"УМНЫЙ" ЧЕХОЛ ДЛЯ СИДЕНЬЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СИДЕНЬЕ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, СОДЕРЖАЩЕЕ ТАКОЙ "УМНЫЙ" ЧЕХОЛ
"SMART" VEHICLE SEAT COVER AND VEHICLE SEAT CONTAINING SUCH "SMART" COVER

Техническая область изобретения
Настоящее изобретение относится к умному чехлу для сиденья транспортного средства, причем указанный умный чехол позволяет обнаруживать один или несколько биометрических данных пользователя, занимающего сиденье транспортного средства.
Настоящее изобретение дополнительно относится к сиденью транспортного средства, содержащему такой «умный» чехол.
Изобретение может преимущественно позволять отслеживать усталость и, в общем, физическое состояние пользователя, управляющего транспортным средством.
Уровень техники
В отрасли транспортных средств, особенно в автомобильной, все большее внимание уделяется безопасности и, в частности, предотвращению несчастных случаев.
В связи с этим существует множество документов, относящихся к устройствам для обнаружения состояния сонливости пользователя во время вождения.
Эти устройства обычно основаны на обнаружении позы пользователя (например, обнаружении положения головы или глаз) и предназначены для подачи сигнала тревоги, если обнаруженная поза соответствует состоянию сонливости.
Однако эти механизмы имеют явные ограничения.
Прежде всего, они вмешиваются поздно, когда уже наступил так называемый «внезапный сон». Следовательно, у пользователя есть ограниченное время реакции, чтобы избежать возможной аварии.
Во-вторых, они могут вызывать сигналы ложной тревоги, если пользователь, полностью бодрствующий и бдительный, непреднамеренно принимает позу, которая распознается устройством как поза, связанная с сонливостью.
В-третьих, такие устройства могут обнаруживать только изменение позы пользователя вызванные сонливостью, но не способны обнаруживать другие факторы риска, которые могут привести к несчастному случаю, такие как стресс, беспокойство, одышка и т.д.
Поэтому в последнее время были предприняты попытки разработать решения, способные отслеживать все большее количество физических состояний пользователя с большей точностью за счет обнаружения биометрических данных.
Возможное решение состоит в том, чтобы оборудовать сиденье транспортного средства (или, более обобщенно, какой-либо другой элемент в кабине транспортного средства) электродами, которые пользователь может прикладывать к своей коже для получения электрокардиограммы.
Однако очевидно, что такое решение является неудобным и сложно реализуемым.
Таким образом, были разработаны альтернативные решения, которые включают в себя оснащение сиденья транспортного средства средствами сбора биометрических данных от пользователя без прямого физического контакта.
Такие биометрические данные могут включать, например, частоту сердечных сокращений, кровяное давление, частоту дыхания, температуру тела и т.д.
Как правило, эти решения включают использование устройств обнаружения, которые включают в себя пьезоэлектрические датчики, расположенные внутри сиденья транспортного средства в соответствующих положениях, соответствующих анатомическим положениям пользователя, сидящего на сиденье: пьезоэлектрические датчики генерируют электрический сигнал в ответ на механическое напряжение, приложенное к датчикам пользователем и вызванное физиологическими факторами.
Например, дыхание и последующее расширение/сжатие грудной клетки пользователя вызывают давление на эти датчики и последующую механическую деформацию датчиков. Механические деформации преобразуются пьезоэлектрическими датчиками в электрические сигналы, которые затем могут быть повторно обработаны для определения частоты дыхания пользователя.
Таким образом, пьезоэлектрические датчики способны обнаружить механическое напряжение, вызванное физиологическим состоянием пользователя, без обязательного прямого контакта с кожей пользователя.
Указанные устройства дополнительно включают блок обработки, способный получать на основе генерируемых электрических сигналов соответствующую биометрическую информацию пользователя.
При правильном размещении датчиков, например, в области сердца и/или дыхательной системы, можно эффективно контролировать физическое состояние пользователя.
Устройства описанного выше типа раскрыты, например, в документах US 10 034 631, DE 202012001096 U и WO 2015/127193.
Устройства, описанные в этих документах, хотя и сформулированы и способны обнаруживать большое количество различных биометрических параметров, не лишены недостатков.
В частности, наличие пьезоэлектрических датчиков усложняет конструкцию сиденья транспортного средства, а позиционирование этих датчиков и соответствующих элементов подключения и питания требует значительно большего времени сборки.
