CN104055497A - 用于增强来自电容式生物计量传感器的信号质量的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种系统，该系统可以包括至少一个配置为检测至少一个生命信号的传感器，其中该传感器位于邻近驾驶员的车辆座椅内。至少一个接触元件可以配置为检测至少一个参考信号，其中该接触元件围绕车辆方向盘。至少一个电阻器可以耦接到至少一个传感器，并且配置为接收来自接触元件的参考信号。

Description

用于增强来自电容式生物计量传感器的信号质量的系统

技术领域

本发明涉及一种用于增强来自车辆中的电容式生物计量传感器的连续生物计量监测信号的质量的系统。

背景技术

已经开发了若干用于监测与车辆中的驾驶员有关的生物计量数据的系统。这些系统可以用于驾驶员辨识、健康监测等。这样的生物计量数据可以包括驾驶员心率。该数据可以用于在车辆内做出调节，例如增加制动敏感性、温度调节等等。然而，表现驾驶员生物计量数据的电信号可能易受多种环境变量影响。因此该数据可能不精确，并且鉴于不精确的数据，可能不必要地或不恰当地做出调节。

发明内容

在一个实施例中，一种系统可以包括至少一个配置为检测至少一个生命信号的传感器，其中该传感器位于邻近驾驶员的车辆座椅内。至少一个接触元件可以配置为检测至少一个参考信号，其中该接触元件围绕车辆方向盘。至少一个电阻器可以耦接到所述的至少一个电容式传感器，并且配置为接收来自所述接触元件的参考信号。

一种传感器模块可以包括多个配置为检测至少一个生命信号的电容式传感器，其中该传感器位于邻近驾驶员的车辆座椅内。电阻器可以耦接到每一个传感器，并且配置为接收从具有与驾驶员的直接接触的接触元件传输的参考信号。

附图说明

图1是车辆中的一个示例性生物计量监测系统；

图2是生物计量监测系统的示例性示意图；以及

图3是生物计量监测系统的示例性过程。

具体实施方式

对于在此公开的过程、系统、方法、探索等，应该理解的是，尽管这些过程的步骤等已经描述为按照特定的顺序发生，这些过程可以实践为以不同于在此描述的顺序来执行的所述的步骤。还应该理解的是，可以同时执行特定步骤，可以增加其他步骤，或者可以省略在此描述的特定步骤。换句话说，此处过程的描述用于说明特定实施例的目的，并且绝不应该被理解为限定权利要求。

在此公开了一种配置为增强生命信号的信号质量的系统，该信号接收自位于车辆座椅内的电容式传感器。这些传感器可以感测来自驾驶员的电脉冲。这些信号可以被控制单元用来基于感知的驾驶员的生理状态对车辆系统做出一定的调节。例如，如果驾驶员是疲劳的，车辆内的温度可能会降低以便进一步警醒驾驶员。然而，由传感器产生的这些信号经常受各种环境变量影响。例如，空气中水蒸气的量和由驾驶员的衣服引起的静电可能会使来自传感器的信号失真。传统的系统可能通过包括车辆内的“虚拟(dummy)”传感器来补偿这些环境变量。这些传感器可能包括位于座椅内起“浮动接地”作用的垫子(mat)。然而，该垫子不直接接触驾驶员并且不能适应驾驶员的电势或驾驶员衣服内的静电等。某些用于检测驾驶员的生命信号的直接接触系统可以使用车辆方向盘上的电传感器。然而，该系统需要用户主动参与，至少由于用户的每一只手必须同时放在预定位置。

公开的系统提供一种用于采集用于生物计量监测的强烈并且干净的信号的用户友好型系统。驾驶员可能不会意识到正在采集这些生物计量数据，至少因为可能只有沿方向盘的任何位置的单点接触被用于采集来自驾驶员的参考信号。

参照图1，示出了示例性生物计量监测系统100。该系统100可以作为机动车辆的部件包括在其中，并且可以包括方向盘110和车辆座椅115。如图1所示，该座椅115可以是驾驶员座椅。该座椅115可以包括多个传感器120。这些传感器120可以是配置为检测驾驶员生命体征的电容式传感器。例如，该传感器可以配置为检测来自驾驶员身体的电脉冲。这些电脉冲可以由驾驶员的大脑发射，并且可以指示驾驶员的脉搏或心率。其他生命体征可以包括呼吸率、各种脑电波、身体部位的位置或移动等。仅仅为了示例的目的，在此该生命体征可以以包含指示人员脉搏或心率的电脉冲来讨论。

