專(zhuān)利名稱(chēng)：監(jiān)視動(dòng)力系統(tǒng)的手動(dòng)轉(zhuǎn)向的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如何針對(duì)人為因素最佳地監(jiān)視可以是機(jī)械、車(chē)輛、船 舶、飛機(jī)、建筑工地、建筑機(jī)械、軍事系統(tǒng)、儀器系統(tǒng)、或全部由人 手動(dòng)控制的任何其它動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)的手動(dòng)控制，和針對(duì)人機(jī)接 口中對(duì)諸如可能由控制設(shè)備的控制不足引起的警告信號(hào)的最佳響應(yīng)， 使該方法最適合保持和利用人的特性。
當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用于作為受控系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛時(shí)，可以將本發(fā)明的技 術(shù)領(lǐng)域稱(chēng)為"主動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)"。只要借助于人手來(lái)進(jìn)行控制，無(wú)論其 為直接地還是通過(guò)放大和/或穩(wěn)定控制系統(tǒng)，該應(yīng)用都是有效的。
背景技術(shù)：
對(duì)于機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)的應(yīng)用，非常感興趣的是消除與可能具有各種原 因和表現(xiàn)方式的對(duì)方向盤(pán)的注意力不足相關(guān)聯(lián)的危險(xiǎn)的任務(wù)。這些原 因可能包括與諸如移動(dòng)電話(huà)、收音機(jī)或其它聲源、導(dǎo)航、或其它消遣 之類(lèi)的其它活動(dòng)相關(guān)聯(lián)的分心。 一種最主要原因可能是疲勞，在最壞 情況下其可能導(dǎo)致駕駛員在方向盤(pán)上睡著。
已知有幾種技術(shù)解決方案，并且這些技術(shù)解決方案中的許多種已 經(jīng)在商業(yè)上實(shí)現(xiàn)了，例如，使駕駛員避免受移動(dòng)電話(huà)等不希望的千擾 的措施。在駕駛員在高速公路上駕駛時(shí)分心和注意力不足或越來(lái)越疲 勞的情況下，他或她可能不經(jīng)意地對(duì)方向盤(pán)控制不足，使汽車(chē)滑到另 一條車(chē)道上。配有記錄相對(duì)于當(dāng)前車(chē)道的偏離并且可以使用警告信號(hào) 警告駕駛員汽車(chē)指向何方的系統(tǒng)的汽車(chē)已經(jīng)可以從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)到。這 樣的系統(tǒng)也可以啟動(dòng)車(chē)輛中的其它保護(hù)機(jī)制。但是，這些系統(tǒng)中的某 些要求馬路上限定車(chē)道的線(xiàn)是看得見(jiàn)的，這未必總能做得到。
減少由注意力不足、疲勞或在方向盤(pán)上睡著引起并且對(duì)美國(guó)的事故率有重要影響的單車(chē)事故的一種技術(shù)解決方案是在高速公路上配備 停車(chē)振動(dòng)帶，當(dāng)車(chē)輪越過(guò)停車(chē)振動(dòng)帶時(shí)，停車(chē)振動(dòng)帶就在車(chē)內(nèi)引起振動(dòng)聲。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性。但是，與前述方法一樣，這里的 缺點(diǎn)是只有當(dāng)錯(cuò)誤控制已經(jīng)對(duì)車(chē)輛的位置造成影響時(shí)才發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，這 可能太遲了。
寸象記錄轉(zhuǎn)矩，和如PCT申請(qǐng)WO2005/059857所述，不僅研究方 向盤(pán)不活動(dòng)，而且研究隨后方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)和用計(jì)算機(jī)程序計(jì)算如通過(guò)參 數(shù)定義的注意力不足的風(fēng)險(xiǎn)，并且根據(jù)計(jì)算發(fā)出警告那樣，記錄方向 盤(pán)角度的量值和記錄方向盤(pán)的不活動(dòng)作為駕^^員注意力不足的量度也 是已知的。
圍繞疲勞問(wèn)題的其它已知技術(shù)解決方案旨在確定駕駛員的受不同 疲勞程度影響的眼睛運(yùn)動(dòng)和/或眼瞼運(yùn)動(dòng)，并且允許這樣的觀察在處理 之后構(gòu)成車(chē)輛中的警告和行動(dòng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)。但是，這種性質(zhì)的解 決方案在技術(shù)上是先進(jìn)的，因此可能易受干擾。駕駛員的手與方向盤(pán) 接觸和手圍繞方向盤(pán)的位置形成與機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的警告系統(tǒng)有關(guān)的一些 已知方法的基礎(chǔ)。
基于定期測(cè)試駕駛員的反應(yīng)速度，以及也定期測(cè)試駕駛員的清醒 度的用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的方法是已知的。德國(guó)專(zhuān)利DE 19518914描述了測(cè) 試機(jī)動(dòng)車(chē)輛的駕駛員的注意力和反應(yīng)能力的裝置，該裝置發(fā)出必須由 駕駛員在方向盤(pán)上按下手指確認(rèn)接收到的信號(hào)。JP 4183439A1和JP 5345569中的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)涵蓋了對(duì)駕駛員與方向盤(pán)的接觸的發(fā)現(xiàn)和分 析，在第一種情況下，利用記錄隨后分析駕駛員的清醒度的心電圖的 裝置，而在第二種情況下，包括測(cè)量施加在方向盤(pán)上的力。
