ES2957315T3 - Sistema integrado de telemetría - Google Patents

Abstract

Se describe un sistema para la detección integrada/funcional de diferentes medidas. El sistema comprende una pieza (200) que puede llevar puesto el conductor de un vehículo; una pluralidad de sensores (101-106) integrados en la pieza portátil (200) y configurados para suministrar los siguientes parámetros del conductor: parámetros respiratorios, parámetros cardíacos, parámetros de transpiración y de la presión ejercida sobre la rueda motriz del vehículo; y un procesador (306) para procesar dichos parámetros del conductor y correlacionarlos con una condición psicofísica del conductor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema integrado de telemetría

Antecedentes técnicos de la invención

La presente invención se refiere al campo de la telemetría humana.

Estado de la técnica

La telemetría humana, en el contexto de competiciones deportivas, es una disciplina relativamente nueva, cultivada en el campo más general para medir de forma remota las magnitudes físicas con respecto a las actividades humanas. Particularmente, con referencia a la carreras de automóviles, se relaciona con la forma de adquirir, almacenar y transmitir de forma remota parámetros biomecánicos de un conductor, que pueden estar relacionados con su condición psicofísica, para obtener información útil sobre su comportamiento, diagnóstico y seguridad.

Katsis C. D. y col. in “Toward Emotion recognition in Car-Racing Drivers: biosignal Processing approach” , IEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics. Part A: Systems and Humans, IEEE Service Center, Piscataway, NJ, US, vol. 38, no. 3; 01/05/2008, págs. 502-512, XP011226354, describe un sistema para estimar una condición emocional de un conductor en una carrera de automóviles. LENG H. y col. en “An Experimental Study on Physiological Parameters Toward Driver Emotion Recognition” , 22/07/2007, ARXIV.ORG, PAGE(S) 237 - 246, XP019064062, describe sistemas para estimar la condición emocional de un conductor y resalta que la fuerza de agarre es un parámetro pertinente para controlar el estrés del conductor.

El documento EP-A-3015055 describe un sistema para controlar los parámetros psicológicos de un conductor de un vehículo.

El Solicitante ha observado que los sistemas de telemetría humana de tipo conocido aplicados a los conductores de vehículos no son satisfactorios para determinar la condición psicofísica del conductor.

Resumen de la invención

El objeto de esta invención consiste en proporcionar un sistema de telemetría humana “ portátil” mejorado que supere las desventajas de la técnica anterior.

La invención se puede aplicar al campo de la automoción desde la carreras a las áreas de seguridad.

Uno de los principales usos del sistema consiste en monitorear los parámetros físicos de un conductor de automovilismo en entrenamientos o carreras. Una aplicación adicional en la óptica de seguridad del sistema podría relacionarse con un uso generalizado de dicho sistema en los centros de entrenamiento de conductores.

Además, la invención comprende, de acuerdo con un ejemplo, un estudio numérico analítico sobre los resultados experimentales obtenidos, útil para correlacionar los datos adquiridos mediante sensores portátiles a los datos de la telemetría estándar a bordo. Basándose en tal estudio, será posible optimizar el comportamiento del conductor en diferentes condiciones de conducción y estimar mejor las estrategias de carreras, considerando tanto las presentes condiciones del conductor como el rendimiento mecánico del vehículo.

Mediante un análisis preliminar sobre los parámetros del conductor que están más relacionados con sus condiciones psicofísicas, se seleccionaron las siguientes magnitudes a detectar: frecuencia respiratoria, frecuencia cardíaca y ECG, impedancia eléctrica de la piel y transpiración, presión sobre el volante, como se muestra en la Figura 1. Además, la posición en la pista se detecta ventajosamente mediante una técnica con GPS.

Es un objeto de la invención un sistema para la detección integrada/funcional de una pluralidad de mediciones como se define en la reivindicación 1 y por realizaciones preferidas de la misma, definidas en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de las figuras

Las características constructivas y operativas de la invención podrían entenderse mejor a partir de la siguiente descripción detallada, en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos que representan algunas realizaciones preferidas no limitantes de la misma, en donde:

La Figura 1 muestra ilustrativamente el sistema de telemetría según la invención y muestra los parámetros que pueden obtenerse por el propio sistema:

La Figura 2 muestra ilustrativamente una pluralidad de sensores utilizados por el sistema de telemetría

La Figura 3 muestra ilustrativamente un circuito para procesar y transmitir señales de los sensores;

La Figura 4 muestra ilustrativamente un receptor y un Ordenador Personal adaptado para recibir los parámetros transmitidos por el circuito de procesamiento y transmisión;

La Figura 5 muestra esquemáticamente el procesamiento de correlación de los parámetros detectables.

