DE102023205608A1 - Computer-implemented method for machine learning of a seat setting that is ergonomically adapted to a user, computer-implemented method, computer program and control device for setting at least one property of at least one intelligent material of a seat for a seat setting that is ergonomically adapted to a user and seat - Google Patents
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Abstract
Computerimplementiertes Verfahren zum maschinellen Lernen einer an einen Nutzer ergonomisch angepassten Einstellung eines Sitzes (1), der Sitz umfassend wenigstens einen intelligenten Werkstoff (2), wobei mittels wenigstens eines Steuergeräts (3) wenigstens eine Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes (2) einstellbar ist, und wenigstens eine Sitzfläche und eine Rückenlehne, das Verfahren umfassend die Schritte: Erhalten von belegungsrelevanten Daten des Nutzers (T1); Bereitstellen von Metadaten betreffend eine ergonomische Sitzhaltung des Nutzers (T2); Prozessieren der belegungsrelevanten Daten und der Metadaten mit einem Algorithmus aus dem Bereich des maschinellen Lernens, wobei der Algorithmus durch Verknüpfung der belegungsrelevanten Daten und der Metadaten nach mehreren Prozessgängen die ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes (1) und die hierzu erforderlichen Signale für das Steuergerät (3) lernt (T3); Ausgeben der Signale für das Steuergerät (3) (T4).Computer-implemented method for machine learning an ergonomically adapted setting of a seat (1) for a user, the seat comprising at least one intelligent material (2), wherein at least one property of the intelligent material (2) can be adjusted by means of at least one control device (3), and at least one seat surface and a backrest, the method comprising the steps of: obtaining occupancy-relevant data of the user (T1); providing metadata relating to an ergonomic sitting posture of the user (T2); processing the occupancy-relevant data and the metadata with an algorithm from the field of machine learning, wherein the algorithm learns the ergonomically adapted setting of the seat (1) and the signals required for this for the control device (3) after several process steps by linking the occupancy-relevant data and the metadata (T3); outputting the signals for the control device (3) (T4).
Description
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zum maschinellen Lernen einer an einen Nutzer ergonomisch angepassten Einstellung eines Sitzes. Ferner betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren, ein Computerprogramm und ein Steuergerät zum Einstellen wenigstens einer Eigenschaft wenigstens eines intelligenten Werkstoffes eines Sitzes für eine an einen Nutzer ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes. Außerdem betrifft die Erfindung einen Sitz.The invention relates to a computer-implemented method for machine learning of a seat setting that is ergonomically adapted to a user. The invention also relates to a computer-implemented method, a computer program and a control device for setting at least one property of at least one intelligent material of a seat for a seat setting that is ergonomically adapted to a user. The invention also relates to a seat.
Die im Folgenden eingeführten Begriffe behalten ihre jeweilige Bedeutung für den gesamten Gegenstand der Erfindung.The terms introduced below retain their respective meaning for the entire subject matter of the invention.
Das lange Sitzen in Fahrzeugen ist oft unangenehm. In Fahrzeugen wie beispielsweise Flugzeug sind individuelle Pausen zum Verlassen der Sitzposition nur stark eingeschränkt oder gar nicht möglich. Erschwerend kommt hinzu, dass zum Beispiel bei Dienstwagen oder beim Car-Sharing die Benutzer der Fahrzeuge stark fluktuieren. Aus der Sichtweise des Benutzers unterliegt der eigene Körper einer starken Veränderung bedingt durch die eingebauten vordefinierten Sitze. Verschiedene Körperformen, Gewicht und Größen der Menschen, körperliche Erkrankungen oder Beeinträchtigungen, Rückenformen und weitere menschliche Eigenschaften variieren sehr stark und verlangen daher beispielsweise eine individuell angepasste Härte der Sitzfläche, Lordosenstütze, Nackenstütze und Ähnlichem.Sitting in vehicles for long periods of time is often uncomfortable. In vehicles such as airplanes, individual breaks to leave the seat are very limited or not possible at all. What makes things even more difficult is that the number of vehicle users fluctuates considerably, for example in company cars or car sharing. From the user's perspective, their own body is subject to significant changes due to the predefined seats installed. Different body shapes, people's weights and sizes, physical illnesses or impairments, back shapes and other human characteristics vary greatly and therefore require, for example, individually adjusted seat hardness, lumbar support, neck support and the like.
Die
Die
Aufgabe der Erfindung war es, wie eine Sitzeinstellung automatisiert an einen Nutzer angepasst werden kann, um eine ergonomische Haltung des Nutzers auf dem Sitz zu erreichen.The object of the invention was to find out how a seat setting can be automatically adjusted to a user in order to achieve an ergonomic posture of the user on the seat.
Die Gegenstände des unabhängigen und der nebengeordneten Ansprüche lösen jeweils diese Aufgabe. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Definitionen, den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The subject matter of the independent and the subordinate claims each solves this problem. Further advantageous embodiments of the invention emerge from the definitions, the subclaims, the figures and the description of preferred embodiments.