Также увеличивается общий вес автомобиля. Хотя на первый взгляд это увеличение веса может показаться незначительным, хорошо известно, что минимизация веса сидений, а также других компонентов кабины автомобиля является одной из основных задач в автомобильной отрасли.
Кроме того, необходимость обеспечения этих датчиков, их соединений и соответствующих батарей или аналогичных элементов питания накладывает ограничения на свободу производителя в конструкции сиденья.
Все эти недостатки усугубляются тем, что для надежного и точного контроля биометрических данных пользователя требуется большое количество датчиков.
Основная цель настоящего изобретения состоит в преодолении ограничений известного уровня техники путем предоставления решения для обнаружения и мониторинга биометрических данных пользователя, занимающего сиденье транспортного средства, которое не оказывает неблагоприятного влияния на сложность производственного процесса, и срок изготовления сиденья и его общий вес.
Эти и другие цели достигаются с помощью чехла для сиденья транспортного средства и сиденья транспортного средства, заявленных в прилагаемой формуле изобретения.
Описание изобретения
Изобретение обеспечивает умный чехол для сиденья транспортного средства, причем указанный умный чехол выполнен из одной или нескольких тканей, причем одна или несколько нитей по меньшей мере одной из указанных тканей выполнены в виде датчиков, и причем одна или несколько нитей по меньшей мере из одной из указанных тканей выполнены в виде суперконденсаторов, причем указанные нитевые суперконденсаторы электрически соединены с указанными нитевыми датчиками.
Благодаря изобретению энергия может накапливаться в нитевых суперконденсаторах чехла по изобретению и затем может быть высвобождена для питания нитевых датчиков чехла.
В результате в изобретении устройство для обнаружения биометрических данных пользователя встроено в чехол сиденья транспортного средства.
Время изготовления чехла такое же, как и у обычного чехла, поскольку и нитевые датчики, и нитевые суперконденсаторы встроены в чехол с использованием обычного процесса ткачества.
Вес чехла также по существу является одинаковым, так как разница в весе между нитевыми датчиками и нитевыми суперконденсаторами указанного чехла и нитями, используемыми в обычном чехле, абсолютно незначительна.
Кроме того, поскольку как нитевые датчики, так и нитевые суперконденсаторы интегрированы в одну или несколько тканей, образующих чехол, отсутствует риск того, что чувствительные элементы сместятся во время использования и окажутся в положении, при котором их эффективность снижается.
Следует отметить, что чехол по изобретению радикально отличается от чехла, поверхность которой подвергается обработке в конце производственного процесса. Со временем ткань, подвергшаяся поверхностной обработке, может потерять свойства, придаваемые обработкой, из-за истирания; это было бы особенно серьезно в случае тканей, используемых для изготовления обивки автомобильных сидений, поскольку они очень подвержены истиранию. С другой стороны, поскольку чехол по изобретению содержит как нити, которые по своей природе способны действовать как датчики, так и нити, которые по своей природе способны действовать как суперконденсаторы, его работа не ухудшается со временем.
Электроника, необходимая для управления электропитанием нитевых датчиков с помощью нитевых суперконденсаторов, также будет связана с чехлом по изобретению.
Данные, обнаруженные нитевыми датчиками, могут быть отправлены в блок управления для интерпретации и преобразования в биометрические данные о физическом состоянии пользователя.
Эти биометрические данные могут включать, например, частоту сердечных сокращений, кровяное давление, частоту дыхания, температуру тела и т.д.
Нитевые датчики чехла по изобретению предпочтительно представляют собой датчики давления и/или температуры.
Нитевые датчики чехла по изобретению предпочтительно представляют собой датчики давления и/или температуры.
В варианте реализации изобретения нитевые датчики и нитевые суперконденсаторы расположены в одной и той же ткани или в одном и том же участке (квадратный участок) ткани.
В другом варианте реализации изобретения нитевые датчики и нитевые суперконденсаторы расположены в разных тканях или в разных участках (квадратный участок) ткани.
Согласно последнему варианту реализации можно расположить нитевые датчики и нитевые суперконденсаторы в различных положениях в чехле.
В частности, можно будет расположить нитевые датчики в положениях, в которых они находятся в контакте с телом пользователя, занимающего сиденье, и могут эффективно функционировать Эти положения можно определить в части подушки, части спинки, части подголовника, части подлокотника и так далее.
С другой стороны, нитевые суперконденсаторы могут быть расположены в разных положениях, например в положениях, которые не соприкасаются с телом пользователя, занимающего сиденье.