從專(zhuān)利申請(qǐng)US 20030189493中獲知，用于確定發(fā)生手接觸的傳感 器可以以某種特定方式處在方向盤(pán)的圓周上，借助于該傳感器可以分 析手的位置和這些位置的歷史，并且將它們與來(lái)自已知事故統(tǒng)計(jì)等的 數(shù)據(jù)相比較。用電容手段測(cè)量駕駛員的手與方向盤(pán)或其它控制設(shè)備的 接觸的方法可從專(zhuān)利申請(qǐng)US 20020170900中獲知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及在手動(dòng)控制動(dòng)力系統(tǒng)期間監(jiān)視注意力的方法，其中檢 測(cè)控制不足和發(fā)出警告信號(hào)，其特征在于，使所述警告信號(hào)由所述系
統(tǒng)的人和機(jī)器(PM)之間的身體-機(jī)械接口中的振動(dòng)(wl)和(w2) 構(gòu)成，其中使這些振動(dòng)具有這樣的頻率、振幅和持續(xù)時(shí)間，使得當(dāng)人 的手為了控制所述系統(tǒng)(V)而與控制設(shè)備(W)接觸時(shí)，激活手和 手指的內(nèi)表面上的邁斯納(Meissner)小體和帕奇尼(Pacinian)小 體，并且其中，使注意力不足根據(jù)所述控制設(shè)備的控制運(yùn)動(dòng)來(lái)計(jì)算。
本發(fā)明與已知設(shè)備的方法和系統(tǒng)的不同之處在于， 一旦正?？刂?模式消失了，就以特別高效、可識(shí)別和舒適的方式通過(guò)手中的兩種類(lèi) 型的特定敏感小體將根據(jù)醫(yī)學(xué)技術(shù)確定的信號(hào)直接發(fā)送到人腦。
本發(fā)明基于并且綜合了四項(xiàng)已知事實(shí)的效果。[1在醫(yī)學(xué)上已知人 手和手指的內(nèi)側(cè)皮膚存在幾種類(lèi)型的敏感小體，其中兩種，即，邁斯 納小體和帕奇尼小體具有當(dāng)它們受某些頻率、振幅和持續(xù)時(shí)間的振動(dòng) 刺激時(shí)，向大腦發(fā)出非常迅速和強(qiáng)烈脈沖的能力。[2]在醫(yī)學(xué)上還已知 大腦在越來(lái)越疲勞、睡著、和醒著時(shí)是如何工作的。因此，知道睡著 是人腦中松弛了一段時(shí)間之后瞬時(shí)發(fā)生的自然過(guò)程，并且一旦人睡著 了，受人控制的所有有意識(shí)肌肉運(yùn)動(dòng)都會(huì)停止。而且，還知道大腦中 從睡著到醒來(lái)并且有意識(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變也可以與足夠強(qiáng)度和性質(zhì)的外部 千擾的到達(dá)同時(shí)發(fā)生，當(dāng)然在相關(guān)人員健康的條件下，而不是在受藥 物、酒精或其它制劑影響的條件下。3而且，眾所周知，在手與控制 設(shè)備接觸的手動(dòng)控制中主動(dòng)地牽涉到手的敏感性。[4最后，我們知道， 對(duì)幾組動(dòng)力系統(tǒng)的控制通常需要在時(shí)間上非常接近地一個(gè)接著一個(gè)的 許多小校正和控制脈沖。動(dòng)力系統(tǒng)可能受外部干擾。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 取決于受控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)本身、和干擾性質(zhì)的許多物理參數(shù)。在本 發(fā)明人詳細(xì)研究的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的情況下，車(chē)輛的動(dòng)態(tài)特性一般具有這樣 的性質(zhì)，即在時(shí)間上離得很近的利用方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的小校正構(gòu)成沿著高 速公路行駛時(shí)使車(chē)輛保持在所希望車(chē)道上所需的正?？刂菩袨?。本發(fā)明掌握了這四項(xiàng)事實(shí)，并且限定了一種方法和系統(tǒng)，其監(jiān)視 控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，和在控制不足的情況下，以特別在松弛地握在方向 盤(pán)上的情況下，特別適合由手和手指的內(nèi)側(cè)皮膚中的兩種特定敏感器 官識(shí)別的可識(shí)別振動(dòng)脈沖串的形式發(fā)出警告信號(hào)。本發(fā)明以這種方式 打開(kāi)了警告信號(hào)到達(dá)控制人員的大腦的最迅速和最安全路徑，并且使 大腦作出最迅速的本能反應(yīng)，因?yàn)檫@種反應(yīng)去往警告信號(hào)從其到達(dá)的 相同身體部位。因此，本發(fā)明與其它迄今為止已知的方法的不同之處 不僅在于警告信號(hào)的安全性，而且在于對(duì)該信號(hào)作出響應(yīng)的反應(yīng)速度。 本發(fā)明提供了對(duì)警告信號(hào)的性質(zhì)和電平的參數(shù)的個(gè)體自適應(yīng)和設(shè)置的 機(jī)會(huì)。按照本發(fā)明的系統(tǒng)可以容易地與機(jī)動(dòng)車(chē)輛中或任何其它動(dòng)力系 統(tǒng)中的其它系統(tǒng)集成在一起。
