CN106963348A - 基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统 - Google Patents

基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统。生物信号测量装置被设置在车辆的座椅中，正在驾驶车辆的驾驶员的身体的大部分持续位于所述车辆座椅，以容易测量所述驾驶员的生物信号，并从所述生物信号中确定并去除由于行驶环境和道路状况的变化而产生的驾驶员的动作所引起的噪声，从而提高了生物信号的测量的可靠性。

Description

基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统
本申请要求于2015年11月24日提交到韩国知识产权局的第10-2015-0164955号韩国专利申请的优先权，通过引用将所述韩国专利申请的公开内容合并于此。
技术领域
本公开涉及一种基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统，更具体地，涉及一种用于车辆座椅的生物信号测量系统，其中，所述用于车辆座椅的生物信号测量系统通过从信号中去除因行驶环境和道路状况的变化而在位于车辆座椅中的生物信号测量装置中产生的噪声，来确定驾驶员的状况，从而提高了生物信号的测量的可靠性。
背景技术
近年来，在车辆中安装了用于驾驶员的便利性和安全性的高科技系统，使得车辆可被称作高科技IT技术的总成。因此，驾驶员的安全性和便利性被显著提高，使得车辆的目的超出了作为简单运输工具的目的，从而扩展到信息、商务和休闲空间。因此，车辆随着新的文化水平和生活方式而被改变。
此外，在车辆中不仅安装了用于驾驶员的安全的技术，而且还安装了无所不在的基础医疗服务(即，无所不在的健康照护系统(u-healthcare system))，使得在驾驶车辆的同时驾驶员的安全性和便利性被提高并且健康管理也被启用。
这里，无所不在的健康照护系统是通过将IT技术和健康及医疗服务整合在一起形成的并且可在任何时间在任何地方使用的保健和医疗服务。根据无所不在的健康照护系统，可预防疾病并对疾病进行远程管理，以保持和改善人的健康。
近年来，无所不在的健康照护系统被移植到车辆上，以获得正在驾驶车辆的驾驶员的生物信号，从而分析驾驶员的健康信息。此外，该分析结果被反馈给驾驶员或被传送到驾驶员的健康管理系统。
此外，众所周知，车辆事故经常由于驾驶员的疲劳程度的增加或与驾驶员的健康状况相关的驾驶员的生物周期的突然变化而引起。关于此，已经进行了通过使用生物信号(诸如脑电图(EEG)、心电图(ECG)、眼电图(EOG)、皮肤温度(SKT)和皮肤电反应(GSR))持续监测驾驶员的健康状况来预先防止事故的研究。
因此，为了防止事故，已经使用了分析驾驶员的生物信号和事故之间的关系以检测生物信号的突然变化并向驾驶员发出警告信号的方法。在这种情况下，生物信号测量装置主要以接触方式或非接触方式来检测驾驶员的生物信号。然而，大多数生物信号测量装置被设置在方向盘上，从而当驾驶员将他/她的手从方向盘拿开时，生物信号不能被检测到。因此，此时输入信号被作为噪声被去除。因此，需要花费很长的时间来获取生物信息，并且获取的生物信息的准确性被降低。
此外，在诸如对外部环境变化敏感的心电图的生物信号的实例中，噪声可能由于行驶环境和驾驶员的动作的变化而被引起。然而，当前没有应用保证生物信号的准确性和可靠性的技术，使得生物信号分析方法的可靠性得不到相应保证。
发明内容
本公开旨在提供一种用于车辆座椅的生物信号测量系统，所述系统包括车辆座椅中的生物信号测量装置，驾驶车辆的驾驶员的身体的大部分持续位于所述车辆座椅上，以容易测量所述驾驶员的生物信号。
