DE102011113100A1 - Method for detection of ballistocardiogenic or respiratory-caused movements of person on motor vehicle seat, involves designing sensor as ballistographic sensor for detection of ballistocardiogenic or respiratory-caused movements of person - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion ballistokardiogener und/oder atmungsbedingter Bewegungen einer auf einem Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeugs sich befindenden Person gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Messanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for detecting ballistocardiogenic and / or respiratory movements of a person located on a vehicle seat of a motor vehicle according to the preamble of
Die berührungslose Überwachung der Herztätigkeit einer Person erfolgt durch Erfassung der auf den Herzschlag, d. h. den Herzrückstoßbewegungen zurückzuführenden minimalen Bewegungen dieser Person, sogenannter ballistographischer Herzbewegungen mittels ballistographisch wirkender Sensoren. Auch die Atmung einer Person erzeugt in dessen Körper eine Bewegung, welche ebenso mit ballistographischen Sensoren erfassbar ist.The non-contact monitoring of the heart activity of a person is carried out by recording the on the heartbeat, d. H. The minimal cardiac movements due to the cardiac recoil movements, so-called ballistic movements of the heart by means of ballistographically acting sensors. The breathing of a person also generates a movement in his body, which can also be detected with ballistic sensors.
Ein gattungsbildendes Verfahren ist aus der
Ferner wird in der
Der Nachteil dieser bekannten Verfahren gemäß der
Die
Als Messanordnung für eine solche Sitzbelegungserkennung sind im Sitzrahmen eines Fahrzeugsitzes zwei Sensoren angeordnet, welche den auf den Fahrzeugsitz wirkenden Druck erfassen. Ferner sind zwei weitere Sensoren im Inneren des Fahrzeugs als auch ein weiterer Sensor außenhalb des Innenraums des Fahrzeugs vorgesehen. Die Signale dieser Sensoren werden zur Verarbeitung einem Prozessor zugeführt, der hierzu Daten aus einem Speicher verwendet. So enthält dieser Speicher bspw. zur Sitzbelegungserkennung erste Daten, die einen belegten Sitz und zweite Daten, die einen unbesetzten Sitz anzeigen. Auch können in einem solchen Speicher Daten abgelegt werden, mit denen ein bestimmter charakteristischer Zustand einer Person auf dem Fahrzeugsitz festgestellt werden kann, wie bspw. deren Wachzustand.As a measuring arrangement for such a seat occupancy detection two sensors are arranged in the seat frame of a vehicle seat, which detect the pressure acting on the vehicle seat. Furthermore, two further sensors are provided inside the vehicle as well as a further sensor outside the interior of the vehicle. The signals from these sensors are fed to a processor for processing, which uses data from a memory for this purpose. For example, this memory for seat occupancy detection contains first data indicating an occupied seat and second data indicating an unoccupied seat. Also, data can be stored in such a memory with which a certain characteristic condition of a person on the vehicle seat can be detected, such as, for example, their waking state.
Auch dieses bekannte Verfahren und die zugehörige Messanordnung erfordern in kostennachteiliger Weise mehr als zwei Sensoren unterschiedlichen Typs sowie einen aufwendigen mathematischen Algorithmus, für den eine hohe Rechenkapazität zur Verfügung gestellt werden muss. Ferner ist auch eine ausreichende Datenbasis bereitzustellen, um eine für Fahrzeuganwendungen erforderliche hohe Erkennungssicherheit zu erzielen, die ihrerseits zu einem hohen Speicherplatzbedarf führt und damit ebenso hohe Kosten nach sich zieht.This known method and the associated measuring arrangement also require more than two sensors of different types in a cost-disadvantageous manner and a complex mathematical algorithm for which a high computing capacity must be made available. Furthermore, a sufficient data base must be provided in order to achieve a high recognition reliability required for vehicle applications, which in turn leads to a high storage space requirement and thus also entails high costs.