在手動(dòng)控制諸如車(chē)輛、船舶或任何其它受控系統(tǒng)之類(lèi)的動(dòng)力系統(tǒng) 期間， 一只或兩只手與可以是方向盤(pán)、操縱桿、方向舵等的控制設(shè)備 接觸。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在下面的描述中將討論車(chē)輛的方向盤(pán)，但本描 述和本發(fā)明在可應(yīng)用部分中可以涉及除了所述那些之外的其它類(lèi)型控 制設(shè)備和其它類(lèi)型充滿(mǎn)風(fēng)險(xiǎn)的狀況。在駕駛車(chē)輛時(shí)方向盤(pán)構(gòu)成連續(xù)人 機(jī)接口，而加速踏板、制動(dòng)踏板、變速桿和其它控制器構(gòu)成不連續(xù)接 口。方向盤(pán)的管理與加速器和制動(dòng)器的管理一起，是只要車(chē)輛技術(shù)基 于手動(dòng)控制，駕駛員就必須在駕駛的同時(shí)連續(xù)地把他或她的注意力集 中在上面的生死伙關(guān)的工作。與所有人類(lèi)活動(dòng)一樣，即使大腦的確從 已經(jīng)存儲(chǔ)有并且可以使用機(jī)動(dòng)模式和其它行動(dòng)模式的預(yù)編程神經(jīng)系統(tǒng) 中獲得幫助，實(shí)際控制工作也必須服從大腦。在大腦未疲勞、未受影 響和健康條件下，即使在惡劣交通狀況下，大腦也能夠設(shè)法控制機(jī)動(dòng)
車(chē)輛。大腦借助于以下種感覺(jué)接收、解釋和協(xié)調(diào)基于輸入信號(hào)的脈沖 視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)。在實(shí)際駕駛工作期間，主要感覺(jué)是 視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)、并且主要在手上的觸覺(jué)，但也可以是身體其它部位的感 覺(jué)，在它們的幫助下可以確定像加速、制動(dòng)、側(cè)傾和橫向加速那樣的 因素。眼睛的工作和視覺(jué)在道路安全方面是最主要的。人們知道，駕 駛員在正常情況下常常將視點(diǎn)移到道路邊緣和交叉道路上，并且還知
8道，分心的和疲勞的駕駛員往往使視點(diǎn)較固定并且直接指向道路前方， 這樣，使例如在道路交叉點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)來(lái)自側(cè)面的交通危險(xiǎn)的能力受到損 害。此外還知道，越來(lái)越疲勞常常使得肌肉松弛，這通常發(fā)生在入睡 時(shí)。汽車(chē)駕駛員的松弛可能導(dǎo)致手的抓握更無(wú)力并且雙手落在休息的 位置上。進(jìn)一步已知的后果是方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)減少并且以較大幅度運(yùn)動(dòng)， 導(dǎo)致汽車(chē)的行進(jìn)路徑變得更加彎曲的后果。當(dāng)駕駛員完全睡著時(shí)，雙 手可能是無(wú)力地放在方向盤(pán)上，或者，在最糟糕的情況下，雙手可能 完全放開(kāi)方向盤(pán)。在這種背景下，尤其重要的是考慮高速行駛在高速 公路上。人們知道，當(dāng)疲勞時(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間單調(diào)駕駛期間，喪失注意力 的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增大，并且還知道，出事故的風(fēng)險(xiǎn)隨速度增加而增大。由于 這個(gè)原因，作為問(wèn)題描述的一部分，我們將考慮正在高速公路上以正
常速度駕駛的駕駛員。取決于當(dāng)?shù)厮俣认拗疲俣ㄋ俣忍幵?0與150 公里/小時(shí)之間?，F(xiàn)在讓我們考慮方向盤(pán)上疲勞的駕駛員可能發(fā)生駕 駛員開(kāi)始想睡，肌肉開(kāi)始松弛和接近睡著，致使方向盤(pán)單位時(shí)間的運(yùn) 動(dòng)次數(shù)逐漸減少，最后睡著時(shí)變成零的狀況。如果我們進(jìn)一步認(rèn)為已 經(jīng)加入了汽車(chē)的定速巡行控制系統(tǒng)或加速踏板的位置不變，那么，我 們將面臨可用于防止嚴(yán)重事故的幾秒鐘至關(guān)緊要的狀況。汽車(chē)在10 秒行駛250-420米的特定速度范圍內(nèi) 一秒鐘將移動(dòng)25-42米。為了防 止這種狀況下的致命交通事故，需要非常迅速的主動(dòng)方法，這是本發(fā) 明可以提供的。
按照本發(fā)明的方法不僅將人機(jī)接口用于通過(guò)登記控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng) 檢測(cè)控制的不足，而且將人機(jī)接口用于當(dāng)與控制設(shè)備接觸時(shí)，通過(guò)從 人手和手指的內(nèi)側(cè)皮膚中的所謂邁斯納小體和帕奇尼小體到人腦的警 告信號(hào)，并且通過(guò)相同接口內(nèi)的幾分之一秒內(nèi)的直接響應(yīng)的記錄喚醒 注意力，并且，萬(wàn)一缺乏響應(yīng)，啟動(dòng)喚醒注意力和提高安全性的繼續(xù) 措施，以防止或減小控制不足的后果。按照本發(fā)明的方法的迅速性基 于幾種相互作用的因素。醫(yī)學(xué)研究表明，在手和手指的內(nèi)側(cè)皮膚中， 人腦比任何其它感覺(jué)輸入更迅速地體會(huì)到振動(dòng)。除了其它因素之外， 這種大腦體會(huì)到感覺(jué)輸入的能力受個(gè)體的年齡、輸入期間手的溫度、和個(gè)體緊接在輸入之前是否使用振動(dòng)工具工作過(guò)的影響。按照這種方 法，將人機(jī)接口中對(duì)駕駛員的警告信號(hào)直接給予大腦，不需要任何解 釋?zhuān)驗(yàn)樗菑娜藱C(jī)接口直接引出的，因此直接與控制工作耦合?？?br> 以以方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的形式從不到一秒的直接響應(yīng)中得出兩條結(jié)論當(dāng)警 告信號(hào)到達(dá)時(shí)駕駛員讓他或她的手仍然與方向盤(pán)接觸；和他或她已經(jīng) 體會(huì)到觸摸的感覺(jué)，因此已經(jīng)從睡眠中醒來(lái)并且恢復(fù)對(duì)方向盤(pán)的控制。 除了記憶和視覺(jué)體驗(yàn)的功能恢復(fù)的反應(yīng)(其使得可以更深入了解狀況) 之外，第一種反應(yīng)是方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的反應(yīng)，該反應(yīng)不僅是本能的，因?yàn)?