DE102018218307A1

DE102018218307A1 - System for detecting bio-signals of an operator of a means of transportation

Info

Publication number: DE102018218307A1
Application number: DE102018218307.4A
Authority: DE
Inventors: Branislav Zlatkov; Zoran Dijnovic; Nils Quander; Markus Danschacher
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30

Abstract

Ein System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners eines Fortbewegungsmittels. Das System umfasst ein biometrisches Lenkrad (1) für das Fortbewegungsmittel, wobei das biometrische Lenkrad (1) zumindest ein optisches Sensorelement (2) aufweist, und eine Auswerteeinheit (20) zum Auswerten von Signalen (S) des zumindest einen optischen Sensorelementes (2). Das System ist eingerichtet, auf Grundlage der Signale (S) des zumindest einen optischen Sensorelementes (2) Biosignale eines Bedieners des Fortbewegungsmittels zu ermitteln. Das optische Sensorelement (2) kann als faseroptisches Sensorelement realisiert sein.A system for detecting bio signals from an operator of a means of transportation. The system comprises a biometric steering wheel (1) for the means of transportation, the biometric steering wheel (1) having at least one optical sensor element (2), and an evaluation unit (20) for evaluating signals (S) from the at least one optical sensor element (2) . The system is set up to determine, based on the signals (S) of the at least one optical sensor element (2), biosignals from an operator of the means of transportation. The optical sensor element (2) can be implemented as a fiber optic sensor element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners eines Fortbewegungsmittels. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug, in dem ein solches System genutzt wird.The present invention relates to a system for detecting bio signals from an operator of a means of transportation. The invention further relates to a means of transportation, in particular a motor vehicle, in which such a system is used.

Im Zuge der zunehmenden Ausstattung von Fortbewegungsmitteln mit Assistenzsystemen, die den Bediener unterstützen und entlasten sollen, wird vermehrt versucht, den Gesundheitszustand des Bedieners zu überwachen, beispielsweise um in Falle von drohenden Gefahrensituationen geeignete Maßnahmen einzuleiten.In the course of the increasing equipping of means of transportation with assistance systems, which should support and relieve the operator, attempts are increasingly being made to monitor the health status of the operator, for example in order to take suitable measures in the event of impending dangerous situations.

In diesem Zusammenhang beschreibt DE 10 2012 109 624 A1 eine Vorrichtung zur Beurteilung der Verfassung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst Sensoren, die in der Lage sind, Eigenschaften des Fahrers zu erkennen. Beispiele derartiger Eigenschaften umfassen die Kopfhaltung, eine Blickrichtung, eine Pupillendilatation, ein Blinzelmuster oder eine physiologische oder eine biometrische Verhaltenseigenschaft. Als Beispiel für einen Sensor wird eine Kamera erwähnt, die ein Bild des Gesichts oder der Augen des Fahrers aufnimmt.Describes in this context DE 10 2012 109 624 A1 a device for assessing the condition of a driver of a motor vehicle. The device comprises sensors which are able to recognize properties of the driver. Examples of such properties include head posture, a gaze direction, pupil dilation, a blinking pattern, or a physiological or biometric behavioral characteristic. As an example of a sensor, a camera is mentioned that takes a picture of the driver's face or eyes.

Die DE 101 26 224 A1 beschreibt ein Verfahren zur Charakterisierung des Zustands des Fahrers eines Kraftfahrzeuges. Bei dem Verfahren wird ein Fahrer-Monitoring durchgeführt. Dazu werden als Schlüsselparameter physiologische Zustandsgrößen des Fahrers als Kenngrößen erfasst. Diese werden mit gespeicherten Daten verglichen oder es wird eine direkte Auswertung der erfassten Daten durchgeführt. In Abhängigkeit vom ermittelten Ergebnis wird auf Steuerungseinheiten des Kraftfahrzeugs eingewirkt, um geeignete Maßnahmen zur Einhaltung eines sicheren Zustands des Fahrers und/oder des Kraftfahrzeugs durchzuführen. Im Rahmen des Fahrer-Monitorings kann beispielsweise ein Elektroenzephalogramm oder ein Elektrokardiogramm aufgezeichnet werden, die Herzfrequenz oder die Herzbewegung erfasst werden, der Blutdruck gemessen werden oder die Griffkraft am Lenkrad ermittelt werden.The DE 101 26 224 A1 describes a method for characterizing the condition of the driver of a motor vehicle. Driver monitoring is carried out in the process. For this purpose, physiological state variables of the driver are recorded as key parameters. These are compared with stored data or a direct evaluation of the recorded data is carried out. Depending on the determined result, control units of the motor vehicle are acted upon in order to carry out suitable measures for maintaining a safe state of the driver and / or the motor vehicle. In the context of driver monitoring, for example, an electroencephalogram or an electrocardiogram can be recorded, the heart rate or heart movement recorded, the blood pressure measured or the grip force on the steering wheel determined.

Als Beispiel für eine konkrete Ausgestaltung eines Sensors zur Erfassung von Biosignalen beschreibt DE 10 2009 044 662 A1 ein biometrisches Lenkrad. Das Lenkrad umfasst zwei Sensorelemente, die in mindestens zwei Abschnitten des Lenkrades entlang der Umfangsrichtung des Lenkrades angeordnet sind. Die Sensorelemente liegen an einer Umfangsfläche des Lenkrades nach außen frei und weisen eine elektrische Leitfähigkeit auf. Mit den Sensorelementen können Biosignale von den Händen des Fahrers detektiert werden.Describes as an example of a specific embodiment of a sensor for detecting biosignals DE 10 2009 044 662 A1 a biometric steering wheel. The steering wheel comprises two sensor elements which are arranged in at least two sections of the steering wheel along the circumferential direction of the steering wheel. The sensor elements are exposed to the outside on a peripheral surface of the steering wheel and have electrical conductivity. The sensor elements can be used to detect bio signals from the driver's hands.

Zwar finden sich im Stand der Technik zahlreiche partielle Lösungen, um einzelne Biosignale eines Bedieners zu erfassen, allerdings fehlt ein umfassendes Konzept, wie mit einem vertretbaren sensorischen Aufwand eine Vielzahl verschiedener Biosignale erfasst werden kann.Although there are numerous partial solutions in the prior art for detecting individual biosignals from an operator, a comprehensive concept is lacking as to how a multitude of different biosignals can be acquired with reasonable sensor effort.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners eines Fortbewegungsmittels bereitzustellen.It is an object of the invention to provide an improved system for detecting bio signals from an operator of a means of transportation.

Diese Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a system with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners eines Fortbewegungsmittels ein biometrisches Lenkrad für das Fortbewegungsmittel, wobei das biometrische Lenkrad zumindest ein optisches Sensorelement aufweist, und eine Auswerteeinheit zum Auswerten von Signalen des zumindest einen optischen Sensorelementes. Das System ist eingerichtet, auf Grundlage der Signale des zumindest einen optischen Sensorelementes Biosignale eines Bedieners des Fortbewegungsmittels zu ermitteln.According to one aspect of the invention, a system for detecting biosignals of an operator of a means of transportation comprises a biometric steering wheel for the means of transportation, the biometric steering wheel having at least one optical sensor element, and an evaluation unit for evaluating signals of the at least one optical sensor element. The system is set up to determine biosignals of an operator of the means of transportation on the basis of the signals of the at least one optical sensor element.