Descripción detallada

El sistema de telemetría (mostrado generalmente en las Figuras 1 a 5) comprende una parte portátil 200 que tiene dos partes formadas por una prenda interior/camiseta (posiblemente ignífuga) 201 y dos guantes 202, adecuadamente instrumentados por dispositivos miniaturizados para no interferir con las actividades normales del conductor.

Con referencia particularmente a las Figuras 1 y 2, se explica la selección de los sensores utilizados para el sistema de telemetría.

Frecuencia respiratoria: la medición del número de actos de respiración en un intervalo de tiempo determinado (frecuencia respiratoria) se realiza mediante sensores portátiles piezoeléctricos 101, insertados en una banda torácica cosida en la parte interna de la prenda interior 201.

Frecuencia cardíaca y ECG: la frecuencia cardíaca se mide mediante un sensor óptico de frecuencia cardiaca 102 (Sensor de Pulso Amped), usando la técnica de fotopletismografía (PPG) o similar. El sensor 102 debe colocarse en las partes más vascularizadas. El ECG se detecta utilizando un sensor provisto de electrodos textiles 106, cosidos dentro de la ropa interior ignífuga 201 y colocado firmemente contra el pecho del conductor.

Se observa que la frecuencia respiratoria puede estimarse por la frecuencia cardíaca.

Impedancia eléctrica de la piel y transpiración: la detección de la impedancia eléctrica de la piel y la transpiración se realiza midiendo la respuesta galvánica de la piel (GSR) definida como un cambio de las propiedades eléctricas de esta última debido a los eventos que generan estrés y/o transpiración. El sensor de pequeño tamaño GSR 103 se puede insertar en los puños de la prenda interior del conductor 201.

La respuesta galvánica de la piel (GSR), definida como una entre varias respuestas electrodérmicas, representa la medición de variaciones continuas de las características eléctricas de la piel, por ejemplo, la conductancia, causada por una variación de la transpiración del cuerpo humano. La suposición tradicional con respecto al análisis de GSR se basa en la hipótesis de que la resistencia de la piel varía en función de las glándulas sudoríparas de la piel. La transpiración corporal humana se ajusta por el sistema nervioso autónomo (ANS); particularmente, cuando la rama simpática (SNS) del sistema nervioso autónomo está altamente energizada, en consecuencia, la actividad de las glándulas sudoríparas de la piel aumenta, lo que a su vez aumenta la conductancia cutánea y viceversa. Por lo tanto, la conductancia cutánea puede ser una medida de las respuestas del sistema nervioso simpático. Este sistema, en los seres humanos, está directamente implícito en el ajuste del comportamiento emocional.

La piel humana es un buen conductor eléctrico y cuando se suministra una corriente eléctrica baja a la piel, se pueden medir cambios de conductividad. La conductancia se caracteriza por dos componentes: tónico y fásico.

El componente tónico es la causa de la lenta variación de la señal de GSR (de décimas de segundos a minutos) en una señal de GSR, el nivel tónico generalmente se considera el nivel de actividad de fondo, en la parte superior de la cual aparecen respuestas rápidas de GSR. El nivel tónico representa el valor absoluto de la resistencia eléctrica de la piel y es un índice del estado de activación general del sistema nervioso de un organismo. Es mayor si una persona está en reposo y relajada, por el contrario si la persona está cansada y nerviosa, aumenta la transpiración de la piel y reduce la resistencia eléctrica de la piel.

El componente fásico es la causa de variaciones relativamente rápidas de la señal GSR (en el orden de segundos) conocidas como respuestas de conductancia de la piel y representan las fluctuaciones rápidas o picos que se observan en una señal de GSR, causada por una actividad puramente emocional y sensorial. Según la presente descripción, se proporciona al menos el componente fásico.

Presión ejercida sobre el volante: el agarre en el volante se detecta insertando dentro de los guantes del conductor 202, en la palma de la mano y los dedos, varios sensores de presión 104 del tipo extensométrico, o similares.

Posición en la pista: la posición del automóvil en una pista es detectada por un módulo GPS, que tiene una frecuencia de adquisición de al menos 30 Hz, y es insertada dentro del traje o en el compartimento de pasajeros.

Temperatura corporal: la medición de la temperatura corporal mediante dispositivos portátiles se puede realizar de muchas formas diferentes. Se proporciona un sensor digital de temperatura 105, fijado adecuadamente a la prenda interior 201 mediante una protección térmica contra los flujos de calor externos, lo que permite obtener mediciones de temperatura de la piel a partir de las variaciones de voltaje.

Además, de acuerdo con un ejemplo, el sistema está configurado para proporcionar, además de una magnitud absoluta de la sudoración, la detección integrada de la electrólisis y la glucólisis, para obtener una determinación adaptada de las integraciones alimentarias requeridas para el objeto de actividad de la detección.

