CN102837650A - 用于获得驾驶者的生物统计信息的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于获得驾驶者的生物统计信息的装置和方法。所述装置包括：第一生物统计信号感测单元，其安装在汽车的转向盘中并且配置成感测驾驶者的生物统计信号；第二生物统计信号感测单元，其安装在汽车的驾驶者座椅中并且配置成感测驾驶者的生物统计信号；以及控制器，其配置成通过在基于由第一生物统计信号感测单元感测的生物统计信号和由第二生物统计信号感测单元感测的生物统计信号来获得生物统计信息的过程中，选择性地使用满足预设条件的生物统计信号，来获得生物统计信息。

Description

用于获得驾驶者的生物统计信息的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于获得驾驶者的生物统计信息的装置和方法，并且更特别地涉及一种用于获得驾驶者的生物统计信息的装置和方法，其中当在第一位置获得的生物统计信息中发现错误时把在第一位置获得的生物统计信息替换为在第二位置获得的生物统计信息。更具体地，通过冗余地安装在车辆的转向盘、驾驶者座椅、驾驶者座椅的安全带等中的生物传感器来获得驾驶者的生物统计信息。
背景技术
近来，汽车不仅被用作运输的手段，而且还由于因特网和IT技术的发展而成为可以向驾驶者提供与交通、经济、文化和/或驾驶者的日常活动相关的各种信息和服务的空间。
结果，驾驶者的安全性和便利性已经极大地得到提高，并且除运输之外，就信息、商业和休闲而言，个人汽车已经成为驾驶者的重要资产。
汽车制造业也已经开始在汽车中应用无所不在的医疗服务(也就是说，u-保健系统(u-healthcare system))以及用于驾驶者安全性的技术。为此，即使在驾驶时也应用保健，从而减小保健与我们日常活动之间的隔阂。
u-保健系统是一种保健和医疗服务，其采用把信息技术和医疗服务结合起来的形式而不分时间和位置地提供给驾驶者，并且远程地控制/诊断疾病并且保持和提高公众的健康水平。特别地，u-保健系统在驾驶者正在驾驶时从驾驶者获得生物统计信息，分析驾驶者的健康信息，将反馈发送给驾驶者或者把分析后的健康信息传送给驾驶者的保健提供者。
常规地，设置以下单元：生物统计信号感测单元，用于感测随给定的驾驶状况而变化的驾驶者的生物统计信号；控制器，其基于从生物统计信号感测单元输入的信号来确定驾驶者的情绪状态，并输出用于根据确定的结果将驾驶者的情绪状态调整到最佳状态的控制信号；以及情绪调整单元，其通过从控制器输出的控制信号来控制驾驶者的情绪。
然而，在常规系统中，生物统计信号感测单元安装在转向盘中。因此，当驾驶者将他的手从转向盘移走时，就无法感测生物统计信号，使得此时的输入信号必须作为噪声被去除，并且因此需要花费很长时间来获得有用的生物统计信息，并降低了所获得的生物统计信息的准确性。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而作出的，并且提供了一种用于获得驾驶者的生物统计信息的装置和方法，其通过把在第一位置获得的生物统计信息替换为在第二位置获得的生物统计信息，而不管是否存在驾驶者的移动或错误连接(faulty connection)都能够保持生物统计信号感测的连续性。该信息是通过冗余地安装在汽车的转向盘、驾驶者座椅和驾驶者座椅的安全带等中的生物传感器获得的。
根据本发明的一方面，用于获得驾驶者的生物统计信息的装置包括：第一生物统计信号感测单元(第一单元)，其安装在汽车的转向盘中并且配置成感测驾驶者的生物统计信号；第二生物统计信号感测单元，其安装在汽车的驾驶者座椅中并且配置成感测驾驶者的生物统计信号；以及控制器，其配置成通过在基于由第一生物统计信号感测单元感测的生物统计信号和由第二生物统计信号感测单元感测的生物统计信号来获得生物统计信息的过程中，选择性地使用满足预设条件的生物统计信号，来获得生物统计信息。