警告是手與方向盤(pán)的接觸而引起，而且是有意識(shí)的，因?yàn)榇竽X已經(jīng)清 醒到有意識(shí)了。因此，本發(fā)明將人機(jī)接口既用于檢測(cè)控制不足的工作 又用于引起控制人員對(duì)控制工作的注意的工作。該方法的迅速性和筒 單性的基本原因就在這里。像在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的情況下所做的那樣，在控 制不足的情況下使方向盤(pán)無(wú)運(yùn)動(dòng)的時(shí)段長(zhǎng)度形成警告的基礎(chǔ)是本發(fā)明 的基本概念之一 。這種概念已經(jīng)通過(guò)本發(fā)明人進(jìn)行的研究和實(shí)際實(shí)驗(yàn) 得到證實(shí)。尤其在高速公路上的正常駕駛期間進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，從而研究 了方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的頻率和節(jié)奏，尤其研究了有意識(shí)方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)之間的間 隔。實(shí)驗(yàn)表明， 一般出現(xiàn)在通常是一秒或幾秒的時(shí)段之后的小校正是 至關(guān)緊要的。針對(duì)不同駕駛員進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明了稍大于每分鐘32-78 次方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)，或每秒0.5-1.2次方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的平均值，在每分鐘變化 20-80次方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的范圍內(nèi)。每次在一分鐘的時(shí)段內(nèi)進(jìn)行觀察，在 這個(gè)時(shí)段內(nèi)計(jì)算有意識(shí)方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)，其中與它的方向和它的幅 度無(wú)關(guān)地將方向盤(pán)處在靜止?fàn)顟B(tài)之后方向盤(pán)的每次運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)成一次方 向盤(pán)運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)不是以恒定頻率發(fā)生它們常常2-3次運(yùn)動(dòng)一組 地出現(xiàn)，并且在例如超車(chē)或新交通狀況期間更頻繁地出現(xiàn)。但是，即 使在高速公路上沿著直線(xiàn)平靜、單調(diào)并且不中斷地駕駛期間，也會(huì)一 般在前一次方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)之后的1-4秒的時(shí)段內(nèi)發(fā)生方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)，以便 進(jìn)行小校正。當(dāng)像疲勞駕駛員的情況那樣，注意力處在低水平上時(shí)， 方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)更少地發(fā)生，它們之間的時(shí)間也更長(zhǎng)，它們可能需要較大 的幅度，以便能夠校正已經(jīng)產(chǎn)生的駕駛方向的錯(cuò)誤。而且，為了涵蓋越來(lái)越大的高速事故風(fēng)險(xiǎn)，按照本發(fā)明的方法包括使自最近方向盤(pán)運(yùn) 動(dòng)以來(lái)經(jīng)過(guò)的道路的路程可以確定警告的發(fā)出。直接響應(yīng)的缺乏暗示
著已經(jīng)出現(xiàn)了危險(xiǎn)狀況駕駛員的手已經(jīng)不與方向盤(pán)接觸，或已經(jīng)深 度無(wú)意識(shí)，以致于甚至按照本發(fā)明指定的方向盤(pán)的振動(dòng)也不足以打破 它。在這種狀況下，按照本發(fā)明的方法和系統(tǒng)允許增強(qiáng)警告信號(hào)，并 且啟動(dòng)用于主動(dòng)安全的其它已知系統(tǒng)，如用于在車(chē)輛正在行駛時(shí)外部 和內(nèi)部傳信、自動(dòng)介入的已知方法、和類(lèi)似方法。
按照本發(fā)明的系統(tǒng)在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的情況下至少包含如下部分檢測(cè) 有意識(shí)方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的裝置；計(jì)算自最近有意識(shí)方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)以來(lái)經(jīng)過(guò)的 道路的路程的裝置；遵從本方法規(guī)定的要求控制警告信號(hào)的發(fā)出的裝 置；在控制設(shè)備，即，方向盤(pán)中，依照這些要求，在駕駛時(shí)與駕駛員 的手接觸的表面上并且以本方法限定的方式進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)的裝置；和 與車(chē)輛中被認(rèn)為必要和適當(dāng)?shù)钠渌到y(tǒng)進(jìn)行這樣的集成的裝置。將系 統(tǒng)的操作條件和發(fā)出的任何警告記錄在車(chē)載計(jì)算機(jī)和/或行車(chē)自動(dòng)記 錄儀(tachograph)中是適宜的。
優(yōu)點(diǎn)