Nach einem Aspekt stellt die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren bereit zum maschinellen Lernen einer an einen Nutzer ergonomisch angepassten Einstellung eines Sitzes. Dieses Verfahren entspricht einem Trainingsverfahren des Algorithmus aus dem Bereich des maschinellen Lernens. Maschinelles Lernen betrifft das Lösen von Aufgaben aus gelernten Datenmustern, ohne das ein spezieller Lösungsalgorithmus hierfür prozedural oder objektorientiert programmiert werden muss. Der Sitz kann ein Fahrzeugsitz, beispielsweise ein Fahrzeugsitz eines Passagierfahrzeuges, beispielsweise PKW, Bus, Shuttle, Flugzeug, Schiff, Bahn, oder eines Nutzfahrzeuges, beispielsweise LKW, oder ein Sitz für eine nicht mobile Anwendung, bei der ein längeres Sitzen auf dem Sitz gegeben ist, beispielsweise ein Kinositz, sein. Ergonomisch bezieht sich auf eine Einstellung des Sitzes zur Erhöhung der Effizienz, beispielsweise gute Rundumsicht beim Führen von oder in Fahrzeugen, und/oder Vermeidung von Haltungs- und Bewegungsschäden, beispielsweise hinsichtlich Rückenmuskeln, Wirbelsäule, Bandscheiben, Becken und/oder Durchblutung des Körpers. Um den Körper langfristig nicht zu schädigen, ist beispielsweise die korrekte Haltung beim Autofahren wichtig. Der Nutzer kann beispielsweise ein Fahrzeugführer oder Passagier sein.According to one aspect, the invention provides a computer-implemented method for machine learning a seat setting that is ergonomically adapted to a user. This method corresponds to a training method of the algorithm from the field of machine learning. Machine learning relates to solving tasks from learned data patterns without a special solution algorithm having to be programmed procedurally or object-oriented for this purpose. The seat can be a vehicle seat, for example a vehicle seat of a passenger vehicle, for example a car, bus, shuttle, aircraft, ship, train, or a commercial vehicle, for example a truck, or a seat for a non-mobile application in which the seat is sat on for a longer period of time, for example a cinema seat. Ergonomic refers to an adjustment of the seat to increase efficiency, for example good all-round visibility when driving or in vehicles, and/or avoiding posture and movement damage, for example with regard to back muscles, spine, intervertebral discs, pelvis and/or blood circulation in the body. In order not to damage the body in the long term, correct posture when driving is important, for example. The user can, for example, be a vehicle driver or passenger.
Der Sitz umfasst wenigstens einen intelligenten Werkstoff, wobei mittels wenigstens eines Steuergeräts wenigstens eine Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes einstellbar ist. Ferner umfasst der Sitz wenigstens eine Sitzfläche und eine Rückenlehne. Intelligente Werkstoffe umfassen Werkstoffe dazu, deren Eigenschaften durch aktive Steuerung, zum Beispiel über eine elektrische Spannung, auf eine Weise beeinflusst werden können. Ein intelligenter Werkstoff ist beispielsweise ein Formgedächtnismaterial. Ein Formgedächtnismaterial ist ein Werkstoff, der nach einer Verformung in seiner inneren Struktur noch die Information der ursprünglichen Gestalt in sich trägt. Formgedächtnismaterialien umfassen Formgedächtnislegierungen, auch Memorymetalle genannt, beispielsweise Nickel-Titan oder Nickel-Titan-Kupfer, Formgedächtnispolymere und Formgedächtniskeramiken. Weitere Beispiele für intelligenter Werkstoffe sind piezoelektrische Materialien, optoelektronische Materialien, elektroaktive Polymere, magnetostriktive Materialien, intelligente anorganische Polymere, pH-sensitive Polymere, Temperatur responsive Polymere, Ferrofluide, photomechanische Materialien, dielektrische Elastomere, thermoelektrische Materialien und chemoresponsive Materialien. Nach einem Aspekt sind in einem Stoffüberzug des Sitzes intelligente Materialien integriert. Nach einem weiteren Aspekt sind intelligente Materialien in die Sitzfläche und/oder die Rückenlehne, nach einem weiteren Aspekt in weitere Sitzkomponenten, beispielsweise Kopf-/Nackenstütze, Lordosenstütze, Seitenwangen, integriert. Nach einem Aspekt ist eine einstellbare Eigenschaft des intelligenten Materials dessen Form, Volumen und/oder Härte. Die hier offenbarte Erfindung ermöglicht es damit unter anderem, den Stoffüberzug, die Sitzfläche, Rückenlehne, Kopf-/Nackenstütze, Lordosenstütze und/oder Seitenwangen eines Sitzes gezielt zu verhärten, aufzuweichen und/oder die jeweilige Form zu verändern.The seat comprises at least one intelligent material, wherein at least one property of the intelligent material can be adjusted by means of at least one control device. The seat also comprises at least one seat and a backrest. Intelligent materials include materials whose properties can be influenced in a way by active control, for example via an electrical voltage. An intelligent material is, for example, a shape memory material. A shape memory material is a material that, after deformation, still contains the information of the original shape in its internal structure. Shape memory materials include shape memory alloys, also called memory metals, for example nickel-titanium or nickel-titanium-copper, shape memory polymers and shape memory ceramics. Other examples of intelligent materials are piezoelectric materials, optoelectronic materials, electroactive polymers, magnetostrictive materials, intelligent inorganic polymers, pH-sensitive polymers, temperature-responsive polymers, ferrofluids, photomechanical materials, dielectric elastomers, thermoelectric materials and chemoresponsive materials. According to one aspect, intelligent materials are integrated into a fabric cover of the seat. According to another aspect, intelligent materials are integrated into the seat and/or the backrest, According to a further aspect, it is integrated into other seat components, for example head/neck support, lumbar support, side bolsters. According to one aspect, an adjustable property of the intelligent material is its shape, volume and/or hardness. The invention disclosed here thus makes it possible, among other things, to specifically harden, soften and/or change the respective shape of the fabric cover, the seat surface, backrest, head/neck support, lumbar support and/or side bolsters of a seat.
