DE102019203994A1

DE102019203994A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019203994A1
Application number: DE102019203994.4A
Authority: DE
Inventors: Julian King; Florian Dauth
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug in Echtzeit, umfassend: eine Eingangsschnittstelle (2) zum Empfangen von Sensorwerten (5) eines Sensors (8) zum Messen von Inhaltsstoffen von extrakorporalen, vorzugsweise über die Atemluft oder die Haut eines Menschen emittierten, Spurengasen; eine Verarbeitungseinheit (3) zum Verarbeiten der Sensorwerte (5), die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus den Sensorwerten (5) einen Kinetoseindexwert (6) zu erzeugen, welcher für eine beginnende oder bestehende Kinetose charakteristisch ist, indem die Sensorwerte (5) mit einem vorher festgelegten Vergleichswert verglichen und basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, ob ein Kinetoseindexwert (6) erzeugt wird; eine Ausgangsschnittstelle (4) zum Ausgeben des erzeugten Kinetoseindexwerts (6) an eine Auswerteeinrichtung (9), um den Kinetoseindexwert (6) weiterzuverarbeiten. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein System (7), ein Fahrzeug (11) und entsprechende Verfahren sowie Computerprogrammprodukte.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug sowie ein System, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Erkennen von Kinetose im Fahrzeug.
Passagiere in Fahrzeugen empfinden oft ein Unwohlsein während der Fahrt, wenn die visuelle Wahrnehmung, die die Orientierung im Raum feststellt, von der vestibulären Wahrnehmung, die die Gravitation und die Beschleunigung feststellt, abweicht. Die visuelle Wahrnehmung erfolgt mit den Augen, die Wahrnehmung der Gravitation im Gleichgewichtsorgan vom Innenohr. Viele Menschen empfinden dieses Unwohlsein beim Lesen im Fahrzeug. Das Unwohlsein kann sich von mangelndem Komfort bis hin zu einer Kinetose, auch als „Motion Sickness“ bezeichnet, steigern. Die unterschiedlichen Ausprägungen können sich dadurch äußern, dass die betroffenen Menschen sehr bleich werden, die Körpertemperatur steigt, sie zu schwitzen beginnen, Übelkeit verspüren oder erbrechen. Die unterschiedlichen Reaktionen des Körpers wurden in vielen wissenschaftlichen Experimenten untersucht.
Insbesondere bei zunehmender Automatisierung des Fahrens hat der Fahrer immer weniger Kontrolle über das Fahrzeug. Er wird beim autonomen Fahren ebenfalls zum Passagier. Keiner der Passagiere muss seinen Blick auf die Straße richten. Beim autonomen Fahren kann davon ausgegangen werden, dass andere Tätigkeiten wie Lesen, Arbeiten oder Schlafen während der Fahrt erfolgen. Diese Tätigkeiten haben zur Folge, dass der Passagier die Umgebung nicht mehr ganzheitlich wahrnimmt. Er kann weder die aktuelle Bewegung des Fahrzeugs einschätzen noch zukünftige Bewegungen antizipieren. Das Auftreten von Kinetose oder Motion Sickness ist sehr individuell und hängt unter anderem vom Fahrstil, dem Fahrwerk sowie der Interaktion des Fahrzeugs mit den Passagieren ab. Kinetose ist auch deshalb ein wichtiger Aspekt, weil sie auf die Akzeptanz von autonomen Fahrzeugen großen Einfluss hat.
Im Stand der Technik werden deshalb unterschiedliche Maßnahmen entwickelt, die dazu beitragen sollen, die Kinetose von Passagieren in Fahrzeugen zu vermeiden.
Ein effektiver Einsatz dieser Maßnahmen kann jedoch nur dann erfolgen, wenn erkannt werden kann, dass bei einem Passagier im Fahrzeug eine beginnende oder zu erwartende Kinetose eintritt oder eine bestehende Kinetose weiter anhält. Die Erkennung der Kinetose erfolgt derzeit vornehmlich auf Basis von nicht-kontaktlosen physiologischen Messverfahren (z.B. Messung von Puls, Hautleitfähigkeit, EEG) im Fahrzeug, bei denen der Insasse entsprechend instrumentiert werden muss.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der eine Kinetose bei Menschen im Fahrzeug erkannt werden kann.
Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug in Echtzeit, umfassend:

eine Eingangsschnittstelle zum Empfangen von Sensorwerten eines Sensors zur Messung von über den Atem oder die Haut eines Menschen emittierten Spurengasen in Echtzeit;
eine Verarbeitungseinheit zum Verarbeiten der Sensorwerte, die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus den Sensorwerten einen Kinetoseindexwert zu erzeugen, welcher für eine beginnende oder bestehende Kinetose charakteristisch ist, indem die Sensorwerte mit einem vorher festgelegten Vergleichswert verglichen und basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, ob ein Kinetoseindexwert erzeugt wird;
eine Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben des erzeugten Kinetoseindexwerts an eine Auswerteeinrichtung, um den Kinetoseindexwert weiterzuverarbeiten.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug in Echtzeit, mit:

einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben;
einem oder mehreren Sensoren zur Messung von über den Atem oder die Haut eines Menschen emittierten Spurengasen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem System wie oben beschrieben, wobei der Sensor zur Messung von über den Atem oder die Haut eines Menschen emittierten Spurengasen im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechendes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung und das System sowie das Fahrzeug in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird davon ausgegangen, dass die menschliche Ausatemluft mehrere hundert volatile organische Substanzen, beispielsweise Spurengase, enthält, deren Konzentration normale und pathologische Stoffwechselvorgänge und physiologische Prozesse im Körper widerspiegeln. Gleiches gilt auch für Spurengase, die über die menschliche Haut abgegeben werden. Die vorliegende Erfindung macht sich hierbei den Fortschritt der entsprechenden chemischen Analysetechniken zunutze. Dabei wurde erkannt, dass Substanzen auch in kleinsten Konzentrationen im Bereich weniger ppm (parts per million) und sogar einiger ppb (parts per billion) sowie in Echtzeit gemessen und quantifiziert werden können. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass sich dieses Messsystem zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug in Echtzeit in einer Vorrichtung umsetzen lässt. Vorteilhaft ist es dabei, dass aus den extrakorporalen Körpergasen, also der Ausatemluft und den emittierten Körpergasen über die Haut, Inhaltsstoffe mittels eines Sensors gemessen werden können. Die ermittelten Sensorwerte der gemessenen Inhaltsstoffe können über eine Eingangsschnittstelle vorteilhaft der Vorrichtung zugeführt werden. Durch eine zyklische Abfrage und quasi ständige Kontrolle der Eingangsschnittstelle lässt sich eine Echtzeitmessung realisieren, sodass ein permanent erfolgendes Monitoring eines oder einer Gruppe von Menschen in einem Fahrzeug möglich wird.
Durch Vergleich der ermittelten Sensorwerte mit einem Vergleichswert kann ermittelt werden, ob ein Kinetoseindexwert erzeugt werden kann. Der Kinetoseindexwert beschreibt einen Grenzwert, an dem ein Mensch eine Kinetose verspürt oder erste Anzeichen davon, beispielsweise ein Unwohlsein. Der Kinetoseindexwert weist also auf eine beginnende Kinetose hin. Er kann allerdings auch dazu verwendet werden, eine erfolgte Kinetose zu bestätigen. Es sind mehrere Kinetoseindexwerte für unterschiedliche Ausprägungen einer Kinetose möglich, beispielsweise für leichtes Unwohlsein, für beginnendes Schwitzen, für starkes Schwitzen etc.
Der für den Vergleich mit den Sensorwerten genutzte Vergleichswert kann dabei im Vorhinein ermittelt und festgelegt werden. Die Vergleichswerte können beispielsweise aus empirischen Studien oder aus Erfahrungswerten gewonnen werden. Sie können auch frühere Sensorwerte sein, beispielsweise bei einem Relativvergleich. Es kann dann eine Verbesserung oder Verschlechterung der Schwere der Kinetose festgestellt werden.