Während des Betriebs eines Fortbewegungsmittels hat der Bediener die überwiegende Zeit zumindest eine Hand am Lenkrad. Es ist daher sinnvoll, zumindest ein Sensorelement zum Erfassen von Biosignalen im Lenkrad anzuordnen. Dabei hat ein optisches Sensorelement den Vorteil, dass sehr genaue Messungen möglich sind. Gleichzeitig kann mittels optischer Messungen eine Vielzahl verschiedener Biosignale ermitteln werden. Beispielsweise können die Temperatur, ein Zittern der Hände, der Herzschlag, das Kraftverhalten, das Druckverhalten, der Blutdruck oder die Zusammensetzung des Handschweißes ermittelt werden. Selbstverständlich können dazu auch mehrere, auf die jeweilige Messgröße angepasste optische Sensorelemente verwendet werden. Die ermittelten Größen können im Rahmen einer Analyse genutzt werden, um eine Kardioanalyse, eine Bestimmung einer Stimmungslage oder eine psychophysische Zustandsüberwachung vorzunehmen. Dabei kann die Analyse die Ergebnisse in Bezug setzen zu verfügbaren Informationen zur Verkehrssituation (Stau, Stop-and-go, etc.), zum Fahrverhalten (Dynamik des Beschleunigens oder Bremsens, aggressive Richtungsänderungen, angepasste oder nichtangepasste Geschwindigkeit, etc.) oder zu den Wetterumständen (Regen, Nebel, Böen, etc.). Im Rahmen der psychophysischen Zustandsüberwachung kann ermittelt werden, ob der Bediener Anzeichen von Müdigkeit, Stress, Konzentrationsschwäche oder Nervosität zeigt, ob seine Reaktionen vermindert sind oder wie es allgemein um sein Wohlbefinden steht. Auch Rückschlüsse auf Ängste oder Panikattacken, z.B. durch einen Unfall oder eine Gefahrensituation, sind möglich. Bei Bedarf können dem Bediener in Abhängigkeit vom Ergebnis der psychophysischen Zustandsüberwachung Maßnahmen vorgeschlagen werden, z.B. Bewegungs- oder Dehnübungen bei Müdigkeit. Ebenso ist es möglich, im Falle von Notsituationen Sicherheitsmanöver einzuleiten, um das Fortbewegungsmittel in einen sicheren Zustand zu bringen.During the operation of a means of transportation, the operator has at least one hand on the steering wheel for most of the time. It is therefore advisable to arrange at least one sensor element for detecting bio signals in the steering wheel. An optical sensor element has the advantage that very precise measurements are possible. At the same time, a large number of different biosignals can be determined using optical measurements. For example, the temperature, a trembling of the hands, the heartbeat, the strength behavior, the pressure behavior, the blood pressure or the composition of the hand perspiration can be determined. Of course, several optical sensor elements adapted to the respective measurement variable can also be used. The ascertained quantities can be used in the context of an analysis to carry out a cardio analysis, a determination of a mood or a psychophysical condition monitoring. The analysis can relate the results to available information on the traffic situation (traffic jam, stop-and-go, etc.), driving behavior (dynamics of acceleration or braking, aggressive changes in direction, adjusted or non-adjusted speed, etc.) or the Weather conditions (rain, fog, gusts, etc.). As part of the psychophysical condition monitoring, it can be determined whether the operator shows signs of fatigue, stress, poor concentration or nervousness, whether his reactions are reduced or how it is in general Well-being stands. It is also possible to draw conclusions about fears or panic attacks, for example due to an accident or a dangerous situation. If necessary, measures can be suggested to the operator depending on the result of the psychophysical condition monitoring, such as movement or stretching exercises when tired. It is also possible to initiate safety maneuvers in the event of an emergency in order to bring the means of transportation into a safe state.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine optische Sensorelement ein faseroptisches Sensorelement. Ein solches faseroptisches Sensorelement hat den Vorteil, dass es einen ausgedehnten Bereich des Lenkrades abdecken kann, so dass die Messungen nicht auf einzelne aktive Messpunkte beschränkt sind. Dabei sind unterschiedliche Formen des Verlaufs der Faser möglich. Beispielsweise kann die Faser mäanderförmig oder im Zick-Zack angeordnet werden. Ebenso kann eine ringförmige oder eine spiralförmige Verlegung erfolgen. Weitere Verlegeformen sind dem Fachmann bekannt.According to one aspect of the invention, the at least one optical sensor element is a fiber-optic sensor element. Such a fiber optic sensor element has the advantage that it can cover an extended area of the steering wheel, so that the measurements are not restricted to individual active measuring points. Different forms of the course of the fiber are possible. For example, the fiber can be arranged in a meandering shape or zigzag. Ring-shaped or spiral-shaped laying can also be carried out. Other forms of laying are known to the person skilled in the art.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das faseroptische Sensorelement zumindest eine Monomodefaser auf. Die Verwendung einer Monomodefaser hat den Vorteil, dass eine sehr hohe Auflösung und damit eine sehr genaue Messung ermöglicht wird. Monomodefasern können aus unterschiedlichen Materialen hergestellt werden, z.B. aus Glas oder einer Glasmischung, Quarz, einem Elastomer oder einem Thermoplast wie Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, etc.According to one aspect of the invention, the fiber-optic sensor element has at least one single-mode fiber. The use of a single-mode fiber has the advantage that a very high resolution and thus a very precise measurement is made possible. Single mode fibers can be made from different materials, e.g. made of glass or a mixture of glass, quartz, an elastomer or a thermoplastic such as polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, etc.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung basiert das faseroptische Sensorelement auf optischer Interferometrie. Dieses Messprinzip ist hochempfindlich und erlaubt es, selbst sehr kleine Messgrößen mit hoher Genauigkeit zu detektieren. Optische Interferometrie funktioniert zudem besonders gut in Verbindung mit einer Monomodefaser.According to one aspect of the invention, the fiber optic sensor element is based on optical interferometry. This measuring principle is highly sensitive and allows even very small measurement quantities to be detected with high accuracy. Optical interferometry also works particularly well in conjunction with a single-mode fiber.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine durch eine Kraft hervorgerufene Änderung zumindest einer optischen Eigenschaft des zumindest einen optischen Sensorelementes zu erfassen. Beispielsweise ändert sich durch eine von einem Bediener auf eine optische Faser ausgeübte Kraft zumindest lokal der Brechungsindex der optischen Faser, was zu einer Laufzeitänderung eines optischen Signals führt, welches sich in der Faser ausbreitet. Da z.B. der Herzschlag des Bedieners als Druckstoß über die Blutbahnen des Bedieners übertragen wird, kann der Herzschlag anhand der Änderung der auf das optische Sensorelement ausgeübten Kraft ausgewertet werden.According to one aspect of the invention, the evaluation unit is set up to detect a change in at least one optical property of the at least one optical sensor element caused by a force. For example, a force exerted by an operator on an optical fiber changes, at least locally, the refractive index of the optical fiber, which leads to a change in the transit time of an optical signal which propagates in the fiber. Because e.g. If the operator's heartbeat is transmitted as a pressure surge via the operator's bloodstream, the heartbeat can be evaluated on the basis of the change in the force exerted on the optical sensor element.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das biometrische Lenkrad in Segmente unterteilt, wobei jedes Segment mindestens ein optisches Sensorelement aufweist. Die Unterteilung in Segmente ermöglicht es, getrennt für beide Hände des Bedieners eine Erfassung der Biosignale vorzunehmen. Auf diese Weise stehen zudem mehrere Messergebnisse zur Verfügung, wodurch auch Rückschlüsse auf die Genauigkeit der Messung möglich sind.According to one aspect of the invention, the biometric steering wheel is divided into segments, each segment having at least one optical sensor element. The division into segments makes it possible to record the organic signals separately for both hands of the operator. In this way, several measurement results are also available, making it possible to draw conclusions about the accuracy of the measurement.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist jedes Segment über den Querschnitt des Lenkradkranzes in mehrere Erfassungszonen unterteilt, wobei jede Erfassungszone mindestens ein optisches Sensorelement aufweist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass jedes Segment in zwei Erfassungszonen unterteilt ist, wobei sich die erste Erfassungszone auf der dem Bediener zugewandten Seite des Lenkrades befindet, die zweite Erfassungszone hingegen auf der dem Bediener abgewandten Seite. Diese Unterteilung ermöglicht es, z.B. das Ziehverhalten des Bedieners am Lenkrad zu ermitteln, d.h. zu erfassen, ob der Bediener am Lenkrad zieht oder gegen das Lenkrad drückt.According to one aspect of the invention, each segment is divided into a plurality of detection zones over the cross section of the steering wheel rim, each detection zone having at least one optical sensor element. For example, it can be provided that each segment is subdivided into two detection zones, the first detection zone being on the side of the steering wheel facing the operator and the second detection zone being on the side facing away from the operator. This division enables e.g. to determine the operator's pulling behavior on the steering wheel, i.e. to detect whether the operator pulls on the steering wheel or presses against the steering wheel.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine optische Sensorelement in ein Matrixmaterial des biometrischen Lenkrades eingebettet. Die Einbettung in das Matrixmaterial gewährleistet, dass das optische Sensorelement gut fixiert und geschützt ist. Das Matrixmaterial ist dabei vorzugsweise ein aufschäumbares Material, z.B. ein Polyurethan. Alternativ ist das zumindest eine optische Sensorelement in ein Verkleidungsmaterial des biometrischen Lenkrades integriert. Das Verkleidungsmaterial kann dabei insbesondere eine Lederummantelung sein. Bei dieser Ausführungsform ist das optische Sensorelement direkt an der Oberfläche des Lenkrades platziert, so dass es unmittelbar mit dem Handschweiß in Berührung kommt.According to one aspect of the invention, the at least one optical sensor element is embedded in a matrix material of the biometric steering wheel. The embedding in the matrix material ensures that the optical sensor element is well fixed and protected. The matrix material is preferably a foamable material, e.g. a polyurethane. Alternatively, the at least one optical sensor element is integrated in a cladding material of the biometric steering wheel. The lining material can in particular be a leather covering. In this embodiment, the optical sensor element is placed directly on the surface of the steering wheel so that it comes into direct contact with the hand perspiration.

