KR101353672B1 - 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동적인 모니터링을 통해 동적 시스템의 주의 깊은 수동 제어를 보장하는 방법 및 장치와 관련이 있다. 본 발명에 따른 방법과 장치는 마이스너 소체와 파시니 소체로 알려진 인간 피부에서의 미감성 소체의 두 가지 집합을 통해 특정 유형의 진동을 특히 근육이 이완되었을 때 수신하는 인간의 손의 촉각 능력과, 같은 인터페이스에서 제어 중에 민감성 소체의 두 가지 집합이 접촉해 있는 사물로의 이러한 신호에 대한 즉각적인 반응을 동적 시스템의 제어 장치로부터의 즉각적인 피드백과 함께 제공하는 뇌의 능력을 이용한다.

Description

동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법 및 장치{A METHOD AND AN ARRANGEMENT FOR MONITORING ATTENTIVENESS DURING THE MANUAL CONTROL OF A DYNAMIC SYSTEM}

본 발명은 기계, 차량, 선박, 항공기, 건설 플랜트, 건설 기계, 군용 시스템 또는 사람에 의해 수동으로 제어되는 다른 어떠한 동적 시스템일 수 있는 동적 시스템에 대한 수동 제어가 인적 요소와 관련하여 최적으로 모니터링되는 방법에 대한 것이며, 이 방법은 제어 장치에 대한 결함이 있는 제어에 의해 유발될 수 있는 것과 같은 경고 신호에 대한 사람-기계 인터페이스에서의 최적의 반응과 관련한 인적 특성을 유지하고 이용하는데 최적의 것이다.

본 발명이 제어되는 시스템으로서 자동차에 적용되는 경우 본 발명의 기술 분야는 "능동 모니터링 시스템"이라고 할 수 있다. 이러한 적용은, 직접적으로든 또는 제어 시스템의 증폭 및/또는 개설을 통해서든, 제어가 인간의 손에 의해 이루어지는 한 유용하다.

다양한 원인과 발현 형식을 가질 수 있는, 핸들(steering wheel)에서의 부주의와 관련된 위험을 제거하는 역할에 대하여 자동차에 적용하는 것에 많은 관심이 있어왔다. 전술한 원인은 이동 전화, 라디오 내지 다른 음원, 내비게이션 또는 다른 장비와 같은 다른 행동과 관련된 주위 산만을 포함할 수 있다. 주요 원인 중 하나는 최악의 경우 핸들에서 운전자를 잠들게 할 수 있는 피곤함일 수 있다.

예컨대 운전자를 이동 전화 및 이와 유사한 것으로부터의 바람직하지 않은 방해로부터 벗어나게 해주는 측정기와 같은, 몇몇 기술적 해결책이 이미 알려진바 있고 이들 중 다수는 상용화 되었다. 자동차 도로에서 운전 중 운전자의 주의 산만 내지 부주의 또는 피로도 증가가 있는 경우, 그/그녀는 차를 다른 차선으로 벗어나게 하는 결함이 있는 핸들 제어를 부득의하게 경험하게 될 수 있다. 현재 차선으로부터의 편향을 기록하고 차가 향하고 있는 곳에 대해 운전자에게 경고해주는 경보 신호를 이용할 수 있는 시스템을 차에 마련하는 것은 이미 이용가능하다. 또한, 이러한 시스템은 차에 있는 다른 보호 메커니즘을 시작하게 할 수 있다. 그렇지만, 이러한 시스템 중 어떠한 것은 차선을 결정하는 차도의 선이 가시적일 것을 요구하는데, 이는 항상 가능한 것은 아니다.

핸들에서의 부주의, 피곤함 또는 졸음에 의해 유발되며 미국에서 사고율에 지대한 영향을 주고 있는 단일 차량 사고를 줄이기 위한 기술적 해결책 중 하나는 바퀴가 지나갈 때 진동음을 유발하는 요철 구간을 구비한 자동차 도로를 마련하는 것이다.