如下功能二手動(dòng)控制;間，通過(guò)利用i膚中的"種振動(dòng)敏感的敏感 小體和通過(guò)將來(lái)自大腦的響應(yīng)馬上記錄到發(fā)出信號(hào)的敏感小體所在的 相同身體部位一該過(guò)程非常類(lèi)似于對(duì)疼痛感覺(jué)或較低水平觸摸感覺(jué)的 本能反應(yīng)，以更高效、可識(shí)別和舒適的方式，通過(guò)經(jīng)由從事控制工作 的雙手向大腦直接發(fā)送警告，將人喚醒使其有注意力。通過(guò)使來(lái)自受 控系統(tǒng)的反饋像按照本方法所做的那樣基于控制設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，而不是 基于車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)，消除了要不然會(huì)影響反饋的延時(shí)和相移，因此提高 了本方法的迅速性。按照本發(fā)明的方法的附加優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性，這 對(duì)它的安全性和可靠性也有正面效果。


圖1示出了加上按照本發(fā)明的監(jiān)視系統(tǒng)1的動(dòng)力系統(tǒng)的手動(dòng)控制
ii的示意性框圖2示出了按照本發(fā)明的振動(dòng)脈沖串的包絡(luò)線(xiàn)；和
圖3示出了按照本發(fā)明的方向盤(pán)振動(dòng)器6的位置的例子。
具體實(shí)施例方式
下面參照上面列出的附圖描述按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法、系 統(tǒng)和裝置。為了將本發(fā)明置于它的正確背景下，手動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)的連 接主要用虛線(xiàn)顯示在圖1中，而按照本發(fā)明的附加監(jiān)視系統(tǒng)用實(shí)線(xiàn)表 示
D表示控制人員一"駕駛員"； H表示此人的手一 "手"； W表示控制設(shè)備一"方向盤(pán)，，； PM表示身體-機(jī)械的人機(jī)接口一 "身體機(jī)械邊界"； V表示受控系統(tǒng)一 "車(chē)輛"； E表示受控系統(tǒng)的周?chē)?環(huán)境"； S表示感覺(jué)一 "感覺(jué)"； I表示儀器一"儀器"；
fl表示可以檢測(cè)的受控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)一 "反饋r ; f2表示可以檢測(cè)的周?chē)臓顩r一"反饋2";和 f3表示儀器數(shù)據(jù)一 "反饋3"。
正如圖1中的箭頭有意示出的那樣，控制人員D利用手H對(duì)控制 設(shè)備W進(jìn)行控制運(yùn)動(dòng)，該控制設(shè)備W控制系統(tǒng)V。反饋通過(guò)控制人 員D發(fā)生，控制人員D通過(guò)他或她的感覺(jué)S體驗(yàn)受控系統(tǒng)V的行為 fl，通過(guò)f2觀察周?chē)鶨，和通過(guò)B讀取儀器I。當(dāng)應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的 情況時(shí)，控制人員D是駕駛員，控制設(shè)備W是方向盤(pán)，受控系統(tǒng)V 是機(jī)動(dòng)車(chē)輛，和周?chē)鶨是交通狀況。與按照本發(fā)明的監(jiān)視系統(tǒng)相聯(lián)系， 將如下的符號(hào)加入附圖中
1表示按照本發(fā)明的監(jiān)視系統(tǒng)；
2表示帶有監(jiān)視系統(tǒng)中的電子電路的控制單元；
3表示控制設(shè)備上或中的傳感器；4表示振蕩器和它們的驅(qū)動(dòng)電路； 5表示放大器和混合器； 6表示控制設(shè)備中的振動(dòng)器； wl表示到MC的警告信號(hào)一 "警告信號(hào)1"; w2表示到PC的警告信號(hào)一 "警告信號(hào)2"; MC表示手中的邁斯納小體一 "邁斯納小體"； PC表示手中的帕奇尼小體一 "帕奇尼小體"； a表示沿著神經(jīng)路徑來(lái)自MC+PC的信號(hào)一 "提醒信號(hào)"； f4表示來(lái)自控制設(shè)備上的傳感器的信號(hào)一"反饋4"; f5表示來(lái)自受控系統(tǒng)的選擇數(shù)據(jù)一 "反饋5"; f6表示來(lái)自監(jiān)視系統(tǒng)的選擇數(shù)據(jù)一 "反饋6"; 9表示車(chē)輛的主動(dòng)安全系統(tǒng)；和
10表示車(chē)輛的車(chē)載計(jì)算機(jī)和/或車(chē)輛的行車(chē)自動(dòng)記錄儀。 輔助監(jiān)視系統(tǒng)1具有如下功能按照本發(fā)明，該系統(tǒng)主要通過(guò)控 制設(shè)備W的運(yùn)動(dòng)f4中的不足來(lái)注意控制中的不足。當(dāng)這些不足沿著 某段記錄行進(jìn)路程出現(xiàn)時(shí)，按照本發(fā)明的方法，系統(tǒng)l在某些預(yù)編程 和可調(diào)整條件下，通過(guò)在人機(jī)接口 PM中具有如下強(qiáng)度和性質(zhì)的可識(shí) 別振動(dòng)的至少一個(gè)脈沖串來(lái)生成警告信號(hào)wl和w2,即它們可以容易 地被與控制設(shè)備W接觸的手和手指的內(nèi)表面的皮膚表面中的兩種類(lèi) 型的敏感小體MC和PC檢測(cè)到，該振動(dòng)具有這樣的性質(zhì)、頻率、振 幅和持續(xù)時(shí)間，使得在沿著神經(jīng)路徑的向上方向上將明顯的脈沖a引 向大腦，使大腦清醒過(guò)來(lái)變得有意識(shí)。按照本發(fā)明，控制的不足主要 通過(guò)來(lái)自傳感器3的測(cè)量值來(lái)檢測(cè)，傳感器3記錄與控制設(shè)備W直接 相關(guān)聯(lián)的大于大約0.5。的每次有意控制運(yùn)動(dòng)f4 (不考慮其方向)。每 當(dāng)發(fā)生這樣的方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，傳感器3就將信號(hào)f4發(fā)送到包含邏 輯電路的控制單元2。在機(jī)動(dòng)車(chē)輛的情況下，車(chē)輛V中的控制單元收 集在最近方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)之后加入控制單元中的計(jì)數(shù)器中的行進(jìn)路程的瞬 時(shí)增量f5。傳感器3將信號(hào)f4發(fā)送給控制單元2，控制單元2在每次 發(fā)生方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)時(shí)將這個(gè)計(jì)數(shù)器重置成零。萬(wàn)一這樣的信號(hào)在最近方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)之后經(jīng)過(guò)累積到某個(gè)閾值的行進(jìn)路程仍未到達(dá)，那么，按照
