CN1646344A - 用于预防晕动病的方法以及用于检测并发信号告知可能使人昏晕的运动的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于防止交通工具的乘员发生晕动病的方法，其中一晕动病指示器被安装于交通工具中，该指示器用来指示在使用期间乘员所经受的交通工具运动是否会引起晕动病，其中来自指示器的信息被反馈给交通工具的驾驶员或转向系统，所有这些都使得驾驶员或转向系统可按照将令人昏晕的运动减至最少的方式来调节汽车的转向。而且，本发明涉及一种适用于根据本发明的方法的晕动病指示器，包括一传感器、评估装置和显示装置，传感器用于测量一晕动病相关参数，评估装置用于比较所测运动参数与关于可比运动参数的昏晕效应的经验数据，并且可据此估计所测参数的昏晕效应，而显示装置用于将通过评估装置获得的结果按照适当方式展现给用户。

Description

用于预防晕动病的方法以及用于检测并发信号告知 可能使人昏晕的运动的设备

本发明涉及一种用于预防晕动病的方法，以及一种适用于根据本发明的方法中的用来检测并发信号告知可能使人昏晕的运动的设备。

当人较长时间地处于一种或多种特定运动中时，就可能引起晕动病。此外，各种因素例如温度、气味、心情和消化情况可能会起催化作用。晕动病中最广为人知的形式为晕船和晕车。特别是后一种变型经常发生，尤其是在孩子中。总之，已经提出了许多解决方法来控制晕动病，尤其是晕车。

例如，市场上有预防性药物，其需要在驾驶之前的某段时间咽下然后帮助抑制晕动病及其伴发临床表现，如恶心。这些已知的预防物基本上没有不带副作用的，因此它们并非适用于每一个人或每一种情况。这也是这些预防物比较不适用于频繁使用，例如每天使用的原因。此外，它们的预防性质所固有的一个问题是，在某些情况中，这些预防物将被不必要地服用，因为在根本尚未确定某人是否将会在所涉及的驾驶过程中发生晕动病的时刻就需要咽下它们。

而且，从不同专利中，例如美国专利5 647 835和美国专利5161196中，已知有晕车预防物，它们的作用基于感觉特别是视觉和听觉上的错觉来实现。特定听觉或视觉信号受到阻塞或者利用人工的、不会使人昏晕的感觉信号来代替。例如，已知的做法有为乘客展现人工视觉和/或听觉范围。然而，这些解决方案需要复杂、昂贵的设备，因此似乎几乎不适用于实际日常使用，例如在公共汽车或客车中的应用。

本发明的目的是一种用于防止交通工具的乘员发生晕动病的方法，其中上述已知方法的上述缺点已经得以消除。为此目的，根据本发明的一种方法的特征在于根据权利要求1的措施。

在根据本发明的一种方法中，一交通工具带有一晕动病指示器，其在早期就警告交通工具的驾驶员或转向系统注意可能使人昏晕的交通工具运动。根据这种信息，驾驶员或转向系统可按照用于消除令人昏晕的运动的方式来改变交通工具的转向，或者无论如何不再长时间地继续这种运动。因此，根据本发明的一种方法并不象已知的预防物和方法中一样涉及到干预晕动病患者，而是主要干预起因源，即交通工具运动。这具有许多优点。例如，根据本发明的一种方法比许多已知预防物更为有效，因为这种方法能够同时帮助所有的交通工具乘员，而不必分别干预每一位乘员。这点在有许多乘客的大型交通工具，例如公共汽车中特别有利。而且，这种方法不会对乘客产生副作用因此适用于每一个人，每一种情况，只要需要即可。此外，与许多已知预防物相比，这种方法具有更广阔的实际应用，因为这种方法可以利用比较简单的辅助装置(特别是一种晕动病指示器，下文中将对其进行更详细的讨论)来实现。这些辅助装置可简便地安装于任何交通工具中或者甚至安装于乘客之一处，而不需要进行根本改变。为了使这种方法正确发挥功能，唯一重要的一点是交通工具的运动可由该交通工具的驾驶员或转向系统充分地控制。如果需要，这种方法可简便地关闭，例如当没有乘员易于发生晕动病时。在那种情况下，驾驶员可以只需忽略由指示器提供的信息或者关闭晕动病指示器即可。