En particular, el sistema puede estar provisto de un aparato para detectar y controlar la glucosa.

Los dispositivos portátiles para medir de manera semicontinua la concentración de glucosa (control de glucosa continua, MCG) son conocidos. En particular, los dispositivos CGM se clasifican en dispositivos miniinvasivos y dispositivos no invasivos (aún bajo experimentación).

Los dispositivos miniinvasivos ahora en el mercado usan una pequeña aguja, generalmente insertada en el tejido subcutáneo, para medir una señal de corriente eléctrica proporcional a la concentración de glucosa disponible en el líquido intersticial. Los sensores de MCG se comercializan por ejemplo por Dexcom, Medtronic, Abbot, Senseonics.

Se observa que una actividad física, relacionada con el uso de músculos esqueléticos, requiere una entrada de energía mayor que la requerida para un ser humano en reposo. Sin embargo, se requiere distinguir entre: una actividad física aeróbica: una actividad que llama movimientos continuos repetidos con una velocidad de contracción media-baja de las fibras musculares, tal como, por ejemplo, en las carreras de larga distancia,

actividad física anaeróbica: una actividad muy intensa, caracterizada por una alta velocidad de contracción de las fibras musculares, tal como, por ejemplo, en las carreras automovilísticas.

En la actividad física aeróbica, los niveles de glucemia no cambian incluso aunque el consumo de energía de los músculos pueda aumentar sustancialmente.

En la actividad anaeróbica, existe la glucólisis anaeróbica, en otras palabras una producción de energía rápida sin oxígeno, porque la epinefrina tiene un papel importante. El resultado es un efecto hipoglucémico, ya que aumenta la cantidad de glucosa liberada a las células musculares y se reduce correspondientemente la cantidad liberada a la sangre. Si los niveles basales de glucemia inmediatamente antes de los entrenamientos de carreras son demasiado bajos, probablemente el conductor será sometido posiblemente a un ataque hipoglucémico.

Por ejemplo, en una prueba experimental, se registró el nivel de glucemia de un conductor automovilístico durante un entrenamiento de carreras. Se observó que el nivel de glucosa basal, durante tal registro, ya estaba por debajo del valor nominal. Beber un zumo de frutas antes de la carrera provocó un aumento de la glucemia suficiente para compensar la pérdida de concentración de glucosa durante la carrera, de esta manera se evitó un nivel de glucemia demasiado bajo.

También se observa que medir el nivel de glucosa también se correlaciona con un consumo de energía en presencia de un metabolismo anaeróbico. Generalmente, la energía es proporcionada por una mezcla de carbohidratos con grasa. Sin embargo, en una actividad esporádica anaeróbica, se desencadena un proceso de producción de energía como ATP (Adenosina Trifosfato) obtenido sustancialmente usando azúcar de almacenamiento (glucógeno) que se encuentra principalmente en los músculos e hígado. Esta información y la frecuencia cardíaca permiten evaluar, por tablas, el sustrato de energía usado.

Con referencia a la Figura 3, todos los sensores 101-106 (y posiblemente el sensor de glucosa) están conectados, por cable y/o inalámbricamente, a una tarjeta electrónica de transmisión de pre-procesamiento 300 que comprende un módulo de acondicionamiento de señal 301 y un módulo de conversión 302 que realiza una conversión analógica/digital de las señales condicionadas.

Además, la tarjeta electrónica de transmisión de pre-procesamiento 300 comprende un módulo de transmisión 303 (una frecuencia de radio de larga distancia, y/o un módulo Bluetooth) configurado para transmitir las señales del sensor en un formato digital fuera de la propia tarjeta electrónica 300. Como alternativa al módulo de transmisión 303 o además del mismo, la tarjeta electrónica 300 puede comprender o puede conectarse a un dispositivo de almacenamiento adecuado que permita descargar datos cuando el vehículo regresa a los boxes.

Ventajosamente, el sistema está conectado a un GPS adecuado para el posicionamiento de datos en el circuito.

La tarjeta electrónica de transmisión de pre-procesamiento 300 se coloca, por ejemplo, dentro de un bolsillo hecho en el traje 201 y, de este modo, entregar datos del sensor de formato digital a una tarjeta de interfaz de recepción 310 que comprende un módulo de recepción 304 (módulo de RF de larga distancia, por ejemplo) y una tarjeta de interfaz 305 con un ordenador electrónico, tal como por ejemplo un ordenador personal 306.

Las señales transmitidas son adquiridas por un módulo receptor de radiofrecuencia 304 (conectado al ordenador personal 306).