根据本发明的另一方面，使用安装在汽车的转向盘中并且感测驾驶者的生物统计信号的第一生物统计信号感测单元和安装在汽车的驾驶者座椅上并且感测驾驶者的生物统计信号的第二生物统计信号感测单元，来获得驾驶者的生物统计信息的方法包括：使用第一生物统计信号感测单元感测驾驶者的生物统计信号；使用第二生物统计信号感测单元感测驾驶者的生物统计信号；以及通过选择性地使用由第一生物统计信号感测单元感测的生物统计信号和由第二生物统计信号感测单元感测的生物统计信号当中满足预设条件的生物统计信号，来获得生物统计信息。
上述的本发明即使在由于驾驶者移动或错误连接而产生的噪声部分中，也能够保持生物统计信号的连续性，因为在第一位置获得的生物统计信息被在第二位置获得的生物统计信息替换。
特别地，根据本发明，心电图(ECG)传感器可以分别安装在转向盘和驾驶者座椅上，使得在通过安装在转向盘上的ECG传感器获得ECG数据的情况下当驾驶者将他的手从转向盘分离时，数据仍可以由通过安装在驾驶者座椅中的ECG传感器获得的ECG数据替换，并且无需像常规技术中所需要的那样从开始重新获得ECG数据。
附图说明
根据结合附图给出的以下详细说明，本发明的目的、特征和优点将更加明了，在附图中：
图1示出根据本发明示例性实施例的用于获得驾驶者的生物统计信息的装置的配置；
图2示出根据本发明示例性实施例的用于获得驾驶者的生物统计信息的方法的流程图；
图3示出根据本发明示例性实施例的用于获得驾驶者的生物统计信息的装置的性能分析的结果。
附图中各元件的附图标记
图1
110：转向盘
111：第一心电图传感器
112：第一皮肤电阻(GSR)传感器
113：皮肤温度传感器
114：体脂传感器
120：座椅
121：第二心电图传感器
122：第二皮肤电阻传感器
201：A/D转换器
203：通信单元
131：压力传感器
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在所有附图中将始终使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。这里包含的公知的功能和结构的详细描述可能会被省略以避免使本发明的主题变模糊。
应理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
图1示出根据本发明示例性实施例的用于获得驾驶者的生物统计信息的装置的配置。如图1所示，根据本发明的用于获得驾驶者的生物统计信息的装置包括第一生物统计信号感测单元110、第二生物统计信号感测单元120和电子控制单元(ECU)200。
具体地，第一生物统计信号感测单元110是安装在汽车的转向盘上并感测驾驶者的生物统计信号的传感器，并且包括例如第一心电图(ECG)传感器111、第一皮肤电阻(GSR)传感器112、皮肤温度(ST)传感器113和体脂传感器114。这里，第一ECG传感器111分别在转向盘的右侧和左侧上包含有电极，并且从流过驾驶者身体的微小电流获得驾驶者的心电图信号(ECG1)。当驾驶者用他的双手抓握转向盘时通过各电极获得该电流。
作为附加元件，第一皮肤电阻(GSR)传感器112感测驾驶者的皮肤电阻(GSR1)，皮肤温度(ST)传感器113感测驾驶者手掌的皮肤温度，并且体脂传感器114测量驾驶者的体脂(BMI)。
接下来，第二生物统计信号感测单元120安装在汽车的驾驶者座椅中或驾驶者座椅上。该单元120感测驾驶者的生物统计信号，并且包括第二心电图传感器121和第二皮肤电阻传感器122。这里，第二心电图传感器121是使用双电极方法的心电图测量传感器。
特别地，电极分别安装在与驾驶者的背部接触的驾驶者座椅背部的右侧和左侧，并且当驾驶者的背部与第二心电图传感器121接触时从流过驾驶者身体的微小电流获得心电图信号(ECG2)。例如，在该示例性实施例中，电极可以是织物电极。