Aus dem Artikel
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Detektion ballistokardiogener und/oder atmungsbedingter Bewegungen einer auf einem Kraftfahrzeugsitz sich befindenden Person der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein ballistographisches Signal mit minimierten Störsignalen und einem hohen Signal-Rauschabstand erzeugt werden kann, welches einfach und damit kostengünstig durchführbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung eine Mess-anordnung für einen Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben, die einfach und damit kostengünstig zu realisieren ist.The object of the invention is to provide a method for the detection of ballistocardiogenic and / or respiratory movements of a person located on a motor vehicle person of the type mentioned, with a ballistic signal with minimized interference signals and a high signal-to-noise ratio can be generated, which is simple and thus is inexpensive to carry out. It is another object of the invention to provide a measuring arrangement for a vehicle seat of a motor vehicle for carrying out the method according to the invention, which is simple and therefore inexpensive to implement.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.The first object is achieved by a method having the features of
Ein solches Verfahren zur Detektion ballistokardiogener und/oder atmungsbedingter Bewegungen einer auf einem Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeugs sich befindenden Person, bei welchem ein erster Sensor als ballistographischer Sensor zur Erfassung der ballistokardiogener und/oder atmungsbedingter Bewegungen der Person ausgebildet ist und ein ballistographisches Signal liefert und ein zweiter Sensor ein Schwingungssignal als Störreferenz für das ballistographische Signal erzeugt, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – ein ballistographisch ausgebildeter Sensor als zweiter Sensor verwendet wird,
- – der zweite Sensor gegenüber der Person schwingungsisoliert in dem Kraftfahrzeugsitz angeordnet wird, und
- – ein Algorithmus zum Minimieren von Störsignalen des ballistographischen Signals mittels des Schwingungssignals verwendet wird.
- A ballistographically designed sensor is used as the second sensor,
- - The second sensor with respect to the person vibration isolated in the vehicle seat is arranged, and
- An algorithm is used for minimizing interference signals of the ballistic signal by means of the vibration signal.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Erkenntnis, dass mit der Verwendung zweier in dem Fahrzeugsitz angeordneten ballistographischer Sensoren, vorzugsweise Drucksensoren sowohl für die Erfassung der ballistographischen Bewegungen als auch zur Erfassung der Fahrzeugschwingungen Sensorsignale generiert werden, die eine im Wesentlichen identische Störsignalstruktur aufweisen, wodurch nur ein geringer Aufwand hinsichtlich eines die Signale auswertenden Algorithmus erforderlich ist und somit nur wenig Rechenkapazität benötigt wird, Ferner wird durch die nahezu identische Störsignalstruktur der beiden Sensorsignale ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis des bearbeiteten ballistographischen Signals des ersten Sensors erzielt.This method according to the invention utilizes the knowledge that with the use of two ballistographic sensors arranged in the vehicle seat, preferably pressure sensors both for the detection of the ballistic movements and for detecting the vehicle vibrations, sensor signals are generated which have a substantially identical interference signal structure, whereby only a small amount Expenditure is required with respect to an algorithm evaluating the signals and thus only little computing capacity is required. Furthermore, a high signal-to-noise ratio of the processed ballistographic signal of the first sensor is achieved by the almost identical interference signal structure of the two sensor signals.