이 방법의 이점은 그 간단성이다. 그렇지만, 이 방법에서의 결점은 전술한 방법에서와 같이 잘못된 제어가 이미 차량의 위치에 영향을 주고 난 경우에만 위험이 발견된다는 점이며, 이는 너무 늦은 것일 수 있다.

또한, 국제공개번호가 WO 2005/059857인 PCT 출원에 개시된 바와 같이 토크를 기록하는 것과 같은, 운전자의 부주의에 대한 측정으로서 핸들 각도의 크기를 기록하는 것과 핸들의 비활동성을 기록하는 것이 알려져 있으며, 이는 비활동성 뿐만 아니라 후속하는 핸들 움직임을 조사하여 파라미터로 정의된 바에 따라 부주의의 위험성을 컴퓨터 프로그램을 통해 계산하고, 이 계산을 기초로 경보를 발한다.

피곤함의 문제와 관련한 다른 기술적으로 알려진 해결책은 다양한 피로도의 영향을 받는 운전자의 눈의 움직임 및/또는 눈꺼풀의 움직임을 산정하고, 이러한 관찰을 처리하여 차량의 경고 및 작동 시스템으로의 입력 신호를 구성하게 하는 것에 대한 것이다. 그렇지만, 이러한 특징을 갖는 해결책은 기술적으로 향상된 것이어서 외란의 가능성이 클 수 있다. 운전자의 핸들과의 손 접촉과 핸들 주변에서의 손의 위치는 자동차의 경고 시스템과 관련한 몇몇 알려진 방법의 기초를 형성하고 있다.

자동차에 대해 알려진 방법은 정기적으로 운전자의 반응 속도와 또한 이러한 방식으로 운전자의 의식을 검사하는 것에 기초하고 있다. 독일특허 제19518914호(DE 19518914)는 자동차 운전자의 반응 능력과 주의력을 검사하는 장치를 개시하며, 이 장치는 운전자가 손가락으로 핸들을 누름으로써 수신이 확인되어야 하는 신호를 방출한다. 일본공개특허 제4183439호(JP 4183439A1)과 일본공개특허 제5345569호(JP 5345569)는 핸들과 운전자의 접촉에 대한 탐지 및 분석을 다루는데, 첫번째 경우에서 운전자의 의식 정도에 대한 후속하는 분석을 수반하는 심전도를 기록하는 장치를 구비하며, 두번째 경우에서 핸들에의 강제 적용을 측정하는 것을 포함한다.

미국특허출원 제2003-0189493호(US 20030189493)로부터 손 접촉이 일어나는 것을 검출하는 센서가 핸들 주변에 특정한 방식으로 배치될 수 있다는 것이 알려져 있으며, 이러한 센서의 부가로 인해 손의 위치와 이러한 위치의 경로가 분석되며 예컨대 알려진 사고 통계치로부터의 데어터 등과 비교될 수 있다. 핸들 또는 다른 제어 장치와 운전자의 손 사이의 접촉을 용량적으로 측정하는 방법은 미국특허출원 제2002-0170900호(US 20020170900)로부터 알려진 바 있다.

본 발명은 동적 시스템에 대한 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법으로서, 이 방법에서 제어의 결함이 검출되고 경고 신호가 발하며, 상기 경고 신호는 인간과 기계 사이의 상기 시스템의 신체-기계적 인터페이스(PM)에서의 진동(w1, w2)으로 구성되도록 유발되고, 상기 진동은 상기 시스템(V)의 제어를 위해 사람의 손이 제어 장치(W)와 접촉하는 경우 손과 손가락의 내측 표면 상의 파시니 소체(PC)와 마이스너 소체(MC)가 활성화되는 진동수, 진폭 및 지속 시간을 갖도록 유발되는 것인 방법에 관한 것이다. 진동(w1, w2)의 진동수는 각각 1 내지 150 Hz의 범위 및 150 내지 500 Hz의 범위이다. 진동(w1, w2)의 진폭은 고통에 대한 역치 아래의 수준에서 수동으로 또는 자동으로 또는 수동과 자동 모두로 설정될 수 있는 방식으로 선택되도록 되어있다.

