DE102010023369A1

DE102010023369A1 - Fahrzeug mit Messeinrichtung für biologische Signale

Info

Publication number: DE102010023369A1
Application number: DE102010023369A
Authority: DE
Inventors: Bhavin Chamadiya; Manfred Dipl.-Phys. Wagner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Chamadiya Bhavin Kanji De; Wagner Manfred Dipl - Phys De
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2010-12-30

Abstract

Ein Fahrzeug soll sicherer geführt werden können. Daher wird ein Fahrzeug mit einem Sitz und/oder einer Liege, sowie mindestens einer Elektrode zur kapazitiven Messung biologischer Signale eines Insassen, die in den Sitz und/oder die Liege installiert ist, bereitgestellt, wobei die Elektrode aus mindestens einem Gewebe gebildet ist. Darüber hinaus ist die Elektrode in mehreren unmittelbar übereinanderliegenden Schichten (1 bis 6 und 9) aufgebaut. Damit kann beispielsweise der Herzrhythmus eines Fahrers aufgenommen und zur sicheren Führung des Fahrzeugs herangezogen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Sitz und/oder einer Liege für einen Insassen des Fahrzeugs. Der Sitz befindet sich typischerweise in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, die Liege beispielsweise im Ruhebereich eines Nutzfahrzeugs. Zur Überwachung z. B. des Herzrhythmus des Fahrers ist in den Sitz und/oder die Liege mindestens eine Elektrode integriert.
Fahrzeuge werden immer mehr mit Fahrerassistenzsystemen ausgestattet, um das Fahren komfortabler und sicherer zu gestalten. Die Fahrerassistenzsysteme erfassen hierzu physikalische Größen der Umwelt oder des Fahrzeugs selbst und geben dem Fahrer Warnsignale oder greifen unmittelbar in das Fahrzeug steuernd ein.
Aus der Druckschrift DE 10 2004 063 249 A1 ist ein Sensorsystem für ein Verfahren zur kapazitiven Messung elektromagnetischer Signale biologischen Ursprungs bekannt. Ein solches Sensorsystem umfasst eine kapazitive Elektrodeneinrichtung, ein die Elektrodeneinrichtung zumindest teilweise umschließendes Elektroden-Abschirmelement zur Abschirmung der Elektrodeneinrichtung vor externen elektromagnetischen Störfeldern und eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung elektromagnetischer Signale, die sich mittels der Elektrodeneinrichtung detektieren lassen. Zusätzliche Abschirmmittel zur Abschirmung externer elektromagnetischer Störfelder umschließen die Elektrodeneinrichtung und das Elektroden-Abschirmelement räumlich zumindest teilweise.
Darüber hinaus ist in dem Artikel von B. K. Chamadiya: „Towards a capacitively coupled electrocardiography system for car seat integration", ECIFMBE 2008, IFMBE Proceedings 22, pp. 1217–1221, 2008, Springer-Verlag Berlin Heidelberg ein Fahrzeugsitz mit Elektroden für die Elektrokardiographie beschrieben. Die Elektroden befinden sich in den Seitenwangen der Sitzlehne bzw. in der Sitzfläche des Sitzes. Gegebenenfalls können die Elektroden auch aus einem Gewebematerial bestehen, sodass sie flexibler sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, beim Führen eines Fahrzeugs den physiologischen Zustand eines Fahrers oder Insassen besser berücksichtigen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es wird demnach ein Fahrzeug mit einem Sitz und/oder einer Liege sowie mit mindestens einer Elektrode zur kapazitiven Messung biologischer Signale eines Insassen, die in den Sitz und/oder die Liege installiert ist, bereitgestellt. Die Elektrode ist aus mindestens einem Gewebe gebildet und in mehreren unmittelbar übereinanderliegenden Schichten aufgebaut. Mit einer derartigen Elektrode bzw. Elektrodenvorrichtung lassen sich also Signale des Fahrers oder Insassen messen und an eine entsprechende Auswerteeinrichtung weiterleiten. Die ausgewerteten Daten können die Steuergeräte eines Fahrzeugs zur Fahrzeugführung heranziehen. Beispielsweise lässt sich so in einem Kraftfahrzeug kontaktlos von dem Fahrer oder Insassen ein Elektrokardiogramm aufzeichnen. Gegebenenfalls werden dann Informationen aus dem Elektrokardiogramm für die Fahrzeugsteuerung verwendet, oder die Informationen werden drahtlos zu einer externen Station übertragen. Da die Elektrodenvorrichtung in den Sitz und/oder die Liege integriert ist, genügt es, dass sich der Fahrer beispielsweise auf einen Sitz des Kraftfahrzeugs, oder ein Bett eines LKW begibt, um biologische Signale des Fahrers zu ermitteln.