Ein besonders einfach zu realisierendes Verfahren ergibt sich dann, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der erste und zweite Sensor jeweils mit einer Richtungsabhängigkeit hinsichtlich der zu erfassenden Messgrößen ausgebildet ist. Solche hinsichtlich des zu erfassenden Druckes eine Richtcharakteristik aufweisende Sensoren werden so in dem Fahrzeugsitz angeordnet, dass der erste Sensor nur in Richtung einer auf dem Fahrzeugsitz sich befindenden Person und der zweite Sensor nur in Richtung des Fahrzeugbodens zum Messen der Fahrzeugschwingungen, also der Störgeräusche druckempfindlich ist.A method that is particularly easy to implement is obtained if, according to an embodiment of the invention, the first and second sensors are each designed with a directional dependence with regard to the measured variables to be detected. Such with respect to the pressure to be detected a directional characteristic having sensors are arranged in the vehicle seat, that the first sensor is sensitive to pressure only in the direction of a person sitting on the vehicle seat and the second sensor only in the direction of the vehicle floor for measuring vehicle vibrations, so the noise ,
Weiterhin wird das Rausch-Signal-Verhältnis des mit dem Algorithmus unter Verwendung des Signals des zweiten Sensors bearbeiteten ballistographischen Signals weiter verbessert, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der erste und zweite Sensor nach den gleichen Messprinzipien arbeiten. Denn damit weisen die Signale dieser beiden Sensoren eine nahezu identische Störsignalstruktur auf.Furthermore, the noise-to-signal ratio of the ballistographic signal processed by the algorithm using the signal of the second sensor is further improved when, according to an embodiment of the invention, the first and second sensors operate according to the same measurement principles. Because so that the signals of these two sensors on a nearly identical Störsignalstruktur.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Messanordnung für einen Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.The second object is achieved by a measuring arrangement for a vehicle seat of a motor vehicle having the features of patent claim 5.
Diese erfindungsgemäße Messanordnung für einen Fahrzeugsitz eines Kraftfahrzeuges mit einem ersten Sensor, welcher als ballistographischer Sensor ausgebildet ist und ballistokardiogene und/oder atmungsbedingte Bewegungen einer auf dem Fahrzeugsitz sich befindenden Person erfasst und ein zweiter Sensor zur Erfassung von Schwingungen des Kraftfahrzeuges vorgesehen ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass
- – der zweite Sensor als ballistographischer Sensor ausgebildet ist,
- – der erste und zweite Sensor im Bereich eines Sitzkissens des Fahrzeugsitzes angeordnet ist, und
- – der zweite Sensor gegenüber der Person schwingungsisoliert angeordnet ist.
- The second sensor is designed as a ballistographic sensor,
- - The first and second sensor is arranged in the region of a seat cushion of the vehicle seat, and
- - The second sensor is arranged vibration isolation with respect to the person.
Da beide Sensoren, die jeweils vorzugsweise als Drucksensoren ausgebildet sind, in den Fahrzeugsitz eingebaut werden, können gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem der zweite Sensor außerhalb des Kraftfahrzeugsitzes montiert wird, Montagekosten reduziert werden, da beiden Sensoren gleichzeitig montiert werden können, nur ein Kabelstrang zum Fahrzeugsitz geführt werden muss und auch nur eine Steckverbindung erforderlich ist.Since both sensors, which are each preferably designed as pressure sensors, are installed in the vehicle seat, compared with the prior art, in which the second sensor is mounted outside the motor vehicle seat, assembly costs can be reduced since both sensors can be mounted simultaneously, only one Wiring harness must be guided to the vehicle seat and only one connector is required.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der erste und zweite Sensor jeweils mit einer Richtungsabhängigkeit hinsichtlich der zu erfassenden Messgrößen ausgebildet ist; der erste Sensor derart im Bereich des Sitzkissens angeordnet ist, dass die ballistokardiogenen und/oder atmungsbedingten Bewegungen der Person erfasst werden, und der zweite Sensor derart im Bereich des Sitzkissens angeordnet ist, dass nur die Schwingungen des Kraftfahrzeuges erfasst werden, jedoch nicht die ballistographischen Bewegungen der Person.In one embodiment of the invention, it is provided that the first and second sensor is each formed with a directional dependence with respect to the measured variables to be detected; the first sensor is arranged in the region of the seat cushion such that the ballistocardiogenic and / or respiration-related movements of the person are detected, and the second sensor is arranged in the region of the seat cushion such that only the vibrations of the motor vehicle are detected, but not the ballistographic movements the person.