Die erfindungsgemäße Ausgangsschnittstelle der Vorrichtung dient zum Ausgeben der erzeugten Kinetoseindexwerte an eine Auswerteeinrichtung. In dieser wird der Kinetoseindexwert weiterverarbeitet. Beispielsweise kann er dazu benutzt werden, um Steuerdaten zu erzeugen und an Komponenten des Fahrzeugs weiterzugeben. Die Steuerung kann beispielsweise eine Änderung der Fahrzeugdynamik oder eine geänderte Einstellung des Fahrwerks bewirken. Denkbar ist auch, dass mittels der Steuerungswerte die Temperatur im Fahrzeuginnenraum gesenkt wird oder ein Fenster geöffnet wird.
Durch das frühzeitige Erkennen einer beginnenden Kinetose aufgrund der Änderung von Inhaltsstoffen der extrakorporalen Körpergase oder Spurengase lässt sich eine beginnende Kinetose im Frühstadium ermitteln und es können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Auswirkungen der Kinetose zu lindern oder eine Kinetose zu verhindern und das Wohlbefinden der Passagiere in einem Fahrzeug deutlich zu steigern. Insbesondere bei autonomen Fahrzeugen führt das zu einer Erhöhung der Akzeptanz.
In einer bevorzugten Ausführungsform repräsentieren die Sensorwerte des Sensors einen Inhaltsstoff in dem (extrakorporalen) Körpergas, welches über die Atemluft oder über die Haut emittiert wurde. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer einsetzenden Kinetose diverse physiologische Reaktionen bei einer Vielzahl der Menschen auftreten. Diese physiologischen Reaktionen lassen sich in den emittierten Inhaltsstoffen der Körpergase nachweisen.
Vorteilhaft ist es deshalb, wenn die Sensorwerte mehrere Inhaltsstoffe der Körpergase umfassen und repräsentieren. Bevorzugt wird für jeden Inhaltsstoff ein spezifischer Vergleichswert zum Vergleichen herangezogen. Ebenso bevorzugt kann für jeden Inhaltsstoff ein spezifischer Kinetoseindexwert ermittelt werden. Auf diese Weise lässt sich das Erkennen einer beginnenden Kinetose weiter verbessern und die Genauigkeit der Vorrichtung weiter erhöhen. Beispielsweise könnte in der Auswerteeinrichtung erst dann ein Eingriff in das Fahrzeug erfolgen, wenn mehrere (wenigstens zwei oder drei) spezifische Kinetoseindexwerte vorliegen beziehungsweise einen bestimmten Wert überschreiten.
Vorteilhaft umfasst der Kinetoseindexwert nicht nur einen Wert, sondern eine Mehrzahl von Werten, die abgestuft sein können. Auf diese Weise lässt sich eine Aussage über die Schwere der zu erwartenden Kinetose machen oder unterscheiden, ob eine Kinetose erwartet wird, gerade begonnen hat oder schon länger andauert. In Abhängigkeit der unterschiedlichen Werte der Kinetoseindexwerte können dann unterschiedliche Maßnahmen von der Auswerteeinrichtung eingeleitet werden. Bei einer besonders schweren Kinetose kann beispielsweise das Fahrwerk beeinflusst, die Geschwindigkeit reduziert, die Fenster geöffnet, die Temperatur der Klimaanlage gesenkt und die Sitzposition verändert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Vergleichswert durch einen Sensorwert gebildet, der in einem ersten Messzyklus ermittelt wird. Der erste Messzyklus erfolgt, wenn die Annahme besteht, dass keine Kinetose bei dem Menschen vorliegt. Beispielsweise könnte der erste Messzyklus direkt nach Einschalten der Zündung in einem Fahrzeug erfolgen, wenn davon ausgegangen werden kann, dass keiner der Passagiere sich unwohl fühlt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System wenigstens einen Sensor zum Messen von Inhaltsstoffen von extrakorporalen Körpergasen. Bevorzugt werden mehrere Sensoren verwendet, etwa an unterschiedlichen Positionen. Beispielsweise ist es möglich, für jeden Inhaltsstoff einen eigenen Sensor einzusetzen. Allerdings sind auch Sensoren bekannt, die mehrere Inhaltsstoffe gleichzeitig messen. Möglich ist, dass die Auswertung der einzelnen Inhaltsstoffe und deren Unterscheidung bei der Messung der Atemluft oder Körpergase innerhalb der oben beschriebenen Vorrichtung erfolgen.
