DE102004016191A1

DE102004016191A1 - Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt

Info

Publication number: DE102004016191A1
Application number: DE102004016191A
Authority: DE
Inventors: Jürgen DICKMANN; Thomas Hackbarth
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rückhaltesystem mit einem Rückhaltegurt, in den ein Bewegungssensor und eine Auswerteschaltung integriert ist. Der Bewegungssensor ist so ausgebildet, dass er die Bewegung des Brustkorbes oder des Bauches erfassen kann und aus dem Bewegungs- respektive Bewegungssignal durch gezielte Filterung und Signalauswertung die Atemfrequenz und/oder Herzfrequenz abgeleitet werden kann. Durch diese nicht invasive Möglichkeit, die Vitalfunktion des Fahrers oder anderer Insassen zu überwachen, ist die Möglichkeit gegeben, im Falle eines Notrufes nicht nur die Position des verunfallten Fahrzeuges, sondern auch die Vitalfunktion und die Präsenz von verunfallten Fahrzeuginsassen mit zu übertragen. Dies führt zu einer sehr wirkungsvollen Notrufinformation, die eine sichere verlässliche Rettung ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rückhaltesystem mit einem Rückhaltegurt.
In Kraftfahrzeugen sind Rückhaltesysteme mit Rückhaltegurten seit vielen Jahren bekannt. Diese Rückhaltesysteme halten dem angegurteten Fahrzeuginsassen im Fall eines Aufpralls auf ein Hindernis in dem Fahrzeugsitz zurück und reduzieren dadurch die Unfallschäden für diesen Fahrzeuginsassen. Diese Rückhaltesysteme mit Rückhaltegurt haben sich sehr bewährt.

Aus der US-Patentanmeldung US 2003/0073886 A1 ist ein Sensor für Vitalfunktionen bekannt, der in einem Fahrzeug angeordnet ist und Vitalfunktionen des Fahrzeugführers erfassen kann. Dabei sind in dem Lenkrad Elektroden angeordnet, welche anhand der durch die Elektroden erfassten Spannungsverläufe ein EKG erfasst. Auch wird dem mittels optischer Sensoren in dem Lenkrad die Blutmenge erfasst oder mittels Mikrowellensensoren Rückschluss auf die Herzfrequenz geschlossen. Diese Vitalfunktionen werden dazu benutzt, dem Fahrer abhängig von seinem Vitalzustand unterschiedliche Informationsumfänge zur Verfügung zu stellen.

Weiterhin ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 203 05 450 U1 eine Uhr bekannt, welche an ihrer Unterseite Kontakte zur Erfassung des Herzschlages des Uhrenträgers zeigt, wobei diese Uhr die erfassten Spannungssignale auswertet und über Funk überträgt.

Weiterhin ist aus der japanischen Patentanmeldung mit der Publikationsnummer 2002-345769 ein Beschleunigungssensor bekannt, der geeignet ist, die Herzfrequenz des Trägers zu bestimmen. Dieser Sensor wird in der Kleidung getragen und zeichnet die Vitalfunktion des Herzschlags auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt anzugeben, das es ermöglicht, auf einfache und sichere Weise Informationen über die Herz- und Atemaktivität eines angegurteten Fahrzeuginsassen zu geben.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch ein Rückhaltesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Rückhaltesystem zeigt einen Rückhaltegurt, der mit einem Bewegungssensor mechanisch verbunden ist. Das Rückhaltesystem zeigt eine Auswerteschaltung für das Bewegungssignal, welche geeignet ist, das erfasste Bewegungssignal auf Herz- und/oder Atemaktivitäten auszuwerten. Vorzugsweise ist der Bewegungssensor als Beschleunigungssensor ausgebildet.

Durch die erfindungsgemäße mechanische Verbindung des Bewegungssensors mit dem Rückhaltegurt gelingt es, ein fahrzeugspezifisches und fahrzeuginsassenunabhängiges System zur Überwachung von Vitalfunktionen von Fahrzeuginsassen zu schaffen, welches sehr einfach und automatisch ohne zusätzliche Aktivitäten des Fahrzeuginsassen in der Lage ist, sicher auf die Vitalfunktionen Herz- und/oder Kreislaufaktivitäten und damit auf die Herzschlagfrequenz, die Veränderung der Herzschlagfrequenz, die Atemfrequenz und/oder die Veränderung der Atemfrequenz zu schließen. Allein durch das Angurten des Fahrzeuginsassen mit dem erfindungsgemäßen Rückhaltegurt ist sichergestellt, dass diese Überwachungsfunktion für Vitalfunktionen ermöglicht ist.