Durch die Verwendung solcher richtungssensitiver Drucksensoren ist es nicht mehr erforderlich, den Fahrzeugsitz mit speziellen schwingungsisolierenden Mitteln auszustatten.The use of such directionally sensitive pressure sensors, it is no longer necessary to equip the vehicle seat with special vibration isolation means.
Besonders vorteilhaft ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, wenn der erste und zweite Sensor nach den gleichen Messprinzipien arbeiten, wodurch das Rausch-Signal-Verhältnis des mit dem Algorithmus unter Verwendung des Signals des zweiten Sensors bearbeiteten ballistographischen Signals weiter verbessert wird, da die Signale der beiden Sensoren eine nahezu identische Störsignalstruktur aufweisen.According to a development of the invention, it is particularly advantageous if the first and second sensors operate according to the same measuring principles, whereby the noise signal ratio of the ballistographic signal processed with the algorithm using the signal of the second sensor is further improved, since the signals the two sensors have a nearly identical Störsignalstruktur.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Fahrzeugsitz zur Schwingungsisolierung des zweiten Sensors gegenüber der Person ein schwingungsisolierendes Mittel auf, welches vorzugsweise als Dämpfungsmatte ausgebildet ist. So können gezielt die ballistographischen Bewegungen einer auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Person von dem zweiten Sensor isoliert werden.In a further embodiment of the invention, the vehicle seat for vibration isolation of the second sensor relative to the person on a vibration-isolating means, which is preferably designed as a damping mat. Thus, the ballistographic movements of a person sitting on the vehicle seat can be specifically isolated from the second sensor.
Eine kostengünstige erfindungsgemäße Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dann, wenn der zweite Sensor im Randbereich oder in einem Eckbereich des Sitzkissens des Fahrzeugsitzes angeordnet ist. So erreicht man bereits durch eine solche Anordnung des zweiten Sensors im Fahrzeugsitz eine weitgehend schwingungsisolierte Position für diesen Sensor, da im Randbereich des Sitzkissens die ballistographischen Bewegungen weitgehend nicht mehr detektierbar sind, da hierfür die Empfindlichkeit des zweiten Sensors nicht ausreichend ist.A cost-effective development of the invention results when the second sensor is arranged in the edge region or in a corner region of the seat cushion of the vehicle seat. Thus, such an arrangement of the second sensor in the vehicle seat already achieves a largely vibration-isolated position for this sensor since the ballistographic movements are largely no longer detectable in the edge region of the seat cushion since the sensitivity of the second sensor is insufficient for this purpose.
Schließlich ist es gemäß einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, zur Auswertung der Sensorsignale des ersten und zweiten Sensors eine Auswerteeinheit vorzusehen, die mittels des Sensorsignals des zweiten Sensors ein ballistographisches Signals mit minimierten Störsignalen erzeugt, wobei hierzu auch ein Steuergerät eines passenden Assistenzsystems des Fahrzeugs verwendbar ist.Finally, according to a last advantageous development of the invention, an evaluation unit is provided for evaluating the sensor signals of the first and second sensors, which generates a ballistographic signal with minimized interference signals by means of the sensor signal of the second sensor, for which purpose also a control unit of a suitable assistance system of the vehicle is usable.
Die erfindungsgemäße Messanordnung kann vorteilhaft zur Überwachung des Herzschlages und/oder der Herzschlagfrequenz und/oder der Atmung und/oder der Atmungsfrequenz verwendet werden, wobei hierzu ein entsprechendes Steuergerät vorgesehen ist, welches bei einer Detektion eines lebensbedrohenden Herzzustandes oder einer fehlenden Atmung des Fahrzeugführers das Fahrzeug automatisch einen Nothalt durchführt und zusätzlich ein Notsignal an eine externe Notfallstation absendet.The measuring arrangement according to the invention can advantageously be used for monitoring the heartbeat and / or the heartbeat frequency and / or the respiration and / or the respiratory frequency, for which purpose a corresponding control device is provided, which upon detection of a life-threatening cardiac condition or lack of breathing of the vehicle driver the vehicle automatically performs an emergency stop and additionally sends an emergency signal to an external emergency station.