这种方法的适用晕动病指示器可按照各种不同方式来实现。在一个简单的实施例中，指示器可包括例如一块弹簧系统或一浸入液体中的物体，其在允许的交通工具运动期间保持静止而由使人昏晕的运动来激励。这样，激励的程度就是令人昏晕的运动的严重程度的一种量度。

在一个更高级的实施例中，晕动病指示器可包括测量、评估和显示装置，交通工具的运动，至少其晕动病相关参数中的一种，利用它们来进行测量并且与存储于评估装置中的允许值或运动型式进行比较。然后，这种比较结果可借助于适当的显示装置而展现给驾驶员。这种晕动病指示器可准确及时地鉴别令人昏晕的运动并且还向驾驶员提供更多信息，包括例如关于由其转向操作所产生的运动的使人昏晕程度。此外，矫正转向动作的效果可直接显现。

在一种更精巧的形式中，根据本发明的一种方法的特征在于根据权利要求3-5的措施。

研究表明，运动的加速度为晕动病的一种相关参数。加速度可以简便地进行测量然后与从实践中获知的加速度与晕动病之间的关系进行比较。经发现，根据只沿一个方向测得的加速度，已经可以对于运动的昏晕效应进行正确的预测。由于一般的运动特别是交通工具运动常常会沿若干方向刺激产生晕动病，因此通过沿三维方向或者换句话说沿三个正交方向来测量交通工具运动的加速度，就可以增加预测的准确性。这样，就可以预测每个单独方向的昏晕程度。然而，优选地，根据这三个测得的加速度分量来计算出一总加速度信号，随后根据这样一个信号来进行预测。这样具有的优点在于只需要对一个信号进行预测，而同时所有三个加速度分量的影响都包括在这次预测中。第二个优点在于这使得测量装置相对于交通工具的方位变得无关紧要。这点非常有利，特别是当晕动病指示器并未集成于交通工具中，而是作为一个松装仪器安装于交通工具中时。

在一个特别有利的实施例中，根据本发明的一种方法的特征在于根据权利要求6的措施。

申请人的进一步研究表明，运动的加速度与这种运动在一般人中引起晕动病的程度之间的关系可以通过一具有带通特征的传递函数来近似表示。这样，一般个体对交通工具运动的响应就可以通过过滤带有这种带通特征的运动的所测加速度信号而简便地进行预测。然后过滤的信号就给出了对晕动病严重程度的直接指示。任选地，传递函数可借助于可调节的加权和放大系数来根据个人条件进行调节。

而且，本发明涉及一种用于检测并发信号告知可能使人昏晕的运动的设备，其特征在于根据权利要求8的措施。

利用根据本发明的一种设备，可以预测当一个个体，例如交通工具乘客，长时间地暴露于一种特定运动中时，这种运动是否会引起晕动病。为此目的，这种设备带有测量装置，用于测量表示晕动病的一种运动参数，例如运动的加速度。然后，所测得的运动参数借助于存在于设备中的评估装置与从实践中获知的根据晕动病的观点来考虑可容许的值或者型式进行比较。评估装置可还包括一种算法，在这种算法中，所涉及的运动参数与其对晕动病的效应之间的关系被确定，并且据此可以估计所测得的信号的昏晕效应。此外，这种设备包括显示装置，例如一LED、LCD显示器、警报器或喇叭，评估装置的结果可利用其传送至用户。任选地，信号处理装置可提供于测量与评估装置之间，例如用于消除测量峰值和测量噪声，以便获得可靠的预测。

在一个特别有利的实施例中，根据本发明的一种设备的特征在于根据权利要求10-12的措施。

申请人已经说明，一种运动会引起晕动病的程度可通过一带通滤波器对所涉及的运动的加速度的响应来预测。在此，带通滤波器具有一位于大约0.16Hz左右的峰值、一介于大约0.01和0.16Hz之间的第一截止频率和一介于大约0.16和1Hz之间的第二截止频率。这样一种带通滤波器可用来按照简单但是准确的方式来评估通过加速度传感器所测信号的昏晕效应。