본 발명은, 통상의 제어 패턴이 사라지자 마자, 의학 기술에 기초하여 결정되는 신호를, 매우 효과적이고 인지할 수 있는 양호한 방식으로 손에 있는 두가지 유형의 특정 민감성 소체를 통해 직접적으로 사람의 뇌에 보낸다는 점에서 알려진 방법 및 시스템과 구별된다.

본 발명은 네 개의 알려진 사실에 대한 효과에 기초하며 이러한 효과를 조합한다. [1] 인간의 손바닥 및 손가락의 피부에 몇몇 유형의 민감성 소체가 마련되며, 이러한 소체들 중 두 가지 즉, 마이스너 소체 및 파시니 소체는 특정 진동수, 진폭 및 지속 시간에 의해 자극되는 경우 뇌에 신속하고 강한 자극을 보내는 능력을 가지고 있다는 점이 의학 분야에 알려져 있다. [2] 또한, 뇌가 증가되는 피로, 졸음 및 잠에서 깨는 것에 대해 어떻게 활동하는지가 의학 분야에 알려져 있다. 이에 따라, 수면이 인간의 뇌에서 이완기 후에 순간적으로 발생하는 자연적인 과정이며, 일단 사람이 잠들면 사람에 의해 제어되는 모든 의식적인 근육의 움직임이 중지된다는 점이 알려져 있다. 더불어, 사람의 상태가 건강하고, 약물, 술 또는 다른 요소의 영향 하에 있지 않다는 전제하에, 충분한 강도와 특성의 외부 자극이 주어지면 수면으로부터 잠에서 깨는 것으로의 변화가 또한 순간적으로 일어날 수 있다는 점이 알려져 있다. [3] 또한, 손이 제어 장치와 접촉하는 수동 제어 중에 손의 감각이 활발하게 포함된다는 점이 일반적으로 알려져 있다. [4] 마지막으로, 우리는 동적 시스템의 몇몇 집단에 대한 제어는 시간상 가깝게 서로를 따르는 다수의 작은 교정과 제어 임펄스를 대체로 필요로 한다는 점을 알고 있다. 동적 시스템은 외부 자극에 노출될 수 있다. 시스템의 동적 특성은 제어되는 시스템에 대한 다수의 신체적 파라미터, 제어 시스템 자체 및 자극의 특성에 종속한다. 발명자들이 자세히 연구해온 자동차의 경우, 일반적인 차량의 동적 특성은 시간상 가깝게 배치된 핸들 움직임을 이용한 작은 교정이 자동차 도로를 따라 운전할 때 바람직한 차선에서 차량을 유지하도록 하는데 필요한 일반적인 제어 움직임을 구성한다는 점이다.

본 발명은 전술한 네가지 사실에 기초하는 것이며, 제어 장치의 움직임을 모니터링하고 결함이 있는 제어가 있는 경우, 특히 핸들을 느슨하게 쥐었을 때 손바닥 및 손가락의 피부에 있는 두 개의 특정 감각 기관에 의해 매우 양호하게 인지되는, 인지할 수 있는 진동 버스트(burst)의 형태로 경보 신호를 발하는 방법 또는 시스템을 제안한다. 본 발명은 이러한 방식으로 경고 신호를 위한 제어하는 사람의 뇌로의 가장 신속하고 가장 안정된 경로를 개설하며, 이는 뇌로부터의 가장 신속한 본능적인 반응을 유발하고, 이러한 반응은 경보 신호가 유발된 신체의 동일한 부위로 전해진다. 따라서, 본 발명은 경보 신호의 안정성 뿐만 아니라 신호에 대한 반응에 있어서의 반응 속도에 있어서 지금까지의 다른 알려진 방법들과 구별된다. 본 발명은 개인별 적합화의 기회와 특성 파라미터 및 경보 신호 수준에 대한 설정을 제공한다. 본 발명에 따른 시스템은 자동차 또는 다른 동적 시스템의 다른 시스템과 용이하게 통합될 수 있다.