Besonders vorteilhaft verwendet ein Fortbewegungsmittel ein erfindungsgemäßes System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners des Fortbewegungsmittels. Bei dem Fortbewegungsmittel kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug handeln.A means of transportation particularly advantageously uses a system according to the invention for detecting bio signals from an operator of the means of transportation. The means of transportation can in particular be a motor vehicle.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.

1 zeigt schematisch ein System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners eines Fortbewegungsmittels;
2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Auswerteeinheit, die zur Verwendung im System aus 1 geeignet ist;
3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Auswerteeinheit, die zur Verwendung im System aus 1 geeignet ist;
4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Auswerten von Signalen eines optischen Sensors eines biometrischen Lenkrades;
5 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug dar, in dem eine erfindungsgemäßes System realisiert ist;
6 stellt schematisch den Aufbau eines faseroptischen Sensorelementes dar;
7 illustriert die Einbettung eines faseroptischen Sensorelementes in ein Matrixmaterial eines biometrischen Lenkrades;
8 illustriert die Einbettung eines faseroptischen Sensorelementes in eine Oberfläche eines biometrischen Lenkrades;
9 veranschaulicht eine Unterteilung eines Lenkradkranzes eines biometrischen Lenkrades in Segmente;
10 veranschaulicht eine Unterteilung der Segmente in mehrere Erfassungszonen;
11 illustriert das Messprinzip, auf dem das faseroptische Sensorelement basiert;
12 zeigt ein mit dem faseroptischen Sensorelement gemessenes Phonokardiogramm;
13 zeigt ein mit dem faseroptischen Sensorelement gemessenes Herzschlagsignal;
14 zeigt eine Analyse der Herztöne auf Basis des Herzschlagsignals aus 13; und
15 illustriert einen mit dem faseroptischen Sensorelement gemessenen Verlauf des Druckverhaltens am Lenkrad.

Further features of the present invention will become apparent from the following description and the appended claims in conjunction with the figures.

1 schematically shows a system for detecting bio signals of an operator of a means of transportation;
2nd shows schematically a first embodiment of an evaluation unit, which for use in the system 1 suitable is;
3rd shows schematically a second embodiment of an evaluation unit, which is for use in the system 1 suitable is;
4th schematically shows a method for evaluating signals from an optical sensor of a biometric steering wheel;
5 schematically represents a motor vehicle in which a system according to the invention is implemented;
6 schematically represents the structure of a fiber optic sensor element;
7 illustrates the embedding of a fiber optic sensor element in a matrix material of a biometric steering wheel;
8th illustrates the embedding of a fiber optic sensor element in a surface of a biometric steering wheel;
9 illustrates a division of a steering wheel rim of a biometric steering wheel into segments;
10th illustrates a division of the segments into several detection zones;
11 illustrates the measuring principle on which the fiber optic sensor element is based;
12th shows a phonocardiogram measured with the fiber optic sensor element;
13 shows a heartbeat signal measured with the fiber optic sensor element;
14 shows an analysis of the heart sounds based on the heartbeat signal 13 ; and
15 illustrates a course of the pressure behavior on the steering wheel measured with the fiber optic sensor element.

Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.To better understand the principles of the present invention, embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. It is understood that the invention is not limited to these embodiments and that the described features can also be combined or modified without leaving the scope of the invention as defined in the appended claims.

