СИСТЕМА ДЛЯ КОНТРОЛЯ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ ВОДИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ)

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к системе транспортного средства, предназначенной для контроля биометрических данных водителя.
Уровень техники
Из уровня техники известно несколько систем для контроля биометрических данных водителя в транспортном средстве. Данные системы могут быть применены для идентификации водителя, контроля состояния здоровья и т.д. Такие биометрические данные могут включать в себя частоту сердцебиения водителя. Эти данные могут быть использованы для выполнения настроек в транспортном средстве, например, для повышения чувствительности тормозов, для регулировки температуры и т.д. Однако электронный сигнал, представляющий собой биометрические данные водителя, может быть подвержен воздействию различных переменных параметров окружающей среды. Таким образом, данные могут быть неточными, из-за чего настройки могут быть выполнены при отсутствии такой необходимости или несоответствующим образом.
Емкостные датчики, расположенные в кресле транспортного средства, могут воспринимать электрические импульсы, идущие от водителя. Эти сигналы могут быть использованы блоком управления для выполнения определенных регулировок систем транспортного средства на основании выявленного физиологического состояния водителя. Например, если водитель устал, то температура в транспортном средстве может быть снижена, чтобы повысить бдительность водителя.
Пример подобной системы описан в публикации патентной заявки США №2011/0224875 от 15.09.2011, которая может быть выбрана в качестве ближайшего аналога полезной модели.
Однако такие сигналы, выдаваемые датчиками, зачастую подвержены влиянию различных переменных параметров окружающей среды. Например, количество водяного пара в воздухе и статическое электричество, создаваемое одеждой водителя, могут исказить сигналы от датчиков. Обычные системы могут быть приспособлены к данным переменным условиям окружающей среды путем установки в транспортном средстве «фиктивного» датчика. Эти датчики могут включать в себя подложку в кресле, которая исполняет роль непрямого заземления. Однако такая подложка не имеет непосредственного контакта с водителем и не приспособлена для восприятия электрического потенциала водителя или электростатического напряжения одежды водителя и т.д. В некоторых системах с непосредственным контактом для контроля сигналов о жизненных показателях водителя могут быть использованы электрические датчики, установленные на рулевом колесе транспортного средства. Однако данная система требует активного участия пользователя, по крайней мере, потому, что обе руки пользователя должны быть одновременно помещены на заранее определенные места.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является повышение качества сигналов о жизненных показателях, поступающих от емкостных датчиков в транспортном средстве для выполнения биометрического контроля состояния водителя.
Предложена сенсорная система, которая может включать в себя по крайней мере один датчик, предназначенный для обнаружения сигнала о жизненных показателях и расположенный рядом с водителем внутри кресла транспортного средства. Для обнаружения по крайней мере одного контрольного сигнала может быть предусмотрен по крайней мере один чувствительный элемент, расположенный вокруг рулевого колеса транспортного средства. Для приема контрольного сигнала от чувствительного элемента с по крайней мере одним емкостным датчиком может быть соединен по крайней мере один резистор.
Система может сравнивать контрольный сигнал с сигналом от по крайней мере одного датчика с целью формирования сигнала о биометрических данных, который представляет собой разницу между сигналом от по крайней мере одного датчика и опорным сигналом.
Система может дополнительно содержать усилитель, выполненный с возможностью усиления сигнала о биометрических данных.
Система может дополнительно содержать электронный блок управления, выполненный с возможностью обработки сигнала о биометрических данных.
Также предложен блок датчиков для контроля биометрических данных водителя, который может включать в себя несколько емкостных датчиков, предназначенных для обнаружения по крайней мере одного сигнала о жизненных показателях, при этом датчики расположены рядом с водителем внутри кресла транспортного средства. Для приема контрольного сигнала от чувствительного элемента, непосредственно контактирующего с водителем, с каждым из датчиков может быть соединен резистор.
Чувствительный элемент может быть расположен вокруг рулевого колеса транспортного средства.
Контрольный сигнал может быть сравнен с сигналом от датчиков на каждом резисторе с целью генерирования сигнала о биометрических данных, который представляет собой разницу между сигналом о жизненных показателях и контрольным сигналом.
Блок датчиков также может включать в себя усилитель, предназначенный для усиления сигнала о биометрических данных.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой пример системы биометрического контроля, установленной в транспортном средстве;
Фиг. 2 представляет собой блок-схему примера системы биометрического контроля;
Фиг. 3 представляет собой логическую схему примера работы системы биометрического контроля.