Desweiteren ist es möglich, die erfindungsgemäße Messanordnung zur Müdigkeitserkennung eines Fahrzeugführers zu verwenden, indem das bearbeitete ballistographische Signal mit minimierten Störsignalen hinsichtlich des Müdigkeitszustandes des Fahrers ausgewertet wird.Furthermore, it is possible to use the measuring device according to the invention for fatigue detection of a vehicle driver by the processed ballistic signal is evaluated with minimized interference signals with regard to the fatigue of the driver.
Schließlich kann mit der erfindungsgemäßen Messanordnung auch eine Sitzbelegungserkennung realisiert werden, da die Detektion einer Herzschlagbewegung oder einer Atmungsbewegung die Belegung des Fahrzeugsitzes mit einer Person anzeigt.Finally, a seat occupancy detection can be realized with the measuring arrangement according to the invention, since the detection of a heartbeat movement or a respiratory movement indicates the occupancy of the vehicle seat with a person.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described in detail by means of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Die
Dieser Fahrzeugsitz
Gemäß
Auch die Sensoren
Gemäß
Gemäß
Die Sensorsignale der beiden Sensoren
Als ballistographische Sensoren
Gemäß
Eine weitere Messanordnung mit zwei Sensoren
Die Sensorsignale der Sensoren
So kann gemäß
Weiterhin kann dieses störsignalminimierte ballistographische Signal für eine Sitzbelegungserkennung zur Vorsteuerung eines Airbagsteuergerätes
Schließlich kann das störsignalminimierte ballistographische Signal zur Müdigkeitsdetektion verwendet werden, so dass über ein Display
Als ballistographische Druck-Sensoren eignen sich neben piezoresistiven und piezoelektrische Sensoren auch kapazitive Sensoren.As ballistographic pressure sensors are in addition to piezoresistive and piezoelectric sensors and capacitive sensors.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugkabinecabin
- 1010
- Fahrzeugsitzvehicle seat
- 1111
-
Sitzkissen des Fahrzeugsitzes
10 Seat cushion of thevehicle seat 10 - 1212
-
Fahrzeuglehne des Fahrzeugsitzes
10 Vehicle back of thevehicle seat 10 - 1313
-
Basis des Fahrzeugsitzes
10 Base of thevehicle seat 10 - 2020
- Personperson
- 2121
- erster Sensorfirst sensor
- 2222
- zweiter Sensorsecond sensor
- 3030
- Auswerteeinheitevaluation
- 3131
- Steuergerät für Assistenzfunktion für NothaltControl unit for assistance function for emergency stop
- 3232
- Airbag-SteuergerätAirbag control unit
- 3333
- Notruf-SendeeinheitEmergency call transmission unit
- 3434
- Displaydisplay
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2010/045455 A1 [0003, 0005] WO 2010/045455 A1 [0003, 0005]
- WO 2008/102298 A1 [0004, 0005] WO 2008/102298 A1 [0004, 0005]
- US 7417536 B2 [0006] US 7417536 B2 [0006]
- EP 0182764 B1 [0009] EP 0182764 B1 [0009]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „The Potential of EMFi Sensors in Heart Activity Monitoring”; Jarmo Alametsä J., Värri V., Koivuluoma M., Barna L., 2nd OpenECG Workshop ”Integration of the ECG into the EHR & Interoperability of ECG Device Systems”, 1.–3. April, 2004, Berlin, Germany [0009] "The Potential of EMFi Sensors in Heart Activity Monitoring"; Jarmo Alametsä J., Värri V., Koivuluoma M., Barna L., 2nd Open ECG Workshop "Integration of the ECG into the EHR & Interoperability of ECG Device Systems", 1-3. April, 2004, Berlin, Germany [0009]
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