Da die Elektrode für kapazitive Messungen der biologischen Signale ausgebildet ist, ist die Erfassung der biologischen Signale kontaktlos und zuverlässig möglich. Die Elektrode ist ferner aus mindestens einem Gewebe gebildet. Gewebe sind in der Regel sehr flexibel und lassen sich ohne Komfortverlust in Sitze integrieren bzw. einweben. Darüber hinaus ist die Elektrode in mehreren unmittelbar übereinanderliegenden Schichten aufgebaut. Eine derartige Schichtelektrode lässt sich wegen ihrer geringen Bauhöhe leicht in Sitze, Betten und dergleichen integrieren.
In einer speziellen Ausführungsform weist die Elektrode eine Sensorschicht, eine Abschirmschicht und eine Masseschicht auf, wobei zwischen zwei dieser Schichten jeweils eine Isolierschicht angeordnet ist. Mit der Masseschicht lässt sich eine passive Abschirmung und mit der Abschirmschicht eine aktive Abschirmung realisieren.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 den Schichtaufbau einer Elektrode zur Messung biologischer Signale in einem Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 den Schichtaufbau einer Elektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 den Schichtaufbau einer Elektrode gemäß einer dritten Ausführungsform; und
4 den Schichtaufbau einer Elektrode gemäß einer vierten Ausführungsform.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in den Sitz (Sitzfläche, Sitzlehne oder Seitenwangen des Sitzes) eines Kraftfahrzeugs, welcher sich in einem Insassenbereich des Fahrzeugs befindet, eine Elektrodenvorrichtung zur Messung biologischer Signale fest installiert. Insbesondere kann so ein Elektrokardiogramm eines Fahrers aufgenommen werden, wenn sich dieser auf dem Sitz befindet. Das Elektrokardiogramm (ECG) wird entweder nur aufgezeichnet und über eine Funkschnittstelle nach außen übertragen oder aber ausgewertet, und es werden entsprechende Auswertedaten einem Fahrzeugsteuergerät zur entsprechenden Steuerung des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Beispielsweise können so automatische Bremseingriffe erfolgen, wenn das ECG Unregelmäßigkeiten zeigt.
Eine Elektrode für die Erfassung biologischer Signale kann prinzipiell in jede Fahrzeugkomponente integriert werden, mit der Fahrer oder Insasse mittelbar oder unmittelbar in Berührung gerät. Bei kapazitiver Messung ist eine berührungslose Erfassung möglich. Alternativ zu dem Sitz kann so auch beispielsweise ein Bett oder eine Liege eines LKW mit einer oder mehreren Elektroden bzw. einer Elektrodenvorrichtung ausgestattet sein. Die Elektrodenvorrichtung beinhaltet die eigentliche Elektrode einschließlich Isolation und Abschirmung und gegebenenfalls noch Kabel und Signalverarbeitungskomponenten.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Elektrode im Schnitt dargestellt, wie sie beispielsweise in einen Fahrersitz integriert werden kann. Bei der Elektrode handelt es sich hier um eine Drei-Schicht-Elektrode mit drei elektrisch wirksamen Schichten. Die eigentliche Sensorschicht 1 befindet sich in diesem Beispiel an der Unterseite des Schichtgebildes. Über der Sensorschicht 1 befindet sich eine Abschirmschicht 2 sowie eine Masseschicht 3. Diese drei Schichten sind jeweils durch eine dazwischenliegende Isolierschicht 4, 5 gegenüber einander elektrisch isoliert. Auf der Oberseite, d. h. über der Masseschicht 3, befindet sich hier eine zusätzliche Isolierschicht 6.
Die zwei elektrisch aktiven Schichten 2 und 3 sowie die daran unmittelbar angrenzenden Isolierschichten 4 bis 6 besitzen hier eine bestimmte Ausdehnung in horizontaler Schnittrichtung. Die korrespondierende Ausdehnung der Sensorschicht 1 ist etwas geringer. Dies bedeutet, dass die übrigen Schichten an beiden Enden der Sensorschicht 1 über diese hinausragen. Damit wird der Schirmungswinkel der Schutz- bzw. Abschirmschichten 2, 3 vergrößert.
Die Elektrode von 1 besitzt also drei Elektrodenschichten 1, 2 und 3, von denen die Abschirmschicht 2 zur aktiven Abschirmung (gleiches Potential wie Sensorschicht 1) und die Masseschicht 3 zur passiven Abschirmung dient. Diese Abschirmungen versuchen, parasitäre Effekte abzuhalten und verbessern die Impedanz der Elektrode, um ein ECG in einem Fahrzeug kontaktlos (ohne unmittelbaren Kontakt) messen zu können.
Die Verbindung der Elektrode zu Signalverarbeitungskomponenten (z. B. Verstärker) kann auf übliche Weise beispielweise mithilfe von Kabeln und dergleichen erfolgen.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Elektrode zur Messung biologischer Signale ebenfalls im Schnitt dargestellt. Der Aufbau dieser Elektrode entspricht im Wesentlichen dem der Elektrode von 1. Es wird daher auf die Beschreibung von 1 verwiesen. Zusätzlich weist die Elektrode von 2 eines oder mehrere Abschirmelemente 7 auf, die sich an der Schmalseite bzw. Stirnseite der Sensorschicht 1 befinden. Diese Abschirmelemente 7 umgeben die Sensorschicht 1 vorzugsweise vollständig am Umfang. Sie verhindern, dass elektrische oder elektromagnetische Störungen auf die Schmalseite bzw. Stirnseite der Sensorschicht 1 einwirken. Damit wird die aktive Abschirmung der Sensorschicht 1 verbessert.