In einer bevorzugten Ausbildung des Systems ist der Sensor dazu ausgebildet und eingerichtet, ein Spurengas zu erfassen. Als Spurengas wird dabei ein Inhaltsstoff in dem Körpergas verstanden, dessen Konzentration im Bereich weniger Prozent oder im Subprozent-Bereich liegen. Üblicherweise ist die Konzentration von Spurengasen im Bereich weniger ppb (parts per billion).
Bevorzugt werden als Inhaltsstoffe beziehungsweise Spurengase Isopren, Aceton oder Methylacetat erfasst. Der Sensor gibt einen entsprechenden Sensorwert an die Eingangsschnittstelle der Vorrichtung aus. Es können auch für jeden Inhaltsstoff separate Sensorwerte ausgegeben werden oder Sensorwerte für alle Inhaltsstoffe gleichzeitig. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die durch eine einsetzende Kinetose hervorgerufenen physiologischen Reaktionen die Konzentration der Spurengase in den extrakorporalen Körpergasen, also der Ausatemluft oder der über die Haut emittierten Gase, verändern. Beispielsweise folgt durch einen Anstieg der Pulsrate und des muskulären Blutflusses ein Konzentrationsanstieg des Spurengases Isopren in der Ausatemluft. Änderungen der Ausatemfrequenz oder der Atemtiefe beeinflussen die ausgeatmeten Spurengase Aceton und Methylacetat. Auch eine Änderung der Körpertemperatur oder der Hauttemperatur kann zu Konzentrationsänderungen von emittierten Spurengasen führen.
In der Ausatemluft kommt das Spurengas Isopren in einer Konzentration von ca. 0,1 ppm vor, Aceton liegt im Bereich 0,5 bis 1 ppm. Methylacetat weist eine Konzentration im Bereich von 1 ppb (parts per billion) auf. Um derart geringe Konzentrationen und Änderungen der Konzentrationen von Spurengasen zu erfassen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen Sensor zu verwenden, der als Gasanalysesensor ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Sensor ein Spektrometer, insbesondere ein Massenspektrometer oder ein Gaschromatograph sein.
Vorzugsweise ist der Sensor dazu ausgebildet, die Inhaltsstoffe des extrakorporalen Körpergases kontaktlos zu messen. Auf diese Weise ist es möglich, ein Echtzeit-Spurengas-Sensoring für die Quantifizierung von Konzentrationsänderungen in den Spurengasen über einen längeren Zeitraum oder dauerhaft einzusetzen, um eine nicht-invasive kontaktlose Erkennung einer einsetzenden Kinetose zu verwenden. Auch ist es möglich, eine bestehende Kinetose zu beobachten. Dabei ist es möglich, die Kinetose bei einzelnen Insassen eines Fahrzeugs oder bei allen Insassen generell zu ermitteln. In der Regel ist es ausreichend, bei einem der Insassen eine einsetzende oder zu erwartende Kinetose zu erfassen. Schließlich soll der Komfort aller Insassen in einem Fahrzeug erhöht werden.
Vorteilhaft ist es, die Sensoren des Systems als substanzspezifische Sensoren auszubilden. Alternativ oder zusätzlich können ein oder der Sensor als nicht-spezifischer Sensor (sogenannte Sensor Arrays) ausgeführt sein, um auf Änderungen in der Gesamtzusammensetzung des zu analysierenden Gasvolumens zu reagieren. Die Konzentrationsänderungen können generell sowohl absolute als auch relative oder binäre Änderungen der Messwerte oder Sensorwerte im Vergleich zu einem Ausgangs- oder Nominalwert sein. Bei einer binären Änderung wird lediglich entschieden, ob ein Spurengas vorhanden, also messbar, ist oder nicht.