Нитевые датчики чехла по изобретению предпочтительно могут использоваться в качестве уточных нитей, основных нитей или того и другого.
Нитевые суперконденсаторы чехла по изобретению предпочтительно могут использоваться в качестве уточных нитей, основных нитей или того и другого.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения нитевые датчики изготовлены из пучка электропроводящих полимерных нановолокон.
Согласно особенно предпочтительному варианту реализации изобретения нитевые датчики изготовлены из пучка электропроводящих пьезорезистивных полимерных нановолокон.
Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения нитевые суперконденсаторы сделаны из электродов из углеродного волокна или углеродных нанотрубок.
Согласно особенно предпочтительному варианту реализации изобретения, по меньшей мере, один из указанных электродов или оба указанных электрода соответствующим образом обработаны активными материалами методом пассивного покрытия, или электрохимической активацией для наделения пористостью и функциональными группами, или электроосаждением.
Настоящее изобретение дополнительно относится к сиденью, содержащему описанный выше «умный» чехол.
Указанное сиденье предпочтительно содержит электронику, необходимую для управления электропитанием нитевых датчиков с помощью нитевых суперконденсаторов.
В предпочтительном варианте реализации изобретения сиденье снабжено электронным блоком управления, выполненным в виде жесткой или гибкой печатной платы. Эта схема отвечает за питание нитевидных датчиков, используя напряжение, полученное от нитевидных суперконденсаторов.
Кроме того, электронный блок управления, встроенный в сиденье по изобретению, содержит часть схемы, которая будет анализировать электрические данные от датчиков для их интерпретации с биометрической точки зрения, таким образом предоставляя информацию о биометрических данных пользователя (частота сердечных сокращений, артериальное давление, частота дыхания, температура тела, …).
Указанный электронный блок управления может дополнительно быть снабжен частью схемы, отвечающей за беспроводную передачу биометрических данных на удаленный приемопередатчик (предусмотренный, например, на приборной панели транспортного средства).
Предпочтительно сиденье по изобретению дополнительно содержит элементы для сбора энергии, которые затем будут храниться в нитевых суперконденсаторах чехла.
В предпочтительном варианте реализации изобретения указанные элементы сбора энергии представляют собой солнечные элементы, расположенные в частях сиденья, которые обычно подвергаются воздействию солнечного излучения.
Соответственно, электронный блок управления также включает в себя часть схемы, отвечающую за сбор энергии (например, солнечные элементы) и передачу энергии от указанных элементов сбора энергии к нитевым суперконденсаторам чехла.
Краткое описание фигур
Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания предпочтительного варианта его реализации, приведенного в качестве неограничивающего примера со ссылкой на прилагаемые фигуры, на которых:
На Фиг.1 схематично показано сиденье транспортного средства по изобретению; и
На Фиг. 2 представлена схема работы устройства обнаружения биометрических данных, встроенного в чехол сиденья транспортного средства, показанного на Фиг. 1.
Подробное описание предпочтительного варианта реализации изобретения
На Фиг.1 показано сиденье 100 транспортного кресла по изобретению.
Как известно, сиденье 100 транспортного средства содержит подушку 102 и спинку 104. Упомянутое сиденье транспортного средства 100 может дополнительно содержать дополнительные вспомогательные элементы, такие как подголовник, один или два подлокотника и т.д.
Вновь как известно, сиденье 100 транспортного средства содержит раму (например, из металлов, сплавов или композиционных материалов), на которой установлена набивка.
Чехол 10 надевается поверх обивки и закрывает подушку 102 и спинку 104.
Если предусмотрены дополнительные элементы (подголовник, подлокотник и т.д.), каждый из них, в свою очередь, может включать в себя раму, набивку, установленную на указанной раме, и чехол, надетый на указанную набивку.
Как правило, чехол 10 может быть изготовлен из одной ткани или из нескольких различных тканей.
В случае чехла из нескольких различных тканей указанные ткани могут быть получены из разных материалов (полиэстер, термопластичный полиуретан, полиакрилонитрил и т.д.), или они могут быть получены из одного и того же материала, но разного качества, или они можно получить из одного и того же материала, а затем подвергнуты разной обработке, чтобы получить конечные ткани с разными свойствами.
Преимущественно, в случае чехла, изготовленного из разных тканей, для изготовления разных частей чехла можно использовать ткани с разными характеристиками.