作为附加元件，第二皮肤电阻传感器122感测驾驶者的皮肤电阻，并且安装在驾驶者的安全带上的压力传感器131可以配置成测量驾驶者的呼吸率。
接下来，电子控制单元(ECU)200包括A/D转换器201、微控制单元(MCU)202和通信单元203以便将驾驶者的生物统计信号转换成数字值。在一些实施例中，接着对于满足预设条件的生物统计信号获得驾驶者的生物统计信息并将其传送至远程位置。这里，A/D转换器201把通过第一生物统计信号感测单元110、第二生物统计信号感测单元120和压力传感器131获得的电生物统计信号分别转换成数字值。微控制单元202从分别在A/D转换器201中转换的数字值中选择满足预设条件的数字值。然后微控制单元202获得在确定驾驶者的情绪状态和健康状态等的过程中所使用的生物统计信息。通信单元203把在微控制单元202中获得的生物统计信息传送至远程位置(例如服务器)。
特别地，微控制单元202把从安装在转向盘上的第一心电图传感器111和安装在驾驶者座椅上的第二心电图传感器121传送的心电图信号(ECG1和ECG2)分别转换成数字值。此后，当确定来自第一心电图传感器111的第一心电图信号(ECG1)是噪声时，微控制单元202用来自第二心电图传感器121的第二心电图信号(ECG2)替换ECG1，以便获得生物统计信息。
因此，即使当由于驾驶者未能与安装在转向盘上的第一心电图传感器111的电极保持接触而产生噪声时，本发明也能保持心电图信号的连续性。
图2示出根据本发明示例性实施例的用于获得驾驶者的生物统计信息的方法的流程图。当执行在驾驶者在驾驶者座椅上就坐后自动或手动选择的生物统计信息测量模式时，激活安装在转向盘上的第一心电图传感器111和安装在驾驶者座椅上的第二心电图传感器121，从而分别开始测量第一心电图信号(ECG1)和第二心电图信号(ECG2)(101)。
通过选择性地使用从第一心电图传感器111传送的第一心电图信号(ECG1)和从第二心电图传感器121传送的第二心电图信号(ECG2)，电子控制单元200按照连续顺序产生数字值(AD)、R峰值、R-R间隔(RRI)值和心率(HR)值(111至127和131至147)。这里，RRI值指的是图3中的一个“R-R间隔”中所包含的样本点的数目，即“R-R间隔”内的表示为线的部分的点(样本点)的数目。
首先，A/D转换器201接收从安装在转向盘上的第一心电图传感器111传送的第一心电图信号(ECG1)，并将接收到的第一心电图信号转换成数字值(AD)(111)。当转换的数字值(AD)不满足预设的测量范围(例如，45≤AD≤300)时(113)，确定驾驶者未能接触传感器。此时，当被确定为驾驶者未能接触传感器的数字值(AD)在一定时间(例如1分钟)内的数目大于20时，将其认为是噪声。在这种情况下，执行补偿处理(133-149)。
当双手未能接触安装在转向盘右侧和左侧的各电极时，会发生第一心电图传感器111的接触故障错误，所述第一心电图传感器111通过转向盘的各电极测量心电图信号。在一些情况下，仅仅驾驶者的一只手可能未能接触电极从而产生接触故障。另外，即使起初双手准确地接触电极，在获得全部参数值(R峰值、RRI值和HR值)之前，当有一只手未能保持与电极接触时仍然可能会产生接触故障。这里，补偿处理指的是根据从安装在驾驶者座椅上的第二心电图传感器121传送的第二心电图信号(ECG2)获得数字值(AD)，并且按照连续顺序产生R峰值、RRI值和HR值的处理。
此外，当转换的数字值(AD)满足预设的测量范围(例如45≤AD≤300)时(113)，把这些数字值看作是正常心电图信号并且去除具有高频和低频元素的噪声，然后执行一阶求导数和平方根运算处理并且通过例如包络检波算法来检测R峰值(115至117)。
此时，当通过例如包络检波算法检测的R峰值低于包络的阈值时(119)，认为发生了驾驶者的第一心电图传感器111的接触故障错误。因此，确定从在第二心电图传感器121处感测的第二心电图信号(ECG2)检测的R峰值是否大于包络的阈值(139)。当该R峰值大于阈值时，执行通过第二心电图信号(ECG2)产生RRI值和HR值的处理(141至145)。此时，当通过第二心电图信号(ECG2)检测的R峰值也低于包络的阈值时，处理返回到初始心电图信号测量步骤101。