1 zeigt schematisch ein System zum Erfassen von Biosignalen eines Bedieners eines Fortbewegungsmittels. Das System umfasst ein biometrisches Lenkrad 1 für das Fortbewegungsmittel. Das biometrische Lenkrad 1 weist zumindest ein optisches Sensorelement 2 auf. Das System umfasst zudem eine Auswerteeinheit 20 zum Auswerten von Signalen S des zumindest einen optischen Sensorelementes 2. Das System ist eingerichtet, auf Grundlage der Signale S des zumindest einen optischen Sensorelementes 2 Biosignale eines Bedieners des Fortbewegungsmittels zu ermitteln. Aus den Biosignalen des Fahrers ermittelt die Auswerteeinheit 20 Informationen zum Zustand des Bedieners, z.B. zu zumindest einem der folgenden Merkmale: Temperatur, Zittern der Hände, Herzschlag, Kraftverhalten, Druckverhalten, Blutdruck, Zusammensetzung des Handschweißes. Zudem kann die Auswerteeinheit 20 eingerichtet sein, weitere Daten zu empfangen, z.B. Informationen zur Verkehrssituation V, zum Fahrverhalten F oder zu den Wetterumständen W. Auf Basis der verfügbaren Informationen kann die Auswerteeinheit 20 eine Zustandsanalyse durchführen, z.B. eine Kardioanalyse, eine Bestimmung einer Stimmungslage oder eine psychophysische Zustandsüberwachung. Von der Auswerteeinheit 20 ermittelte Ergebnisse können dem Fahrer über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (nicht dargestellt) mitgeteilt werden. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit 20 insbesondere im Falle von Gefahrensituationen Sicherheitsmanöver einleitet. 1 shows schematically a system for detecting bio signals of an operator of a means of transportation. The system includes a biometric steering wheel 1 for the means of transportation. The biometric steering wheel 1 has at least one optical sensor element 2nd on. The system also includes an evaluation unit 20th for evaluating signals S of the at least one optical sensor element 2nd . The system is set up based on the signals S of the at least one optical sensor element 2nd To determine bio signals of an operator of the means of transportation. The evaluation unit determines the driver's bio signals 20th Information on the condition of the operator, for example on at least one of the following features: temperature, trembling of the hands, heartbeat, strength behavior, pressure behavior, blood pressure, composition of hand perspiration. The evaluation unit can also 20th be set up to receive further data, for example information about the traffic situation V , on driving behavior F or the weather conditions W . Based on the available information, the evaluation unit can 20th carry out a condition analysis, e.g. a cardio analysis, a determination of a mood or a psychophysical condition monitoring. From the evaluation unit 20th determined results can be communicated to the driver via a human-machine interface (not shown). It can also be provided that the evaluation unit 20th initiates safety maneuvers especially in the event of dangerous situations.

2 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Auswerteeinheit 20, die zur Verwendung im System aus 1 geeignet ist. Die Auswerteeinheit 20 hat einen Eingang 21 zum Empfangen von Signalen S eines biometrischen Lenkrades eines Fortbewegungsmittels. Zudem können optional über den Eingang 21 Informationen zur Verkehrssituation V, zum Fahrverhalten F oder zu den Wetterumständen W empfangen werden. Die Auswerteeinheit 20 hat zudem eine Auswerte-Logik 22 zum Ermitteln von Biosignalen eines Bedieners des Fortbewegungsmittels auf Grundlage der empfangenen Signale S. Eine Analyseeinheit 23 dient zum Ermitteln von Informationen zum Zustand des Bedieners aus den Biosignalen. Die Analyseeinheit 23 kann dabei Informationen zu zumindest einem der folgenden Merkmale ermitteln: Temperatur, Zittern der Hände, Herzschlag, Kraftverhalten, Druckverhalten, Blutdruck, Zusammensetzung des Handschweißes. Weiterhin kann die Analyseeinheit 23 auf Basis der Biosignale sowie der weiteren verfügbaren Informationen eine Zustandsanalyse vornehmen, z.B. eine Kardioanalyse, eine Bestimmung einer Stimmungslage oder eine psychophysische Zustandsüberwachung. Eine Steuerungseinheit 24 ermöglicht es, den Bediener mittels einer Benutzerschnittstelle 28 über die von der Analyseeinheit 23 ermittelten Ergebnisse zu informieren. Zudem kann die Steuerungseinheit 24 eingerichtet sein, im Falle von Notsituationen Sicherheitsmanöver einzuleiten. Zu diesem Zweck kann die Steuerungseinheit 24 entsprechende Steuerbefehle über einen Ausgang 27 der Vorrichtung 20 ausgeben. 2nd shows schematically a first embodiment of an evaluation unit 20th that are made for use in the system 1 suitable is. The evaluation unit 20th has an entrance 21 for receiving signals S a biometric steering wheel of a means of transportation. You can also optionally use the entrance 21 Information about the traffic situation V , on driving behavior F or the weather conditions W be received. The evaluation unit 20th also has an evaluation logic 22 for determining bio signals of an operator of the means of transportation on the basis of the received signals S . An analysis unit 23 is used to determine information on the state of the operator from the bio signals. The analysis unit 23 can determine information on at least one of the following characteristics: temperature, hand tremors, heartbeat, strength behavior, pressure behavior, blood pressure, composition of hand perspiration. Furthermore, the analysis unit 23 Conduct a condition analysis based on the biosignals and the other available information, for example a cardio analysis, a determination of a mood or a psychophysical condition monitoring. A control unit 24th enables the operator through a user interface 28 about that from the analysis unit 23 inform the determined results. In addition, the control unit 24th be set up to initiate safety maneuvers in the event of an emergency. For this purpose, the control unit 24th corresponding control commands via an output 27 the device 20th output.

Die Auswerte-Logik 22, die Analyseeinheit 23 und die Steuerungseinheit 24 können von einer Kontrolleinheit 25 gesteuert werden. Über die Benutzerschnittstelle 28 können gegebenenfalls Einstellungen der Auswerte-Logik 22, der Analyseeinheit 23, der Steuerungseinheit 24 oder der Kontrolleinheit 25 geändert werden. Die in der Vorrichtung 20 anfallenden Daten können bei Bedarf in einem Speicher 26 der Vorrichtung 20 abgelegt werden, beispielsweise für eine spätere Auswertung oder für eine Nutzung durch die Komponenten der Vorrichtung 20. Die Auswerte-Logik 22, die Analyseeinheit 23, die Steuerungseinheit 24 sowie die Kontrolleinheit 25 können als dedizierte Hardware realisiert sein, beispielsweise als integrierte Schaltungen. Natürlich können sie aber auch teilweise oder vollständig kombiniert oder als Software implementiert werden, die auf einem geeigneten Prozessor läuft, beispielsweise auf einer GPU oder einer CPU. Der Eingang 21 und der Ausgang 27 können als getrennte Schnittstellen oder als eine kombinierte bidirektionale Schnittstelle implementiert sein.The evaluation logic 22 , the analysis unit 23 and the control unit 24th can from a control unit 25th to be controlled. Via the user interface 28 can, if necessary, make settings for the evaluation logic 22 , the analysis unit 23 , the Control unit 24th or the control unit 25th be changed. The one in the device 20th Data can be saved in a memory if necessary 26 the device 20th are stored, for example for later evaluation or for use by the components of the device 20th . The evaluation logic 22 , the analysis unit 23 , the control unit 24th as well as the control unit 25th can be implemented as dedicated hardware, for example as integrated circuits. Of course, they can also be partially or completely combined or implemented as software that runs on a suitable processor, for example on a GPU or a CPU. The entrance 21 and the exit 27 can be implemented as separate interfaces or as a combined bidirectional interface.

3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Auswerteeinheit 30, die zur Verwendung im System aus 1 geeignet ist. Die Auswerteeinheit 30 weist einen Prozessor 32 und einen Speicher 31 auf. Beispielsweise handelt es sich bei der Auswerteeinheit 30 um einen Computer oder ein Steuergerät. Im Speicher 31 sind Instruktionen abgelegt, die die Auswerteeinheit 30 bei Ausführung durch den Prozessor 32 veranlassen, die Schritte gemäß dem weiter unten beschriebenen Verfahren auszuführen. Die im Speicher 31 abgelegten Instruktionen verkörpern somit ein durch den Prozessor 32 ausführbares Programm, welches das beschriebene Verfahren realisiert. Die Auswerteeinheit 30 hat einen Eingang 33 zum Empfangen von Informationen, insbesondere von Signalen des optischen Sensorelementes des biometrischen Lenkrades. Vom Prozessor 32 generierte Daten werden über einen Ausgang 34 bereitgestellt. Darüber hinaus können sie im Speicher 31 abgelegt werden. Der Eingang 33 und der Ausgang 34 können zu einer bidirektionalen Schnittstelle zusammengefasst sein. 3rd shows schematically a second embodiment of an evaluation unit 30th that are made for use in the system 1 suitable is. The evaluation unit 30th has a processor 32 and a memory 31 on. For example, the evaluation unit 30th a computer or a control unit. In the storage room 31 instructions are stored that the evaluation unit 30th when executed by the processor 32 Get the steps to follow the procedure below. The one in memory 31 stored instructions thus embody one by the processor 32 executable program that implements the described method. The evaluation unit 30th has an entrance 33 for receiving information, in particular signals from the optical sensor element of the biometric steering wheel. From the processor 32 generated data is sent via an output 34 provided. They can also be in memory 31 be filed. The entrance 33 and the exit 34 can be combined into a bidirectional interface.