Im Rahmen der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sensoren in einem mundnahen und/oder hautnahen Bereich positioniert werden. Vorteilhafterweise ist der Sensor in einer Kopfstütze, einer Armlehne, einer Rückenlehne oder einem Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug angeordnet. Es ist auch möglich, den Sensor im Luftauslass des Fahrzeugs anzuordnen und hier die Messungen durchzuführen. Dabei wird die Gesamtkonzentration des im Fahrzeug vorhandenen Spurengases ermittelt. Es wird also eine sogenannte parallele Gruppenanalyse für alle Insassen eines Fahrzeugs gemeinsam durchgeführt.
Sollen einzelne Personen überwacht werden, ist die Anordnung in der Armlehne oder Rückenlehne vorteilhaft. Mit diesen Sensoren können auch emittierte Körpergase aus der Haut gemessen werden. Andere Orte in einem Fahrzeug zur Positionierung der Messsensoren sind ebenso denkbar. Beispielsweise könnte im Armaturenbrett, nahe der Scheiben, in den A-, B- oder C-Säulen des Fahrzeugs ebenfalls Sensoren angeordnet sein sowie im Dachhimmel eines Fahrzeugs.
Ebenso vorteilhaft ist es, Sensoren einzusetzen, deren Volumen möglichst gering sind. Vorteilhafterweise ist das Volumen des Sensors höchstens 2 cm³, sehr bevorzugt höchstens 1 cm³.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung des Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
3 die Darstellung eines Fahrzeugs mit einem System gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in Echtzeit mit einer Eingangsschnittstelle 2, einer Verarbeitungseinheit 3 und einer Ausgangsschnittstelle 4. Die Eingangsschnittstelle 2 ist ausgebildet zum Empfangen von Sensorwerten 5 eines Sensors zum Messen von Inhaltsstoffen von extrakorporalen Körpergasen des Menschen. Die Verarbeitungseinheit 3 ist ausgebildet und eingerichtet, um die Sensorwerte 5 zu verarbeiten. Aus den Sensorwerten 5 wird ein Kinetoseindexwert 6 erzeugt, der für eine beginnende oder bestehende Kinetose charakteristisch ist. Die Sensorwerte 5 werden dabei mit einem Vergleichswert, der vorher festgelegt ist, verglichen. Basierend auf dem Vergleich wird ermittelt, ob ein Kinetoseindexwert 6 erzeugt wird, weil der Vergleichswert überschritten oder um einen vorbestimmten Wert überschritten wird. Der Vergleichswert wird bevorzugt aus einem Sensorwert in einem ersten Messzyklus bestimmt. In dem ersten Messzyklus wird der Inhaltsstoff eines Körpergases des Menschen gemessen unter der Annahme, dass keine Kinetose bei dem Menschen vorliegt. Dies kann bei einer Messung im Fahrzeug beispielsweise dann geschehen, wenn die Zündung eingeschaltet oder der Motor gestartet wird. Der Vergleichswert kann in einem Zwischenspeicher abgelegt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Vergleichswert bei jedem längeren Ausschalten des Fahrzeugs oder einem längeren Abschalten des Motors neu zu ermitteln. Die Zeitdauer kann individuell festgelegt werden. In der Praxis haben sich Zeiten von größer 5 Minuten, bevorzugt größer 10 Minuten als praktikabel erwiesen.
Der Kinetoseindexwert 6 kann ein fester oder vorher festgelegter Wert sein. Es ist jedoch auch möglich, mehrere Kinetoseindexwerte 6 vorzusehen, beispielsweise wenn nicht nur digital zwischen vorhandener oder nicht vorhandener möglicher Kinetose unterschieden werden soll, sondern eine Einschätzung über den Grad der Kinetose erfolgen soll.
Der Kinetoseindexwert 6 wird über die Ausgangsschnittstelle 4 ausgegeben und an eine (in 2 dargestellte) Auswerteeinrichtung 9 weitergeleitet, in der auf Grundlage des Kinetosewerts weitere Maßnahmen ergriffen bzw. Steuersignale erzeugt werden können. Mittels der Steuersignale können Änderungen an Einstellungen eines Fahrzeugs vorgenommen werden, beispielsweise eine Änderung des Fahrwerks oder der Fahrdynamik. So kann eine Kinetose eines Menschen verhindert oder jedenfalls gelindert werden.