传感器120能够在不直接接触驾驶员的情况下感测生命体征来产生生命信号。例如，传感器120可以布置在座椅115中位于至少一层材料的下方。即，例如皮革这样的座椅材料可以覆盖传感器120。传感器120可以布置在座椅115内的任何数量的位置，例如座椅靠背和/或头枕内。传感器120可以布置在座椅115的填充物中并且由座椅材料覆盖。因此，驾驶员不会注意或察觉到传感器。尽管，传感器120可以检测它们周围电场中的微小变化。传感器120因此能够检测非常小的扰动，例如由来自大脑的引发心跳的电脉冲产生的那些扰动。当驾驶员坐在座椅115上，可以检测到围绕驾驶员的电场，以及来自驾驶员的大脑的脉冲。

如说明的，传感器120可以是电容式传感器。另外或可替换地，可以使用其他非接触式传感器。在一个示例中，电势传感器(EPS)可以用于检测驾驶员的生命体征。这些传感器是主动式超高输入阻抗传感器。这些传感器不会产生周围电场的明显干扰，并且能够精确测定电场。

如说明的，传感器120可以位于座椅115内的多个位置。在驾驶员没有与其中一个传感器120接触的情况下，另一个传感器120仍然可以发射生命信号。如上面说明的，尽管传感器120可以检测驾驶员的特定生命信号，该信号可能被不同的环境因素影响，例如驾驶员自身电势，以及驾驶员衣服内的静电势。另外，如果驾驶员触摸车辆内的接地组件，任何电势的突然释放可能使生命信号失真。实际上，当驾驶员正在驾驶车辆，在驾驶员和传感器120之间可以有若干层织物和材料层(例如，驾驶员穿的衣服，如毛衣、外套等，以及座椅自身内的层)。这些材料可以增加驾驶员的电势并使传感器120的生命信号失真。因此，重要的是提供从生命信号中去除驾驶员电势的参考信号。

方向盘110可以包括接触元件125。该接触元件125可以围绕整个方向盘110，并且可以配置为检测来自方向盘110旁的驾驶员的驾驶员信号。该驾驶员信号可以包括驾驶员的电势。该驾驶员信号还可以包括其他生物计量数据，例如脉搏。接触元件125可以包括导电材料并且当驾驶员将一只或两只手放在方向盘110上时，能够检测来自驾驶员的电阻。所述导电材料可以围绕方向盘110并且直接接触驾驶员。因此，导电材料可以是耐用的，以及具有吸引人的外观和材质。材料能够耐受通常加诸于方向盘110表面的潮湿以及其他环境磨损。该材料可以具有足够低的电阻以便能够检测来自驾驶员的驾驶员信号。例如，该导电材料可以是导电处理的皮革，其中天然皮革、或人造皮革类材料被处理为可导电的。在其他示例中，该材料可以是导电塑料或织物。另外，所述导电材料能够随时间同时随变化的温度保持其导电性能。也就是说，不管外界环境如何，该导电材料可以是稳定的。

如所解释的，接触元件125可以围绕整个方向盘110，并且因此不管驾驶员的手在方向盘110上的位置，都能够接收来自驾驶员的生物计量输入。因此不管驾驶员是双手驾驶或单手驾驶，都可以获得驾驶员信号。该接触元件125可以通过多种机构附接于方向盘110。在一个示例中，接触元件125可以缝到或粘合到已有的方向盘表面。

电线135可以连接到接触元件125。该连接可以由电子连接保持，例如通过压接端子的压接。也可以使用其他附接机构，例如导电胶、焊接等。该电线135可以是能够传输来自接触元件125的驾驶员信号的任何类型的电线。

电线135还可以与传感器120和电子控制单元(ECU)140通信。如下面参照图2描述的，该电线135可以将驾驶员信号传递到ECU的前端，因此驾驶员信号能够作为用于传感器120的参考信号。驾驶员信号可以作为用于传感器120的参考信号，来产生输入到电子装置的电压。来自一个传感器120的电压，和来自关于常用参考信号或“虚拟接地”反转的另一传感器120的电压之间的差值能够彼此相减，并且能够被放大来产生生物计量信号。然后该生物计量信号可以传输到ECU140来处理。

ECU140配置为接收驾驶员信号。ECU140然后可以处理该信号并且基于该信号确定驾驶员的生物计量状态。所述处理可以包括任何数量的探索程序来确定生物计量状态。例如，该生物计量信号可以包括每分钟15次的呼吸率。ECU140可以具有预定的临界值，该临界值的呼吸率被认为是低的，并且因此判定驾驶员是昏昏欲睡的。在该判定的基础上，可以判定控制响应。该控制响应可以包括调整敏感性设置，由于它们与制动相关。该响应还可以包括温度调节、光调节等。ECU140可以通过数据总线与各种车辆控制系统通信。相应地，ECU140可以配置为响应于生物计量信号判定向各种车辆控制系统发送信息。