Ein Schritt des Verfahrens umfasst das Erhalten von belegungsrelevanten Daten des Nutzers für diesen Sitz. Die belegungsrelevanten Daten umfassen eine Größe des Nutzers, beispielsweise eine Körpergröße, eine Beinlänge und/oder eine Rückenlänge. Die Größe des Nutzers wird von wenigstens einem bildgebenden Sensor als Datenquelle erfasst oder aufgenommen. Der bildgebende Sensor ist beispielsweise eine Kamera. Nach einem Aspekt ist der bildgebende Sensor in dem Sitz integriert. Nach einem anderen Aspekt ist der bildgebende Sensor, beispielsweise eine Kamera, in dem Raum angeordnet, in dem der Sitz verwendet wird, zum Beispiel kann die Kamera bei einem Fahrzeugsitz als Innenraumkamera in einem Fahrzeuginnenraum angeordnet sein mit auf den Sitz ausrichtbaren Blickfeld.One step of the method includes obtaining occupancy-relevant data of the user for this seat. The occupancy-relevant data includes a size of the user, for example a height, a leg length and/or a back length. The size of the user is detected or recorded by at least one imaging sensor as a data source. The imaging sensor is, for example, a camera. According to one aspect, the imaging sensor is integrated in the seat. According to another aspect, the imaging sensor, for example a camera, is arranged in the space in which the seat is used; for example, in the case of a vehicle seat, the camera can be arranged as an interior camera in a vehicle interior with a field of view that can be aligned with the seat.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst das Bereitstellen von Metadaten betreffend eine ergonomische Sitzhaltung des Nutzers auf dem Sitz. Die Metadaten umfassend wenigstens einen Winkel zwischen Bein und Rücken des Nutzers in der ergonomischen Sitzhaltung. Die ergonomische Sitzhaltung kann neben der Form und Gestaltung des Sitzes auch eine Sitzhöhe und einen Abstand zu einem Anwendungsgegenstand betreffen, bei einem Fahrzeugsitz beispielsweise den Abstand zum Lenkrad und/oder zu einem Airbag. Beispielsweise ist man in der ergonomischen Sitzhaltung im Fahrzeugsitz nicht zu nah an einem Airbag, sodass bei einem Unfall keine unverhältnismäßig starken Schäden davontragen werden. Die jeweiligen Metadaten beziehen sich auf den jeweiligen Nutzer und den jeweiligen Sitz. Der Winkel zwischen Bein und Rücken ist beispielsweise so gewählt, dass eine nicht zu niedrige Sitzhöhe für diesen Nutzer auf diesem Sitz erreicht wird. Nach einem weiteren Aspekt umfassen die Metadaten Größe, Geschlecht, medizinische Informationen und weitere Nutzerdaten. Damit wird eine individuelle Einstellung verbessert.A further step of the method includes providing metadata relating to an ergonomic sitting position of the user on the seat. The metadata includes at least an angle between the leg and the back of the user in the ergonomic sitting position. In addition to the shape and design of the seat, the ergonomic sitting position can also relate to a seat height and a distance to an application object, for example the distance to the steering wheel and/or to an airbag in the case of a vehicle seat. For example, in the ergonomic sitting position in the vehicle seat, one is not too close to an airbag, so that no disproportionate damage is sustained in the event of an accident. The respective metadata relates to the respective user and the respective seat. The angle between the leg and the back is, for example, chosen so that a seat height that is not too low is achieved for this user on this seat. According to a further aspect, the metadata includes height, gender, medical information and other user data. This improves individual adjustment.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst das Prozessieren der belegungsrelevanten Daten und der Metadaten mit einem Algorithmus aus dem Bereich des maschinellen Lernens. Der Algorithmus lernt durch Verknüpfung der belegungsrelevanten Daten und der Metadaten nach mehreren Prozessgängen die ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes basierend auf den belegungsrelevanten Daten. Ferner lernt der Algorithmus die hierzu erforderlichen Signale für das Steuergerät zum Einstellen der Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes für die ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes. Damit wird der technische Zweck des Einstellens der ergonomischen Sitzhaltung unterstützt. Maschinelles Lernen wird durch Algorithmen, die in Softwarecodeabschnitte implementiert sind, realisiert. Eine quelloffene Plattform zum Programmieren von maschinellem Lernen ist beispielsweise TensorFlow geschrieben in den Programmiersprachen Python. Die Plattform ist beispielsweise eine Linux, macOS, Microsoft Windows, Android oder JavaScript Plattform. Nach mehreren Prozessgängen von belegungsrelevanten Daten mit den jeweils zugehörigen Metadaten können im Einsatzfall, das heißt nach dem Training, Belegungsdaten für einen Sitz hinsichtlich einer ergonomischen Sitzhaltung vorteilhafterweise bestimmt werden, ohne auf entsprechende