차량, 선박 또는 다른 제어되는 시스템과 같은 동적 시스템의 수동 제어 중에, 한 손 또는 양 손이 핸들, 조이스틱, 방향타 또는 이와 유사한 것일 수 있는 제어 장치와 접촉한다. 차량의 핸들이 간결성을 위해 후술될 것이지만, 이러한 설명 및 본 발명은 후술하는 바와 다른 유형의 제어 장치 및 다른 유형의 위험한 상황에 적용가능한 부분에서 관련될 수 있다. 가속 페달, 브레이크 페달, 기어 레버 및 다른 제어기들이 비연속적인 인터페이스를 구성하는데 비해, 핸들은 차량을 운절할 때의 연속적인 인간-기계 인터페이스를 구성한다. 핸들의 조작은 가속기 및 브레이크의 조작과 함께, 차량 기술이 수동 제어에 기초하고 있는 한, 운전자가 운전 중에 연속적으로 그/그녀의 주의력을 기울여야 하는 중요한 임무이다. 뇌가 자동차 패턴 및 작동에 대한 다른 패턴이 저장되고 이용될 수 있는 미리 설정된 신경계로부터 도움을 받는다 할지라도, 실제 제어 임무는 모두 인간의 행동으로서 뇌에 종속된다. 피곤하지 않은, 영향받지 않은, 그리고 건강한 조건에서, 뇌는 어려운 교통 상황에 있더라도 자동차를 조작하여 제어할 수 있다. 뇌는 오감(시각, 청각, 촉각, 후각 및 미각)의 도움을 받은 입력 신호에 기초한 임펄스를 수신하고 해석하며 조정한다. 실제 운전 중에, 우선시되는 감각은 시각, 청각 및 주로 손에서의(물론, 신체의 다른 부위에서의 감각도 포함할 수 있다) 촉각이며, 이들의 도움을 받아 가속, 제동, 기울임 및 측방향 가속이 결정될 수 있다. 눈과 시각의 임무는 길의 안전성에 중점을 두고 있다. 정상적인 경우 운전자가 길의 가장자리 및 횡단로로 종종 시점을 이동시킨다는 것이 알려져 있으며, 주의가 산만하거나 피곤한 운전자는 보다 정적으로 그리고 정면을 주시하도록 시점을 고정하고, 이에 따라 예컨대 교차로에서 측부로부터의 교통 위험을 해결하는 저하된 능력을 갖는다는 것이 알려져 있다. 또한, 피로도의 증가는 대개 수면 중에 발생하는 근육 이완을 종종 수반한다는 점이 알려져 있다. 차 운전자의 이완은 손 그립을 더 느슨하게 하고 손이 휴식 위치에 있게 유발할 수 있다. 추가로 알려진 점은 핸들 움직임이 더욱 드물게 그리고 더 큰 정도로 발생한다는 것이며, 이는 차의 운행 경로가 더욱 굽어지게 하는 결과를 갖는다. 운전자가 완전히 잠든 경우, 손은 핸들에 힘없이 놓여질 수 있거나, 최악의 경우 핸들을 완전히 놓아버릴 수 있다. 이러한 내용에 대하여 자동차 도로 상에서의 고속 운전을 고려하는 것이 매우 중요하다. 주의력을 잃을 위험은 피곤할 때 긴 기간 동안 단조로운 운전을 하는 경우 증가한다는 점이 알려져 있으며, 사고의 위험은 속도가 증가함에 따라 커진다는 점이 알려져 있다. 이러한 이유로 인해, 문제에 대한 설명의 일부로서 자동차 도로 상에서 표준 속도로 자동차를 운전하는 운전자를 고려할 것이다. 속도는 지역적인 속도 제한에 따라 90 내지 150 km/hour인 것으로 가정한다. 핸들에서의 피곤한 운전자를 고려해보자. 운전자가 잠들기 시작하고 근육이 이완되며 수면에 빠져들어 단위시간당 핸들의 움직임의 수가 점차적으로 줄어들고, 수면에 빠져들면 결국에는 "0"이 되는 상황이 벌어질 수 있다. 차의 속도 유지 시스템이 맞물려지거나 가속 페달의 위치가 변화되는 것을 추가로 고려하면, 심각한 사고를 방지하는 것은 촌각의 문제가 되는 상황이 얻어진다. 차는 속도의 구체적인 범위에서 1초당 25-42 미터, 10초당 250-420 미터를 움직일 것이다. 이러한 상황에서의 치명적인 교통사고를 방지하기 위해, 본 발명이 제공하는 매우 신속하게 작동하는 방법이 요구된다.