此外，本公开旨在提供一种基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统，所述系统根据行驶环境和道路状况从生物信号中确定并去除由驾驶员的动作产生的噪声，以提高生物信号的测量的可靠性。
根据本公开的示例性实施例的一种基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统可包括：生物信号采集单元，被配置为通过至少一个传感器感测驾驶员的生物信号；生物信号控制单元，从所述生物信号采集单元接收所述生物信号，以转换和存储所述生物信号并从所述生物信号中去除噪声；行驶环境采集单元，向所述生物信号控制单元发送行驶环境信息；驾驶员状况确定单元，接收由所述生物信号控制单元转换的生物信号数据，并确定所述驾驶员的健康状况。
所述生物信号控制单元可包括：生物信号转换单元，处理所述生物信号，以将所述生物信号转换为所述生物信号数据；生物信号存储单元，存储所述生物信号数据；生物信号噪声去除单元，确定在所述生物信号数据中是否包括噪声，以去除所述噪声。
所述生物信号噪声去除单元可从所述行驶环境采集单元接收所述行驶环境信息，以确定所述噪声是否由行驶环境引起，并根据噪声确定结果向所述驾驶员状况确定单元发送生物信号数据。
当所述生物信号的测量值小于阈值时，所述生物信号噪声去除单元可向所述驾驶员状况确定单元发送所述生物信号数据，而不需要去除所述噪声；当所述生物信号的测量值保持等于或大于所述阈值的时间比阈值时间短时，所述生物信号噪声去除单元向所述驾驶员状况确定单元发送在产生所述噪声之前的生物信号数据区段(interval)；当所述生物信号的测量值保持等于或大于所述阈值的时间等于阈值时间或者比阈值时间长时，所述生物信号噪声去除单元删除产生所述噪声的区段。
按照以上描述配置的根据本公开的基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统持续并容易地提供驾驶员的生物信号，从而提高了生物信号测量系统的可靠性。
此外，按照以上描述配置的根据本公开的基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统从所述生物信号中确定并去除由行驶环境和道路状况的变化引起的噪声，从而提高了敏感生物信号的测量的准确度和精确度。
附图说明
本公开的以上和其它方面、特征和其它优点将通过以下结合附图进行的详细的描述被更清楚地理解，其中：
图1是根据本公开的示例性实施例的用于车辆座椅的生物信号测量系统的配置的示图；
图2是根据本公开的示例性实施例的用于车辆座椅的生物信号测量系统的驾驶员的生物信号数据处理的流程图；
图3是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的设置有用于车辆座椅的生物信号测量系统的车辆的内部结构的平面视图；
图4是根据本公开的示例性实施例的用于车辆座椅的生物信号测量系统的实际图像；
图5是根据本公开的示例性实施例的取决于是否存在由用于车辆座椅的生物信号测量系统测量的噪声的心率的曲线图。
具体实施方式
本公开可具有对本发明的各种修改和若干示例性实施例，并且具体的示例性实施例将在附图中示出并在详细描述中详细描述。在描述本发明时，当确定相关的公知技术的细节描述可能使本发明的要点模糊时，其详细的描述将被省略。
在考虑到本发明中的功能时当前广泛使用的通用术语被选择为在本说明中使用的术语，并且可取决于本领域技术人员的意图或习惯用语或新技术。然而，当将特定术语定义为具有任意含义时，术语的含义可被单独描述。因此，本说明书中使用的术语基于术语的实质含义以及说明书(而不是术语的简单标题)来分析。
提供说明书的附图以便容易描述本发明，并且附图中示出的形状可被夸大，以便在必要时帮助理解本发明，使得本发明不限于附图。
以下，本发明的优选实施例将参照附图被详细描述。
图1是根据本公开的示例性实施例的用于车辆座椅的生物信号测量系统的配置的示图。