参照图2，描述了生物计量监测系统100的示意图。该系统100可以包括传感器模块160。该传感器模块160可以包括传感器120、信号调节器、偏压电阻器145、以及放大器150。该传感器模块160可以通过电线135连接到接触元件125。为了避免来自车辆乘客舱内的其他电子装置的干扰，该传感器模块160可以与其他车辆电路隔离。

如上面说明的，传感器120和接触元件125均配置为收集来自驾驶员的信号。电线135配置为将在接触元件125处收集的参考信号传输到ECU140的前端。然后所述参考信号可以与来自传感器120的生命信号进行比较。在该比较之前，每一个生命信号可以由信号调节器155调节，以便产生更加强烈并且干净的生命信号。信号调节器155可以包括任何数量的装置和元件来准备用于处理的生命信号。在一个示例中，滤波器连同放大器150可以用来处理信号。在另一示例中，多路复用器(multiplexer)可以用来判定将多个生命信号中的哪一个发送给放大器。

一旦生命信号已经被调节，该信号然后在放大器150处被接收。放大器150可以是一种运算放大器，其配置为在由ECU140处理之前放大来自一个传感器120的电压和来自关于常见参考信号或“虚拟接地”反转的另一传感器120的电压之间的差值。传感器120配置为接收来自驾驶员的电信号。然而，这些信号可能是微小的，并且因此可能需要在由ECU140处理之前被放大。与放大单一传感器信号相比，反转与参考信号比较的其中一个生命信号，并且放大该信号与非反转信号之间的差值显著增加了输出信号强度。相应地，放大器150可以产生比原始生命信号大成百上千倍的生命信号。

信号调节器155和放大器150之间的至少一个偏压电阻器145可以与信号调节器155通信。偏压电阻器145可以配置为将调节的生命信号耦接到参考信号。如图2所示，参考信号可以在偏压电阻器之间传递。这里，参考信号可以向调节的生命信号提供“虚拟接地”，该生命信号能够在由ECU140接收之前被放大。来自每一个电阻器145的调解信号(reconciledsignal)然后输入到放大器的差分输入(differential input)，放大一个信号和第二信号之间的差值，该第二信号已经关于常见参考信号或虚拟接地从第一信号反转。为了进一步处理及分析，放大器150反过来可以向ECU140输出生物计量信号。通过比较参考信号和调节的生命信号，传感器120的信号质量显著提高。来自驾驶员手的参考信号从方向盘110直接传输到传感器模块160。因此，与驾驶员直接接触的信号与非接触式信号进行比较。相应地，可以从信号中清除由驾驶员产生的任何电势，进而可以实现由驾驶员产生的电脉冲的更清洁的指示。因此，当连续监测驾驶员的生命体征时，可以将环境条件考虑在内。

如3示出了用于生物计量监测系统100的示例性过程300。该过程可以在框305开始，在这传感器120可以检测驾驶员的生命体征。如所解释的，生命体征可以是驾驶员身体内指示驾驶员脉搏的电脉冲。该生命体征通过有线的生命信号发射器从传感器120发射。

在框310，可以在车辆的方向盘110处检测驾驶员信号。该信号可以反过来通过电耦接到方向盘110的电线作为参考信号传输给生命信号。

在框315，可以比较生命信号和参考信号。例如，可以从生命信号中减去参考信号。在这种情况下，可以从生命信号中消除驾驶员的电势，产生调解信号，由于与参考信号的比较，该调解信号是更干净并且更加精确的信号。

在框320，调解信号传输到ECU140。如上面参照图2解释的，调解信号可以在传输到ECU140之前由放大器放大。通过使用从与方向盘110旁的驾驶员的直接接触中得到的参考信号，ECU140具有强烈、干净并且精确的信号要处理。

相应地，应该理解的是以上说明书旨在说明而非限定。在阅读以上说明书的基础上，除了提供的示例以外的许多实施例和应用是显而易见的。本发明的范围不应该参照以上说明书确定，而是应该参照所附权利要求连同这些权利要求享有的等同物的全部范围确定。可以领会并预期的是，未来的发展前景将出现在在此讨论的技术中，以及所描述的系统和方法将合并入这种未来的实施例中。总之，应该理解的是本申请能够修改及变型。

权利要求中使用的所有术语旨在被给予由在此描述的所属领域的技术人员理解的它们最广义的合理解释和它们的普通含义，除非在此做出明确相反的指示。具体地，像“一个”、“这个”、“所述的”等单一冠词的使用应该解读为列举一个或多个指示的元件，除非权利要求列举了明确相反的限定。