Metadaten zurückgreifen zu müssen. Beispielsweise ist der Lernalgorithmus Gradienten basiert und die Prozessgänge umfassen Vorwärtsspeisungen und Rückwärtsspeisungen des Algorithmus im Konzept des überwachten Lernens. Das Steuergerät ist beispielsweise ein elektronisches Steuergerät. Das Signal ist beispielsweise ein Steuerungssignal, beispielsweise eine elektrische Spannung.A further step of the method involves processing the occupancy-relevant data and the metadata with an algorithm from the field of machine learning. By linking the occupancy-relevant data and the metadata, the algorithm learns the ergonomically adjusted setting of the seat based on the occupancy-relevant data after several process steps. The algorithm also learns the signals required for the control unit to adjust the properties of the intelligent material for the ergonomically adjusted setting of the seat. This supports the technical purpose of adjusting the ergonomic sitting posture. Machine learning is realized by algorithms that are implemented in software code sections. An open source platform for programming machine learning is, for example, TensorFlow written in the Python programming languages. The platform is, for example, a Linux, macOS, Microsoft Windows, Android or JavaScript platform. After several process steps of occupancy-relevant data with the associated metadata, occupancy data for a seat with regard to an ergonomic sitting posture can advantageously be determined in the application case, i.e. after training, without having to resort to corresponding metadata. For example, the learning algorithm is gradient-based and the process steps include forward feeds and backward feeds of the algorithm in the concept of supervised learning. The control unit is, for example, an electronic control unit. The signal is, for example, a control signal, for example an electrical voltage.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst das Ausgeben der Signale für das Steuergerät. Das Steuergerät ist beispielsweise ein elektronisches Steuergerät. Basierend auf den Signalen stellt das Steuergerät die wenigstens eine Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes ein, beispielsweise das Volumen des in eine Sitzfläche integrierten intelligenten Werkstoffes, um die Sitzhöhe für die ergonomische Sitzhaltung einzustellen.A further step of the method includes outputting the signals to the control unit. The control unit is, for example, an electronic control unit. Based on the signals, the control unit adjusts at least one property of the intelligent material, for example the volume of the intelligent material integrated into a seat surface, in order to adjust the seat height for the ergonomic sitting position.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine an die Fahrt- oder Flugdauer angepasste Sitzeinstellung gelernt, umfassend eine sich dauernd anpassende Sitzeinstellungen. Beispielsweise werden bei einem Nutzer nach gewisser Zeit mehr die linke- oder rechte Sitzmuskulatur beansprucht, manchmal fällt der Nutzer etwas tiefer in den Sitz, manchmal richtet sich der Nutzer eher gerade.Another aspect is that a seat setting is learned that is adapted to the length of the journey or flight, including a seat setting that is constantly adjusting. For example, after a certain time, the left or right seat muscles of a user are more stressed, sometimes the user falls a little deeper into the seat, sometimes the user sits up straighter.
Nach einem weiteren Aspekt ist die einstellbare Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes eine Form und/oder eine Härte des intelligenten Werkstoffes. Beispielsweise wird eine passgenaue Härte des Sitzes eingestellt für eine komfortable und auf den Nutzer individuell angepasst Sitzhaltung. Nach einem weiteren Aspekt umfassen die Metadaten, beispielsweise im Anwendungsbereich des Fahrzeugsitzes, Informationen zur Fahrweise und/oder Fahrmodus, beispielsweise Sport oder Komfort, um beispielsweise an die Fahrweise und/oder den Fahrmodus angepasste Sitzeinstellung zu erreichen mittels des intelligenten Werkstoffes. Beispielsweise wird gelernt, dass der intelligente Werkstoff, beispielsweise in der Sitzfläche integriert, bei einem Sport-Modus verhärten soll.According to a further aspect, the adjustable property of the intelligent material is a shape and/or a hardness of the intelligent material. For example, a precisely fitting hardness of the seat is set for a comfortable sitting position that is individually adapted to the user. According to a further aspect, the metadata, for example in the area of application of the vehicle seat, includes information on the driving style and/or driving mode, for example sport or comfort, in order to adapt the driving style and/or driving mode to achieve a seat adjustment adapted to the vehicle's needs using the intelligent material. For example, it learns that the intelligent material, integrated in the seat, for example, should harden in a sport mode.