Dabei wird als Bewegungssensor vorzugsweise ein Beschleunigungssensor verwendet, der geeignet ist, einen Beschleunigungsbereich von etwa +/- 1 bis 2 g sicher zu erfassen und verlässlich aufzulösen. Eine Auflösung im bereich von etwa 10 μg hat sich sehr bewährt. Als Sensoren kommen beispielsweise alle miniaturisierten Bewegungssensoren in Frage beispielsweise in Form von mikromechanischen Bauelementen (MEMS = micro electromechanical systems) wie sie als Beschleunigungssensoren z.B. von der Firma VTI als SCA620 oder von der Firma MEMSIC unter der Bezeichnung MXR2999U erhältlich sind. Diese bevorzugten Miniaturelemente haben die Größe von kleinen ICs und können somit sehr einfach mit dem Rückhaltegurt mechanisch verbunden werden, ohne dass diese Beschleunigungssensoren sich störend beim Betrieb des Gurtes auswirken.

Der Bewegungssensor oder die Bewegungssensoren messen insbesondere die Bewegung des Brustkorbes oder der Bauchdecke, welche unter anderem durch die Atmung oder den Herzschlag verursacht wird. Anhand der erfassten beschleunigten Bewegung wird ein Bewegungssignal – bspw. in Form eines Beschleunigungssignals – durch den oder die Bewegungssensoren gebildet, welche zielgerichtet im Hinblick auf die Herzschlagfrequenz oder Atemfrequenz oder beides gemeinsam ausgewertet wird. Anhand der durch die Auswerteschaltung, welche entweder im Bereich des Rückhaltegurtes oder von diesem abgesetzt realisiert ist, lassen sich vielfältige Funktionen mittels dieser Information zu diesen Vitalfunktionen steuern oder diese Informationen zielgerichtet weitergeben. Insbesondere hat es sich als besondere vorteilhaft erwiesen, bei einem Unfall eine Unfallmeldung automatisch abzusetzen und dabei im Rahmen dieser Unfallmeldung die sensierten und ausgewerteten Informationen zu den Herz- oder Atemaktivitäten der Fahrzeuginsassen mit zu übertragen. Damit ist es der Rettungsleitzentrale möglich, einerseits auf den Zustand der Fahrzeuginsassen zu schließen, beispielsweise ob diese einen Herzstillstand oder einen Atemaussetzer erfahren haben, aber auch auf die Anzahl der Fahrzeuginsassen zu schließen. Diese Informationen erweisen sich als sehr hilfreich und ermöglichen eine zielgerichtete Rettung der in einen Unfall verwickelten Fahrzeuginsassen. Beispielsweise lässt sich anhand dieser übertragenen Vitalfunktionen ggf. darauf schließen, dass gerade keine spezielle Rettungsaktivität gestartet werden muss, wenn alle Fahrzeuginsassen sehr entspannt sind, d.h. die gewöhnliche Atem- und Herzfrequenz zeigen oder die ggf. während dem Unfall aufgezeichneten Bewegungswerte keine übermäßigen Maximalwerte aufweisen. Andernfalls wird bei stark erhöhten Herzfrequenzen sicherlich eine Rettungsaktivität gestartet werden. Im Rahmen des automatisierten Notrufes wird die Position der Fahrzeuges mitübertragen, so dass diese Rettungsaktion sehr effizient realisiert werden kann.

Weiterhin ist es möglich, anhand der Herz- oder Atemaktivitäten das Verhalten des Fahrzeuges adaptiv dem aktuellen Zustand der Fahrzeuginsassen insbesondere des Fahrzeugführers anzupassen, beispielsweise ist es denkbar, dass durch Eingriff in das Motormanagement ein aggressives Fahrverhalten verhindert wird oder aufregende, belastende Einflüsse durch das Fahrzeug zielgerichtet verhindert oder abgeschaltet werden, sobald der Fahrer anhand der detektierten, ausgewerteten Herz- oder Atemaktivitäten als sehr belastet eingestuft wird. In entsprechender Weise kann auf einen sehr entspannten Fahrzeugführer in umgekehrter Weise reagiert werden.

Darüber hinaus hat es sich bewährt, den Fahrer mittels eines Warnsignals eine kritische Situation zu signalisieren, wobei diese kritische Situation anhand der erfassten und ausgewerteten Sensorsignale bestimmt wird. Dabei hat es sich z.B. bewährt eine gefährliche Müdigkeit eines Fahrers anhand einer Kombination aus abgesunkener Herz- und abgesunkener Atemfrequenz festzustellen und auf Basis dieser den Fahrer rechtzeitig vor dem Einschlafen oder vor dem Sekundenschaf zu warnen. Dabei kann die Warnung akustisch, optisch, haptische oder in anderer Weise erfolgen.