在一种更精巧的形式中，根据本发明的一种设备的特征在于根据权利要求13的措施。

由于评估装置根据一般人的响应来处理一般数据，因此这种设备优选地带有调节装置，以便根据特定目标群体，例如乘客的敏感度来调节指示器的敏感度。举例来说，这种调节装置可包括一放大系数，评估装置的结果通过其来放大。

调节装置不仅可为手工操纵的装置，而且还可具有自学习性质。在后一种情况中，根据在使用期间从个体中接收的反馈信息来“自动地”根据个体进行调节。这种自学习实施例在这种设备只用于一个人或一小群人时特别有利。在第二种情况中，优选地提供有存储装置，其中可以存储不同用户的个人优选设置，以便可以利用单个优选项按钮来对其进行检索。

在更多从属权利要求中，描述了用于防止晕动病的方法和用于检测可能使人昏晕的运动的设备的更多有利实施例。

为了清楚说明本发明，以下将参照附图更详细地阐明根据本发明用于检测引起晕动病的运动的一种设备的一个示例性实施例及其操作和可能应用。附图中：

图1示出了根据本发明用于检测引起晕动病的运动的一种设备的各个部分的示意图；

图2示出了一种应用于根据本发明的设备中的适用滤波器的传递函数，以及

图3示出了用于评估一被测信号的昏晕效应的两种替代方法的示意图。

图1示意性地示出了根据本发明的一种设备1，后文中也称作晕动病指示器，用于检测可能引起晕动病的运动。这种晕动病指示器1包括测量装置3、连接于其上的评估装置5、以及连接于这些评估装置5上的显示装置7。

测量装置3用于测量各种运动的一晕动病相关参数。申请人已经说明，加速度就是这样一种相关参数。根据加速度，可以对运动的昏晕效应做出良好的预测。为此原因，测量装置3包括一个或更多加速度传感器，利用其可以测量在使用过程中作用于设备1上的运动的加速度，优选沿三个正交方向进行测量(a_x、a_y、a_z)。任选地，可以沿两个或只沿一个方向测量加速度，但是由于运动可能基本上沿全部三个方向都会引起晕动病，因此根据三维信号可以获得最准确的预测。加速度传感器从实践中已为众所周知，因此不需要进一步说明。

评估装置5用来根据所测得的加速度来预测运动的昏晕效应。为此目的，评估装置5包括计算装置8、比较装置9和调节装置10。计算装置8用来根据所测量的加速度分量(a_x、a_y、a_z)来计算总加速度信号(a)，例如根据以下未加权的加法来计算： $a=\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}.$

然后通过比较装置9传送总加速度信号(a)。这些比较装置9包括从实践中收集的关于正态总体对这样一个加速度信号的响应的知识。这种知识可例如以带有允许阈值或一允许加速度型式的表的形式合并于比较装置9中。然而，优选地，这种知识被安置于一动态模型中。经发现，一般个体因特定运动而发生晕动病的程度可建模为一带通特性曲线，如图2中所示。这种特性曲线既具有高通特性又具有低通特性。高通部分用来滤出总加速度信号(a)的重力加速度分量。为此目的，高通部分具有一例如介于大约0.01和0.16Hz之间的第一截止频率(A)。低通部分具有一介于大约0.16和1Hz之间的第二截止频率(C)。这样，大约1Hz以上的较高频率就被滤出，因为它们基本上不会引起晕动病。这个特性曲线的峰值敏感度(B)位于大约0.16Hz左右。这样一种特性曲线可以在评估装置5中例如以带通滤波器的形式来实现。

顺便说一下，还可以根据分离的加速度分量(a_x、a_y、a_z)来预测晕动病，由此可以确定每个加速度分量的昏晕效应，这任选地利用一分离的滤波器来进行。然而，使用总加速度信号具有的优点在于，因为只有所测得的加速度大小被用作滤波器的输入信号，所以加速度传感器相对于交通工具的定向就变得不相干。当晕动病指示器可作为一松装仪器安装于交通工具中时，这就特别有利。