Nach einem weiteren Aspekt umfassen die belegungsrelevanten Daten ein Gewicht des Nutzers. Das Gewicht wird von einem Gewichtssensor als Datenquelle erhalten. Nach einem Aspekt ist der Gewichtssensor, beispielsweise ein Drucksensor oder Dehnungsmessstreifen, in dem Sitz integriert. In Abhängigkeit des Gewichtes kann beispielsweise die Härte des intelligenten Werkstoffes angepasst werden.According to another aspect, the occupancy-relevant data includes the user's weight. The weight is obtained from a weight sensor as a data source. According to one aspect, the weight sensor, for example a pressure sensor or strain gauge, is integrated in the seat. Depending on the weight, the hardness of the intelligent material can be adjusted, for example.
Nach einem weiteren Aspekt umfassen die Metadaten eine Länge der Sitzfläche und/oder einen Blickwinkel des Nutzers. Die Länge der Sitzfläche ist ebenfalls wichtig für die ergonomische Sitzhaltung: Ist sie zu kurz, verspannen die Beine. Nach einem Aspekt ist entspricht die Länge der Sitzfläche der Länge der Oberschenkel des Nutzers. Nach einem weiteren Aspekt wird beispielsweise der Sitz derart eingestellt, dass kein Kontakt zwischen Sitz, beispielsweise Fahrzeugsitz, und Unterschenkel des Nutzers entsteht. Der Blickwinkel liegt bei einem Fahrzeugsitz beispielsweise in einem Wertebereich, in dem eine gute Rundumsicht auf den Straßenverkehr, Verkehrsteilnehmende und/oder auf Instrumente im Fahrzeugcockpit erreicht wird. Nach einem Aspekt sind in die Sitzfläche intelligente Werkstoffe integriert, mittels derer einstellbarer Formveränderung die Länge der Sitzfläche einstellbar ist. Nach einem Aspekt umfasst der Sitz eine Kopfstütze, in die intelligente Werkstoffe integriert sind, durch deren einstellbare Formveränderung die Höhe und/oder Neigung der Kopfstütze einstellbar ist, um einen vorgegebenen Blickwinkel für einen bestimmten Nutzer zu erhalten.According to a further aspect, the metadata includes a length of the seat and/or a viewing angle of the user. The length of the seat is also important for ergonomic sitting posture: if it is too short, the legs become tense. According to one aspect, the length of the seat corresponds to the length of the user's thighs. According to another aspect, for example, the seat is adjusted in such a way that there is no contact between the seat, for example the vehicle seat, and the user's lower leg. For a vehicle seat, for example, the viewing angle is in a range of values in which a good all-round view of the road traffic, road users and/or instruments in the vehicle cockpit is achieved. According to one aspect, intelligent materials are integrated into the seat, by means of which the length of the seat can be adjusted by means of an adjustable change in shape. According to one aspect, the seat comprises a headrest into which intelligent materials are integrated, by means of which the height and/or inclination of the headrest can be adjusted by means of an adjustable change in shape in order to obtain a predetermined viewing angle for a specific user.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Algorithmus ein künstlich neuronales Netzwerk. Das künstliche neuronale Netzwerk umfasst mehrere Schichten. Die Schichten umfassen vollständig verbundene und/oder konvolutionale Schichten. Ein künstlich neuronales Netzwerk ist eine Ansammlung von einzelnen Informationsverarbeitungseinheiten, Neuronen genannt, die schichtweise in einer Netzarchitektur angeordnet sind. Zu Beginn des Trainings hat jedes Neuron ein zufälliges Anfangsgewicht. In den einzelnen Prozessgängen, beispielsweise Vorwärts- und Rückwärtsspeisungen, lernt das künstliche neuronale Netzwerk, beispielsweise basierend auf der Methode der kleinsten Quadrate, der aus der Informationstheorie bekannten Kreuz-Entropie oder dem Gradientenabstiegsverfahren, zunehmend besser, Assoziationen zwischen den belegungsrelevanten Daten und den Metadaten herzustellen. In einem vollständig verbundenen Netzwerk ist jedes Neuron einer Schicht mit allen Neuronen der vorausgehenden Schicht verbunden. Jede Verbindung hat ihr eigenes Gewicht. Das künstliche neuronale Netzwerk umfasst alternativ oder zusätzlich konvolutionale Schichten. In einem konvolutionalen neuronalen Netzwerk, auch Faltungsnetzwerk genannt, wird ein Filter auf eine Schicht von Neuronen unabhängig von der Position mit den gleichen Gewichten angewendet. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden nach der Lernphase alle Gewichte als sogenannter Checkpoint gespeichert. Das künstliche neuronale Netzwerk kann dann jederzeit mit diesen optimierten Gewichten erneut gestartet werden, was insbesondere für die Einsatzphase vorteilhaft ist.According to a further aspect, the algorithm comprises an artificial neural network. The artificial neural network comprises several layers. The layers comprise fully connected and/or convolutional layers. An artificial neural network is a collection of individual information processing units, called neurons, which are arranged layer by layer in a network architecture. At the beginning of training, each neuron has a random initial weight. In the individual process steps, for example forward and backward feeds, the artificial neural network learns increasingly better, for example based on the least squares method, the cross-entropy known from information theory or the gradient descent method, to establish associations between the occupancy-relevant data and the metadata. In a fully connected network, each neuron in a layer is connected to all neurons in the preceding layer. Each connection has its own weight. The artificial neural network alternatively or additionally comprises convolutional layers. In a convolutional neural network, also called a convolutional network, a filter is applied to a layer of neurons with the same weights regardless of position. According to a further aspect of the invention, after the learning phase, all weights are saved as a so-called checkpoint. The artificial neural network can then be restarted at any time with these optimized weights, which is particularly advantageous for the deployment phase.