本發(fā)明，這是對(duì)控制不足的可靠量度，所述閾值被存儲(chǔ)在控制單元2 中并且可以通過(guò)使用某些控制7來(lái)設(shè)置。當(dāng)計(jì)數(shù)器已經(jīng)達(dá)到這樣的預(yù) 編程閾值時(shí)，控制單元將起動(dòng)脈沖發(fā)送到振動(dòng)器6的驅(qū)動(dòng)電路4、 5， 該電路運(yùn)行存儲(chǔ)在控制單元2中的程序。監(jiān)視系統(tǒng)含有手動(dòng)設(shè)置裝置 7是適宜的，借助于手動(dòng)設(shè)置裝置7，可以設(shè)置振動(dòng)振幅、閾值和其它 參數(shù)。而且，除了到儀器面板或顯示器I的信號(hào)以外，該系統(tǒng)可以將 進(jìn)一步的信號(hào)f6發(fā)送給駕駛員，譬如，聲音或光信號(hào)、有關(guān)狀態(tài)的信 息、警告級(jí)和已經(jīng)設(shè)置的值。監(jiān)視系統(tǒng)的操作狀態(tài)和警告可以記錄在 車(chē)載計(jì)算機(jī)或行車(chē)自動(dòng)記錄儀IO中，并且，它的連接和斷開(kāi)可以按車(chē) 輛的速度來(lái)控制。取決于交通規(guī)則，它可以含有防止手動(dòng)斷開(kāi)的模塊。 在應(yīng)用于車(chē)輛的情況下， 一旦恢復(fù)控制，就將至少類(lèi)型wl或w2，最 好同時(shí)wl和w2兩者并且最好是可識(shí)別脈沖串序列的振動(dòng)脈沖串引導(dǎo) 給駕駛員。如果發(fā)生這種情況，在從3接收到信號(hào)f4之后將控制單元 2中的計(jì)數(shù)器重置成零，此后控制單元2將停止信號(hào)發(fā)送到警告電路4， 以便終止信號(hào)的產(chǎn)生。如果控制未恢復(fù)，致使沒(méi)有信號(hào)從傳感器3發(fā) 出，那么，控制單元2的計(jì)數(shù)器中的值繼續(xù)增加，從而可以將控制單 元編程成首先增加wl和w2的幅度，隨后激活車(chē)輛中的已知安全系統(tǒng) 9。如果需要，可以將歷史警告數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在車(chē)載計(jì)算機(jī)或行車(chē)自動(dòng)記錄 儀中。這里，為了清楚起見(jiàn)，將監(jiān)視系統(tǒng)1、它的控制單元2和相關(guān) 電路描述成具有與本發(fā)明有關(guān)的多個(gè)分立部分的分立系統(tǒng)，但在諸如 機(jī)動(dòng)車(chē)輛之類(lèi)的受控系統(tǒng)中，以從生產(chǎn)的觀點(diǎn)來(lái)看既能起作用又經(jīng)濟(jì) 和有利的方式將它的功能和單元與諸如車(chē)載計(jì)算機(jī)、行車(chē)自動(dòng)記錄儀、 儀器、電纜和車(chē)輛的其它部件之類(lèi)的其它電子電路集成在一起理所當(dāng) 然也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。按照本發(fā)明的方法，將注意力不足定義成 以最近方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)之后經(jīng)過(guò)的道路的路程f5來(lái)衡量的方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)終 止的持續(xù)量。如果只對(duì)方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)終止的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，該方法 和該系統(tǒng)將不會(huì)考慮實(shí)際行進(jìn)速度對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)事故后果的重要影 響。將注意力記錄成每次小的有意識(shí)方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)f4，因此將控制單元
142中的計(jì)數(shù)器重置成零，該計(jì)數(shù)器測(cè)量最近方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)之后行進(jìn)的路 程。在小于，例如，50公里/小時(shí)的每個(gè)速度上也將寄存器重置成零， 在這樣的情況下，意味著監(jiān)視系統(tǒng)旨在在超過(guò)50公里/小時(shí)的速度上 起作用。因此，寄存器的瞬時(shí)值構(gòu)成與后果有關(guān)的注意力不足的持續(xù) 量的量度?？梢砸远x的閾值的形式選擇不同警告級(jí)，并且將它們存 儲(chǔ)在監(jiān)視系統(tǒng)的計(jì)算電路2中，這些閾值使得產(chǎn)生不同警告幅度，并 且，作為最后的手段，使得產(chǎn)生防止事故的措施9。如果所選和可調(diào) 整閾值被選擇成，例如，200、 300和400米，那么，在110公里/小時(shí) 的速度下，它們分別對(duì)應(yīng)于6.5、 9.8和13秒的時(shí)間間隔。