此外，在评估装置5中，可将一算法并入其中，在评估特定运动的昏晕效应时，该算法将因数时间考虑在内，特别是发生使人昏晕的运动的周期、从开动时刻算起的交通工具的运动历史、以及一般乘客对这种使人昏晕的运动产生响应的延迟时间。众所周知，晕动病通常只有在持续暴露于特定运动之中时才会变得明显。一种与时间相关的算法可将这点考虑在内。

申请人的研究表明，这种与时间相关的评估算法可以建模为一种二阶低通滤波器，其时间常数大约为12分钟左右。这在图3中用连续线进行了图形示出，其中一恒定的交通工具运动作为假想输入信号而输入。举例来说，使人昏晕的程度(在图3的左侧绘制于垂直轴线上)可以表示为在给定条件下实际上将不得不呕吐的正态总体的百分比。随着使人昏晕的运动更剧烈并且/或者持续更长时间，该程度将增加，而当例如由于交通工具驾驶员对瞬时程度做出适当反应并且据此修正其驾驶行为，或者例如由于交通工具临时停止，因而使人昏晕的运动临时减弱或者甚至完全不存在时，这种程度将减小。

而且，除了上述评估方法之外，或者作为上述评估方法的替代方法，评估装置5可包括的一种算法能够监控累积量度，该累积量度用来量化整个驾驶期间的昏晕效应。这种量度通过对晕动病的瞬时测量在时间上积分而获得。在恒定交通工具运动时，这就产生一直线，如图3中的虚线所示，其单位(在右侧绘制于垂直轴线上)为任意。如图3中所示，量度只会随时间而增加。

这种累积驾驶值还具有另外的优点，即存储与驾驶员的驾驶行为相关的信息。举例来说，这种信息可以有利地用于教学或管理目的。

而且，评估装置5包括调节装置10，调节装置10可用来调节相关因数以便进行评估，这些因数可以根据用户或使用条件，如交通工具中的温度、乘客年龄或个人敏感性因数而变化，不同用户之间的敏感性差异利用这种个人敏感性因数而考虑在内。因此，这就容许指示器能够根据每一个用户和每一种情形进行优化调节。

调节装置10可以配备成使得用户不仅能够手工对其进行调节，而且其还可以具有自学习性质。在后一种情况中，调节装置在使用过程中将通过与用户的相互作用而采用一最佳值。优选地，提供有存储装置(未示出)，其中存储着不同用户或条件的优选设置，因此它们可以利用单个优选项按钮来进行检索。

而且，晕动病指示器1还带有显示装置7，评估装置5的结果可利用显示装置7而以适当方式给出。根据所传送的信息类型，可以使用各种不同的显示装置7。在一个最简单的实施例中，显示装置7可包括例如一LED或警报信号以便指示所评估的运动是否使人昏晕。在一个更高级的实施例中，指示器1还可指示运动使人昏晕的程度，例如通过不同色彩的LED(不使人昏晕的运动使用绿色，当运动位于边缘上时使用橙色而当运动使人昏晕时使用红色)、一安装的指针、或一带有渐增音量或频率的警报器来指示。

在一个更为精巧的实施例中，晕动病指示器可还给出指令来指示如何调节刺激运动以便将昏晕效应减至最小。举例来说，这种信息可显示于一LCD显示器上。

举例来说，根据本发明的设备可用于一交通工具中以帮助驾驶员控制其驾驶行为从而尽可能减少对同车人的昏晕作用。由于驾驶员自身通常不会觉得昏晕，因此他难以判断其驾驶方式可能在同车人中引起晕动病的程度。当然，这些同车人可自己指示这点，但是这样通常就会太迟，换而言之，它们已经感觉昏晕。根据本发明的晕动病指示器可用来在早期阶段，在实际引起晕动病很早之前，就发信号告知与晕动病相关联的运动，并且允许驾驶员及时调节其驾驶方式。为此目的，晕动病指示器1可在驾驶之前就安装于交通工具中或者安装于乘客处。当然，指示器也可作为一个标准附件集成于交通工具中。此处，对术语“交通工具”应当广义地进行理解，包括至少陆地上的任何运输方式，而且舰船和飞行器也属于晕动病指示器1可应用的运输方式。这样安装的晕动病指示器1将在驾驶期间对汽车内的运动进行评估以便确定其昏晕效应，并且将根据结果向交通工具的驾驶员或转向系统给出反馈。在一个特别有利的实施例中，所给出的信息根据运动的起源(制动、加速、拐弯)进行区分，因此驾驶员可准确发现哪种驾驶动作引起晕动病并且他可如何进行调节。