Der Prozessor 32 kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten umfassen, beispielsweise Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren oder Kombinationen daraus.The processor 32 can comprise one or more processor units, for example microprocessors, digital signal processors or combinations thereof.

Die Speicher 26, 31 der beschriebenen Ausführungsformen können sowohl volatile als auch nichtvolatile Speicherbereiche aufweisen und unterschiedlichste Speichergeräte und Speichermedien umfassen, beispielsweise Festplatten, optische Speichermedien oder Halbleiterspeicher.The stores 26 , 31 of the described embodiments can have both volatile and nonvolatile memory areas and can include a wide variety of storage devices and storage media, for example hard disks, optical storage media or semiconductor memories.

4 zeigt schematisch ein Verfahren zum Auswerten von Signalen eines optischen Sensors eines biometrischen Lenkrades. In einem ersten Schritt 40 werden Signale eines biometrischen Lenkrades eines Fortbewegungsmittels empfangen. Aus den empfangenen Signalen werden Biosignale eines Bedieners des Fortbewegungsmittels ermittelt 41. Auf Basis der Biosignale werden anschließend Informationen zum Zustand des Bedieners ermittelt 42. Dabei können Informationen zu zumindest einem der folgenden Merkmale ermittelt werden: Temperatur, Zittern der Hände, Herzschlag, Kraftverhalten, Druckverhalten, Blutdruck, Zusammensetzung des Handschweißes. Optional können weitere Daten empfangen werden 43, z.B. Informationen zur Verkehrssituation, zum Fahrverhalten oder zu den Wetterumständen. Auf Basis der verfügbaren Informationen kann eine Zustandsanalyse durchgeführt werden 44, z.B. eine Kardioanalyse, eine Bestimmung einer Stimmungslage oder eine psychophysische Zustandsüberwachung. Ergebnisse der Zustandsanalyse oder die Informationen zum Zustand können daraufhin an den Bediener ausgegeben werden 45. Alternativ oder zusätzlich können im Falle von Notsituationen Sicherheitsmanöver eingeleitet werden 46. 4th shows schematically a method for evaluating signals from an optical sensor of a biometric steering wheel. In a first step 40 signals from a biometric steering wheel of a means of transportation are received. Bio signals of an operator of the means of transportation are determined from the received signals 41 . Information on the condition of the operator is then determined on the basis of the biosignals 42 . Information on at least one of the following features can be determined: temperature, trembling of the hands, heartbeat, strength behavior, pressure behavior, blood pressure, composition of hand perspiration. Additional data can optionally be received 43 , eg information about the traffic situation, driving behavior or weather conditions. A condition analysis can be carried out based on the available information 44 , eg a cardio analysis, a determination of a mood or a psychophysical condition monitoring. Results of the condition analysis or the information about the condition can then be output to the operator 45 . Alternatively or additionally, safety maneuvers can be initiated in the event of emergency situations 46 .

5 stellt schematisch ein Fortbewegungsmittel 50 dar, in dem ein erfindungsgemäßes System realisiert ist. In diesem Beispiel handelt es sich beim Fortbewegungsmittel 50 um ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist ein biometrisches Lenkrad 1 sowie eine Auswerteeinheit 20 zum Auswerten von Signalen eines optischen Sensorelementes des biometrischen Lenkrades 1 auf. Aus den Biosignalen des Fahrers ermittelt die Auswerteeinheit 20 Informationen zu zumindest einem der folgenden Merkmale: Temperatur, Zittern der Hände, Herzschlag, Kraftverhalten, Druckverhalten, Blutdruck, Zusammensetzung des Handschweißes. Weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs sind eine Umgebungssensorik 51, z.B. eine Kamera oder ein Radarsensor zur Umfeldüberwachung, ein Regen- oder Nebelsensor, etc., sowie Steuergeräte 52, die Informationen zum Fahrverhalten liefern können, z.B. zum Lenkwinkel, zur Stellung des Gaspedals oder zur Betätigung der Bremse. Auf Basis der verfügbaren Informationen kann die Auswerteeinheit 20 eine Kardioanalyse, eine Bestimmung einer Stimmungslage oder eine psychophysische Zustandsüberwachung vornehmen. Von der Auswerteeinheit 20 ermittelte Ergebnisse können dem Fahrer über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 53 mitgeteilt werden. Zudem kann vorgesehen sein, dass insbesondere im Falle von Gefahrensituationen Sicherheitsmanöver eingeleitet werden. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit 20 entsprechende Anweisungen an Assistenzsysteme 54 des Kraftfahrzeugs übermitteln. Mittels einer Datenübertragungseinheit 55 kann zudem eine Verbindung zu einem Dienstanbieter aufgebaut werden, beispielsweise zum Übermitteln der am Fahrer gemessenen Daten für eine medizinische Auswertung. Zur Speicherung von Daten ist ein Speicher 56 vorhanden. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 50 erfolgt über ein Netzwerk 57. 5 schematically represents a means of transportation 50 represents in which a system according to the invention is implemented. In this example it is the means of transportation 50 a motor vehicle. The motor vehicle has a biometric steering wheel 1 and an evaluation unit 20th for evaluating signals from an optical sensor element of the biometric steering wheel 1 on. The evaluation unit determines the driver's bio signals 20th Information on at least one of the following characteristics: temperature, hand tremors, heartbeat, strength behavior, pressure behavior, blood pressure, composition of hand perspiration. Other components of the motor vehicle are an environmental sensor system 51 , for example a camera or a radar sensor for environmental monitoring, a rain or fog sensor, etc., as well as control units 52 that can provide information on driving behavior, e.g. on the steering angle, the position of the accelerator pedal or the actuation of the brake. Based on the available information, the evaluation unit can 20th perform cardio analysis, mood determination, or psychophysical condition monitoring. From the evaluation unit 20th Results can be determined for the driver via a human-machine interface 53 be communicated. In addition, it can be provided that safety maneuvers are initiated, in particular in the event of dangerous situations. For this purpose, the evaluation unit 20th corresponding instructions to assistance systems 54 transmit the motor vehicle. By means of a data transmission unit 55 a connection to a service provider can also be established, for example for transmitting the data measured on the driver for a medical evaluation. There is a memory for storing data 56 available. The exchange of data between the various components of the motor vehicle 50 takes place over a network 57 .

Weitere Details der Erfindung sollen nachfolgend anhand von 6 bis 15 erläutert werden. Further details of the invention are described below with reference to 6 to 15 are explained.