如附图中示出的，基于行驶环境的用于车辆座椅的生物信号测量系统10包括生物信号采集单元100、生物信号控制单元200和驾驶员状况确定单元400。这里，生物信号测量系统10还可包括显示单元500。
生物信号采集单元100被配置为通过至少一个传感器检测驾驶员的生物信号。
生物信号控制单元200从生物信号采集单元100接收生物信号，以转换和存储生物信号并从生物信号中去除噪声。
行驶环境采集单元300向生物信号控制单元200发送行驶环境信息。
驾驶员状况确定单元400从生物信号控制单元200接收转换的生物信号数据，并确定驾驶员的健康状况。
图3是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的设置有用于车辆座椅的生物信号测量系统的车辆的内部结构的平面视图，图4是用于车辆座椅的生物信号测量系统的实际图像。
按照以上描述配置的根据本公开的示例性实施例的用于车辆座椅的生物信号测量系统的配置将在以下被详细描述。
生物信号采集单元100被设置在车辆座椅中以被固定至车辆座椅。生物信号采集单元100通过来自自由空间中的电场的微小变化的静电电容耦合以非接触方式来感测乘客的生物信号，其中，所述微小变化由乘客的心肌和血管的运动产生。生物信号采集单元100由一个或更多个生物传感器构造，但本公开不限于此。
此外，生物信号采集单元100被设置在容易测量驾驶员的生物信号的合适位置，例如，在位于与心脏相同的水平线附近的车辆座椅的后部。因此，当驾驶员坐在座椅上时，生物信号被实时测量。
生物信号的示例包括心电图(ECG)信号、肌电图(EMG)信号、脑电图(EEG)信号、皮肤电反应(GSR)信号、血糖、体温、血压、血液酒精含量、心率、呼吸率和体脂。
生物信号控制单元200包括：生物信号转换单元210，处理生物信号，以将生物信号转换为生物信号数据；生物信号存储单元220，存储生物信号数据；生物信号噪声去除单元230，确定在生物信号数据中是否包括噪声，以去除噪声。
此外，生物信号控制单元200优选地位于座椅上的生物信号采集单元100附近，但本公开不限于此。
特别地，生物信号转换单元210可通过A/D转换器(未示出)将来自生物信号采集单元100的生物信号输出的模拟电信号转换为放大的数字信号。
生物信号存储单元220可半永久地或临时地存储被转换为数字信号的生物信号数据，并且可存储各种程序和各种信息以驱动生物信号控制单元200。
因此，生物信号存储单元220可被设置为存储器，诸如硬盘驱动器(HDD)、固态驱动器(SSD)、闪存、只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。
生物信号噪声去除单元230从行驶环境采集单元300接收行驶环境信息，以确定噪声是否由行驶环境引起，并根据噪声确定结果向驾驶员状况确定单元400发送生物信号数据。
行驶环境采集单元300可包括车辆的导航系统、GPS(未示出)、黑盒子相机、前置/后置相机(未示出)中的至少一个。行驶环境采集单元300通过上述装置采集行驶环境信息，即，道路状况信息(诸如减速带、未铺设的道路、急转弯、碰撞)，并且可通过车内通信向生物信号控制单元200发送所述信息。
近场通信方法(诸如蓝牙或ZigBee)可作为车内通信被使用。
驾驶员状况确定单元400使用从生物信号控制单元200接收的生物信号数据来确定驾驶员的健康状况。驾驶员的健康状况可包括正常状况、异常状况和紧急状况。例如，关于驾驶员的健康状况的配置文件信息可被存储在驾驶员状况确定单元400中。也就是说，驾驶员状况确定单元400将配置文件信息与获得的生物信号数据进行比较，以确定驾驶员的健康状况。
也就是说，在配置文件信息中，可记录关于驾驶员的各种生物信息的正常状况、异常状况和紧急状况的各种参考值。驾驶员状况确定单元400将被实时监测的生物信号数据与参考值进行比较，以确定驾驶员的健康状况是否正常、异常或紧急。例如，根据配置文件信息，血液酒精含量可被记录为：正常状况是0.005％或更低，异常状况是在0.005％和0.5％之间，紧急状况是0.5％或更高。在当前检测的血液酒精含量是0.037％时，驾驶员状况确定单元400可确定驾驶员的健康状况是异常的。