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren bereit zum Einstellen wenigstens einer Eigenschaft wenigstens eines intelligenten Werkstoffes eines Sitzes für eine an einen Nutzer ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes. Dieses Verfahren entspricht einem Einsatzverfahren des Algorithmus aus dem Bereich des maschinellen Lernens.According to a further aspect, the invention provides a computer-implemented method for adjusting at least one property of at least one intelligent material of a seat for an adjustment of the seat that is ergonomically adapted to a user. This method corresponds to a method of using the algorithm from the field of machine learning.
Ein Schritt des Verfahrens umfasst das Aufnehmen von belegungsrelevanten Daten des Nutzers mittels wenigstens einem Sensor als Datenquelle. Der Sensor kann in dem Sitz integriert sein. Beispielsweise kann der Sensor ein Gewichtssensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Dehnungsmessstreifen, oder ein Bildgebungssensor, beispielsweise eine Kamera, sein. Der Bildgebungssensor kann an dem Sitz, beispielsweise an einer Kopfstütze, oder in oder an dem Anwendungsgegenstand angeordnet sein, beispielsweise in einem Innenraum eines Fahrzeuges, beispielsweise an einem Innenraumspiegel oder an einem Cockpitinstrument.One step of the method includes recording occupancy-relevant data of the user using at least one sensor as a data source. The sensor can be integrated in the seat. For example, the sensor can be a weight sensor, for example a pressure sensor or a strain gauge, or an imaging sensor, for example a camera. The imaging sensor can be arranged on the seat, for example on a headrest, or in or on the application object, for example in an interior of a vehicle, for example on an interior mirror or on a cockpit instrument.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst das Prozessieren der Daten mit einem Algorithmus aus dem Bereich des maschinellen Lernens, beispielsweise mit einem künstlichen neuronalen Netzwerk. Der Algorithmus ist nach dem voran beschriebenen Trainingsverfahren trainiert, die Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes für die ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes zu bestimmen. Die Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes ist beispielsweise dessen Volumen, Form und/oder Härte. A further step in the process involves processing the data with an algorithm from the field of machine learning, for example with an artificial neural network. The algorithm is trained according to the training process described above to determine the properties of the intelligent material for the ergonomically adapted adjustment of the seat. The properties of the intelligent material are, for example, its volume, shape and/or hardness.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst das Erhalten von Signalen zum Einstellen dieser Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes nach Ausführung des Algorithmus. Das heißt, der Algorithmus bestimmt auch die Signale, die erforderlich sind, um die jeweils bestimmte Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes einzustellen. Das Signal ist beispielsweise ein Steuerungssignal, beispielsweise eine elektrische Spannung.A further step of the method includes obtaining signals for adjusting this property of the intelligent material after executing the algorithm. This means that the algorithm also determines the signals that are required to adjust the particular property of the intelligent material. The signal is, for example, a control signal, for example an electrical voltage.
Ein weiterer Schritt des Verfahrens umfasst Bereitstellen der Signale an den intelligenten Werkstoff. Dieser wird durch die Signale aktiviert, beispielsweise seine Form zu verändern.A further step in the process involves providing the signals to the intelligent material. The material is activated by the signals, for example to change its shape.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Steuergerät bereit zum Einstellen wenigstens einer Eigenschaft wenigstens eines intelligenten Werkstoffes eines Sitzes für eine an einen Nutzer ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes. Das Steuergerät ist beispielsweise ein elektronisches Steuergerät. Nach einem Aspekt ist das Steuergerät in dem Sitz integriert.According to a further aspect, the invention provides a control device for adjusting at least one property of at least one intelligent material of a seat for an adjustment of the seat that is ergonomically adapted to a user. The control device is, for example, an electronic control device. According to one aspect, the control device is integrated in the seat.
