用于测量车辆乘员的呼出气体中和/或体味中的物质的浓度的车辆操作元件的制作方法

1.本发明涉及一种用于测量车辆乘员的呼出气体中和/或体味中的或车内其他气味中的物质的浓度的车辆操作元件。


背景技术：

2.以下定义、描述和实施方案保留了它们各自的含义，并适用于整个公开的本发明主题。
3.为了确定机动车尾气中和其他气溶胶中的颗粒的浓度使用到所谓的光密度计。这些光密度计都是基于朗伯-比尔定律，其方式是：光密度计检测并评估光束在被检介质中的衰减。在此常见的布置是，在直线测量室的一侧上布置有光源，并在相对置的侧上布置有光传感器。如下测量布置也是已知的，其中，为了提高有效的光路长度使用到镜系统。在此，测量射束多次通过直线测量路径。为了测量到例如在呼吸空气中所存在的非常少量的分子，需要更长的测量路径。通过增加测量室的长度来延长测量路径导致的结果是，测量仪器变得更大且不方便操纵。
4.在该领域，de 10 2011 079 816 a1公开了一种用于测量气溶胶中分子量的设备，该设备具有：测量室，待测气溶胶能被引入到测量室中；光源，光源被构造成将光束射入到测量室中；至少一个光传感器，光传感器被构造成测量从测量室出来的光的强度；以及评估单元，评估单元被构造成根据由传感器测得的强度确定气溶胶中的分子浓度。测量室具有反射面用于反射所射入的光束，这些反射面以多边形、椭圆或圆的形状布置。
5.de 10 2014 014 071 a1公开了一种具有传感器的车辆操作元件，该传感器用于借助电化学阻抗光谱法对车辆操作元件的操作者的血液中的生物分子进行非侵入性测量。