显示单元500被设置在车辆中，并可输出从驾驶员状况确定单元400接收的驾驶员的健康状况信息。例如，健康状况、血压、体温、血糖、血液酒精含量等可被显示在车辆中的显示器上。
此外，当驾驶员的健康状况不正常(即，异常状况或紧急状况)时，显示器单元500可根据健康状况来执行动作。例如，当健康状况是异常状况时，可在显示器上输出包括关于休息或者附近的休息区域或医院的推荐的信息的警告消息。
显示单元500可被设置为设置在车辆中的信息娱乐装置。例如，显示单元500可以是内置在车辆中的导航系统、车辆TV、A/V系统、黑盒子、车辆控制计算机等。
此外，根据驾驶员的状况，显示单元500不仅可操作显示单元500，而且还可操作车辆中的用于便利性的各种装置。例如，当驾驶员在驾驶中打瞌睡或者驾驶员的体温发生变化时，显示单元500可操作空调和加热系统并操作座椅的加热系统或按摩功能。
图2是根据本公开的示例性实施例的用于车辆座椅的生物信号测量系统的驾驶员的生物信号数据处理的流程图，图5是根据本公开的示例性实施例的取决于是否存在由用于车辆座椅的生物信号测量系统测量的噪声的心率的曲线图。
生物信号数据的示例是将参照图5描述的心电图信号。图5是通过使用信噪比测量心率峰值而获得的心电图曲线，并根据行驶环境示出了不同的心电图。
在心电图中，产生了各种噪声(诸如由外部电源引起的噪声、由于因行驶环境所产生的驾驶员的动作而引起的噪声或者根据肌电图而引起的噪声)。因此，为了避免产生将包括在心电图中的噪声的峰值错误地计算为脉冲的错误，仅心电图信号需要通过噪声去除算法来进行检测。
当在驾驶车辆的同时产生振动时，在正常行驶期间，驾驶员的姿势可在姿势的预定范围内移动。因此，可考虑在驾驶员离开车辆座椅使得生物信号采集单元100不能正常操作时的驾驶员的姿势来确定心电图噪声的阈值的范围。
例如，当车辆正常行驶时，沿着与车辆的行驶方向不同的方向上施加的力不会被感测到。然而，当车辆行驶在减速带、急转弯或未铺设的道路上时或者当产生碰撞时，施加到与车辆的行驶方向不同的方向上的预定的力会被感测到。因此，当车辆正常行驶或者沿着与车辆的行驶方向不同的方向上施加到车辆的力被感测到时，生物信号噪声去除单元230设置心电图峰值噪声的阈值。生物信号噪声去除单元230确定从生物信号存储单元220接收的心电图是有效的并向驾驶员状况确定单元400发送心电图，以使用所述心电图确定驾驶员的健康状况。
参照图2，在步骤S 10，生物信号测量系统10通过生物信号采集单元100定期地监测和采集驾驶员的心率，生物信号采集单元100包括位于车辆的座椅中的多个生物传感器。
在步骤S20，生物信号控制单元200使用信噪比将从生物信号采集单元100采集的驾驶员的心率转换为心率峰值曲线图，并将在至少五分钟内测量的心率峰值数据存储在生物信号存储单元220中。
接下来，在步骤S21，生物信号控制单元200将心率峰值的测量值与阈值进行比较。当心率峰值的测量值小于阈值时，该状况可以被认为是不存在由于行驶环境而引起的驾驶员的动作的稳定状况。因此，生物信号控制单元200向驾驶员状况确定单元400发送心率峰值数据，而不需要去除心率峰值的测量值。反之，当心率峰值的测量值大于阈值时，为了检查心率峰值的测量值是否由诸如减速带、未铺设的道路或急转弯的行驶环境引起，在步骤22，生物信号控制单元200通过车内无线通信从行驶环境采集单元200接收关于车辆的行驶环境的信息。
接下来，生物信号控制单元200检查心率峰值数据是否是由行驶环境引起的噪声。当行驶环境未引起心率峰值噪声时，由于驾驶员的健康状况存在某些问题，所以在步骤S23，生物信号控制单元200向驾驶员状况确定单元400发送心率峰值数据，而不需要去除噪声。