Die Abschirmelemente bzw. das Abschirmelement 7, das sich in der gleichen Ebene bzw. Höhe wie die Sensorschicht 1 befindet/befinden, sind mit der Abschirmschicht 2 elektrisch verbunden. Hierzu sind ein oder mehrere Kontaktelemente 8 vorgesehen, welche sich senkrecht zu den Haupterstreckungsebenen der Schichten 1 bis 6 von der Abschirmschicht 2 durch die Isolierschicht 4 zu dem Abschirmelement bzw. den Abschirmelementen 7 erstrecken.
In 3 ist eine dritte Ausführungsform einer Elektrode zur Messung biologischer Signale im Fahrzeug im Schnitt dargestellt. Der Aufbau dieser Elektrode basiert auf dem von 1. Es wird also wieder auf die Beschreibung von 1 verwiesen. Zusätzlich ist hier an der Unterseite der Sensorschicht 1 eine weitere Isolierschicht 9 aufgetragen. Diese Isolierschicht 9 erstreckt sich in horizontaler Schnittrichtung ebenso weit wie die Schichten 2 bis 6. Es besitzt also lediglich die Sensorschicht 1 in dieser Schnittrichtung reduzierte Ausmaße und reicht nicht bis zur Außenkante aller übrigen Schichten.
Die Isolierschicht 9 schützt die Sensorschicht 1 vor unmittelbarer Berührung. Darüber hinaus isoliert die Sensorschicht 1 elektrisch auch nach unten.
In 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer Elektrode zur Erfassung biologischer Signale im Schnitt dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel basiert auf demjenigen von 2 und ist zusätzlich mit einer Isolierschicht 9 unterhalb der Sensorschicht 1 versehen. Daher ist die Sensorschicht 1 ähnlich wie in 3 geschützt und isoliert. Zusätzlich ist die Sensorschicht 1 aber auch zu den Schmalseiten bzw. Stirnseiten hin durch die Abschirmelemente 7 abgeschirmt. Die Sensorschicht 1 ist wie bereits in dem Beispiel von 2 durch eine Lücke 10 von den Abschirmelementen 7 beabstandet. Hierdurch sind beide Komponenten voneinander elektrisch isoliert.
Mit der Abschirmschicht 2, der Masseschicht 3 und den Abschirmelementen 7 wird eine Abschirmung erreicht, mit der parasitäre Effekte größtenteils verhindert werden können. Dadurch wird die Impedanz der Elektrode für eine kontaktlose ECG-Messung im Fahrzeug verbessert.
Vorzugsweise sind mehrere oder alle (jedenfalls ist eine der) oben dargestellten Elektrodenschichten aus Gewebe bzw. Gewebeschichten hergestellt. Insbesondere können die Sensorschicht 1, die Abschirmschicht 2 und die Masseschicht 3 aus einem leitfähigen Gewebe bestehen. Die Isolierschichten 4, 5, 6 und 9 bestehen hingegen aus einem elektrisch isolierenden Material (ggf. auch Gewebe). Durch das Gewebematerial erhält jede Elektrodenschicht und damit die gesamte Elektrode eine sehr hohe mechanische Flexibilität. Gegebenenfalls können, um die gewünschte Flexibilität zu erreichen, auch folienartige Materialien für die einzelnen Schichten eingesetzt werden. In jedem Fall führt die Flexibilität der Elektrode bzw. der Elektrodenschichten dazu, dass sie leichter in einen Sitz, ein Bett und dergleichen integriert werden kann/können. Die kapazitive Erfassung der biologischen Signale hat dabei den Vorteil, dass kontaktlos (d. h. ohne galvanischen Kontakt) gemessen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004063249 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- B. K. Chamadiya: „Towards a capacitively coupled electrocardiography system for car seat integration”, ECIFMBE 2008, IFMBE Proceedings 22, pp. 1217–1221, 2008 [0004]

Claims

Fahrzeug mit – einem Sitz und/oder einer Liege, – mindestens einer Elektrode zur kapazitiven Messung biologischer Signale eines Insassen, die in den Sitz und/oder die Liege installiert ist, wobei – die Elektrode aus mindestens einem Gewebe gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Elektrode in mehreren unmittelbar übereinanderliegenden Schichten (1, 2, 3, 4, 5, 6, 9) aufgebaut ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode eine Sensorschicht (1), eine Abschirmschicht (2) und eine Masseschicht (3) aufweist, wobei zwischen zwei dieser Schichten (1, 2, 3) jeweils eine Isolierschicht (4, 5, 6, 9) angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode in einer Sitzfläche, einer Sitzlehne oder einer Sitzwange des Sitzes angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode in die Matratze der Liege integriert ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder alle Schichten (1, 2, 3, 4, 5, 6, 9) der Elektrode aus einem Gewebe gebildet sind.