Nach einer bevorzugten Ausbildung des Rückhaltesystems ist der Rückhaltegurt mit dem Bewegungssensor so verbunden, dass der typischerweise als Dreipunktgurt ausgebildete Rückhaltegurt im Bereich des Brustgurtes mit dem beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgebildeten Bewegungssensor mechanisch verbunden ist. Durch diese räumliche Auswahl der Position des Bewegungssensors gelingt es, die Bewegung des Brustkorbes oder der Bauchdecke des angegurteten Fahrzeuginsassen sicher und verlässlich zu erfassen und daraus ein aussagekräftiges Bewegungs- oder Beschleunigungssignal zur Interpretation als Atem- und/oder Herzaktivität zu ermöglichen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Bewegungssensor mit dem Rückhaltegurt flächig zu verbinden, wobei dieser insbesondere in den Rückhaltegurt integriert ausgebildet ist. Durch das flächige Verbinden ist eine sichere Fixierung des Bewegungssensors an oder in dem Rückhaltegurt gegeben, welche die dauerhafte Funktionsfähigkeit des Rückhaltesystems mit Bewegungssensor gewährleistet, da der Rückhaltegurt mit dem Bewegungssensor keinen starken mechanischen Belastungen unterzogen wird, die zu einem Ablösen oder Beschädigen der Bewegungssensoren führen können. Durch das flächige Verbinden und insbesondere durch eine Integration eines flächigen oder auch nicht flächigen Sensors ist eine unerwünschte mechanische Beeinträchtigung beispielsweise durch Ablösen oder Abreißen des Sensors weitgehend verhindert und dadurch eine sichere und dauerhafte Funktion des Bewegungssensors und damit des Rückhaltesystems zur Detektion von Vitalfunktionen geschaffen. Durch die Integration des insbesondere flächigen Sensors gelingt es, ein Rückhaltesystem zu schaffen, das der Fahrzeuginsasse nicht als störend empfindet, da er es einerseits gegenständlich nicht wahrnimmt und andererseits die Erfassung der Vitalfunktionen ohne direkten Eingriff also nicht-invasiv erfolgt. Dadurch ist die Akzeptanz dieses Systems zur Überwachung von Vitalfunktionen im besonderen Maße durch die Fahrzeuginsassen gegeben.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, den Bewegungssensor mit dem Rückengurt so zu verbinden, dass er entlang des Gurtes verschieblich angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass der Bewegungssensor insbesondere durch einen Fahrzeuginsassen zielgerichtet in eine gute Erfassungsposition verschoben wird. Diese gute Erfassungsposition ist typisch im Bereich des Brustkorbes oder direkt unterhalb des Brustkorbes im Bereich der oberen Bauchdecke angesiedelt. In diesen guten Erfassungsbereich ist sichergestellt, dass eine gute und verlässliche Sensierung der Atem- und/oder Herzaktivität ermöglicht ist. Auf diese Weise ist eine Anpassung an sehr unterschiedliche Körpergrößen, Körperumfängen ermöglicht, ohne dass die Qualität der Sensierung und Auswertung der Vitalfunktionen darunter leidet.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, das Rückhaltesystem mit einem Distanzelement zu versehen, welches zwischen dem Bewegungssensor und dem Gurtschloss angeordnet ist und sicherstellt, dass der Abstand zwischen dem Gurtschloss und dem Bewegungssensor in einem vorgegebenen Distanzbereich liegt und der Bewegungssensor im Bereich des Brustgurtes angeordnet ist. Hierdurch gelingt es, durch das Vorsehen des Distanzstückes und der Anordnung des Bewegungssensors bzw. des Gurtschlosses als Teil des Rückhaltegurtes zu beiden Enden des Distanzstückes eine sehr geeignete Position des Bewegungssensors zur Sensierung der Herz- und/oder Atemaktivitäten des angegurteten Fahrzeuginsassen zu gewährleisten. Dabei ist das Distanzelement und der Bewegungssensor ebenso wie das Gurtschloss vorzugsweise beweglich insbesondere gemeinsam beweglich an dem eigentlichen Rückhaltegurt befestigt, so dass diese Elemente verschieblich an dem eigentlichen Rückhaltegurt entlang verschoben werden können. Eine Anpassung der Position des Bewegungssensors durch einen direkten Eingriff und Verschieben des Bewegungssensors durch einen Fahrzeuginsassen nach dem Angurten ist nicht mehr erforderlich. Dadurch gelingt es, einerseits die Sensierung zu optimieren und andererseits die Akzeptanz eines solchen Systems zu verbessern.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Auswerteschaltung mit einem Filter zu versehen, welcher das erfasste Bewegungssignal filtert, wobei der Filter so ausgebildet ist, dass er an die Herz- oder Atemaktivität angepasst ist. Das gefilterte Bewegungssignal wird anschließend durch die Auswerteschaltung auf Herz- und/oder Atemaktivitäten ausgewertet. Durch die Verwendung eines an die Herz- oder Atemaktivitäten angepassten Filters gelingt es, den Einfluss von Störsignalen deutlich zu reduzieren und dadurch eine verlässliche Information über die Herz- und/oder Atemaktivitäten zu gewinnen. Vorzugsweise ist der angepasste Filter so ausgebildet, dass er Signale außerhalb eines Bereiches von 0,7 bis 3 Hz sperrt, was die direkte Erfassung des Herzschlages und damit die Herzaktivitäten zielgerichtet ermöglicht. Alternativ hat es sich auch bewährt, den an die Herzaktivität angepassten Filter so auszubilden, dass er im Bereich der Resonanzfrequenz des Brustkorbes durchlässig ist während er außerhalb, insbesondere in einem Bereich außerhalb von 10 bis 25 Hz sperrt. Dabei macht sich dieses erfindungsgemäße Rückhaltesystem die Erkenntnis zunutze, dass durch den Herzschlag der Brustkorb des angegurteten Fahrzeuginsassen zum Schwingen angeregt wird und dieser angeregte Brustkorb dann mit der Eigenresonanzfrequenz zu schwingen beginnt. Diese durch den Herzschlag angeregte Resonanzschwingung klingt gedämpft durch die Eigenschaften des Brustkorbes ab und wird dann nach einer gewissen Zeit wieder durch den nächsten Herzschlag angeregt. Durch die Verwendung eines an die Resonanzfrequenz des Brustkorbes angepassten Filters und damit an die Herzaktivität angepassten Filters gelingt es, sehr verlässlich und wirkungsvoll Störungen zu unterdrücken und auf die Herzaktivität zurückzuschließen. Darüber hinaus hat es sich bewährt, den Filter an die Atemaktivitäten anzupassen, indem der Filter insbesondere in einem Bereich von 0,1 bis 1 Hz vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 0,7 Hz durchgängig ist und außerhalb sperrt. Durch diese Ausbildung des angepassten Filters lässt sich die Atemaktivität verlässlich erfassen, indem störende, nicht durch die Atemaktivität bedingte Signale verlässlich unterdrückt werden. Durch die Verwendung dieser an die Herz- oder Atemaktivitäten angepassten Filter gelingt es, sehr verlässliche Informationen über die Herz- oder Atemaktivitäten mittels der Bewegungssensoren und der Auswerteschaltung zu gewinnen und dementsprechend zu nutzen.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Rückhaltesystems ist ein zweiter Bewegungssensor vorgesehen, der als Referenzbewegungssensor verwendet wird und der so angeordnet ist, dass er ein nicht durch die Herz- und/oder Atemaktivität beeinflusstes Referenzsignal erzeugt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass dieser Referenzbewegungssensor am Sitz des sensierten Fahrzeuginsassen befestigt ist und dadurch das allgemeine Bewegungssignal des Fahrzeugsitzes respektive des Fahrzeuges und damit auch des Fahrzeuginsassen erfasst. Dieses Referenzbewegungssignal wird als Vergleichssignal der Auswerteschaltung zugeführt. Mittels dieses Vergleichssignals können weitere störende Einflüsse bei der Auswertung des Bewegungssignals des Bewegungssensor zur Erfassung der Atem- und/oder Herzaktivitäten unterdrückt werden. Vorzugsweise erfolgt dies mittels eines Differenzverstärkers in der Auswerteschaltung, welchem einerseits das Bewegungssignal des Bewegungssensors und andererseits das Referenzbewegungssignal des Referenzbewegungssensors zugeführt werden, so dass am Ausgang des Differenzverstärkers das weniger gestörte Bewegungssignal des Bewegungssensors zur Erfassung der Herz- und/oder Atemaktivitäten anliegt. Mittels dieses weniger gestörten Ausgangssignals lassen sich die folgenden Auswerteschritte der Auswerteschaltung noch verlässlicher ausführen.

Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, den Rückhaltegurt mit elektrischen oder optischen Signalleitungen zur Zu- oder Ableitung von Signalen bzw. von Energie zu versehen und über diese Leitungen Verbindung mit anderen Komponenten des Fahrzeuges oder des Rückhaltesystems zu schaffen. Insbesondere hat es sich bewährt, die für die Auswertung und/oder für den Bewegungssensor notwendigen Energie über diese Leitungen von dem Bordnetz aus zuzuführen. Auch hat es sich bewährt, über die Leitungen Signale zu transferieren, beispielsweise von dem Bewegungssensor oder Referenzsensor zur Auswerteschaltung oder zu anderen Fahrzeugkomponenten oder anderen Komponenten des Rückhaltesystems oder auch von der Auswerteschaltung zu einer Kommunikationseinrichtung oder anderen Komponenten des Fahrzeuges oder des Rückhaltesystems. Dabei sind diese Leitungen vorzugsweise im Innern des Rückhaltegurtes angeordnet, insbesondere in dem Rückhaltegurt verbogen, so dass diese Leitungen auch bei starker Belastung durch einen Unfall nicht beschädigt oder unterbrochen werden. Neben dem Verweben hat es sich auch bewährt, die Leitungen geradlinig an der Seite oder im Innern des Rückhaltegurtes verlaufend anzuordnen, so dass die Biegeradien und damit die Belastung der Leitungen gering gehalten wird. Durch diese Ausbildung ist eine sehr dauerhafte und verlässliche Funktion des Rückhaltesystems gegeben.