El sistema comprende un software de visualización de pantalla (Figura 5) para mostrar los datos obtenidos. Se desarrolló un procedimiento de correlación con la condición psicofísica del conductor en diferentes situaciones/estados que pueden producirse en una sesión de accionamiento a partir del procedimiento de adquisición de datos de telemetría humana a bordo (Figura 5).

En particular, es posible asociar rendimientos y condición psicofísica del conductor a sus posiciones a lo largo de la trayectoria o circuito seguido del vehículo durante la detección de parámetros descrita.

En particular, el estrés se evalúa calculando una media ponderada de al menos los siguientes parámetros: un parámetro de transpiración, un parámetro cardíaco, un parámetro con respecto a la presión ejercida sobre el volante y, por ejemplo, también un parámetro de respiración. Ventajosamente, la tensión se evalúa teniendo en cuenta la media ponderada mencionada anteriormente de un parámetro de transpiración que representa el componente fásico de la señal GSR, obtenido de la señal proporcionada por el sensor GSR 103. Además, tal media ponderada tiene en cuenta también el parámetro con respecto a la glucosa.

Por último, las baterías (por ejemplo baterías recargables LiPo) requeridas para suministrar los sensores y dispositivos actuales se colocan dentro del traje 201 o coche.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para la detección integrada/funcional de una pluralidad de mediciones, comprendiendo el sistema:

a) una parte portátil (200) por un conductor de un vehículo;

b) una pluralidad de sensores (101-106) integrados en la parte portátil (200) y configurados para suministrar los siguientes parámetros: parámetros de respiración, parámetros del corazón, parámetros de transpiración y de la presión ejercida sobre el volante del vehículo;

c) un procesador (306) configurado para procesar dichos parámetros del conductor y correlacionarlos con la condición psicofísica del conductor.

2. Sistema según la reivindicación 1, en donde dicha parte portátil por el conductor (200) consiste en una camiseta/prenda interior (201) y en dos guantes (202).

3. Sistema según al menos la reivindicación 2, en donde la pluralidad de sensores comprende:

un sensor de velocidad de respiración (101) insertado en una banda torácica cosida en la parte interna de la prenda interior (201);

un sensor de frecuencia cardíaca (102) del tipo óptico de frecuencia cardíaca, usando, por ejemplo, la técnica de fotopletismografía,

un sensor de ECG (106) con electrodos textiles cosidos dentro de la prenda interior (201).

4. Sistema según al menos la reivindicación 2, en donde la pluralidad de sensores comprende un sensor (103) para detectar la impedancia eléctrica de la piel y la transpiración midiendo la respuesta galvánica de la piel del conductor (GSR).

5. Sistema según al menos la reivindicación 2, en donde la pluralidad de sensores (204) comprende una pluralidad de sensores de presión insertados dentro de dichos guantes (202) sobre la palma y los dedos de las manos del conductor.

6. Sistema según al menos la reivindicación 2, que comprende además al menos un sensor de temperatura corporal de tipo digital (105) fijado a la prenda inferior (201) con una protección térmica contra flujos de calor externos para permitir obtener mediciones sobre la temperatura de la piel a partir de las variaciones de voltaje.

7. Sistema según al menos la reivindicación 2, que comprende además un módulo GPS insertado dentro o fuera de la camiseta/prenda interior (201).

8. Sistema según la reivindicación 7, que comprende además un módulo de software para procesar los parámetros del conductor, una posición proporcionada por el GPS y datos de telemetría estándar a bordo para comprender las condiciones, reacciones psicofísicas, en diferentes condiciones/situaciones que pueden ocurrir durante las actividades realizadas, tales como entrenamiento, pruebas, concursos de cualificación, carreras.

9. Sistema según al menos la reivindicación 4, configurado para proporcionar, además de una magnitud absoluta de la transpiración, la detección integrada de la electrólisis y la glucólisis para determinar adecuadamente las integraciones alimenticias requeridas para las actividades que van a detectarse.

10. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además:

•un circuito (301) para las señales de acondicionamiento, conectado a la pluralidad de sensores (101-106);

•un convertidor analógico/digital (302) conectado al circuito de acondicionamiento (301);

•un transmisor (303) conectado al convertidor analógico/digital (302) del tipo Bluetooth/radiofrecuencia (RF);

•un receptor (304) para recibir señales del transmisor (303);

•una interfaz de ordenador (305) conectada al receptor (304), y en donde

d)el procesador (306) es tal que procesa dichos parámetros del conductor para proporcionar un índice de estrés del conductor indicativo de su condición psicofísica,

11. Sistema según la reivindicación 10, en donde el procesador está configurado para calcular el índice de tensión del conductor procesando dichos parámetros del conductor según una media ponderada.

12.Sistema según la reivindicación 4 y la reivindicación 10, en donde el parámetro de transpiración considera el componente fásico asociado a dicha respuesta galvánica de la piel.