2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 7, das die Vorrichtung 1 sowie einen Sensor 8 zum Messen von Inhaltsstoffen von extrakorporalen Körpergasen des Menschen in Echtzeit umfasst. Zusätzlich ist in 2 eine Auswerteeinrichtung 9 gezeigt, an die der Kinetoseindexwert 6 von der Vorrichtung 1 übermittelt wird.
Der Sensor 8 zum Messen von Inhaltsstoffen von extrakorporalen Körpergasen des Menschen ist bevorzugt ein Gasanalysesensor 10, der insbesondere Spurengase mit einer Konzentration im Bereich weniger parts per million (ppm) erfassen kann. Die Spurengase werden in der Ausatemluft eines Menschen oder in den über die Haut ausgeschiedenen Körpergasen in Echtzeit analysiert. Vorzugsweise ist der Gasanalysesensor 10 dazu ausgebildet, Isopren, Aceton oder Methylacetat zu erfassen.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 11 mit einem System 7 gemäß 2, um Inhaltsstoffe, insbesondere Spurengase, von extrakorporalen Körpergasen eines Passagiers im Fahrzeuginnenraum 12 zu messen. Die Vorrichtung 1 als Teil des Systems 7 sowie die Auswerteeinrichtung 9 werden im Fahrzeug nicht sichtbar verbaut. Dies kann beispielsweise im Fahrzeuginnenraum 12 unter den Sitzen, hinter der Verkleidung oder dem Armaturenbrett oder außerhalb des Fahrzeuginnenraums 12 erfolgen. Ein oder mehrere Sensoren 8, die in der Regel als miniaturisierter Gasanalysesensor 10 ausgebildet sind, sind im Innenraum angeordnet. In 3 sind mehrere mögliche Positionen des Gasanalysesensors 10 gezeigt. Beispielsweise kann ein Gasanalysesensor 10 in einer Armlehne 13 des Fahrzeugs oder in einer Rückenlehne 14 im Fahrzeugsitz angeordnet sein. Mittels dieser Sensoren 8 lassen sich die über die Haut emittierten Spurengase messen. Ebenso ist es möglich, einen Gasanalysesensor 10 in einem Luftauslass 15 anzuordnen. Weitere mögliche Positionen für den Gasanalysesensor 10 sind das Armaturenbrett 16, der Rückspiegel 17, der Dachhimmel 18, die Kopfstütze 19 oder auch der Sicherheitsgurt oder eine der tragenden Säulen des Fahrzeugs 11.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, Spurengase wie Isopren, Aceton oder Methylacetat zu messen, da diese unabhängig von potentiellen Störeinflüssen durch zum Beispiel eine hohe Hintergrundkonzentration sind. Diese Spurengase werden weder beim Verbrennungsprozess im Motor erzeugt, noch werden sie typischerweise bei der Verwendung spezieller Innenraummaterialien verwendet. Es ist also als unwahrscheinlich einzustufen, dass diese Spurengase durch Ausdünstungen anderer Materialien oder durch das Vorkommen in anderen Materialien als den Körpergasen detektiert werden. Darüber hinaus werden diese Spurengase von allen Menschen endogen produziert und emittiert. Werden andere Indikatorsubstanzen verwendet, also andere Spurengase gemessen, hat es sich als sinnvoll und vorteilhaft gezeigt, die beiden genannten Aspekte (Vorhandensein in Körpergasen jedes Menschen sowie Nichtvorhandensein in Fahrzeugmaterialien und Verarbeitungsprozessen im Fahrzeug) bei der Auswahl der Substanzen zu berücksichtigen.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug 11, das das erfindungsgemäße System 7 umfasst, weist den Vorteil auf, dass durch die Verwendung mehrerer Sensoren 8 oder Gasanalysesensoren 10 nicht nur die Kinetose bei einzelnen Passagieren im Fahrzeug detektiert werden kann. Bei einer Positionierung der Sensoren 8 im Luftauslass 15 oder am Dachhimmel 18 lässt sich eine parallele Gruppenanalyse aller Insassen gemeinsam durchführen. Da die Analyse der Spurengase völlig kontaktfrei, kontinuierlich und in Echtzeit erfolgt, lässt sich ein