技术实现要素：

6.本发明的任务是如何将用于在车辆中进行气味/呼吸气体分析的激光光谱仪的测量室小型化，以用于将其整合到狭小的结构空间中。
7.权利要求1的主题解决了该任务。本发明的有利的设计方案由定义、从属权利要求、附图和优选实施例的描述得出。
8.本发明提供了一种用于测量车辆乘员的呼出气体中和/或体味中的物质的浓度的车辆操作元件。车辆操作元件包括至少一个布置在车辆操作元件上或其中的测量室。测量室包括至少一个第一进入开口，呼出气体和/或体味能通过第一进入开口导入到测量室中，以及包括至少一个第一离开开口，呼出气体和/或体味能通过第一离开开口从测量室导出。此外，测量室包括多边形的、椭圆形的或圆形的横截面。测量室在内侧上包括反射地构成的壁。此外，测量室包括布置在测量室的第二进入开口处的激光器，激光器被构造成使激光束通过第二进入开口射入到测量室中，测量室还包括布置在测量室的第二离开开口处的探测器，探测器被构造成探测从测量室的第二离开开口离开的辐射。此外，测量室还包括通向评
估装置的接口，评估装置被构造成基于激光光谱法从探测到的辐射中确定呼出气体中和/或体味中的物质的浓度。
9.车辆乘员利用车辆操作元件来操作车辆的功能。车辆操作元件可以是车辆通风系统的、加热系统的或空调系统的操作元件，例如是触摸屏或按钮或旋转调节器。车辆操作元件也可以是信息娱乐系统的操作元件，如触摸屏或按钮或旋转调节器。根据一个方面，车辆操作元件是如下操作元件，在对该操作元件进行操作时，例如由于车辆乘员向车辆操作元件前倾，使得可以减小车辆乘员与车辆操作元件之间的距离。根据一个方面，车辆操作元件是用于对车辆进行转向的操作元件，例如方向盘或适合残疾人的驾驶辅助装置和/或转向辅助装置，例如能布置在方向盘上的多功能旋钮。
10.体味包括人类经由皮肤和其他身体孔道散发的所有能被闻到的气味，如口气。呼出气体中和/或体味中的物质可能是表明酒精、可卡因、安非他明、大麻、四氢大麻酚、吗啡、美沙酮、氨、丙酮或这些物质组合的物质。这些物质是可以表明体内的正常生物或病理的过程的生物标记。例如，氨的气味表明有肾脏疾病。丙酮的气味表明有糖尿病。确定在呼出气体中和/或体味中的这些物质的优点是，不需要使用在确定呼出气体中的酒精含量时例如依赖吹管并因此是不方便的化学方法，或者也不需要使用表面接触方法，例如吸附法，或侵入性方法。呼吸空气和其他体味不断散发。这些物质例如是也被称为volatile organic compound(简称voc)的挥发性有机化合物。属于voc例如是：丙酮、乙醇、异戊二烯、壬醛、癸醛、α-蒎烯、丁酸乙酯和丁醛、乙醛、丙醛和乙酸正丙酯。voc是在疾病引发的蛋白质、细胞或代谢变化中在生物体内形成的。例如，在sars-cov-2感染者中已经观察到表征性的蛋白质和代谢变化。经由呼吸和/或体味排放的voc可能是对疾病的表征，并因此起到生物标记的作用。
11.通过根据本发明的对这些物质的证实，确定了车辆乘员的、尤其是车辆驾驶员的在患有疾病和驾驶障碍方面的状况。如果尤其是在旅程开始时这些物质被确定超过各自的预定阈值，则根据一个方面，例如激活防盗锁，例如酒精锁或测酒精点火器联锁装置，它阻止车辆驾驶员的呼气酒精含量达到一定值后启动车辆。
12.第一进入开口和第一离开开口能够实现使当前待分析的呼出气体和/或体味的体积流量均匀地分布在测量室中。
13.由于测量室的壁的内侧反射地构成，使得激光束在测量室内部多次地在反射面上被反射。因此，测量室中所经过的路径长度大于测量室的直径。因此实现了小型化的、能布置在车辆内部空间的具有紧凑的结构尺寸的用于车辆中进行气味/呼吸气体分析的测量室。因此提供的测量室尽管结构尺寸较少但仍具有很高的灵敏度，并因此适用于测量车辆中的呼出气体和/或体味的物质。
14.以多边形形状布置的反射面能够实现将反射角有针对性地调整到所期望的数值。
15.探测器可以是光电二极管探测器。
16.评估装置可以包括简称为asic的专用集成电路、简称为fpga的具有能加载逻辑电路的集成电路、简称为cpu的中央计算机、硬件加速器，例如简称为gpu的图形处理器。评估装置可以是微控制器或控制器。控制器例如可以是电子管控单元，其也被称为电子控制单元(英语electric control unit)。
17.激光光谱法包括吸收光谱法和发射光谱法。
18.根据一个方面，第一进入开口和/或第一离开开口包括用于过滤呼出气体和/或体味的过滤器和/或包括用于调节和/或控制呼出气体和/或体味流过测量室的通过量的阀。过滤器例如用于改善信噪比。阀改善了测量室中的待分析的呼出气体和/或体味的分布。根据一个方面，第一进入开口包括用于抽吸呼出气体和/或体味的风扇。
19.根据另外的方面，测量室的壁的内侧包括能加热的反射器，其形式例如为能加热的镜。因此可以避免测量室内部出现冷凝现象。例如，反射器被加热到至少19℃的温度。
20.根据另外的方面，车辆操作元件包括至少一个振动源，以用于清洁内侧，尤其是用于清洁反射器以防粘附。振动源例如可以是超声波源。
21.根据另外的方面，评估装置被整合在探测器或车辆操作元件中。例如，探测器是片上系统。
22.根据另外的方面，评估装置确定光谱，例如吸收或发射光谱。此外，评估装置实施计算机程序。计算机程序包括命令，命令引起经图像分类训练的机器学习模型在光谱上推断出呼出气体中和/或体味中的物质的浓度。
23.评估装置所实施的命令是程序指令或硬件命令。例如，命令作为软件代码或机器代码存在。机器学习是一种技术，其教导计算机和其他数据处理设备通过从数据中学习来实施任务，以代替通过编程实施任务。
24.根据另外的方面，车辆操作元件是方向盘。测量室布置在方向盘轮缘、方向盘轮辐或转向柱上。因此对于驾驶员来说是能够实现方便使用，这是因为通过身体前倾，可以减小驾驶员与方向盘之间的距离，例如减小到20cm以下，这对于证实呼出气体中和/或体味中的物质是有利的。例如，方向盘是多功能方向盘。
25.根据另外的方面，方向盘的喇叭按钮或喇叭按钮的保持元件实现了测量室。尤其是在评估装置整合在探测器中的设计方案中，由于提供了喇叭按钮或喇叭按钮的保持元件，使得借助它能测量车辆乘员的呼出气体中和/或体味中的物质的浓度。
附图说明
26.本发明在以下实施例中进行说明。其中：
27.图1示出根据本发明的测量室的实施例；
28.图2示出图1的实施例的侧视图；
29.图3示出根据本发明的车辆操作元件的实施例；
30.图4示出图3的实施例的侧视图；并且
31.图5示出根据本发明的车辆操作元件的另外的实施例。
32.在图中，相同的附图标记表示相同或功能相似的参考部分。为了清楚起见，在各个图中只强调了分别相关的参考部分。
具体实施方式
33.图1中所示的测量室1具有例如七边形的横截面。激光器3和探测器4布置在测量室1上。探测器4的信号经由接口5被提供给评估装置6。探测器4、接口5和评估装置6可以作为片上系统来实现。在测量室1的壁的内侧上布置有形式为镜的反射器7。
34.在根据本发明的测量室1的另外的实施例中，激光器3稍微倾斜。探测器4相对于激
光器3设置得较低。因此提供激光束在测量室1中多于一次的周转，并因此增加了激光束在测量室1中的路径长度。
35.在图2的根据图1的测量室1的侧视图中示出了第一进入开口2a和第一离开开口2b。
36.图3示出了测量室1可以装入在诸如方向盘那样的车辆操作元件10中的可能定位。一个或多个测量室1可以布置在方向盘轮缘11中。一个或多个测量室1可以布置在方向盘轮辐12中。一个或多个测量室1可以布置在方向盘柱13中。一个或多个测量室1可以布置在喇叭按钮14中或布置在喇叭按钮14的保持元件上或其中。例如，第一测量室1布置在方向盘轮缘11中，第二和第三测量室1布置在方向盘轮辐12中，第四测量室1布置在方向盘柱13中，并且第五测量室1布置在喇叭按钮14中。
37.图4是图3的侧视图并说明了测量室1的装入位置。转向柱13将方向盘与仪表板15连接起来，并表示与转向柱体的连接部。转向柱13例如包括转向柱开关，如用于方向指示灯、大灯、挡风玻璃雨刷和/或巡航控制的杆。此外，还示出了前挡风玻璃16。
38.图5示出了喇叭按钮14，它实现了测量室1。
39.附图标记列表
[0040]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
测量室
[0041]
2a
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一进入开口
[0042]
2b
ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一离开开口
[0043]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
激光器
[0044]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
探测器
[0045]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接口
[0046]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
评估装置
[0047]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
反射器
[0048]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
车辆操作元件
[0049]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
方向盘轮缘
[0050]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
方向盘轮辐
[0051]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀ
方向盘柱
[0052]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
喇叭按钮
[0053]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
仪表板
[0054]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀ
挡风玻璃