檢測(cè)方向盤(pán) 運(yùn)動(dòng)的傳感器3可以具有不同類(lèi)型和設(shè)計(jì)，并且可以基于進(jìn)行位置、 角度或運(yùn)動(dòng)的測(cè)量的已知技術(shù)，以便可以以充分精確的健壯和可靠方 式檢測(cè)控制設(shè)備的每次有意識(shí)控制運(yùn)動(dòng)，和以便可以利用已知技術(shù)過(guò) 濾掉其它干擾因素、道路上的凹凸不平或振動(dòng)的影響。按照本發(fā)明的 振動(dòng)器6完全可以具有任何已知類(lèi)型?？梢赃x擇電磁激發(fā)并且從帶有 或不帶混合器的一個(gè)或多個(gè)功率級(jí)饋入的振蕩機(jī)械振動(dòng)器，混合器又 最好通過(guò)放大器5從兩個(gè)振蕩器電路4饋送，并且它們可以由控制單 元2針對(duì)以下方面進(jìn)行控制不僅警告程序，如其開(kāi)始和停止、持續(xù) 時(shí)間、暫停和振幅程序，而且被饋入的參數(shù)，如頻率和音量的設(shè)置。 信號(hào)wl和w2的頻率在相關(guān)振蕩器電路4中生成，然后它們經(jīng)過(guò)帶有 或不帶混合器和分立功率級(jí)的放大器電路5。在已經(jīng)描述過(guò)的情況下， 在普通類(lèi)型的振動(dòng)器中同時(shí)引起了兩種頻率的感應(yīng)振動(dòng)。 一種替代是 將分立振動(dòng)器用于兩個(gè)頻率范圍。按照已經(jīng)饋入控制單元的警告程序 來(lái)自動(dòng)控制振幅，其中的參數(shù)可以通過(guò)單元7手動(dòng)設(shè)置。某些頻率范 圍的i殳置可以以相同方式同時(shí)進(jìn)4亍，例如，20-40 Hz和200-300 Hz。
按照一種設(shè)計(jì)，使振動(dòng)在出現(xiàn)控制不足之后的某個(gè)預(yù)定時(shí)間之后 重新開(kāi)始。例如，可以在15分鐘之后重新開(kāi)始，以便防止重復(fù)發(fā)生睡 在方向盤(pán)上。
示范在圖2中的警告設(shè)計(jì)受控制單元2中的程序控制，其中的參 數(shù)可以利用單元7預(yù)置。圖2給出了按照本發(fā)明的方法觸發(fā)正在進(jìn)行手動(dòng)控制的人員的振動(dòng)信號(hào)wl和w2的適當(dāng)設(shè)計(jì)的例子。圖中的曲線(xiàn) 構(gòu)成振動(dòng)脈沖串的振幅的包絡(luò)線(xiàn)。對(duì)邁斯納小體和帕奇尼小體產(chǎn)生最 大影響的信號(hào)頻率分別是大約30Hz和250Hz，因而，正如圖中暗示 的那樣，應(yīng)當(dāng)將相同或250-750毫秒的不同持續(xù)時(shí)間、后面接著至少 150亳秒的持續(xù)時(shí)間的暫停、并且振幅依次增大的可識(shí)別脈沖串序列 賦予它們。該方法和該系統(tǒng)包含通過(guò)將可觸知警告信號(hào)wl和w2主要 發(fā)送到手和手指的內(nèi)側(cè)皮膚中的兩組特殊指定敏感小體，來(lái)立即喚醒 駕駛員的注意力。脈沖串的長(zhǎng)度可以遵從所選模式，例如，莫爾斯 (Morse)碼信號(hào)，以便更加容易識(shí)別?？梢栽诒景l(fā)明的范圍內(nèi)選擇 所有所希望的警告級(jí)，并且，本發(fā)明不局限于作為注意力不足的量度
的警告級(jí)的某些值。希望在系統(tǒng)中為警告振幅設(shè)置各自值可能有多個(gè) 理由。敏感小體對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)的閾值隨年齡增大和皮膚溫度降低而增 大，并且可能因個(gè)體而異。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠?yàn)檎駝?dòng)設(shè)置合適 的各個(gè)級(jí)別。
圖3提供了在各種各樣設(shè)計(jì)的方向盤(pán)中方向盤(pán)振動(dòng)器的位置的例 子。圍繞方向盤(pán)圓周的陰影區(qū)表示可能位置，駕駛員的手常常放在那 里，并且預(yù)期他們?cè)诜潘傻那闆r下會(huì)把手放在那里。按照本發(fā)明，該 位置不局限于所建議的位置可以在每種個(gè)別情況下選擇它們，以便 當(dāng)手握住或放在方向盤(pán)上時(shí)，振動(dòng)會(huì)到達(dá)手和/或手指的內(nèi)表面。最好， 將按照本發(fā)明的方向盤(pán)振動(dòng)器集成到方向盤(pán)的設(shè)計(jì)中，但也可以將它 們制造成從外部安裝在方向盤(pán)上。
上面針對(duì)與機(jī)動(dòng)車(chē)輛的控制有關(guān)的應(yīng)用詳細(xì)描述了監(jiān)視動(dòng)力系統(tǒng) 的手動(dòng)控制的本發(fā)明，該應(yīng)用可以以不同方式實(shí)現(xiàn)，但本發(fā)明不局限 于本文和在附圖中所述的實(shí)施例，因?yàn)榭梢栽谒綄?zhuān)利權(quán)利要求書(shū)的 范圍改變它。
權(quán)利要求
1. 一種在手動(dòng)控制動(dòng)力系統(tǒng)期間監(jiān)視注意力的方法，其中檢測(cè)控制的不足并且發(fā)出警告信號(hào)，其特征在于，使所述警告信號(hào)由所述系統(tǒng)的人和機(jī)器(PM)之間的身體-機(jī)械接口中的振動(dòng)(w1)和(w2)構(gòu)成，其中使這些振動(dòng)具有這樣的頻率、振幅和持續(xù)時(shí)間，使得當(dāng)人的手為了控制所述系統(tǒng)(V)而與控制設(shè)備(W)接觸時(shí)，激活手和手指的內(nèi)表面上的邁斯納小體(MC)和帕奇尼小體(PC)，并且，使注意力不足根據(jù)所述控制設(shè)備的控制運(yùn)動(dòng)來(lái)計(jì)算。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，使電子電路檢測(cè)人的 控制不足終止的時(shí)間。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，振動(dòng)(wl);(w2) 的所述頻率分別在1-150 Hz和150-500 Hz的區(qū)間內(nèi)，最好大約30 Hz 和大約250 Hz。