6 stellt schematisch den Aufbau eines faseroptischen Sensorelementes 2 dar. Dieses hat im Kern einen Lichtwellenleiter 3, z.B. eine Monomodefaser mit einem Durchmesser von 4 µm bis 10 µm. Die Monomodefaser ist von einem Mantel 4 („Cladding“) umschlossen, der beispielsweise einen Durchmesser von 125 µm hat. Auf dem Mantel 4 ist eine Beschichtung 5 („Coating“) aufgebracht, die als mechanischer Schutz für den Mantel 4 dient. Das Coating kann einen Durchmesser von ca. 250 µm haben. In 6 hat das faseroptische Sensorelement 2 einen kreisförmigen Querschnitt. Es kann alternativ auch einen viereckigen Querschnitt aufweisen. Für die Anfertigung des faseroptischen Sensorelementes 2 stehen unterschiedliche Materialen zur Verfügung, z.B. Glas oder Glasmischungen, Quarz, Elastomere oder Thermoplaste. 6 represents the structure of a fiber optic sensor element 2nd At its core, this has an optical waveguide 3rd , for example a single mode fiber with a diameter of 4 µm to 10 µm. The monomode fiber is from a coat 4th ("Cladding"), which has a diameter of 125 µm, for example. On the coat 4th is a coating 5 ("Coating") applied as mechanical protection for the coat 4th serves. The coating can have a diameter of approx. 250 µm. In 6 has the fiber optic sensor element 2nd a circular cross section. Alternatively, it can also have a square cross section. For the production of the fiber optic sensor element 2nd different materials are available, e.g. glass or glass mixtures, quartz, elastomers or thermoplastics.

7 illustriert die Einbettung eines faseroptischen Sensorelementes 2 in ein Matrixmaterial 16 eines biometrischen Lenkrades. Dargestellt ist eine Schnittdarstellung eines Lenkradkranzes. Das Matrixmaterial 16 ist mit einer Tragstruktur 7 des Lenkradkranzes verklebt. Das faseroptische Sensorelement 2 ist in das Matrixmaterial 16 eingelassen und wird von diesem fixiert und geschützt. Das Matrixmaterial 16 ist dabei vorzugsweise ein aufschäumbares Material, z.B. ein Polyurethan. Der Verlauf der Faser kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Faser mäanderförmig oder im Zick-Zack angeordnet werden. Ebenso kann eine ringförmige oder eine spiralförmige Verlegung erfolgen. Nach außen hin wird der Lenkradkranz von einem Verkleidungsmaterial 17 abgeschlossen, beispielsweise einer Lederummantelung. 7 illustrates the embedding of a fiber optic sensor element 2nd into a matrix material 16 a biometric steering wheel. A sectional view of a steering wheel rim is shown. The matrix material 16 is with a support structure 7 of the steering wheel rim glued. The fiber optic sensor element 2nd is in the matrix material 16 embedded and is fixed and protected by this. The matrix material 16 is preferably a foamable material, for example a polyurethane. The course of the fiber can be carried out in different ways. For example, the fiber can be arranged in a meandering shape or zigzag. Ring-shaped or spiral-shaped laying can also be carried out. To the outside, the steering wheel rim is covered with a covering material 17th completed, for example a leather covering.

8 illustriert die Einbettung eines faseroptischen Sensorelementes 2 in eine Oberfläche eines biometrischen Lenkrades. Der grundsätzliche Aufbau des Lenkrades entspricht dem in 7. Allerdings ist das faseroptische Sensorelement 2 hier nicht in das Matrixmaterial 16 eingelassen. Stattdessen ist das faseroptische Sensorelement 2 direkt an der Oberfläche des Lenkrades platziert, d.h. in das Verkleidungsmaterial 17 eingebettet. Auf diese Weise kommt es unmittelbar mit dem Handschweiß in Berührung, wodurch eine Analyse des Handschweißes ermöglicht wird. Dazu weist das faseroptische Sensorelement 2 eine geeignete Ummantelung auf, die dies ermöglicht. 8th illustrates the embedding of a fiber optic sensor element 2nd into a surface of a biometric steering wheel. The basic structure of the steering wheel corresponds to that in 7 . However, the fiber optic sensor element 2nd not in the matrix material here 16 let in. Instead, the fiber optic sensor element 2nd placed directly on the surface of the steering wheel, ie in the cladding material 17th embedded. In this way, it comes into direct contact with hand sweat, which enables analysis of hand sweat. For this purpose, the fiber optic sensor element 2nd a suitable casing that makes this possible.

9 veranschaulicht eine Unterteilung eines Lenkradkranzes 6 eines biometrischen Lenkrades 1 in Segmente 10, 11, 12, 13, angedeutet durch die gestrichelten Linien. Die Unterteilung basiert dabei auf den typischen Berührungszonen eines Lenkrades 1 und ist zumindest teilweise durch die Lage der Lenkradspeichen 8 vorgegeben. Jedes Segment 10, 11, 12, 13 weist mindestens ein optisches Sensorelement 2 auf, was in der Figur schematisch angedeutet ist. Die Unterteilung in Segmente10, 11, 12, 13 ermöglicht es, getrennt für beide Hände des Bedieners eine Erfassung der Biosignale vorzunehmen. 9 illustrates a subdivision of a steering wheel rim 6 a biometric steering wheel 1 in segments 10th , 11 , 12th , 13 , indicated by the dashed lines. The subdivision is based on the typical contact zones of a steering wheel 1 and is at least partially due to the location of the steering wheel spokes 8th given. Every segment 10th , 11 , 12th , 13 has at least one optical sensor element 2nd on what is indicated schematically in the figure. The division into segments 10th , 11 , 12th , 13 enables the bio signals to be recorded separately for both hands of the operator.

10 veranschaulicht eine Unterteilung der Segmente in mehrere Erfassungszonen 14, 15. Dargestellt ist ein senkrechter Schnitt durch den Lenkradkranz 6. Die Tragstruktur 7 ist vom Matrixmaterial 16 umschlossen. Nach außen hin wird das Matrixmaterial 16 vom Verkleidungsmaterial 17 abgeschlossen. Jede Erfassungszone 14, 15 weist mindestens ein optisches Sensorelement 2 auf, was in der Figur schematisch angedeutet ist. Im Beispiel sind zwei Erfassungszonen 14, 15 realisiert, angedeutet durch die gestrichelten Linien. Die erste Erfassungszone 14 befindet sich auf der dem Bediener zugewandten Seite des Lenkrades 1, die zweite Erfassungszone 15 hingegen auf der dem Bediener abgewandten Seite. Diese Unterteilung ermöglicht es, z.B. das Ziehverhalten des Bedieners am Lenkrad 1 zu ermitteln. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Erfassungszonen 14, 15 realisiert werden. 10th illustrates a division of the segments into several detection zones 14 , 15 . A vertical section through the steering wheel rim is shown 6 . The supporting structure 7 is from the matrix material 16 enclosed. To the outside, the matrix material 16 of the cladding material 17th completed. Every detection zone 14 , 15 has at least one optical sensor element 2nd on what is indicated schematically in the figure. In the example there are two detection zones 14 , 15 realized, indicated by the dashed lines. The first detection zone 14 is located on the side of the steering wheel facing the operator 1 , the second detection zone 15 however, on the side facing away from the operator. This subdivision enables, for example, the operator's pulling behavior on the steering wheel 1 to determine. Of course, more than two detection zones can also be used 14 , 15 will be realized.