通常，计算系统和/或装置——例如控制器、生物计量装置、显示器、远程信息处理功能等——可以使用任何数量的电脑操作系统，这些系统包括，但是绝不限于下列系统的版本和/或变形：Microsoft 操作系统，Unix操作系统(例如，由加利福尼亚红木海岸的甲骨文公司发行的操作系统)，由纽约阿蒙克市的国际商业机器公司发行的AIXUNIX操作系统，Linux操作系，由加利福尼亚库比蒂诺的苹果公司发行的Mac OS X and iOS操作系统，由加拿大滑铁卢的动态研究公司研发的黑莓OS，以及由开放手机联盟开发的安卓操作系统。

处理装置——例如控制器、生物计量装置、显示器、远程信息处理功能等——可以总体包括计算机可读指令，该指令可以由一个或多个处理器执行。计算机可执行的指令可以从使用多种程序语言和/或技术建立的计算机程序中编辑或翻译，这些程序语言和/或技术包括，但不限于，单独的或组合的Java^TM，C，C++，Visual Basic，Java Script，Perl等。通常，处理器或微处理器接收例如来自存储器或计算机可读介质等的指令，并且执行这些指令，因此完成一个或多个过程，这些过程包括一个或多个在此描述的过程。可以使用多种计算机可读介质存储并传输该指令及其他数据。

计算机可读介质(也被称为处理器可读介质)包括任何参与提供可以由计算机(即，由处理器或处理装置)读取的数据(即，指令)的永久(即，可知的)介质。这样的介质可以采取多种形式，包括，但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括，例如光盘或磁盘及其他永久存储器。易失性介质可以包括，例如动态随机访问存储器(DRAM)，该存储器通常形成主存储器。这些指令可以由一个或多个传输介质传输，这些传输介质包括同轴线缆、铜线和光学纤维，其包括包含耦接到计算机处理器的系统总线的电线。计算机可读介质的常见形式包括，例如软盘、可折叠磁盘、硬盘、磁带、其他磁介质，CD-ROM、DVD、其他任何光学介质，穿孔卡片、纸带、其他任何有孔式样的物理介质，RAM、PROM、EPROM、FLASH-EEPROM、其他任何存储器芯片或盒式磁盘，或者其他计算机可从中读取的任何介质。

在此描述的数据库、数据储存库或其他数据存储可以包括用于存储、访问、及检索各种类型的数据的各种类型的机构，这些机构包括层级数据库、文件系统中的一组文件、专用格式的应用数据库、关系数据库管理系统(RDBMS)等。每一个这样的数据存储总体包括在使用上面提到的其中一个计算机操作系统的计算装置内，并且通过网络以多种方式中的一种或多种被访问。文件系统可以是从计算机操作系统中可访问的，并且可以包括以各种格式存储的文件。除了用于产生、存储、编辑、及执行存储的程序的语言，RDBMS通常使用结构化查询语言(SQL)，例如上面提到的PL/SQL语言。

在一些示例中，系统元素可以实施为一个或多个计算装置上的、存储在与其相关的计算机可读介质上的计算机可读指令。计算机程序产品可以包含存储在计算机可读介质上用于执行在此描述的功能的这样的指令。在一些示例中，应用软件产品可以配备为软件，当由装置及服务器的处理器执行时，该软件提供在此描述的操作。可替换地，应用软件产品可以配备为硬件或固件，或软件、硬件和/或固件的结合。

Claims (10)

1.一种系统，其特征在于，包含：

至少一个传感器，其配置为检测至少一个生命信号，其中传感器位于邻近驾驶员的车辆座椅内；

至少一个接触元件，其配置为检测至少一个参考信号，其中接触元件围绕车辆方向盘；以及

至少一个电阻器，其耦接到所述的至少一个传感器，并且配置为接收来自接触元件的参考信号。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，将参考信号与生命信号进行比较来产生生物计量信号。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，生物计量信号是生命信号和参考信号之间的差值。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包含放大器，其配置为放大生物计量信号。

5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，进一步包含电子控制单元(ECU)，其配置为处理生物计量信号。

6.一种传感器模块，其特征在于，包含：

多个传感器，其配置为检测至少一个生命信号，其中传感器位于邻近驾驶员的车辆座椅内；以及

电阻器，其耦接到每一个传感器，并且配置为接收从具有与驾驶员的直接接触的接触元件传输的参考信号。

7.如权利要求6所述的传感器模块，其特征在于，接触元件围绕车辆方向盘。

8.如权利要求6所述的传感器模块，其特征在于，在每个电阻器处将参考信号与生命信号进行比较来产生生物计量信号。

9.如权利要求8所述的传感器模块，其特征在于，生物计量信号是生命信号和参考信号之间的差值。

10.如权利要求8所述的传感器模块，其特征在于，进一步包含放大器，其配置为放大生物计量信号。