По изобретению по меньшей мере одна из тканей, образующих чехол 10, содержит один или несколько нитевых датчиков, и по меньшей мере одна из тканей, образующих указанный чехол, содержит один или несколько нитевых суперконденсаторов, при этом указанные нитевые суперконденсаторы электрически соединены с указанными нитевыми датчиками.
Нитевые датчики предпочтительно выполнены в виде датчиков давления и/или температуры.
Нитевые датчики предпочтительно выполнены в виде пьезорезистивных датчиков.
В варианте реализации по Фиг. 1 нитевые датчики и нитевые суперконденсаторы расположены в разных тканях чехла 10 или в разных участках одной и той же ткани чехла 10.
В частности, со ссылкой на Фиг. 1 первые нитевые датчики используются в качестве ниток для изготовления ткани чехла 10 в первом участке 12а ткани и в подушке 102 сиденья 100; и суперконденсаторы из первых нитей используются в качестве нитей для изготовления ткани чехла 10 во втором участке 12б ткани, опять же на подушке 102 сиденья 100, но на расстоянии от первого участка 12а ткани.
Точно так же вторые нитевые датчики используются для изготовления ткани чехла 10 в третьем участке 14а ткани на спинке 104 сиденья 100, а суперконденсаторы вторых нитей используются для изготовления ткани чехла 10 в четвертом участке 14б ткани, снова на спинке 104 сиденья 100, но на расстоянии от третьего участка ткани 14а.
Первые нитевые датчики электрически соединены с первыми нитевыми суперконденсаторами, а вторые нитевые датчики электрически соединены со вторыми нитевыми суперконденсаторами.
Преимущественно первые нитевые датчики расположены в первом участке 12а ткани, которая находится в контакте с телом пользователя, когда он/она сидит на сиденье 100. Указанный первый тканевой участок 12а может быть, например, расположен на верхней стороне подушки 102, по существу, в центральном положении.
Таким образом, они могут эффективно обнаруживать изменения давления и/или температуры, вызванные физиологическими факторами пользователя.
С другой стороны, нитевые суперконденсаторы могут быть расположены во втором участке 12б ткани, которая практически не подвержена истиранию и износу, таком как, например, одна из боковых сторон подушки 102.
Точно так же вторые нитевые датчики расположены в третьем участке 14а ткани, которая соприкасается с телом пользователя, когда он/она сидит на сиденье 100. Упомянутый третий участок ткани 14а может быть, например, расположен на передней поверхности спинки 104; предпочтительно, указанный третий тканевой участок 14а расположен в области сердца и/или легких пользователя, занимающего сиденье 100 транспортного средства.
Таким образом, они могут эффективно обнаруживать изменения давления и/или температуры, вызванные физиологическими факторами пользователя.
С другой стороны, вторые нитевые суперконденсаторы могут быть расположены во втором участке 14б ткани, которая практически не подвержена истиранию и износу, таком как, например, одна из боковых сторон спинки 104 или задняя поверхность спинки 104.
Этот вариант реализации не следует понимать в ограничительном смысле, и нитевые датчики и нитевые суперконденсаторы могут быть предусмотрены в одном и том же тканевом участке чехла 10.
Нитевыми датчиками могут быть уточные нити ткани чехла 10, основные нити указанной ткани или также комбинация уточных нитей и основных нитей указанной ткани.
Нитевые датчики комбинируют с обычными нитями, предпочтительно изготовленными из полиэстера или другого подходящего материала, для изготовления ткани, чтобы получить непрерывные нити, подходящие для изготовления чехла.
Указанные нитевые датчики могут быть выполнены в виде датчиков по всей их длине или могут быть выполнены в виде датчиков только на определенных участках, чередующихся с нейтральными участками.
Нитевыми суперконденсаторами могут быть уточные нити ткани чехла 10, основные нити указанной ткани или также комбинация уточных нитей и основных нитей указанной ткани.
Нитевые датчики комбинируют с обычными нитями, предпочтительно изготовленными из полиэстера или другого подходящего материала, для изготовления ткани, чтобы получить непрерывные нити, подходящие для изготовления чехла.
Нитевые датчики пряжи представляют собой датчики давления и/или температуры, которые, используя принцип пьезорезистивного преобразования, могут использоваться для контроля биометрических параметров (частоты сердечных сокращений, артериального давления, частоты дыхания и т.д.) пользователя, занимающего сиденье, чтобы получить информацию о состоянии концентрации и усталости пользователя.
Нитевые датчики предпочтительно изготавливают с помощью пучков полимерных нановолокон. Их можно получить методом электропрядения.