dauerhaftes Monitoring realisieren. Aufgrund der frühzeitigen Diagnose lassen sich umgehend lindernde Gegenmaßnahmen im Fahrzeug einleiten, um das Aufkommen einer Kinetose zu lindern oder zu verhindern. Hierzu werden von der Auswerteeinrichtung 9 Steuerungssignale erzeugt, die auf einzelne Fahrzeugkomponenten steuernd Einfluss nehmen können, beispielsweise auf die Innenraumtemperatur. Auch ist es möglich, beispielsweise mittels einer elektrischen Sitzverstellung die Sitzposition der betroffenen Person zu verändern. Denkbar ist es auch, dass die Auswerteeinrichtung 9 ein Warnsignal, optisch oder akustisch, ausgibt, um beispielsweise den Fahrer auf eine mögliche Kinetose eines der Passagiere aufmerksam zu machen. Dieser kann dann manuell Gegenmaßnahmen ergreifen oder das Fahrzeug zum Stoppen bringen. Bei autonom fahrenden Fahrzeugen kann den Fahrzeugpassagieren optisch oder akustisch eine bevorstehende Kinetose signalisiert werden, um die automatisch eingeleiteten Veränderungen am Fahrzeug, beispielsweise Reduzieren der Geschwindigkeit oder Öffnen eines Fensters, zu erläutern.
In 4 sind schematisch einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt des Empfangens S10 werden Sensorwerte 5 eines Sensors 8 oder eines Gasanalysesensors 10 zum Messen von Inhaltsstoffen, insbesondere von Spurengasen, von extrakorporalen Körpergasen des Menschen in Echtzeit empfangen. In einem weiteren Schritt S12 des Verarbeitens erfolgt die Verarbeitung der empfangenen Sensorwerte 5. Hierbei werden in einem Schritt S14 die Sensorwerte 5 mit vorher festgelegten Vergleichswerten verglichen. In einem Schritt S16 wird basierend auf dem durchgeführten Vergleich aus Schritt S14 ermittelt beziehungsweise überprüft, ob ein Kinetoseindexwert 6 erzeugt wird. Dieser Kinetoseindexwert ist charakteristisch für eine beginnende oder aussagekräftig für eine bestehende Kinetose. Falls dies der Fall ist, wird in einem Schritt S18 des Erzeugens ein Kinetoseindexwert 6 basierend auf den Sensorwerten und auf dem durchgeführten Vergleich erzeugt. In einem Schritt S20 wird der erzeugte Kinetoseindexwert 6 an eine Auswerteeinrichtung 9 ausgegeben, in der der Kinetoseindexwert 6 weiterverarbeitet wird.
Wie oben beschrieben, können nicht nur spurengasspezifische Sensoren 8 bzw. Gasanalysesensoren 10 eingesetzt werden. Es ist auch möglich, sogenannte Sensorarrays zu verwenden. Hierunter werden Sensoren verstanden, die das gesamte Gasvolumen untersuchen und auf Änderungen in der Gesamtzusammensetzung des Gases reagieren. Beispielsweise kann bei mundnaher Positionierung eines Gasanalysesensors 10 eine Änderung in der Zusammensetzung des Ausatemgases eines Passagiers im Fahrzeug detektiert werden. Diese Detektion erfolgt ebenfalls in Echtzeit. Bei hautnaher Positionierung eines Gasanalysesensors 10 beispielsweise in der Armlehne kann ebenfalls die Gesamtzusammensetzung detektiert werden. Somit lassen sich mit den verwendeten Sensoren 8 Konzentrationsänderungen detektieren. Diese umfassen sowohl absolute als auch relative und binäre (Spurengas vorhanden oder nicht vorhanden) Änderungen der jeweiligen Sensorsignale im Vergleich zu einem Ausgangswert oder einem Nominalwert.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Eingangsschnittstelle
3: Verarbeitungseinheit
4: Ausgangsschnittstelle
5: Sensorwerte
6: Kinetoseindexwert
7: System
8: Sensor
9: Auswerteeinrichtung
10: Gasanalysesensor
11: Fahrzeug
12: Fahrzeuginnenraum
13: Armlehne
14: Rückenlehne
15: Luftauslass
16: Armaturenbrett
17: Rückspiegel
18: Dachhimmel
19: Kopfstütze

Claims