技术特征：
1.用于测量车辆乘员的呼出气体中和/或体味中的物质的浓度或车辆内其他气味中的物质的浓度的车辆操作元件(10)，所述车辆操作元件(10)包括：
·
至少一个布置在所述车辆操作元件(10)上或所述车辆操作元件中的测量室(1)，所述测量室(1)包括o至少一个第一进入开口(2a)，呼出气体和/或体味能经由所述第一进入开口导入到所述测量室(1)中；o至少一个第一离开开口(2b)，呼出气体和/或体味能经由所述第一离开开口从所述测量室(1)导出；o多边形的、椭圆形的或圆形的横截面；o在内侧上反射地构成的壁；o布置在所述测量室(1)的第二进入开口处的激光器(3)，所述激光器被构造成使激光束通过所述第二进入开口射入到所述测量室(1)中；o布置在所述测量室(1)的第二离开开口处的探测器(4)，所述探测器被构造成探测从所述测量室(1)的第二离开开口离开的辐射；
·
通向评估装置(6)的接口(5)，所述评估装置被构造成基于激光光谱法从探测到的辐射中确定呼出气体和/或体味中的物质的浓度。2.根据权利要求1所述的车辆操作元件(10)，其中，所述第一进入开口(2a)和/或所述第一离开开口(2b)包括用于过滤呼出气体和/或体味的过滤器和/或包括用于调节和/或控制呼出气体和/或体味流过所述测量室(1)的通过量的阀。3.根据权利要求1或2所述的车辆操作元件(10)，其中，所述测量室(1)的壁的内侧包括能加热的反射器(7)。4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆操作元件(10)，所述车辆操作元件包括用于清洁内侧的至少一个振动源。5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆操作元件(10)，其中，所述评估装置(6)整合在所述探测器(4)中或所述车辆操作元件(10)中。6.根据权利要求5所述的车辆操作元件(10)，其中，所述评估装置(6)确定光谱并实施计算机程序，所述计算机程序包括命令，所述命令引起经图像分类训练的机器学习模型在光谱上推断出呼出气体和/或体味中物质的浓度。7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆操作元件(10)，其中，所述车辆操作元件(10)是方向盘，并且所述测量室(1)布置在方向盘轮缘(11)、方向盘轮辐(12)或转向柱(13)上。8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆操作元件(10)，其中，方向盘的喇叭按钮(14)或喇叭按钮(14)的保持元件实现了所述测量室(1)。

技术总结
用于测量车辆乘员的呼出气体中和/或体味中的或车内其他气味中的物质的浓度的车辆操作元件，车辆操作元件包括：至少一个布置在车辆操作元件上或其中的测量室，测量室包括：至少一个第一进入开口，呼出气体和/或体味能经由进入开口导入到测量室中；至少一个第一离开开口，呼出气体和/或体味能经由离开开口从测量室导出；多边形的、椭圆形的或圆形的横截面；在内侧上反射地构成的壁；布置在测量室的第二进入开口处的激光器，激光器被构造成使激光束通过第二进入开口射入到测量室中；布置在测量室的第二离开开口处的探测器，探测器被构造成探测从测量室的第二离开开口离开的辐射；并且车辆操作元件包括通向评估装置的接口。车辆操作元件包括通向评估装置的接口。车辆操作元件包括通向评估装置的接口。


技术研发人员：约翰内斯
受保护的技术使用者：采埃孚股份公司
技术研发日：2023.02.14
技术公布日：2023/8/24