal (1 1 1, 121) and an inverse fold (250) of the skin conductance or the measurement variable (1 1 1 a) is carried out with a model function in order to determine the tonic component of the skin conductance or the measured variable (1 1 1 a).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des tonischen Anteils der phasische Anteil des Hautleitwertes oder der Messgröße (1 1 1 a) bestimmt wird. Method according to claim 7, characterized in that the phasic component of the skin conductance or the measured variable (1 1 1 a) is determined by means of the tonic component.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Maxima im phasischen Anteil des Hautleitwertes oder der Messgröße (1 1 1 a) ermittelt und die Anzahl und/oder die Amplitude der Maxima als Kennwert für einen mentalen Zustand des Fahrers bestimmt werden. Method according to claim 8, characterized in that maxima are determined in the phasic portion of the skin conductance or the measured variable (1 1 1 a) and the number and/or the amplitude of the maxima are determined as a characteristic value for a mental state of the driver.
0. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Elektrodensignal (121 ) QRS-Komplexe bestimmt und der zeitliche Abstand der QRS-Komplexe als Kennwert für einen mentalen Zustand des Fahrers ermittelt wird. 0. Method according to one of the preceding claims, characterized in that QRS complexes are determined in the second electrode signal (121) and the time interval of the QRS complexes is determined as a characteristic value for a mental state of the driver.
1 . Vorrichtung zur Messung von Vitaldaten eines Fahrers eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Auswerteeinheit zur Bestimmung einer elektrodermalen Aktivität des Fahrers unter Verwendung mindestens eines ersten Elektrodensignals (1 1 1 ) und/oder zum Registrieren eines Elektrokardiogramms des Fahrers unter Verwendung mindestens eines zweiten Elektrodensignals (121 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit zum Identifizieren und Reduzieren von Bewegungsartefakten in dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal (1 1 1 , 121 ) oder in aus dem ersten und/oder dem zweiten Elektrodensignal (1 1 1 , 121 ) abgeleiteten Messwerten mit Hilfe eines statistischen Verfahrens ausgebildet ist. 1 . Device for measuring vital data of a driver of a motor vehicle, in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, with an evaluation unit for determining an electrodermal activity of the driver using at least a first electrode signal (1 1 1) and / or for registering an electrocardiogram of the Driver using at least a second electrode signal (121), characterized in that the evaluation unit is designed to identify and reduce movement artifacts in the first and/or the second electrode signal (1 1 1 , 121) or in measured values derived from the first and/or the second electrode signal (1 1 1 , 121) using a statistical method is.
12. Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit 12. Steering wheel for a motor vehicle, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 10
- zwei Elektrodenbereichen (1 1 , 12), dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektrodenbereiche (1 1 , 12) jeweils mindestens zwei Elektroden (100, 200) zur Bestimmung einer elektrodermalen Aktivität des Fahrers und mindestens eine von diesen Elektroden galvanisch getrennte Elektrode (300) zum Registrieren eines Elektrokardiogramms aufweisen. - two electrode areas (1 1, 12), characterized in that the two electrode areas (1 1, 12) each have at least two electrodes (100, 200) for determining an electrodermal activity of the driver and at least one electrode (300) which is galvanically isolated from these electrodes ) to record an electrocardiogram.
13. Lenkrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elektroden (100, 200) zur Bestimmung der elektrodermalen Aktivität und/oder die Elektrode (300) zum Registrieren des Elektrokardiogramms zumindest abschnittsweise entlang des Umfanges eines Lenkradkranzes des Lenkrades (1 ) erstrecken. 13. Steering wheel according to claim 12, characterized in that the electrodes (100, 200) for determining the electrodermal activity and / or the electrode (300) for registering the electrocardiogram extend at least in sections along the circumference of a steering wheel rim of the steering wheel (1).
14. Lenkrad nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Elektroden (100, 200) zur Bestimmung der elektrodermalen Aktivität und die Elektrode (300) zum Registrieren des Elektrokardiogramms jeweils einen Abschnitt (1 10, 220, 320) aufweisen, der sich entlang eines parallel zu einem Radius des14. Steering wheel according to claim 12 or 13, characterized in that at least one of the electrodes (100, 200) for determining the electrodermal activity and the electrode (300) for registering the electrocardiogram each have a section (1 10, 220, 320), which extends along a parallel to a radius of the
Lenkrades (1 ) orientierten Umfanges des Lenkradkranzes des Lenkrades (1 ) erstreckt. Steering wheel (1) oriented circumference of the steering wheel rim of the steering wheel (1).
15. Lenkrad nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektrodenbereiche (1 1 , 12) jeweils mindestens zwei Elektroden (300, 400) zum Registrieren des Elektrokardiogramms aufweisen. 15. Steering wheel according to one of claims 12 to 14, characterized in that the two electrode areas (1 1, 12) each have at least two electrodes (300, 400) for registering the electrocardiogram.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113057603A (en) * 2021-03-25 2021-07-02 斑马网络技术有限公司 Method and device for detecting holding state of steering wheel, terminal device and storage medium

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018211301A1 (en) * 2017-05-15 2018-11-22 Toyota Motor Europe Control device, system, and method for determining a comfort level of a driver
DE102019117719A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 ZF Automotive Safety Germany GmbH Method for determining at least one physiological parameter of an occupant of a motor vehicle, measuring system, steering wheel and transmission control element
DE102019211742A1 (en) 2019-08-06 2021-02-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for measuring health data of a vehicle occupant in a motor vehicle
US11944420B2 (en) 2020-08-26 2024-04-02 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Electrodermal activity acquisition
DE112021006048T5 (en) * 2020-11-19 2023-12-21 Analog Devices International Unlimited Company REAL-TIME ESTIMATION OF QUALITY OF ECG SIGNALS

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110245643A1 (en) 2010-04-02 2011-10-06 Tk Holdings Inc. Steering wheel with hand sensors

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO780203L (en) * 1978-01-19 1979-07-20 Svein Prydz PROCEDURE TO NOTIFY DRIVERS OF CARRIERS TO BEGINNING DISEASE OR TRANSITION TO SLEEP
RU2107460C1 (en) * 1996-05-28 1998-03-27 Акционерное общество закрытого типа "Нейроком" Method and device for recording galvanic skin responses
US8140149B2 (en) * 2008-07-04 2012-03-20 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Drowsiness detector
US20120071730A1 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 Stichting Imec Nederland Adaptive Processing of Ambulatory Electrocardiogram Signals
JP2012217642A (en) * 2011-04-08 2012-11-12 Nissan Motor Co Ltd Handle for biological information measurement
FR2977852B1 (en) * 2011-07-11 2014-01-10 Renault Sa INSTRUMENT WHEEL FOR MOTOR VEHICLE
PT106102B (en) * 2012-01-19 2014-08-11 Inst Superior Técnico DEVICE AND METHOD FOR CONTINUOUS BIOMETRIC RECOGNITION BASED ON ELECTROCARDIOGRAPHIC SIGNS

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110245643A1 (en) 2010-04-02 2011-10-06 Tk Holdings Inc. Steering wheel with hand sensors

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113057603A (en) * 2021-03-25 2021-07-02 斑马网络技术有限公司 Method and device for detecting holding state of steering wheel, terminal device and storage medium

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