본 발명에 따른 방법은 제어 장치의 움직임을 제한함으로써 제어의 결함에 대한 검출을 위할 뿐만 아니라, 제어 장치와 접촉할 때 인간의 손바닥과 손가락의 피부에 있는 소위 마이스너 소체와 파시니 소체로부터 인간 뇌로의 경고 신호를 통해, 일초 중 일부 내의 즉시 반응에 대한 기록을 통해, 그리고 반응이 부족한 경우 주의 환기에 대한 계속되는 측정을 시작되게 하는 것과 열악한 제어의 효과를 방지하거나 줄이도록 안전성을 증가시키는 것을 통해 주의를 환기시키기 위하여 인간-기계 인터페이스를 이용한다. 본 발명에 따른 방법의 신속성은 몇몇의 상호 작용하는 요소에 기초한다. 인간의 뇌는 손과 및 손가락의 안쪽 피부에서의 진동을 다른 어떠한 감각 입력보다 더욱 빠르게 경험한다는 점이 의학 실험을 통해 밝혀졌다. 감각 입력을 경험하는 뇌의 이러한 능력은 다른 요소들 중에서도 개인의 나이, 입력 중의 손의 온도 및 개인이 입력 바로 전에 진동 도구로 작업한 적이 있는지 여부에 의해 영향 받는다. 이러한 방법에 따르면, 인간-기계 인터페이스에서의 운전자로의 경고 신호는 뇌로 직접 주어지게 되고 어떠한 해석도 필요로하지 않는데, 이는 경고 신호가 인간-기계 인터페이스로부터 직접적으로 유래되며 제어 임무와 직접적으로 결부되기 때문이다. 핸들 움직임의 형태의 일초가 채 되지 않는 즉시 반응으로부터 두 개의 결론이 얻어질 수 있다. 즉, 운전자는 경고 신호가 도달하였을 때 그/그녀의 손을 여전히 핸들에 접촉시키고 있고, 그/그녀는 촉각을 경험하고 이에 따라 잠에서 깨어나 핸들의 제어를 회복한다는 것이다. 첫번째 반응은, 상황에 대한 증가된 통찰력을 주는 기억과 시각 경험의 기능을 회복하는 것 이외에, 핸들과의 손의 접촉에서 경고가 발생하기 때문에 본능적일 뿐만 아니라, 뇌가 의식을 되찾기 때문에 의식적인 핸들 움직임에 대한 반응일 것이다. 따라서, 본 발명은 제어에 있어서의 결함을 검출하는 목적을 위해 그리고 제어 임무에 대한 제어에 있어서의 인간의 주의를 이끌어내는 목적을 위해 인간-기계 인터페이스를 이용한다. 이러한 점이 본 발명에 따른 방법의 신속성 및 간단성에 대한 기본적인 근거가 된다. 자동차의 경우, 핸들 움직임을 갖지 않는 기간의 길이가 제어에 결함이 있는 경우로서 경보의 기초를 형성하게 하는 것은 본 발명의 기본 개념 중 하나이다. 이러한 개념은 발명자들이 수행한 연구 및 실제 실험을 통해 확인되었다. 실험은 특히 자동차 도로에서의 통상적인 운전 중에 이루어졌으며, 여기서 핸들 움직임의 진동수와 주기가 연구되었으며, 특히 의식적인 핸들 움직임 사이의 간격이 연구되었다. 이러한 실험은 그것이 일반적으로 1 초 또는 몇 초의 기간 후에 통상적으로 나타나는 작은 조정에 대한 것임을 보여줬다. 이러한 실험은 일 분당 32-78의 또는 일 초당 0.5-1.2의 핸들 움직임보다 약간 더 맣은 평균을 보여준 다양한 운전자들을 대상으로 일 분당 20-80의 핸들 움직임의 변위 범위에서 수행되었다. 관찰은 시간상 1 분의 기간 중에 이루어졌으며, 그 기간 중에 의식적인 핸들 움직임의 수가 계산되었는데, 핸들의 정적 상태 후의 핸들의 각각의 움직임이, 그 방향과 크기와 무관하게, 하나의 핸들 움직임으로 세어졌다. 움직임은 일정한 진동수로 일어나지 않는다. 움직임은 2-3 개의 움직임의 묶음으로 발생하고, 예컨대 추월 또는 새로운 교통 상황 중에 더욱 빈번하게 발생한다. 그렇지만, 자동차 도로 상에서의 직선을 따른 평온하고 단조로우며 연속되는 운전 중에서 조차, 작은 조정을 수행하기 위해 일반적으로 앞선 핸들 움직임 후의 1-4 초의 기간 내에 핸들 움직임이 발생한다. 핸들 움직임은, 피곤한 운전자에 대한 경우와 같이 주의력이 낮은 수준에 있는 경우, 그 사이의 더 긴 시간을 가지면서 더욱 드물게 일어나며, 이미 발생한 운전 방향의 오차를 조정할 수 있기 위해 더 큰 폭을 가질 수 있다. 더불어, 고속에서 증가되는 사고의 위험을 포함시키기 위해, 본 발명에 따른 방법은 가장 최근의 핸들 움직임으로부터의 횡단로의 직선코스가 경보의 발함을 결정하게 하는 것을 포함한다. 직접적인 반응의 결핍은 운전자의 손이 이미 핸들과 접촉하지 않게 되었거나, 인사불성의 정도가 심해서 본 발명에 따라 구체화된 핸들의 진동이 이를 깨뜨리는데 충분하지 않은 위험한 상황이 발생하였음을 가정한다. 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 이러한 상황에서 경보 신호가 증가되게 하거나 능동적인 안전을 위한, 외부/내부 신호를 보내는 것, 차량의 진행에 있어서의 자동 조정 및 이와 유사한 방법과 같은 다른 알려진 시스템이 시작되게 한다.