本发明决不限于以上描述和图中所示的示例性实施例。在由权利要求所概述的本发明的框架内，可以对这个实例进行许多变型。

例如，可以利用其它相关运动参数，例如角速度，来预测晕动病。

这些以及类似变型都被认为属于由权利要求所概述的本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种用于防止交通工具的乘员发生晕动病的方法，其中一晕动病指示器配装于交通工具中，该指示器用来指示当乘员持续地暴露于交通工具运动中时，在使用期间乘员所经受的交通工具运动是否会引起晕动病，其中来自指示器的信息被反馈给交通工具的驾驶员或转向系统，所有这些都使得驾驶员或转向系统可按照将令人昏晕的运动减至最少的方式来调节交通工具的转向。

2.根据权利要求1所述的方法，其中晕动病指示器测量交通工具运动，至少其与晕动病相关的一种参数，并且根据从实践中获知的所测参数与晕动病之间的关系来预测这种所测信号的昏晕效应，随后评估结果借助于适当的显示装置而展现给交通工具的驾驶员和/或转向系统。

3.根据权利要求2所述的方法，其中指示器的预测根据交通工具运动的加速度来进行，该加速度沿至少一个方向测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中交通工具运动的加速度沿三个基本上正交的方向进行测量(a_x、a_y、a_z)，随后借助于相关方向的特定关系来分别确定每个加速度信号的昏晕效应。

5.根据权利要求3所述的方法，其中交通工具运动的加速度沿三个基本上正交的方向进行测量(a_x、a_y、a_z)，随后根据公式 $a=\sqrt{a_x^2+a_y^2+a_z^2}$ 来确定一个标量总加速度(a)，然后借助于根据实际数据所确定的关系来根据这个总加速度确定交通工具运动的昏晕效应。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的方法，其中所测加速度与这种加速度会产生晕动病的程度之间的关系建模为一具有带通特征的传递函数。

7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其中在使用期间通过交通工具乘员与指示器的相互作用，可以将代表正态总体对晕动病的敏感度的包括于晕动病指示器中的关系调节为代表相关乘员的特定关系。

8.一种用于检测并发信号告知可能使人昏晕的运动的设备，包括一传感器、评估装置和显示装置，传感器用于测量一设备所经受运动的晕动病相关参数，评估装置用于比较所测运动参数与关于可比运动参数的昏晕效应的经验数据，并且可据此估计所测参数的昏晕效应，而显示装置用于将通过评估装置获得的结果按照适当方式展现给用户。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所测运动参数为运动的加速度。

10.根据权利要求8或9所述的设备，其中评估装置包括一带通滤波器。

11.根据权利要求10所述的设备，其中滤波器的峰值介于大约0.08和0.3Hz之间，特别是介于大约0.1和0.2Hz之间，优选地大约为0.16Hz左右。

12.根据权利要求10或11所述的设备，其中带通滤波器具有一介于大约0.01和0.16Hz之间的第一截止频率和一介于大约0.16和1Hz之间的第二截止频率。

13.根据权利要求9-12中任一项所述的设备，其中这种设备包括调节装置，用于调节至少一个放大系数，使得这种设备的敏感度可根据各个用户对晕动病的敏感度来调节。

14.根据权利要求13所述的设备，其中调节装置为自学习式。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的设备，其中这种设备包括一外壳，其带有紧固件，用于将设备定位配装于例如交通工具或舰船中或乘客处。

16.根据权利要求8-15中任一项所述的设备，其中评估装置包括一低通滤波器，用于确定昏晕效应的时间相关程度，特别是根据运动历史、发生使人昏晕的运动的时间和/或乘客对这种使人昏晕的运动的平均响应时间来确定。

17.根据权利要求16所述的设备，其中低通滤波器具有介于大约10和15分钟之间的时间常数，优选大约为12分钟。

18.根据权利要求8-17中任一项所述的设备，其中评估装置包括一积分器，用于确定在特定时期内测得的累积昏晕程度。

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