11 illustriert beispielhaft das Messprinzip, auf dem das faseroptische Sensorelement 2 basiert. Grundlage für die Messungen ist die faseroptische Interferometrie, für die ein vollständig mittels Faseroptik realisiertes Michelson-Interferometer genutzt wird. Strahlteilung und Strahlkombination werden dabei durch einen faseroptischen 3x3 Single-Mode-Koppler 60 realisiert. Der mittlere Arm des Kopplers 60 ist mit einer Lichtquelle 61 verbunden, z.B. einer VCSEL-Diode (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser; oberflächenemittierender Laser mit vertikaler Kavität), die eine Wellenlänge von 1310 nm abgibt. Diese Laserdiode wird mit einem Gleichstrom von 3 mA betrieben, der von einem Profiltreiber 62 geliefert wird. Die Strahlung läuft durch den Koppler 60 und teilt sich auf drei Ausgangs-Arme auf, den Sensorarm 63, den Referenzarm 64 und den inaktiven mittleren Arm 65. Die Funktion des Sensorarms 63 und des Referenzarms 64 ist identisch. Der Faseraufbau besteht aus 9 µm Kern, 125 µm Cladding und 250 µm Coating. 11 exemplifies the measuring principle on which the fiber optic sensor element 2nd based. The basis for the measurements is fiber-optic interferometry, for which a Michelson interferometer completely implemented using fiber optics is used. Beam splitting and beam combination are made possible by a fiber-optic 3x3 single-mode coupler 60 realized. The middle arm of the coupler 60 is with a light source 61 connected, for example a VCSEL diode (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser; surface-emitting laser with a vertical cavity), which emits a wavelength of 1310 nm. This laser diode is operated with a direct current of 3 mA by a profile driver 62 is delivered. The radiation passes through the coupler 60 and is divided into three output arms, the sensor arm 63 , the reference arm 64 and the inactive middle arm 65 . The function of the sensor arm 63 and the reference arm 64 is equal. The fiber structure consists of 9 µm core, 125 µm cladding and 250 µm coating.

Der optische Strahl reflektiert an den Faserenden und läuft durch den Faserkoppler 60 wieder zurück, interferiert dabei und wird in zwei Eingangsarme 66 aufgespalten, wo eine Detektion mittels zweier Photodioden 67 erfolgt. Durch einen optischen Isolator 69 wird dabei eine Rückkopplung mit der Lichtquelle 61 vermieden. Die Signale der Photodioden 67 tragen nun die Information über z.B. Herzschlag, Druck oder Ereignisse, die an einem mit dem faseroptischen Sensorelement 2 ausgerüsteten Lenkrad verursacht werden. Die Signale werden jeweils mit einem Low-Noise-Transimpedanzverstärker 68 angehoben und anschließend in digitalisierter Form der Auswerteeinheit 20 zugeführt.The optical beam reflects at the fiber ends and passes through the fiber coupler 60 back again, interfering and is in two input arms 66 split where detection by means of two photodiodes 67 he follows. Through an optical isolator 69 there is a feedback with the light source 61 avoided. The signals from the photodiodes 67 now carry information about, for example, heartbeat, pressure or events that occur on the fiber optic sensor element 2nd equipped steering wheel. The signals are each using a low-noise transimpedance amplifier 68 raised and then in digitized form of the evaluation unit 20th fed.

12 zeigt ein mit dem faseroptischen Sensorelement gemessenes Phonokardiogramm. Zu sehen ist eine akustische ungefilterte Signalaufnahme des Herzschlagverlaufs über eine Messzeit von ca. 10 s, während die Hand des Bedieners das Lenkrad hält. Auf Basis des Phonokardiogramms kann eine Kardioanalyse durchgeführt werden. Analysiert werden kann das Phonokardiogramm unter anderem in Hinblick auf die Frequenz bzw. Anzeichen von Tachykardie (Herzrasen), Bradykardie (verlangsamter Herzschlag) oder Infarkt. 12th shows a phonocardiogram measured with the fiber optic sensor element. You can see an acoustic, unfiltered signal recording of the heartbeat curve over a measuring time of approx. 10 s while the operator's hand is holding the steering wheel. A cardio analysis can be carried out on the basis of the phonocardiogram. The phonocardiogram can be analyzed with regard to the frequency or signs of tachycardia (rapid heartbeat), bradycardia (slow heartbeat) or infarction.

13 zeigt ein mit dem faseroptischen Sensorelement gemessenes Herzschlagsignal. Das Signal wurde dabei einer Filterung unterzogen. Für diese Messung hält der Fahrer das Lenkrad mit beiden Händen oder mit einer Hand. Nach ca. 5 s liefert der Sensor Information über den Puls (85 Schläge/min) und die Herzfrequenz (1,4 Hz). 13 shows a heartbeat signal measured with the fiber optic sensor element. The signal was subjected to filtering. For this measurement, the driver holds the steering wheel with both hands or with one hand. After approx. 5 s the sensor provides information about the pulse ( 85 Beats / min) and the heart rate (1.4 Hz).

14 zeigt eine Analyse der Herztöne auf Basis des Herzschlagsignals aus 13. Das Herzschlagsignal kann genutzt werden, um den einzelnen Herzschlag genauer zu analysieren, d.h. eine Kardioanalyse durchzuführen. Es ist ersichtlich, dass zwei Herztöne (S1 und S2) oder Herzgeräusche auffällig sind, die als normal bzw. anomal klassifiziert werden können. Schwach zu erkennen sind zwei weitere Herztöne (S3 und S4), die weitere Informationen über den Herzzustand des Fahrers liefern können. Auf Grundlage der Kardioanalyse kann beispielsweise ein Vorhofflimmern erkannt werden. 14 shows an analysis of the heart sounds based on the heartbeat signal 13 . The heartbeat signal can be used to analyze the individual heartbeat more precisely, ie to carry out a cardio analysis. It can be seen that two heart sounds ( S1 and S2 ) or heart murmurs that can be classified as normal or abnormal. Two other heart sounds are poorly recognizable ( S3 and S4 ), which can provide further information about the driver's heart condition. For example, atrial fibrillation can be detected based on the cardio analysis.

15 illustriert einen mit dem faseroptischen Sensorelement gemessenen Verlauf des Druckverhaltens am Lenkrad. Das Druckverhalten bewirkt eine Ausdehnung des Sensorelementes, die dann in eine Kraft umgerechnet werden kann. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Fahrer das Lenkrad zunächst fester hält (erste 1,5 s). Im Anschluss verringert sich die Kraft, mit der der Fahrer das Lenkrad hält. Durch die in das Lenkrad integrierte Sensorik können derartige Änderungen fortlaufend erfasst werden und die aktuellen Fahrdaten entsprechend bewertet werden. Wenn z.B. der Druck am Lenkrad sinkt, kann daraus ein Rückschluss auf Müdigkeit oder Konzentrationsschwäche des Fahrers gezogen werden. Wenn hingegen der Druck dynamisch steigt, kann dies ein Anzeichen für Stress sein. 15 illustrates a course of the pressure behavior on the steering wheel measured with the fiber optic sensor element. The pressure behavior causes the sensor element to expand, which can then be converted into a force. It can be clearly seen that the driver initially holds the steering wheel more firmly (first 1.5 s). The force with which the driver holds the steering wheel then decreases. Such changes can be continuously recorded by the sensors integrated in the steering wheel and the current driving data can be evaluated accordingly. If, for example, the pressure on the steering wheel drops, a conclusion can be drawn as to whether the driver is tired or unable to concentrate. Conversely, if the pressure rises dynamically, this can be a sign of stress.