Vorrichtung zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug (11) in Echtzeit, umfassend: eine Eingangsschnittstelle (2) zum Empfangen von Sensorwerten (5) eines Sensors (8) zum Messen von über den Atem oder die Haut eines Menschen emittierten Spurengasen; eine Verarbeitungseinheit (3) zum Verarbeiten der Sensorwerte (5), die dazu ausgebildet und eingerichtet ist, aus den Sensorwerten (5) einen Kinetoseindexwert (6) zu erzeugen, welcher für eine beginnende oder bestehende Kinetose charakteristisch ist, indem die Sensorwerte (5) mit einem vorher festgelegten Vergleichswert verglichen und basierend auf dem Vergleich ermittelt wird, ob ein Kinetoseindexwert (6) erzeugt wird; eine Ausgangsschnittstelle (4) zum Ausgeben des erzeugten Kinetoseindexwerts (6) an eine Auswerteeinrichtung (9), um den Kinetoseindexwert (6) weiterzuverarbeiten .
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorwerte (5) einen Inhaltsstoff in dem Körpergas repräsentieren, welches über die Atemluft oder über die Haut emittiert wurde.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert ein Sensorwert (5) in einem ersten Messzyklus ist, wobei der erste Messzyklus erfolgt, wenn die Annahme besteht, dass keine Kinetose bei dem Menschen vorliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorwerte (5) mehrere Inhaltsstoffe der Körpergase umfassen und dass für jeden Inhaltsstoff ein spezifischer Vergleichswert zum Vergleichen herangezogen wird und bevorzugt für jeden Inhaltsstoff ein spezifischer Kinetoseindexwert (6) ermittelt wird.
System zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug (11) in Echtzeit, mit: einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; einem Sensor (8) zum Messen von Inhaltsstoffen von extrakorporalen Körpergasen des Menschen.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) dazu ausgebildet ist, um den Inhaltsstoff des extrakorporalen Körpergases kontaktlos zu messen.
System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) ein Gasanalysesensor (10), ein Spektrometer, insbesondere ein Massenspektrometer, oder ein Gaschromatograph ist.
System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, ein Spurengas zu erfassen, bevorzugt wenigstens einen der Inhaltsstoffe Isopren, Aceton oder Methylacetat zu erfassen und einen entsprechenden Sensorwert (5) an die Eingangsschnittstelle (2) der Vorrichtung (1) auszugeben.
Fahrzeug mit einem System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) zum Messen von über den Atem oder die Haut eines Menschen emittierten Spurengasen im Innenraum eines Fahrzeugs (11) angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einer Kopfstütze (19), einer Armlehne (13), einer Rückenlehne (14) oder einem Sicherheitsgurt oder einem Luftauslass (15) des Fahrzeugs angeordnet ist.
Verfahren zum Erkennen von Kinetose eines Menschen in einem Fahrzeug in Echtzeit, mit den folgenden Schritten: Empfangen von Sensorwerten (5) eines Sensors (8) zum Messen von über den Atem oder die Haut eines Menschen emittierten Spurengasen; Verarbeiten der Sensorwerte (5); Vergleichen der Sensorwerte (5) mit vorher festgelegten Vergleichswerten; Ermitteln basierend auf dem Vergleich, ob ein Kinetoseindexwert (6), welcher für eine beginnende oder bestehende Kinetose charakteristisch ist, erzeugt wird; falls dies der Fall ist, Erzeugen eines Kinetoseindexwerts (6) basierend auf den Sensorwerten (5); Ausgeben des erzeugten Kinetoseindexwerts (6) an eine Auswerteeinrichtung (9), um den Kinetoseindexwert (6) weiterzuverarbeiten.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach Anspruch 11, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.