Осуществление полезной модели
Предложенная система представляет собой ориентированную на пользователя систему для получения помехоустойчивых и чистых сигналов для выполнения биометрического контроля. Водитель может не знать, что происходит получение биометрических данных, по крайней мере, потому, что только одна точка контакта в любом месте на рулевом колесе может быть использована для получения опорного сигнала от водителя.
На Фиг. 1 представлен пример системы 100 биометрического контроля. Система 100 может быть частью транспортного средства и может включать в себя рулевое колесо 110 и кресло 115 транспортного средства. Кресло 115 может представлять собой кресло водителя, как показано на Фиг. 1. Кресло 115 может содержать несколько датчиков 120, которые могут представлять собой емкостные датчики, предназначенные для обнаружения сигналов о жизненных показателях водителя. Например, датчики могут быть предназначены для обнаружения электрических импульсов, исходящих от тела водителя. Данные электрические импульсы могут быть переданы от мозга водителя и указывать на пульс или скорость сердцебиения водителя. Другие сигналы о жизненных показателях могут включать в себя частоту дыхания, различные мозговые волны, положение или смещения частей тела и т.д. Исключительно в качестве примера сигналы о жизненных показателях могут быть описаны как электрические импульсы, указывающие на пульс или частоту сердцебиения человека.
Датчики 120 могут быть способны обнаруживать жизненные показатели без непосредственного контакта с водителем и генерировать сигнал о жизненных показателях. Например, датчики 120 могут быть установлены в кресло 115 под по крайней мере одним слоем материала. Таким образом, материал кресла, например кожа, может закрывать датчики 120. Датчики 120 могут быть установлены в различных местах внутри кресла 115, например, внутри спинки кресла и/или подголовника. Датчики 120 могут быть установлены внутри набивки кресла 115 и закрыты обшивкой кресла. Таким образом, водитель не может заметить или обнаружить датчики 120. Несмотря на это, датчики 120 могут фиксировать мельчайшие изменения в электрическом поле вокруг них. Следовательно, датчики 120 могут быть способны обнаруживать малейшие помехи, например, помехи, создаваемые электрическими импульсами, идущими от мозга и запускающими сердцебиение. Когда водитель сидит в кресле 115, может быть обнаружено электрическое поле, окружающее водителя, а также импульсы, идущие от мозга водителя.
Датчики 120 могут представлять собой емкостные датчики. Дополнительно или в качестве альтернативы могут быть применены другие бесконтактные датчики. В одном примере для детектирования жизненных показателей водителя могут быть применены датчики электрического потенциала (EPS). Данные датчики являются датчиками активного сверхвысокого входного электрического сопротивления. Эти датчики не вызывают значительных помех в окружающем электрическом поле и способны точно измерять электрические поля.
Датчики 120, как было указано выше, могут быть установлены в различных местах в кресле 115. Если водитель не вступает в контакт с одним из датчиков 120, то сигнал о жизненных показателях может передать другой датчик 120. Как сказано выше, сигналы, подаваемые датчиками, могут быть подвержены воздействию различных факторов окружающей среды, таких как собственный электрический потенциал водителя и статическое электричество на одежде водителя. Кроме того, если водитель дотрагивается до заземленного элемента в транспортном средстве, то внезапный разряд электрического потенциала может исказить сигнал о жизненных показателях. На практике, когда водитель находится за рулем транспортного средства, между водителем и датчиками 120 могут быть несколько слоев ткани и материала (например, одежда водителя, такая как свитеры, пальто и т.д., а также слои обшивки кресла). Данные материалы могут увеличивать электрический потенциал водителя и искажать сигнал о жизненных показателях, получаемый от датчиков 120. Таким образом, важно наличие опорного сигнала, который позволит учесть влияние электрического потенциала водителя на сигнал о жизненных показателях и устранить его.