此外，当通过包络检波算法检测的第一心电图信号(ECG1)的R峰值大于所设定的包络阈值时，系统开始获得RRI值(121)。
当所获得的第一心电图信号(ECG1)的RRI满足预设条件(例如，70＜RRI值＜300)时(123)，认为该RRI值是正常的，从而产生当前心率(HR)(125)。这里，心率指的是在1分钟时间内心跳的次数。
当第一心电图信号(ECG1)的RRI值不满足预设条件(例如，70＜RRI值＜300)时(123)，确定从第二心电图信号(ECG2)获得的RRI值是否满足预设条件(例如，70＜RRI值＜300)(143)，并且当从第二心电图信号(ECG2)获得的RRI值满足预设条件时，从第二心电图(ECG2)的RRI值产生当前心率(HR)，并且把所产生的值存储在例如存储单元中或存储在远程服务器上(145)。
此时，当第二心电图信号(ECG2)的RRI值不满足预设条件时，确定第二心电图传感器121未能获得心电图信号，并且处理返回到初始心电图信号测量步骤101(由“A”表示)。
此后，当直到该时刻为止产生的平均心率(平均HR)与在步骤125产生的平均心率(HR)之间的差值(平均HR-HR)小于标准值(例如±15)时，认为心率是正常的，并且将心率存储在存储器、硬盘驱动器、远程服务器等中(129)，并且处理返回到初始心电图测量步骤101(由“A”表示)。
此时，当直到该时刻为止产生的平均心率(平均HR)与在步骤125产生的心率(HR)之间的差值(平均HR-HR)大于标准值(例如±15)时，处理移动到步骤147。也就是说，当例如-15≤(平均HR-HR)≤15得不到满足时，处理移动到步骤147。
在步骤147，当直到该时刻为止产生的平均心率(平均HR)与在步骤145产生的心率(HR)之间的差值(平均HR-HR)在标准值范围(例如±15)内时，与上述步骤相类似地存储在步骤145产生的第二心电图信号(ECG2)的心率，然后处理返回到初始心电图测量步骤101。
此时，当直到该时刻为止产生的平均心率(平均HR)与在步骤145产生的心率(HR)之间的差值大于标准值(例如±15)时，处理迅速地返回到初始心电图测量步骤101。
使用作为通过上述处理产生的生物统计信息的各参数(AD、R峰值、RRI值和HR值)来产生心率变异率(HRV)，并且使用HRV来产生诸如全部正常RR间隔的标准偏差(SDNN)、HRV指数和低频(LF)/高频(HF)等之类的参数，这些参数是用于进行分析的指数，并且可以量化是否要激活压力、情绪和自主神经系统。
图3示出根据本发明的用于获得驾驶者的生物统计信息的装置的性能分析的结果，并且是用于解释当发生第一心电图传感器的接触故障错误时在第一心电图信号(ECG1)的相应区域中确定并解密噪声、并且利用来自第二心电图传感器的心电图进行补偿的处理的心电图波形图。也就是说，执行从在第一心电图传感器111中获得的第一心电图信号(ECG1)中获得数字转换值、R峰值、RRI值和HR值的处理，并且当获得RRI值时，由于驾驶者未能接触第一心电图传感器111而产生噪声区域，从而产生无法获得连续RRI值的错误。
此时，通过利用在与第一心电图传感器111同时执行测量的第二心电图传感器121所提供的第二心电图信号(ECG2)中获得的RRI值进行补偿来产生连续RRI值。
在本发明中，获得生物统计信息的步骤可以由用户任意地设置。也就是说，基于从第二心电图传感器121获得的第二心电图信号(ECG2)而得到的各参数(AD、R峰值、RRI值和HR值)、用于确定在第一心电图信号和第二心电图信号中是否存在接触故障错误的数字转换值的设定范围、R峰值的阈值范围、RRI值的正常检测范围、以及HR与平均HR之间的正常差值范围等等，可以由用户任意地设置。