본 발명에 따른 시스템은 자동차의 경우 최소한 다음과 같은 부품 즉, 의식적인 핸들 움직임을 검출하는 수단, 가장 최근의 의식적인 핸들 움직임으로부터의 횡단로의 직선코스를 계산하는 수단, 전술한 방법에 의해 구체화된 요구사항을 따르는 경보 신호를 발하는 것을 제어하는 수단, 제어 장치에서의 기계적 진동을 수행하는 수단, 표면 상에서 운전 중에 운전자의 손과 접촉하며 전술한 방법이 정하는 방식으로 이러한 요구사항과 관련되어 있는 핸들, 및 필요하거나 적합하다고 여겨지는 차량의 다른 시스템과의 통합을 위한 수단을 포함한다. 시스템의 작동 조건과 그것이 발하는 어떠한 경보가 탑재되어 있는 컴퓨터 및/또는 자기 회전 속도계에 기록되는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 다른 어떠한 알려진 방법 또는 알려진 시스템에 비해 더욱 신속하고 더욱 확실하게, 제어 임무에 속하는 수동 제어 중에 손을 통해 뇌에 경보를 직접 보냄으로써 인간을 의식이 있게 깨우는 기능을 제공하는데, 이는 피부의 진동 민감성 소체 중 두 개를 이용함으로써 그리고 신호를 보내는 민감성 소체가 위치하는 신체의 동일한 부위로 뇌로부터의 반응을 즉시 기록함으로써 가장 효과적이고 인식 가능하며 양호한 방식으로 이루어지며, 그 과정은 통각 또는 하위 수준의 촉각에 대한 본능적인 반응과 매우 유사하다. 본 발명에 따른 방법에서 이루어지는 바와 같이 제어되는 시스템으로부터의 피드백이 차량의 움직임이 아닌 제어 장치의 움직임에 기초하게 함으로써, 그렇지 않으면 피드백에 영향을 주게 되는 시간 지연과 위상 변이가 제거되며, 이에 따라 본 발명에 따른 방법의 신속성은 증가한다. 본 발명에 따른 방법의 추가적인 이점은 그 단순성이며, 이는 그 안전성과 신뢰성에 긍정적인 영향을 준다.