Рулевое колесо 110 может содержать чувствительный элемент 125. Чувствительный элемент 125 может быть расположен полностью вокруг рулевого колеса 110 и быть предназначен для обнаружения сигнала, получаемого от водителя, на рулевом колесе 110. Получаемый от водителя сигнал может включать в себя электрический потенциал водителя. Получаемый от водителя сигнал может также включать в себя другие биометрические данные, например, пульс. Чувствительный элемент 125 может включать в себя проводящий материал и определять сопротивление, создаваемое водителем, когда водитель помещает одну или обе руки на рулевое колесо 110. Проводящий материал может быть расположен вокруг рулевого колеса 110 и напрямую контактировать с водителем. Таким образом, проводящий материал может быть прочным, а также иметь привлекательный вид и текстуру. Материал может быть влагоустойчивым и противостоять другим окружающим факторам износа, которые, как правило, действуют на поверхность рулевого колеса 110. Материал может иметь достаточно низкое сопротивление, позволяющее ему обнаруживать сигнал, поступающий от водителя. Например, проводящий материал может быть электропроводящей обработанной кожей, при этом натуральную кожу или искусственную кожу обрабатывают таким образом, чтобы она стала электропроводящей. В другом примере материал может быть электропроводящим пластиком или тканью. Кроме того, электропроводящий материал может сохранять свои проводящие свойства в течение некоторого времени, а также при различных температурах. Таким образом, электропроводящий материал может быть устойчивым вне зависимости от внешних условий.
Чувствительный элемент 125 может быть полностью расположен вокруг рулевого колеса 110 и, таким образом, быть способным принимать входной сигнал о биометрических данных от водителя вне зависимости от положения рук водителя на рулевом колесе 110. Таким образом, сигнал от водителя может быть получен вне зависимости от того, использует ли водитель для управления транспортным средством обе руки или только одну руку. Чувствительный элемент 125 может быть установлен на рулевом колесе 110 несколькими способами. В одном примере чувствительный элемент 125 может быть пришит или наклеен на существующую поверхность рулевого колеса.
К чувствительному элементу 125 может быть подсоединен провод 135. Такое соединение может быть реализовано с помощью электронных средств, например, обжимного соединения с обжимной клеммой. Другим способом крепления может быть приклеивание с помощью электропроводящего клея, пайка и т.д. Провод 135 может представлять собой провод любого типа, способный передавать от чувствительного элемента 125 сигнал, полученный от водителя.
Провод 135 может быть также соединен с датчиками 120 и электронным блоком 140 управления (ECU). Провод 135 может передавать сигнал, полученный от водителя, на устройство предварительной обработки данных ECU 140 таким образом, что сигнал, полученный от водителя, может выступать в качестве контрольного сигнала для датчиков 120, как описано ниже со ссылкой на Фиг. 2. Сигнал, полученный от водителя, может выступать в качестве контрольного сигнала для датчиков 120, чтобы создавать напряжение для ввода в электронное устройство. Напряжение одного датчика 120 и напряжение другого датчика 120, инвертированное относительно общего контрольного сигнала или «виртуального заземления», можно вычесть друг из друга и усилить для создания сигнала о биометрических данных. Сигнал о биометрических данных может быть далее передан на ECU 140 для обработки.
ECU 140 может быть предназначен для приема сигнала, полученного от водителя. ECU 140 может обработать сигнал и определить на его основании биометрическое состояние водителя. Обработка может включать в себя любое число эвристических процедур с целью определения биометрического состояния. Например, сигнал о биометрических данных может включать в себя частоту дыхания, равную 15 дыхательным движениям в минуту. ECU 140 может содержать заранее заданное пороговое значение, указывающее на то, что данная частота дыхания является низкой, и, таким образом, может определить, что водитель находится в сонном состоянии. На основании полученных результатов может быть установлена ответная управляющая реакция. Ответная управляющая реакция может включать в себя регулировку настроек чувствительности тормозов. Ответная управляющая реакция также может включать в себя регулировку температуры, регулировку освещения и т.д. ECU 140 может осуществлять обмен данными с различными системами управления транспортного средства посредством шины данных. Следовательно, ECU 140 может отправлять сообщения на различные системы управления транспортного средства при обнаружении сигнала о биометрических данных.
На Фиг. 2 представлена блок-схема системы 100 биометрического контроля. Система 100 может включать в себя блок 160 датчиков. Блок 160 датчиков может включать в себя датчики 120, формирователи сигналов, резисторы 145 смещения и усилитель 150. Блок 160 датчиков может быть подсоединен к чувствительному элементу 125 с помощью провода 135. Блок 160 датчиков может быть изолирован от других цепей транспортного средства во избежание помех от других электрических устройств, установленных в пассажирском салоне транспортного средства.