Darüber hinaus hat es sich besonders bewährt, den Rückhaltegurt mit einem oder mehreren Antennenelementen zu versehen, die ggf. mit Schaltungsanordnungen zum Betrieb der Antennen beispielsweise Senderstufen versehen sind, um die sensierten Signale bzw. ausgewerteten Signale drahtlos zu übertragen. Diese drahtlose Übertragung kann einerseits an eine Komponente des Fahrzeuges oder eine andere Komponente des Rückhaltesystems erfolgen aber auch direkt nach außen an einen nicht fahrzeuggebundenen Teilnehmer beispielsweise eine Notrufzentrale oder ähnliches erfolgen. Durch diese drahtlose Übertragung und Anordnung der Antennenelemente gelingt es, eine sehr verlässliche, mechanisch wenig anfällige Ausbildung des erfindungsgemäßen Rückhaltesystems zu schaffen.

Auch hat es sich besonders bewährt, den Rückhaltegurt mit einer Energiequelle für die Auswerteschaltung und/oder den Bewegungssensor zu versehen, wobei die Energiequelle sowohl als Energiespeicher als auch als energieerzeugende Einheit oder auch als Kombination beider realisiert sein kann. Vorzugsweise wird dabei die Energiequelle als Energiespeicher in Form eines Goldcaps realisiert, wobei die Energie zur Speicherung in dem Energiespeicher vorzugsweise über die in dem Rückhaltegurt angeordneten elektrischen Zuleitungen zugeführt wird. Als energieerzeugende Einheiten haben sich insbesondere thermoelektrische Elemente, Mikrogeneratoren und/oder Empfänger für elektromagnetische Energieübertragung bewährt. Durch diese energieerzeugende Einheiten gelingt es, die Verkabelung der Auswerteschaltung und der oder des Bewegungssensors mit dem restlichen Fahrzeug bzw. dem restlichen Rückhaltesystem gering zu halten und dadurch ein weitgehend autarkes insbesondere energieautarkes System zu schaffen. Dadurch ist auch im Fall eines schweren Unfalls, bei dem das Bordnetz beschädigt oder zerstört ist, eine Erfassung der Herz- oder Atemaktivitäten ermöglicht.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Auswerteschaltung und den Bewegungssensor als eine Einheit zu realisieren, insbesondere diese auf einer gemeinsamen Platine oder auf einer gemeinsamen Folie oder in einem integrierten Schaltkreis zu realisieren. Durch diese integrierte Ausbildung der Auswerteschaltung und des Bewegungssensors ist eine Verkabelung des Systems zur Erfassung der Herz- und Atemaktivitäten erheblich beschränkt und dadurch die Anfälligkeit des Systems erheblich reduziert. Durch die flächige Ausbildung der integrierten Einheit insbesondere unter Verwendung einer gemeinsamen Folie, auf welcher die Auswerteeinheit und der Bewegungssensor insbesondere in Form einer integrierten Schaltung angeordnet sind, ist die Integration oder flächige Anordnung dieser integrierten Einheit an oder in dem Rückhaltegurt in besonders einfacher und verlässlicher Weise ermöglicht, was zu einem mechanisch wenig anfälligen, von den Fahrzeuginsassen gut akzeptierten System führt. Darüber hinaus lässt sich die Herstellung dieser integrierten Anordnung aufgrund eines einheitlichen Fertigungsprozesses besonders vorteilhaft gestalten.

Vorzugsweise ist das Rückhaltesystem so ausgebildet, dass abhängig von der erfassten und ausgewerteten Herz- und/oder Atemaktivitäten ein oder mehrere Komponenten des Rückhaltesystems und/oder des Fahrzeuges zielgerichtet steuerbar sind. Beispielsweise hat es sich bewährt, abhängig von der Atemfunktion und/oder Herzfunktion nach einem Unfall ein Notrufsystem zu aktivieren oder nicht zu aktivieren. Ist die Herzfrequenz oder die Atemfrequenz in einem kritischen Zustand oder Niveau, so soll automatisiert das Notrufsystem auf Basis der ausgewerteten Sensorsignale aktiviert werden, wobei dieses Notrufsystem als Teil des Fahrzeuges mit dem Rückhaltesystem verbunden ist. In entsprechender Weise kann zielgerichtet auch auf Basis der Atem- und/oder Herzaktivitäten das Airbagsystem und/oder Gurtstraffersystem, welches Teil des Rückhaltesystems des Fahrzeuges ist, zielgerichtet aktiviert oder deaktiviert werden. Beispielsweise kann die Notwendigkeit einer Aktivierung eines Airbagsystems oder eines Abschaltens durch das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer angegurteten Person sicher detektiert werden und dementsprechend das Airbagsystem oder der Gurtstraffer aktiviert oder deaktiviert werden. Auch ist es möglich, abhängig von den Vitalfunktionen den Gurtstraffer oder das Airbagsystem früher oder später oder schneller bzw. langsamer zu aktivieren. Auch hat es sich bewährt, insbesondere dann wenn anhand der Vitalfunktion eine starke Belastung des Fahrzeugführers oder auch der anderen Fahrzeuginsassen detektiert wird, was regelmäßig mit hohen Atem- oder Herzfrequenzen oder starken Veränderungen dieser Frequenzen zusammenhängt, die Belastung der Fahrzeuginsassen durch äußere oder fahrzeuginterne Einflüsse zu reduzieren, beispielsweise in dem die Lautstärke eines Kommunikationsgeräts beispielsweise eines CD-Players reduziert wird oder die optischen Einflüsse beispielsweise Kontrollleuchten auf die notwendigen reduziert wird. Dadurch lässt sich die Belastung der Fahrzeuginsassen reduzieren und dadurch die Aufmerksamkeit auf die notwendigen Informationen beschränken und diese sicher und verlässlich auswerten, wohingegen die nicht notwendigen Informationen oder Einflüsse auf Basis der sensierten Vitalfunktionen in den Hintergrund treten. Bei einem besseren allgemeinen Zustand, der auf Basis der sensierten Vitalfunktionen bestimmt wird, können diese an sich störenden Einflüsse wieder reaktiviert oder verstärkt oder beibehalten werden.