4. 如權(quán)利要求l、 2或3所述的方法，其特征在于，使所述振動(dòng) (wl) ; (w2)發(fā)生在至少150毫秒持續(xù)時(shí)間的暫停之間的大約700毫秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在人的控制不足未在 所述振動(dòng)激活時(shí)終止的情況下，進(jìn)一步激活更高振幅的振動(dòng)。
6. 如權(quán)利要求1、 2、 3、 4或5所述的方法，其特征在于，當(dāng)人 的控制不足終止時(shí)，使所述振動(dòng)(wl) ; (w2)終止。
7. 如權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5或6所述的方法，其特征在于，使 所述振動(dòng)(wl) ; (w2)的所述振幅以能夠手動(dòng)或自動(dòng)、或這兩者設(shè) 置的方式選擇在疼痛閾值以下的水平上。
8. 如權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5、 6或7所述的方法，其中受控動(dòng) 力系統(tǒng)是機(jī)動(dòng)車(chē)輛，其特征在于，使控制設(shè)備的最近記錄的運(yùn)動(dòng)之后 經(jīng)過(guò)的時(shí)間和/或行進(jìn)路程構(gòu)成控制不足的量度。
9. 一種在手動(dòng)控制動(dòng)力系統(tǒng)期間監(jiān)視注意力的設(shè)備，其中檢測(cè)控 制的不足并且發(fā)出警告信號(hào)，其特征在于，包含驅(qū)動(dòng)電路(4， 5)和振動(dòng)器(6)的裝置被布置成在所述系統(tǒng)的人和機(jī)器(PM)之間的身 體-機(jī)械接口中以振動(dòng)(wl)和(w2)的形式生成所述警告信號(hào)，其 中所述裝置被布置成生成具有如下頻率、振幅和持續(xù)時(shí)間的振動(dòng)，即， 當(dāng)人的手為了控制所述系統(tǒng)(V)而與控制i殳備(W)接觸時(shí)，分別 激活手和手指的內(nèi)表面上的邁斯納小體(MC)和帕奇尼小體(PC)， 并且，電子電路(2)被布置成根據(jù)所述控制設(shè)備的控制運(yùn)動(dòng)(f4)計(jì) 算注意力不足。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，電子電路(2)被布 置成檢測(cè)人的控制不足終止的時(shí)間。
11. 如權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其特征在于，所述振動(dòng)(wl); (w2 )的頻率分別在1-150 Hz和150-500 Hz的區(qū)間內(nèi)，最好分別是35-45 Hz和200-300 Hz。
12. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其特征在于，所述裝置(4， 5; 6 )被布置成利用頻率30 Hz和250 Hz控制所述振動(dòng)器。
13. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其特征在于，所述裝置U, 5; 6)被布置成同時(shí)控制所述振動(dòng)器。
14. 如權(quán)利要求ll、 12或13所述的設(shè)備，其特征在于，所述裝 置(4， 5; 6)被布置成以具有最多一秒的持續(xù)時(shí)間并且中間暫停至少 150毫秒的持續(xù)時(shí)間的脈沖串生成所述振動(dòng)(wl) ; (w2)。
15. 如權(quán)利要求9、 10、 11、 12、 13或14所述的設(shè)備，其特征在 于，所述裝置(4， 5; 6)被布置成可以針對(duì)所述振動(dòng)(wl) ; (w2)、 它們的頻率、振幅、和持續(xù)時(shí)間的混合手動(dòng)地設(shè)置它們，并且其中所 述裝置被布置成在保持在疼痛閾值以下的同時(shí)生成具有增大的振幅的 所述振動(dòng)(wl) ; (w2)。
16. 如權(quán)利要求8、 9、 10、 11、 12、 13、 14或15中的任何一項(xiàng) 所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包含控制單元(2)，該控制單元(2) 被布置成對(duì)用于生成所述振動(dòng)(wl) ; (w2)并且包含布置成檢測(cè)控 制不足的邏輯電路(2)的所述裝置的啟動(dòng)進(jìn)行控制，其中在車(chē)輛運(yùn)行 期間，所述電路被布置成根據(jù)來(lái)自方向盤(pán)運(yùn)動(dòng)傳感器(3 )的信號(hào)(f4 )更新所述控制設(shè)備的最近運(yùn)動(dòng)之后經(jīng)過(guò)的道路的路程。
17.如權(quán)利要求9、 10、 11、 12、 13、 14、 15或16所述的設(shè)備， 其特征在于，使所述振動(dòng)在特定的預(yù)定間隔之后重新開(kāi)始。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過(guò)主動(dòng)監(jiān)視保證動(dòng)力系統(tǒng)的注意力集中的手動(dòng)控制的方法和裝置。該方法和裝置利用人手的可觸知能力，尤其當(dāng)肌肉松弛時(shí)，通過(guò)人體皮膚中稱(chēng)為邁斯納小體和帕奇尼小體的兩組敏感小體接收某種類(lèi)型的振動(dòng)，并且利用大腦的能力，利用來(lái)自動(dòng)力系統(tǒng)的控制設(shè)備的即時(shí)反饋，在所述兩組敏感小體在控制過(guò)程中所觸摸的物體的同一接口中提供對(duì)這些信號(hào)的即時(shí)響應(yīng)。
文檔編號(hào)B60K28/06GK101448667SQ200780018567
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
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