Как сказано выше, датчики 120 и чувствительный элемент 125 предназначены для сбора сигналов от водителя. Провод 135 предназначен для передачи контрольного сигнала, полученного чувствительным элементом 125, на устройство предварительной обработки данных ECU 140. Далее может быть выполнено сравнение контрольного сигнала с сигналами о жизненных показателях, полученными от датчиков 120. До проведения данного сравнения каждый сигнал о жизненных показателях может быть нормирован формирователем 155 сигналов для создания более помехоустойчивого и точного сигнала о жизненных показателях. Формирователь 155 сигналов может включать в себя любое количество устройств и элементов для подготовки сигнала о жизненных показателях к обработке. В одном примере для обработки сигнала может быть применен фильтр с усилителем 150. В других примерах для определения, какой из нескольких сигналов о жизненных показателях должен быть отправлен на усилитель, может быть применен мультиплексор.
После нормализации сигнала о жизненных показателях он может поступать на усилителем 150. Усилитель 150 может представлять собой операционный усилитель, предназначенный для усиления разности между напряжением одного датчика 120 и напряжением другого датчика 120, инвертированным относительно общего контрольного сигнала или «виртуального заземления» до того, как она будет обработана в ECU 140. Датчики 120 предназначены для приема электронных сигналов от водителя. Однако данные сигналы могут быть слишком слабыми, следовательно, может быть необходимо их усиление до того, как они будут обработаны в ECU 140. Инвертирование одного из сигналов о жизненных показателях относительно контрольного сигнала с усилением разности между данным сигналом и неинвертированным сигналом значительно увеличивает мощность выходного сигнала по сравнению с усилением только сигнала датчика. Следовательно, усилитель 150 может генерировать сигнал о биометрических данных, превышающий первоначальный сигнал о жизненных показателях в сотни или тысячи раз.
С формирователями 155 сигналов может быть соединен по крайней мере один резистор 145 смещения, который установлен между формирователем 155 сигналов и усилителем 150. Резисторы 145 смещения могут быть предназначены для объединения нормированных сигналов с контрольным сигналом. Как показано на Фиг. 1, контрольный сигнал может быть принят между резисторами смещения. В данном случае контрольный сигнал создает «виртуальное заземление» для нормированных сигналов о жизненных показателях, которые могут быть усилены до того, как будут поданы в ECU 140. Согласованные сигналы от каждого резистора 145 далее поступают на дифференциальные входы усилителя, усиливающего разность между первым сигналом и вторым сигналом, представляющим собой первый сигнал, инвертированный относительно общего контрольного сигнала или «виртуального заземления». Усилитель 150, в свою очередь, может выдавать сигнал о биометрических данных на ECU 140 для дальнейшей обработки и анализа. Путем сравнения опорного сигнала с нормированными сигналами о жизненных показателях качество сигналов датчиков 120 значительно повышается. Опорный сигнал от руки водителя поступает непосредственно с рулевого колеса 110 в блок 160 датчиков. Таким образом, сигнал, полученный в результате непосредственного контакта с водителем, может быть сравнен с сигналом, полученным в условиях отсутствия контакта. Следовательно, любой электрический потенциал, создаваемый водителем, может быть исключен из сигнала, благодаря чему может быть получена более точная индикация электрических импульсов, создаваемых водителем. Таким образом, условия окружающей среды могут быть учтены при выполнении непрерывного контроля жизненных показателей водителя.
На Фиг. 3 представлен пример способа 300 для системы 100 биометрического контроля. Способ может начинаться на этапе 305, на котором датчики 120 могут детектировать жизненный показатель водителя. Жизненным показателем может быть электрический импульс в теле водителя, соответствующий пульсу водителя. Жизненный показатель может быть передан от датчика 120 с помощью проводного передатчика.
На этапе 310 на рулевом колесе 110 транспортного средства может быть детектирован сигнал от водителя. Этот сигнал может быть далее передан по проводу, электрически соединенному с рулевым колесом 110, для использования в качестве контрольного сигнала для сигнала о жизненных показателях.
На этапе 315 сравнивают сигнал о жизненных показателях и контрольный сигнал. Например, можно вычесть контрольный сигнал из сигнала о жизненных показателях. В данном случае электрический потенциал водителя может быть исключен из сигнала о жизненных показателях, что позволит получить согласованный сигнал, который за счет сравнения с контрольным сигналом становится более чистым и точным.