Durch diese Art der Steuerung verschiedener Geräte des Fahrzeugs oder des Rückhaltesystems gelingt es, eine für den Fahrzeugführer und für die anderen Fahrzeuginsassen sichere und verlässliche Fahrzeugumgebung zu schaffen, die sowohl im normalen Betriebszustand aber auch im extremen Notzustand die richtigen Aktivitäten auslöst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausbildung näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausbildung beschränkt.

In 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Rückhaltesystems dargestellt,
in 2 ist ein beispielhaftes Signal eines Beschleunigungssensors dargestellt und
in 3 ist das zugehörige Frequenzspektrum wiedergegebenen.
Das erfindungsgemäße Rückhaltesystem zeigt einen Rückhaltegurt, in welchen der Beschleunigungssensor 1 integriert und damit mechanisch fest mit dem Rückhaltegurt verbunden ist. Der Beschleunigungssensor 1 ist dabei in dem Bereich des Rückhaltegurtes angeordnet, der dem Bereich des Brustgurtes entspricht, so dass der Beschleunigungssensor 1 im Bereich der Brust oder des Bauchraumes eines angegurteten Fahrzeuginsassen zum Liegen kommt. Neben dem Beschleunigungssensor 1 ist ein Referenzbeschleunigungssensor 2 vorgesehen, der mit dem Sitz des Fahrzeuginsassen, der mittels des Beschleunigungssensors 1 sensiert werden soll, fest verbunden ist. Dieser Referenzbeschleunigungssensor 2 generiert ein Referenzbeschleunigungssignal, welches nicht durch die Bewegung des Brustkorbes oder des Bauchraumes bzw. der Bauchdecke des Fahrzeuginsassen beeinflusst ist, wie es der Beschleunigungssensor 1 ist. Diese Bewegungen nimmt der Beschleunigungssensor 1 auf und führt sein Sensorsignal, das den Bewegungen des Brustkorbes bzw. des Bauchbereiches entspricht, einem Differenzverstärker 3 zusammen mit dem Referenzbeschleunigungssignal des Referenzbeschleunigungssensors 2 zu. Mittels des Differenzverstärkers 3 gelingt es, die Bewegung des Oberkörpers respektive des Brustkorbes bzw. des Bauches des zu sensierenden Fahrzeuginsassen von den Bewegungen des gesamten Fahrzeuges mit Hilfe des Referenzbeschleunigungssensors 2 zu entkoppeln und dadurch Störeinflüsse deutlich zu verringern. Nach der Differenzbildung werden weitere Störeinflüsse, wie z.B. die Körperbewegung im Sitz, mittels zielgerichteter Filterung herausgefiltert. Dies erfolgt durch die Filter 4a und 4b, welche in ihrer Filtercharakteristik an die Herz- bzw. Atemaktivitäten angepasst sind. Der Filter 4a wird dabei bevorzugt so ausgebildet, dass er eine Bandpasscharakteristik hat, welche so ausgebildet ist, dass sie im Bereich von 0,1 bis 1 Hz durchgängig ist wohingegen die anderen Frequenzen zielgerichtet gesperrt werden. Diese Charakteristik entspricht einer Atemfrequenz von 6 bis 60 Atemzüge pro Minute. Nach der Filterung durch den an die Atmung angepassten Filter 4a wird das Filtersignal mittels eines Digitalwandlers 5a digitalisiert. Die digitalen Signale werden dann anschließend einer Fourier-Transformation in Echtzeit unterzogen, um das Frequenzspektrum der durch den Filter 4a gefilterten "Atemsignale" zu erfassen. Dieses Frequenzspektrum wird im Hinblick auf die Atemfrequenz zielgerichtet ausgewertet.
In einem zu der Signalauswertekette aus Filter 4a, AD-Wandler 5a und Fourier-Transformationseinheit 7a parallelen Signalauswertekette für den Herzschlag wird es möglich, nicht nur die Atemfrequenz sondern auch die Herzfrequenz aus dem Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors 1 in Verbindung mit dem Signal des Referenzbeschleunigungssensors 2 zu gewinnen. Dabei wird ein Filter 4b verwandt, der eine Bandpasscharakteristik aufweist, die die gängigen Resonanzfrequenzen der Brustkörbe der potenziellen Fahrzeuginsassen umfasst. Hierzu ist bevorzugt der Filter 4b so ausgebildet, dass er im Bereich zwischen 10 und 20 Hz durchgängig ist, wohingegen er außerhalb die zugeführten Signale sperrt. Die durch den Filter 4b gefilterten Signale werden anschließend mittels des AD-Wandlers 5b digitalisiert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das periodisch angestoßene und wieder abklingende erfasste Signal vor der Fourier-Transformation gleichzurichten. Dazu dient der als Absolutwert-Generator 6 ausgebildete Gleichrichter in 1, der negative Werte aus dem AD-Wandler 5b in gleich große positive Werte umformt. Die Ermittlung des Herzfrequenzspektrums erfolgt analog zur Bestimmung des Atemfrequenzspektrums mittels Fourier-Transformation in Einheit 7b.