此外，获得数字值(AD)的处理、检测R峰值的处理、产生RRI值的处理以及产生HR值的处理的详细描述在这里将予以省略，因为这些处理对于本领域技术人员而言是众所周知的。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于ROM、RAM、压缩盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在网络连接的计算机系统中，使得计算机可读介质以分布式方式(例如通过远程信息处理服务器)被存储和执行。
尽管已经在上文中详细描述了本发明的示例性实施例，但是应该清楚理解的是，本领域技术人员可能会想到的本文中教导的基本发明概念的许多变型和改型将会仍然落入所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

Claims (20)

1.一种用于获得驾驶者的生物统计信息的装置，所述装置包括：
第一生物统计信号感测单元，其安装在汽车的转向盘中并且配置成感测驾驶者的生物统计信号；
第二生物统计信号感测单元，其安装在汽车的驾驶者座椅中并且配置成感测驾驶者的生物统计信号；和
控制器，其配置成通过在基于由所述第一生物统计信号感测单元感测的生物统计信号和由所述第二生物统计信号感测单元感测的生物统计信号来获得生物统计信息的过程中，选择性地使用满足预设条件的生物统计信号，来获得生物统计信息。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一生物统计信号感测单元通过分别安装在转向盘的右侧和左侧的电极来感测驾驶者的心电图信号(ECG1)。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述第二生物统计信号感测单元通过分别安装在驾驶者座椅的右侧和左侧的织物电极来感测驾驶者的心电图信号(ECG2)。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器包括：
模拟/数字(A/D)转换器，其配置成将从所述第一生物统计信号感测单元传送的第一信号转换成第一数字值，并将从所述第二生物统计信号感测单元传送的第二信号转换成第二数字值；
微控制单元，其配置成在由所述A/D转换器转换的所述第一数字值和所述第二数字值当中选择满足第一条件的数字值，并且基于所选择的数字值来获得生物统计信息；和
通信单元，其配置成将在所述微控制单元中获得的生物统计信息传送给服务器。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述控制器在所述第一数字值满足所述第一条件时基于所述第一数字值来检测第一R峰值，并且在所述数字值不满足所述第一条件时基于所述第二数字值检测第二R峰值。
6.如权利要求5所述的装置，其中当所述第二数字值不满足所述第一条件时，所述控制器返回到基于通过所述第一生物统计信号感测单元新感测到的生物统计信号来确定是否满足所述第一条件的处理。
7.如权利要求5所述的装置，其中所述控制器在所述第一R峰值满足第二条件时基于所述第一R峰值来检测第一R-R峰值间隔(RRI)值，并且在所述第一R峰值不满足所述第二条件时基于所述第二R峰值来检测第二RRI值。
8.如权利要求7所述的装置，其中当所述第二R峰值不满足所述第二条件时，所述控制器返回到基于通过所述第一生物统计信号感测单元新感测到的生物统计信号来确定是否满足所述第一条件的处理。
9.如权利要求7所述的装置，其中所述控制器在所述第一RRI值满足第三条件时基于所述第一RRI值来产生第一心率值，并且在所述第一RRI值不满足所述第三条件时基于所述第二RRI值来产生第二心率。
10.如权利要求9所述的装置，其中当所述第二RRI值不满足所述第三条件时，所述控制器返回到基于通过所述第一生物统计信号感测单元新感测到的生物统计信号来确定是否满足所述第一条件的处理。