На этапе 320 согласованный сигнал может быть передан на ECU 140. Как сказано выше со ссылкой на Фиг. 2, до передачи на ECU 140 согласованный сигнал может быть усилен с помощью усилителя 150. С помощью контрольного сигнала, полученного при непосредственном контакте с водителем на рулевом колесе 110, ECU 140 получает для обработки мощный, чистый и точный сигнал.
В общем случае компьютерные системы и/или устройства могут использовать операционную систему, включая, но не ограничиваясь версиями и/или разновидностями ОС Microsoft Windows; Unix (например, ОС Solaris компании Oracle Corporation, Калифорния); AIX INIX от компании International Business Machines, Армонк, Нью-Йорк; Linux; Mac OS X и iOS от компании Apple Inc, Купертино, Калифорния; BlackBerry OS от компании Reserch In Motion из Ватерлоо, Канада; а также Android от компании Open Handset Alliance.
В общем случае компьютерные устройства могут включать в себя машиночитаемые инструкции, которые могут быть выполнены одним или несколькими процессорами. Машиночитаемые инструкции могут быть скомпилированы или транслированы из компьютерных программ, созданных с использованием различных языков и/или технологий программирования, включая, но не ограничиваясь перечисленным, языки Java™, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl и т.д. или их комбинации. В общем случае процессор или микропроцессор принимает инструкции, например, из запоминающего устройства или машиночитаемого носителя информации, и выполняет эти инструкции, тем самым реализуя один или несколько процессов, например, описанных выше. Такие инструкции и другие данные могут храниться и передаваться с помощью различных машиночитаемых носителей.
Машиночитаемый носитель (сюда также относятся носители, читаемые процессором) включает в себя любые энергонезависимые носители (например, материальные носители), предоставляющие данные (например, инструкции), которые могут быть обработаны компьютером (например, процессором вычислительного устройства). Такой носитель может иметь множество форм, включая, но не ограничиваясь этим, постоянные и оперативные запоминающие устройства. Постоянными запоминающими устройствами могут быть, например, оптические или магнитные диски, а также другие виды энергонезависимых носителей. Оперативные запоминающие устройства могут представлять собой, например, динамическое оперативное запоминающее устройство (DRAM), которые обычно являются частью основного запоминающего устройства. Такие инструкции могут быть переданы с помощью одного или нескольких средств передачи данных, например, с помощью коаксиальных кабелей, медных кабелей и оптоволоконных кабелей, включая провода, которые являются частью системной шины, соединенной с процессором компьютера. Стандартными формами машиночитаемых носителей являются гибкий магнитный диск, жесткий диск, магнитная лента, любые другие виды магнитных носителей, CD-ROM, DVD, любые другие оптические носители, перфорированная лента, бумажная лента, любые другие физические носители информации с отверстиями, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EEPROM, другие чипы или карты памяти, а также любые другие носители, с которыми может работать компьютер.
Базы данных, архивы или другие описанные хранилища данных могут включать в себя различные механизмы для хранения, доступа и чтения различных данных, например, иерархические базы данных, наборы файлов в файловой системе, базы данных приложения в соответствующем формате, реляционные системы управления базами данных (RDBMS) и т.д. Каждое такое хранилище данных обычно встроено в вычислительное устройство с операционной системой, например, одной из указанных выше, а доступ к ним осуществляется через сеть любым из известных способов. Доступ к файловой системе может быть выполнен из операционной системы, при этом такая система может поддерживать различные форматы файлов. RDBMS обычно использует язык структурированных запросов (SQL) вместе с языком создания, хранения, редактирования и выполнения сохраненных процедур, например, PL/SQL.
В некоторых вариантах элементы системы могут представлять собой машиночитаемые инструкции (например, программное обеспечение) на одном или нескольких компьютерных устройствах (например, серверах, персональных компьютерах и т.д.) и могут храниться на соответствующем машиночитаемом носителе (например, дисках, запоминающих устройствах и т.д.). Компьютерная программа может состоять из таких инструкций, сохраненных на машиночитаемом носителе, для выполнения описанных функций. В качестве альтернативы прикладное программное обеспечение может представлять собой аппаратное обеспечение или аппаратно реализованное программное обеспечение, либо сочетания программного обеспечения, аппаратного обеспечения и/или аппаратно реализованного программного обеспечения