Die Herzfrequenz bzw. die Atemfrequenz wird typisch durch die Bestimmung des Maximums des Frequenzspektrum in der Einheit 8a bzw. 8b ermittelt, wobei bevorzugt nur der physiologisch sinnvollen Bereich berücksichtigt wird. Beispielsweise wird das Maximum des Herzsignal-Frequenzspektrums im Bereich zwischen 1 und 3 Hz, d.h. im Bereich zwischen 60 und 180 Herzschläge pro Minute ermittelt. In entsprechender Weise wird dies für die Atemfrequenz realisiert, wobei der physiologisch sinnvolle Bereich hier im Bereich zwischen 0,1 und 1 Hz entsprechend 6 bis 60 Atemzüge gewählt wird. Höhere harmonische Frequenzen des Herzschlags oder der Atemfrequenz tauchen auch auf bzw. sind aber in ihrer Amplitude kleiner oder liegen in der Regel außerhalb des sinnvollen Frequenzbereiches, so dass diese sich nicht störend bei dieser Art der Bestimmung der relevanten Herzfrequenz oder Atemfrequenz auswirken.
In 2 ist das Signal des Beschleunigungssensors 1 dargestellt. Dabei ist der Herzschlag als einzelne Peaks in Abstand von etwa 0,6 sek. zu erkennen und die durch den Herzschlag angeregte Resonanz des Brustkorbs, der im Bereich von 13 bis 15 Hz liegt. Aufgrund der Anregung und der gedämpften Resonanz klingt die Amplitude im Laufe der Zeit ab, bis sie erneut durch einen neuen Herzschlag wieder angeregt wird. Durch zielgerichtete Filterung mit einem Filter 4b entsprechend der zu 1 dargestellten Vorgehensweise lässt sich das Beschleunigungssignal des Beschleunigungssensors 1 sehr effizient und verlässlich im Hinblick auf die Herzaktivität sensieren und auswerten. Im Rahmen der Auswertung ergibt sich zu dem in 2 dargestellten Beschleunigungssignal ein Frequenzspektrum, das in der 3 wiedergegeben ist. Im Bereich von 1,5 Hz ist die maximale Amplitude des Frequenzspektrums zu finden, was einer Herzfrequenz von 90 BPM (beats per minute) entspricht. Hierbei ist zu beachten, dass durch die Gleichrichtung des Signals die hochfrequenten Anteil in ihrer Frequenz verdoppelt werden, weshalb die Körperresonanzfrequenz bzw. Brustkorb-Resonanzfrequenz nicht bei beispielsweise 13 Hz sondern bei 26 Hz erkennbar ist. Durch dieses Verfahren lässt sich erkennbar die Herzfrequenz sicher bestimmen.
In entsprechender Weise lässt sich nicht nur die Herzfrequenz sondern durch den parallelen Signalverarbeitungszweig 4a, 5a, 7a, 8a auch die Atemfrequenz bestimmen.
Mit Hilfe der in das erfindungsgemäße Rückhaltesystem integrierten Sensorik lassen sich die wichtigsten Vitalfunktionen (Herzschlag und/oder Atmung) von Fahrzeuginsassen messen. Diese Messung erfolgt mittels Beschleunigungssensoren, die dies nicht invasiv und ohne direkten Körper oder Hautkontakt, also quasi berührungslos, ermöglichen. Es ist nicht notwendig, spezielle Gerätschaften wie Uhr, Brustgurt oder Elektroden oder spezielle Bekleidung zu tragen. Die sensierten Vitalfunktionen werden bevorzugt dazu verwendet, zusammen mit einem Notruf, der nicht nur die geografische Fahrzeugposition nach einem Unfall enthält, sondern typisch auch relevante persönliche Informationen insbesondere die besagten Vitalfunktionen enthält. Anhand dieser Vitalfunktionen lassen sich die in die Wege geleiteten Rettungsaktivitäten zielgerichtet und effizient steuern. Darüber hinaus ist es auch möglich, mit Hilfe dieses erfindungsgemäßen Rückhaltesystems eine Müdigkeitsüberwachung des Fahrers oder Gesundheitsüberwachung des Fahrers oder Insassen gerade für Herzpatienten zu realisieren und ein Warnsignal oder einen eventuell notwendigen Eingriff in die Steuerung des Fahrzeuges in die Wege zu leiten. Durch die Verwendung der Beschleunigungssensoren ist es möglich, die Atem- und/oder Herzaktivitäten ohne zusätzliche Belastung durch elektromagnetische Wellen zu ermitteln und dadurch die Verträglichkeit für die Fahrzeuginsassen zu erhöhen. Dabei hat es sich besonders bewährt, die erfassten Sensorsignale im Hinblick auf Herzfrequenz oder Atemfrequenz zwischenzuspeichern und ggf. einer eingehenden ärztlichen Betrachtung zur Verfügung zu stellen. Dadurch wird es auch möglich, Hinweise auf Apnoe, d.h. Hinweise auf das Ausbleiben von Atemzügen aufgrund krankhafter Veränderungen frühzeitig zu erkennen und dies automatisiert in Form eines Warnsignals oder einer Warninformation dem Fahrer oder dem Fahrzeuginsassen oder auch einem dritten Informationssender zur Verfügung zu stellen.