Zusätzlich kann aus dem Druckverhalten auch ein Zittern der Hände detektiert werden. Dabei kann insbesondere festgestellt werden, welche Hand zittert, welche Frequenz oder Amplitude das Zittern aufweist, welche Art des Zitterns vorliegt sowie wie die Dauer des Zitterns ist. Bei der Frequenz des Zitterns kann unterschieden werden zwischen niederfrequentem Tremor (≤4 Hz), mittelfrequentem Tremor (4-7 Hz) und hochfrequentem Tremor (7-15 Hz). Bei der Amplitude kann eine Unterteilung in feinschlägigen, mittelschlägigen und grobschlägigen Tremor erfolgen.In addition, a tremor in the hands can also be detected from the pressure behavior. In particular, it can be determined which hand is trembling, which frequency or amplitude the tremor has, what type of tremor is present and what the duration of the tremor is. The frequency of the tremor can be differentiated between low-frequency tremor (≤4 Hz), medium-frequency tremor (4-7 Hz) and high-frequency tremor (7-15 Hz). The amplitude can be divided into fine, medium and coarse tremors.

Mit Hilfe von faseroptischen Sensorelementen ist zudem eine Analyse der Hautfeuchtigkeit durch Bestimmung des Hautleitwertes sowie eine Untersuchung des Handschweißes möglich. Dabei können insbesondere die Elektrolytkonzentration (Na⁺, K⁺, Ca₂ ⁺, Cl^-) und der pH-Wert bestimmt werden. Zudem sind Messungen in Bezug auf Glukose, Lactat und Stoffwechselparameter möglich. Für diese Messungen können beispielsweise auf Fluoreszenz basierende Messverfahren genutzt. Ebenso ist es möglich, die optische Faser so zu präparieren, dass entlang der Länge des Sensors kleine Spalte eingearbeitet werden. In die Spalte können die zu messenden Ionen eindringen und dort gelagert werden. Durch ihre Anwesenheit ändern sich Charakteristika des interferometrischen Signals, die ihrerseits gemessen werden können.With the help of fiber-optic sensor elements, it is also possible to analyze skin moisture by determining skin conductance and to examine hand perspiration. In particular, the electrolyte concentration (Na ⁺ , K ⁺ , Ca ₂ ⁺ , Cl ^- ) and the pH value can be determined. In addition, measurements regarding glucose, lactate and metabolic parameters are possible. For these measurements, for example, measurement methods based on fluorescence can be used. It is also possible to prepare the optical fiber so that small gaps are worked in along the length of the sensor. The ions to be measured can penetrate into the column and be stored there. Their presence changes the characteristics of the interferometric signal, which in turn can be measured.

BezugszeichenlisteReference list

11: Lenkradsteering wheel
22nd: Optisches SensorelementOptical sensor element
33rd: Lichtwellenleiteroptical fiber
44th: Mantelcoat
55: BeschichtungCoating
66: LenkradkranzSteering wheel rim
77: TragstrukturSupport structure
88th: LenkradspeicheSteering wheel spoke
10, 11, 12, 1310, 11, 12, 13: Segmentsegment
14, 1514, 15: ErfassungszoneDetection zone
1616: MatrixmaterialMatrix material
1717th: VerkleidungsmaterialCladding material
2020th: AuswerteeinheitEvaluation unit
2121: Eingangentrance
2222: Auswerte-LogikEvaluation logic
2323: AnalyseeinheitAnalysis unit
2424th: SteuerungseinheitControl unit
2525th: KontrolleinheitControl unit
2626: SpeicherStorage
2727: Ausgangexit
2828: BenutzerschnittstelleUser interface
3030th: AuswerteeinheitEvaluation unit
31 31: SpeicherStorage
3232: Prozessorprocessor
3333: Eingangentrance
3434: Ausgangexit
4040: Empfangen von Signalen eines biometrischen LenkradesReceiving signals from a biometric steering wheel
4141: Ermitteln von Biosignalen eines BedienersDetecting operator bio signals
4242: Ermitteln von Informationen zum Zustand des BedienersIdentify operator health information
4343: Empfangen weiterer DatenReceive more data
4444: Durchführen einer ZustandsanalysePerform a condition analysis
4545: Ausgeben von InformationenOutput information
4646: Einleiten eines SicherheitsmanöversInitiating a security maneuver
5050: KraftfahrzeugMotor vehicle
5151: UmgebungssensorikEnvironmental sensors
5252: SteuergerätControl unit
5353: Mensch-Maschine-SchnittstelleHuman-machine interface
5454: AssistenzsystemAssistance system
5555: DatenübertragungseinheitData transmission unit
5656: SpeicherStorage
5757: Netzwerknetwork
6060: KopplerCoupler
6161: LichtquelleLight source
6262: ProfiltreiberProfile drivers
6363: SensorarmSensor arm
6464: ReferenzarmReference arm
6565: Inaktiver ArmInactive arm
6666: EingangsarmInput arm
6767: PhotodiodePhotodiode
6868: TransimpedanzverstärkerTransimpedance amplifier
6969: Optischer IsolatorOptical isolator
FF: Informationen zum FahrverhaltenInformation about driving behavior
SS: Signalsignal
S1, S2, S3, S4S1, S2, S3, S4: HerztonHeart sound
VV: Informationen zur VerkehrssituationInformation about the traffic situation
WW: Informationen zu den WetterumständenInformation about the weather conditions

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102012109624 A1 [0003]
DE 10126224 A1 [0004]
DE 102009044662 A1 [0005]

Claims

System for detecting bio signals from an operator of a means of transportation (50), comprising a biometric steering wheel (1) for the means of transportation (50), the biometric steering wheel (1) having at least one optical sensor element (2), and an evaluation unit (20) for Evaluation of signals (S) of the at least one optical sensor element (2), characterized in that the system is set up to determine biosignals from an operator of the means of transportation (50) on the basis of the signals (S) of the at least one optical sensor element (2).

System according to Claim 1 , wherein the at least one optical sensor element (2) is a fiber optic sensor element.

System according to Claim 2 , wherein the fiber optic sensor element has at least one single-mode fiber.

System according to Claim 2 or 3rd , wherein the fiber optic sensor element is based on optical interferometry.

System according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (20) is set up to detect a change in at least one optical property of the at least one optical sensor element (2) caused by a force.

System according to one of the preceding claims, wherein the biometric steering wheel (1) is divided into segments (10, 11, 12, 13), each segment (10, 11, 12, 13) having at least one optical sensor element (2).

System according to Claim 6 Each segment (10, 11, 12, 13) is divided into a plurality of detection zones (14, 15) over the cross section of the steering wheel rim (3), each detection zone (14, 15) having at least one optical sensor element (2).

System according to one of the preceding claims, wherein the at least one optical sensor element (2) is embedded in a matrix material (16) of the biometric steering wheel (1) or is integrated in a cladding material (17) of the biometric steering wheel (1).

System according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit (20) is set up to determine information on at least one of the following features from the operator's bio signals: temperature, trembling of the hands, heartbeat, strength behavior, pressure behavior, blood pressure, composition of hand perspiration.

System according to Claim 9 The evaluation unit (20) is set up to carry out a cardio analysis, a determination of a mood or a psychophysical condition monitoring based on the determined information.

Means of transportation (50), characterized in that the means of transportation (50) is a system according to one of the Claims 1 to 10th for detecting biosignals from an operator of the means of transportation (50).