当心率峰值的噪声是由行驶环境引起的噪声时，在步骤S24，生物信号控制单元200确定当心率峰值的测量值保持等于或大于阈值的时间是否等于阈值时间或者比阈值时间长。
当心率峰值的测量值保持等于或大于阈值的时间比阈值时间短时，可临时产生噪声，即，车辆可能在减速带上行驶。因此，在步骤25，生物信号控制单元200从生物信号存储单元220接收在产生噪声之前的心率峰值的测量值以切换至那一部分，从而去除心率峰值噪声，并将心率峰值的测量值发送至驾驶员状况确定单元400。
当心率峰值的测量值保持等于或大于阈值的时间等于阈值时间或者比阈值时间长时，持续产生噪声，这是因为道路的表面不平整(如在未铺设的道路的情况下)。因此，在步骤S26，生物信号控制单元200去除所有的心率峰值噪声区段，并且不向驾驶员状况确定单元400发送心率峰值的测量值。因此，当驾驶员的动作由于行驶环境而停止(即，心率峰值的噪声减小)时，生物信号控制单元200接收心率峰值数据，以重复步骤S20至S24。
在步骤S40，驾驶员状况确定单元400使用从生物信号控制单元200接收的心率峰值数据来确定驾驶员的健康状况。
此外，在步骤S50，在驾驶员状况确定单元400中确定的驾驶员的健康状况被实时地输出至设置在车辆中的显示单元500。
如上所述，根据本公开的用于车辆座椅的生物信号测量系统持续并容易地提供驾驶员的生物信号，从而提高了生物信号测量系统的可靠性。
此外，按照以上描述配置的根据本公开的用于车辆座椅的生物信号测量系统从生物信号中确定并去除由行驶环境和道路状况的变化引起的噪声，从而提高了敏感生物信号的测量的准确度和精确度。
在本说明书中的实施例中示出的配置及描述的附图仅是本发明的最优选的实施例，并且不代表本发明的所有的技术精神，因此，应理解的是，在提交本申请时，可替换所述配置的各种修改的示例是可能的。本公开不限于本公开的具体示例性实施例，并且本领域的普通技术人员可在不脱离权利要求中限定的本公开的原理的情况下对本公开进行各种修改和实践，并且所述修改属于权利要求的范围。

Claims (4)

1.一种用于车辆座椅的生物信号测量系统，所述系统包括：
生物信号采集单元，被配置为通过至少一个传感器感测驾驶员的生物信号；
生物信号控制单元，从所述生物信号采集单元接收所述生物信号，以转换和存储所述生物信号并从所述生物信号中去除噪声；
行驶环境采集单元，向所述生物信号控制单元发送行驶环境信息；
驾驶员状况确定单元，接收由所述生物信号控制单元转换的生物信号数据，并确定所述驾驶员的健康状况。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述生物信号控制单元包括：
生物信号转换单元，处理所述生物信号，以将所述生物信号转换为所述生物信号数据；
生物信号存储单元，存储所述生物信号数据；
生物信号噪声去除单元，确定在所述生物信号数据中是否包括噪声以去除所述噪声。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述生物信号噪声去除单元从所述行驶环境采集单元接收所述行驶环境信息，以确定所述噪声是否由行驶环境引起，并根据噪声确定结果向所述驾驶员状况确定单元发送所述生物信号数据。
4.如权利要求3所述的系统，其中，当所述生物信号的测量值小于阈值时，所述生物信号噪声去除单元向所述驾驶员状况确定单元发送所述生物信号数据，而不需要去除所述噪声；
当所述生物信号的测量值保持等于或大于所述阈值的时间比阈值时间短时，所述生物信号噪声去除单元向所述驾驶员状况确定单元发送在产生所述噪声之前的生物信号数据区段；
当所述生物信号的测量值保持等于或大于所述阈值的时间等于阈值时间或者比阈值时间长时，所述生物信号噪声去除单元删除产生所述噪声的区段。
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