Claims

Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Bewegungssensor, welcher mit dem Rückhaltegurt mechanisch verbunden ist, und eine Auswerteschaltung aufweist, welche geeignet ist das durch den Bewegungssensor erfasste Bewegungssignal auf Herz- und/oder Atemaktivitäten auszuwerten.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Rückhaltegurt mechanisch verbunden Bewegungssensor im Bereich des Brustgurtes anordnet ist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssensor mit dem Rückhaltegurt flächig verbunden ist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Rückhaltegurt mechanisch verbunden Bewegungssensor in den Rückhaltegurt integriert ist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungssensor mit dem Rückhaltegurt entlang des Rückhaltegurtes verschieblich verbunden ist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bewegungssensor ein Distanzelement zugeordnet ist, das zwischen dem Bewegungssensor und einem Gurtschloss für den Rückhaltegurt angeordnet ist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen an die Herz- und/oder Atemaktivitäten angepassten Filter aufweist, welcher das erfasste Bewegungssignal filtert und anschließend das gefilterte Bewegungssignal auf Herz- und/oder Atemaktivitäten ausgewertet wird.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Herzaktivitäten angepasste Filter Signale außerhalb eines Bereiches der Herzfrequenz insbesondere im Bereich außerhalb von 0,7 bis 3 Hz sperrt.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Herzaktivitäten angepasste Filter außerhalb eines Bereiches der Resonanzfrequenz des Brustkorbes insbesondere im Bereich außerhalb von 10 bis 25 Hz sperrt.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Atemaktivitäten angepasste Filter im Bereich außerhalb von 0,1 bis 1 Hz sperrt.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung mit einem Referenzbewegungssensor verbunden ist, der ein nicht durch die Herz- und/oder Atemaktivitäten beeinflusstes Referenzbewegungssignal erzeugt und der Auswerteschaltung als Vergleichssignal zuführt, und die Auswerteschaltung geeignet ist, anhand der erfassten Bewegungssignale Herz- und/oder Atemaktivitäten zu bestimmen.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung einen Differenzverstärker aufweist, welchem das Bewegungssignal und das Referenzbewegungssignal als Vergleichssignal zuführt ist und das Ausgangssignal des Differenzverstärkers zur Auswertung der Herz- und/oder Atemaktivitäten herangezogen wird.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltegurt Zu- und/oder Ableitungen und/oder Antennenelemente für die Auswerteschaltung und/oder den Bewegungssensor aufweist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltegurt eine Energiequelle für die Auswerteschaltung und/oder den Bewegungssensor aufweist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle als Energiespeicher und/oder als energieerzeugende Einheit insbesondere als Thermoelektrisches Element, als Mikro-Generator und/oder als Empfänger für elektromagnetische Energieübertragung ausgebildet ist.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung und der Bewegungssensor eine Einheit insbesondere auf einer gemeinsamen Platine oder einer gemeinsamen Folie oder in einer Integrierten Schaltungsanordnung bilden.
Rückhaltesystem mit Rückhaltegurt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhaltesystem einen Gurtstraffer enthält und/oder mit eine Airbagsystem, einen Notrufsystem und/oder einer Steuerung der Bedienungsfunktionen eines Fahrzeugs verbunden ist, wobei die Funktion der enthaltenen und/oder verbundenen Geräte abhängig der ausgewerteten Sensorsignale steuerbar ist.