Das Steuergerät umfasst wenigstens eine erste Schnittstelle, auch Dateneingangsschnittstelle genannt, zu wenigstens einem Sensor als Datenquelle, der belegungsrelevante Daten des Nutzers aufnimmt. Der Sensor ist beispielsweise ein Bildgebungssensor, beispielsweise eine Kamera, und/oder ein Gewichtssensor, beispielsweise ein Drucksensor oder ein Dehnungsmessstreifen.The control unit comprises at least one first interface, also called a data input interface, to at least one sensor as a data source that records occupancy-relevant data from the user. The sensor is, for example, an imaging sensor, such as a camera, and/or a weight sensor, such as a pressure sensor or a strain gauge.
Das Steuergerät umfasst eine Prozessoreinheit. Die Prozessoreinheit liest die Daten über die wenigstens erste Schnittstelle ein und prozessiert die Daten mit einem Algorithmus aus dem Bereich des maschinellen Lernens. Der Algorithmus ist nach dem vorangehend beschriebenen Trainingsverfahren, die Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes für die ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes zu bestimmen. Die Prozessoreinheit bestimmt dann Signale zum Einstellen dieser Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes.The control unit comprises a processor unit. The processor unit reads the data via at least the first interface and processes the data using an algorithm from the field of machine learning. The algorithm is to determine the property of the intelligent material for the ergonomically adapted adjustment of the seat according to the training method described above. The processor unit then determines signals for setting this property of the intelligent material.
Das Steuergerät umfasst wenigstens eine zweite Schnittstelle, auch Datenausgangsschnittstelle, zu dem wenigstens einen intelligenten Werkstoff, über die dem intelligenten Werkstoff die Signale bereitgestellt werden.The control unit comprises at least one second interface, also called a data output interface, to the at least one intelligent material, via which the signals are provided to the intelligent material.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogramm bereit zum Einstellen wenigstens einer Eigenschaft wenigstens eines intelligenten Werkstoffes eines Sitzes für eine an einen Nutzer ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes. Das Computerprogramm umfasst Programmbefehle, die einen Computer veranlassen, das voran beschriebene Einsatzverfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm von dem Computer ausgeführt oder geladen wird. Das Computerprogramm erfüllt einen technischen Zweck, wenn es auf dem Computer läuft, nämlich die Einstellung der ergonomisch angepassten Einstellung des Sitzes. Das Computerprogramm kann als interpretierbarer Code, der auf den Computer geladen wird, beispielsweise direkt in einen internen Speicher des Computers, oder als compilierter Code, der von dem Computer ausgeführt wird, bereitgestellt werden. Die Bereitstellung kann beispielsweise auf einem maschinenlesbaren Träger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist, oder über ein Datenträgersignal erfolgen. Die Programmbefehle können Maschinenbefehle, Quelltext oder Objektcodes sein, geschrieben in Assemblersprache, einer objektorientierten Programmiersprache, beispielsweise C++, oder in einer prozeduralen Programmiersprache, beispielsweise C. Nach einem Aspekt wird das Computerprogramm von dem voran beschriebenen Steuergerät ausgeführt. Beispielsweise ist das Computerprogramm in einem Arbeitsspeicher des Steuergeräts gespeichert. Nach einem weiteren Aspekt wird das Computerprogramm mittels eines Datenträgersignals dem Steuergerät bereitgestellt. Beispielsweise umfasst das Steuergerät eine Middleware, welche zwischen der Anwendung des Computerprogramms und der Anwendungssoftware des Steuergeräts vermittelt.According to a further aspect, the invention provides a computer program for setting at least one property of at least one intelligent material of a seat for an ergonomically adapted setting of the seat for a user. The computer program comprises program instructions that cause a computer to carry out the above-described method of use when the computer program is executed or loaded by the computer. The computer program serves a technical purpose when it runs on the computer, namely setting the ergonomically adapted setting of the seat. The computer program can be provided as interpretable code that is loaded onto the computer, for example directly into an internal memory of the computer, or as compiled code that is executed by the computer. The provision can be made, for example, on a machine-readable carrier on which the computer program is stored, or via a data carrier signal. The program instructions can be machine instructions, source text or object codes, written in assembly language, an object-oriented programming language, for example C++, or in a procedural programming language, for example C. According to one aspect, the computer program is executed by the control device described above. For example, the computer program is stored in a working memory of the control unit. According to a further aspect, the computer program is provided to the control unit by means of a data carrier signal. For example, the control unit comprises middleware which mediates between the application of the computer program and the application software of the control unit.