11.如权利要求9所述的装置，其中所述控制器在所述第一心率满足第四条件时将所述第一心率存储在远程服务器上，并且在所述第一心率不满足所述第四条件时产生第二心率。
12.如权利要求11所述的装置，其中当所述第二心率不满足所述第四条件时，所述控制器返回到基于通过所述第一生物统计信号感测单元新感测到的生物统计信号来确定是否满足所述第一条件的处理。
13.一种使用安装在汽车的转向盘上并且感测驾驶者的生物统计信号的第一生物统计信号感测单元和安装在汽车的驾驶者座椅上并且感测驾驶者的生物统计信号的第二生物统计信号感测单元，来获得驾驶者的生物统计信息的方法，所述方法包括：
使用所述第一生物统计信号感测单元感测驾驶者的生物统计信号；
使用所述第二生物统计信号感测单元感测驾驶者的生物统计信号；和
由控制器通过选择性地使用由所述第一生物统计信号感测单元感测的生物统计信号和由所述第二生物统计信号感测单元感测的生物统计信号当中满足预设条件的生物统计信号，来获得生物统计信息。
14.如权利要求13所述的方法，其中获得生物统计信息的步骤通过选择性地使用由所述第一生物统计信号感测单元感测的生物统计信号和由所述第二生物统计信号感测单元感测的生物统计信号当中满足预设条件的生物统计信号，按照连续顺序获得数字值(AD)、R峰值、RRI值和心率。
15.如权利要求14所述的方法，其中获得生物统计信息的步骤包括：
由模拟到数字转换器将由所述第一生物统计信号感测单元感测的电生物统计信号转换成第一数字值，并且将由所述第二生物统计信号感测单元感测的电生物统计信号转换成第二数字值；
当所述第一数字值满足第一条件时，基于所述第一数字值来检测第一R峰值；
当所述第一数字值不满足所述第一条件时，基于所述第二数字值来检测第二R峰值；和
当所述第二数字值不满足所述第一条件时，感测所述第一生物统计信号。
16.如权利要求15所述的方法，其中获得生物统计信息的步骤包括：
当所述第一R峰值满足第二条件时，基于所述第一R峰值来检测第一R-R峰值间隔(RRI)值；
当所述第一R峰值不满足所述第二条件时，基于所述第二R峰值来检测第二RRI值；和
当所述第二R峰值不满足所述第二条件时，感测所述第一生物统计信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中获得生物统计信息的步骤包括：
当所述第一RRI值满足第三条件时，基于所述第一RRI值来产生第一心率；
当所述第一RRI值不满足所述第三条件时，基于所述第二RRI值来产生第二心率；和
当所述第二RRI值不满足所述第三条件时，感测所述第一生物统计信号。
18.如权利要求17所述的方法，其中获得生物统计信息的步骤包括：
当所述第一心率满足第四条件时，将所述第一心率存储在远程服务器上；
当所述第一心率不满足所述第四条件时，将所述第二心率存储在所述远程服务器上；和
当所述第二心率不满足所述第四条件时，感测所述第一生物统计信号。
19.一种包含由控制单元执行的程序指令的计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：
通过选择性地使用由安装在汽车中的第一生物统计感测单元感测的生物统计信号和由安装在汽车中的第二生物统计感测单元感测的生物统计信号当中满足预设条件的生物统计信号，来获得生物统计信息的程序指令，
其中当所述第一生物统计感测单元失效时，所述程序指令选择性地把来自所述第一生物统计感测单元的信号替换为来自所述第二生物统计感测单元的信号。
20.如权利要求19所述的计算机可读介质，其中获得生物统计信息的程序指令通过选择性地使用由所述第一生物统计感测单元感测的生物统计信号和由所述第二生物统计感测单元感测的生物统计信号当中满足预设条件的生物统计信号，按照连续顺序获得数字值(AD)、R峰值、RRI值和心率。
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