Указанные полимерные нановолокна могут быть получены исходя из:
- высокодеформируемых и внутренне проводящих полимеров;
- полимерных нанокомпозитов, содержащих наночастицы на основе углерода;
- нановолокон на основе углерода, полученных путем окисления и последующей карбонизации полиакрилонитрильных нановолокон.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что для получения этих полимерных нановолокон могут быть использованы и другие подходящие исходные материалы.
Полимерные нановолокна представляют собой активный элемент датчика, так как способны преобразовывать механические деформации, вызванные колебаниями температуры и/или внешнего давления (вызванные сердцебиением, артериальным давлением и т.д.), в электрические сигналы. В частности, эти сигналы можно объяснить пьезорезистивным свойством нановолокон.
Нитевые суперконденсаторы предпочтительно изготавливают из электродов на основе углеродных волокон и углеродных нанотрубок.
В предпочтительном варианте реализации изобретения, по меньшей мере, один из указанных электродов или оба указанных электрода соответствующим образом обработаны активными материалами методом пассивного покрытия, или электрохимической активацией для наделения пористостью и функциональными группами, или электроосаждением.
Оба нитевых электрода, по меньшей мере один из которых был соответствующим образом обработан, покрывают полимером с твердым электролитом посредством процесса электрополимеризации или пропитки.
Два нитевых электрода затем соединяют/скручивают, образуя нитевой суперконденсатор.
Нитевые суперконденсаторы представляют собой экологически чистую альтернативу использованию литиевых батарей с более низкими значениями удельной мощности, ограниченным количеством циклов зарядки/разрядки, а также проблемами безопасности и утилизации.
Благодаря изобретению энергия может накапливаться в нитевых суперконденсаторах чехла по изобретению и затем может быть высвобождена для питания нитевых датчиков чехла, и, возможно, других маломощных электронных устройств в кабине транспортного средства.
Соответственно, изобретение позволяет получить устройство для обнаружения биометрических данных пользователя, встроенное в чехол 10 сиденья 100 транспортного средства.
Предпочтительно, указанное устройство обнаружения является полностью автономным, и для этой цели сиденье 100 также содержит элементы для сбора энергии, которая затем будет храниться в нитевых суперконденсаторах чехла 10.
Упомянутыми элементами сбора энергии могут быть, например, солнечные элементы 16, которые должны быть расположены в частях сиденья, подвергающихся воздействию солнечного излучения. Такие ячейки электрически соединены с нитевыми суперконденсаторами чехла 10.
В качестве альтернативы нитевые суперконденсаторы чехла 10 могут быть подключены к внешнему источнику энергии.
На Фиг. 2 схематически показан в виде блок-схемы принцип работы устройства обнаружения биометрических данных сиденья 100 на Фиг. 1.
Источник энергии ES передает энергию нитевым суперконденсаторам YSC, которые могут накапливать указанную энергию.
Указаный источник энергии, например, может состоять из солнечных элементов, снабженных схемным блоком, содержащим всю электронику, необходимую для их работы.
Затем указанная энергия может использоваться нитевыми датчиками YS для обнаружения изменений давления и/или температуры, вызванных тем, что пользователь занимает сиденье транспортного средства.
В частности, можно предусмотреть модуль управления PSM, который при получении входного напряжения от суперконденсаторов обеспечивает обратно фиксированное выходное напряжение, которое действует как напряжение питания для микроконтроллера (обозначено CTRL на Фиг. 2), который управляет нитевыми датчиками, а также для указанных нитевых датчиков.
Электроника устройства обнаружения биометрических данных дополнительно содержит специальную электронику для формирования сигнала SC, которая анализирует сигналы от нитевого датчика и оценивает их биометрический аспект, а также передачу сигнала RT, например передачу на устройство, предусмотренное в кабине транспортного средства.
Сигнал, поступающий от нитевых датчиков YS и относящийся к изменению давления и/или температуры, может быть проанализирован и обработан электронным блоком управления (микроконтроллером CTRL). Проанализированные и обработанные таким образом данные передаются с помощью модуля передачи сигналов RT на удаленное устройство, например устройство, установленное в приборной панели транспортного средства и подключенное к бортовому компьютеру, а также к блоку визуального отображения.
Описание предпочтительного варианта реализации, представленное в данном документе, следует понимать только как иллюстративный, не ограничивающий способ, и возможны многочисленные изменения и модификации, известные специалисту в данной области техники, без отклонения от объема охраны, определенного в прилагаемой формуле изобретения.