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung einen Sitz bereit. Der Sitz umfasst eine Sitzfläche, eine Rückenlehne, wenigstens einen intelligenten Werkstoff, der in die Sitzfläche und/oder die Rückenlehne integriert ist, und einen Sensor, der belegungsrelevante Daten eines Nutzers des Sitzes aufnimmt. Ferner umfasst der Sitz ein Steuergerät wie voran beschrieben, das Signal übertragend mit dem Sensor und dem wenigstens einen intelligenten Werkstoff verbunden ist und wenigstens eine Eigenschaft des intelligenten Werkstoffes einstellt für eine an den Nutzer ergonomisch angepasste Einstellung des Sitzes. Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Sitz eine Kopf-/Nackenstütze, in die der intelligente Werkstoff integriert ist. Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Sitz eine Lordosenstütze, um eine ergonomische Haltung für die Wirbelsäule des sitzenden Nutzers zu unterstützen. Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Sitz Seitenwangen, in die der intelligente Werkstoff integriert ist und mittels denen der Sitz an verschieden breite Körper angepasst wird, wobei nach einem Aspekt die Seitenwangen in der ergonomischen Sitzhaltung nah an den Oberschenkeln des Nutzers sitzen. Der Sitz kann beispielsweise ein Sitz in einem Flugzeug oder ein Kinositz sein.According to a further aspect, the invention provides a seat. The seat comprises a seat surface, a backrest, at least one intelligent material that is integrated into the seat surface and/or the backrest, and a sensor that records occupancy-relevant data of a user of the seat. The seat also comprises a control device as described above, which is connected to the sensor and the at least one intelligent material in a signal-transmitting manner and sets at least one property of the intelligent material for an adjustment of the seat that is ergonomically adapted to the user. According to a further aspect, the seat comprises a head/neck support into which the intelligent material is integrated. According to a further aspect, the seat comprises a lumbar support to support an ergonomic posture for the spine of the seated user. According to a further aspect, the seat comprises side bolsters into which the intelligent material is integrated and by means of which the seat is adapted to bodies of different widths, wherein according to one aspect the side bolsters sit close to the user's thighs in the ergonomic sitting position. The seat can be, for example, a seat in an airplane or a cinema seat.
Nach einem Aspekt ist der Sitz ein Fahrzeugsitz, beispielsweise ein Sitz in einem PKW, LKW oder Shuttle. Nach einem weiteren Aspekt umfasst der Sitz elektrisch einstellbare Federn oder Motoren, mit denen zusätzlich Sitzbreite, Sitzhöhe, Lordosenstütze und/oder oder Nackenstütze, Sitzneigungswinkel und/oder Entfernung zum Lenkrad eingestellt werden können.In one aspect, the seat is a vehicle seat, for example a seat in a car, truck or shuttle. In another aspect, the seat includes electrically adjustable springs or motors that can additionally adjust seat width, seat height, lumbar support and/or neck support, seat tilt angle and/or distance to the steering wheel.
Die Erfindung wird anhand der in den folgenden Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Sitzes, -
2 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Steuergeräts, -
3 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Trainingsverfahrens und -
4 ein Ausführungsbeispiel eines hier offenbarten Einsatzverfahrens.
-
1 an embodiment of a seat disclosed here, -
2 an embodiment of a control device disclosed here, -
3 an embodiment of a training method disclosed here and -
4 an embodiment of an application method disclosed here.
Zur Einstellung der Formveränderung und damit auch der ergonomischen Sitzeinstellung umfasst der Sitz ein Steuergerät 3. Das Steuergerät 3 liest über eine erste Schnittstelle 5 Sitz belegungsrelevante Daten des Nutzers ein. Über die erste Schnittstelle 5 werden die Daten mittels eines Sensors 4 erfasst. Der Sensor 4 ist beispielsweise ein in den Sitz 1 integrierter Gewichtssensor. Der Sensor 4 kann auch ein Bildgebungssensor 4 sein, beispielsweise eine Kamera, siehe
Das Steuergerät 3, das
BezugszeichenReference symbols
- 11
- SitzSeat
- 22
- intelligenter Werkstoffintelligent material
- 33
- SteuergerätControl unit
- 44
- Sensorsensor
- 55
- erste Schnittstellefirst interface
- 66
- ProzessoreinheitProcessor unit
- 77
- zweite Schnittstellesecond interface
- T1-T4T1-T4
- VerfahrensschritteProcess steps
- E1-E4E1-E4
- VerfahrensschritteProcess steps
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102019004095 A1 [0004]DE 102019004095 A1 [0004]
- EP 3789250 B1 [0005]EP 3789250 B1 [0005]
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---|---|---|---|---|
DE102018211831A1 (en) | 2018-07-17 | 2019-12-05 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | A method for determining a seat adjustment of a seat of a motor vehicle, computer program product, server device, communication terminal and motor vehicle |
DE102019004095A1 (en) | 2019-06-08 | 2020-12-10 | Daimler Ag | Vehicle seat with artificial muscles for setting pneumatic bubbles for massage and a method for operating such a vehicle seat |
EP3789250B1 (en) | 2019-09-06 | 2021-08-04 | Hermann Schindler | Management system and method for identifying and bio-monitoring in vehicles |
-
2023
- 2023-06-15 DE DE102023205608.9A patent/DE102023205608A1/en active Pending
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