도 1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템(1)을 추가한 동적 시스템의 수동 제어에 대한 개략적인 블록 다이어그램.

도 2는 본 발명에 따른 진동 버스트의 포락선(envelope)을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 핸들 진동기의 위치를 예시적으로 도시하는 도면.

본 발명에 대한 일실시예에 따른 방법, 시스템 및 배치는 도면을 참조하여 후술될 것이다. 발명을 정확한 내용으로 기술하기 위해, 수동으로 제어되는 시스템 내의 연결이 점선에 의해 이론적으로 도 1에 도시되어 있으며, 추가적인 모니터링 시스템이 실선으로 도시되어 있다.

D는 제어하는 사람을 지시, "운전자"

H는 이 사람의 손을 지시, "손"

W는 제어 장치를 지시, "핸들"

PM은 신체-기계적 인간-기계 인터페이스를 지시, "신체적 기계적 경계"

V는 제어되는 시스템을 지시, "차량"

E는 제어되는 시스템의 주변을 지시, "환경"

S는 감각을 지시, "감각"

I는 기구를 지시, "기구"

f1은 검출될 수 있는 제어되는 시스템의 움직임을 지시, "제1 피드백"

f2는 검출될 수 있는 주위 상황을 지시, "제2 피드백"

f3은 기구 데이터를 지시, "제3 피드백"

의도한 바와 같이, 도 1의 화살표는 제어하는 사람(D)이 제어 장치(W)로 손(H)을 이용하여 제어 움직임을 수행하는 것을 도시하며, 제어 장치는 시스템(V)을 제어한다. 피드백은 제어되는 시스템(V)의 움직임(f1)을 그/그녀의 감각(S)을 통해 경험하고, 주변(E)을 f2를 통해 관찰하며, 기구(I)를 f3을 통해 해독하는 제어하는 사람(D)을 통해 일어난다. 자동차에 적용되는 경우, 제어하는 사람(D)은 운전자이고, 제어 장치(W)는 핸들이며, 제어되는 시스템(V)은 자동차이고, 주변(E)은 교통 상황이다. 본 발명에 따른 모니터링 시스템과 관련하여, 다음과 같은 기호가 도면에 추가되어 있다.

1은 본 발명에 따른 모니터링 시스템을 지시

2는 모니터링 시스템에서의 전자 회로를 구비하는 제어 유닛을 지시

3은 제어 장치에서의 또는 제어 장치 내의 센서를 지시

4는 그 구동 회로를 갖춘 오실레이터를 지시

5는 조합기를 구비하거나 구비하지 않은 증폭기를 지시

6은 제어 장치에서의 진동기를 지시

w1은 MC에 대한 경고 신호를 지시, "제1 경고 신호"

w2는 PC에 대한 경고 신호를 지시, "제2 경고 신호"

MC는 손에서의 마이스너 소체를 지시, "마이스너 소체"

PC는 손에서의 파시니 소체를 지시, "파시니 소체"

a는 신경 경로를 따른 MC+PC로부터의 신호를 지시, "경보 신호(임펄스)"

f4는 제어 장치에서의 센서로부터의 신호를 지시, "제4 피드백"

f5는 제어되는 시스템으로부터의 선택된 데이터를 지시, "제5 피드백"

f6은 모니터링 시스템으로부터의 선택된 데이터를 지시, "제6 피드백"

9는 차량의 능동 안전 시스템을 지시

10은 차량의 탑재된 컴퓨터 및/또는 차량의 자기 회전 속도계를 지시

모니터링 시스템(1)은 다음과 같은 기능을 갖는다. 본 발명에 따르면, 시스템은 주로 제어 장치(W)의 움직임(f4)의 결함을 통해 제어에 있어서의 결함을 알아낸다. 경로에 관한 특정의 기록된 직선코스를 따라 이러한 결함이 존재하게 되면, 본 발명의 방법에 따라 모니터링 시스템(1)은 손과 손가락의 내부 표면의 피부 표면에서 두 가지 유형의 민감성 소체(MC, PC)에 의해 용이하게 검출될 수 있는 강도와 특성을 갖는 인간-기계 인터페이스(PM)에서의 적어도 한 번의 버스트의 진동을 통해 미리 설정되고 조절할 수 있는 특정 조건으로 경고 신호(w1, w2)를 생성하는데, 손과 손가락의 내부 표면은 제어 장치(W)와 접촉하고, 진동은 명백한 경보 신호(임펄스)(a)가 신경 경로를 따라 윗 방향으로 뇌를 향해 유도되게 하여 의식적인 상태로 뇌를 깨우는 특성, 진동수, 진폭 및 지속 시간을 가진다. 본 발명에 따르면, 제어에 있어서의 결함은 f4 즉, 각각의 약 0.5 도를 넘는 의도적인 제어 움직임을 그 방향과 무관하게 제어 장치(W)와 직접적으로 연관되어 기록하는 센서(3)로부터의 측정된 값을 통해 주로 검출된다. 센서(3)는 이러한 핸들 움직임이 일어나는 각각의 경우에 논리 회로를 갖는 제어 유닛(2)으로 신호(f4)를 보낸다. 자동차의 경우, 차량(V)의 제어 유닛은 경로의 직선코스의 순간적인 증가(f5)를 수집하는데, 이는 가장 최근의 핸들 움직임 후에 제어 유닛의 계수기에서 추가된다. 센서(3)는 수행되는 모든 핸들 움직임마다 이 계수기를 "0"으로 리셋시키는 신호(f4)를 제어 유닛(2)에 보낸다. 이러한 신호가, 제어 유닛(2)에 저장되고 그리고 임의의 제어기(7)를 이용하여 설정될 수 있는 경계값에 달하는 최근의 핸들 움직임 이후의 경로의 직선코스에 따라 도달하지 않으면, 이는 본 발명에 따르면 결함이 있는 제어에 대한 신뢰할만한 척도가 된다. 계수기가 이러한 미리 설정된 경계값에 도달하면, 제어 유닛은 진동기(6)의 구동 회로(즉, 오실레이터 및 증폭기)(4, 5)에 시작 임펄스를 보내는데, 이 회로는 제어 유닛(2)에 저장된 프로그램으로 작동한다. 모니터링 시스템이 제어기(수동 설정 장치)(7)를 갖는 것이 적절하며, 진동 진폭의 도움을 받아 경계값 및 다른 파라미터가 설정될 수 있다. 더불어, 시스템은 운전자에게 기구(계기판 또는 디스플레이)(I)로의 신호를 포함하는, 소리 또는 빛 신호, 상태에 대한 정보, 경보의 수준, 및 설정된 값과 같은 추가의 신호(f6)를 보낼 수 있다. 모니터링 시스템의 작동 상태와 경보는 탑재된 컴퓨터 또는 자기 회전 속도계(10)에 기록될 수 있으며 그 연결과 차단은 차량의 속도에 의해 제어될 수 있다. 교통법규에 따라 수동 차단에 대한 장애물을 가질 수 있다. 차량에 적용하는 경우, 적어도 w1 또는 w2, 바람직하게는 w1과 w2 모두, 바람직하게는 인식할 수 있는 버스트 순서에 따른 진동 버스트가 운전자가 즉시 제어를 회복할 수 있게 한다. 이와 같은 일이 발생하는 경우, 제어 유닛(2)의 계수기는 센서(3)로부터 신호(f4)를 받은 후에 "0"으로 리셋되고, 그 후 제어 유닛(2)은 오실레이터(경보 회로)(4)에 정지 신호를 보내어, 신호의 생성이 멈춰지도록 한다. 제어가 회복되지 않는 경우, 센서(3)로부터 신호가 방출되지 않도록 제어 유닛(2)의 계수기에서의 값은 계속하여 증가하고, 여기서 제어 유닛은 먼저 w1과 w2의 진폭을 증가시키고 후속하여 차량의 알려진 능동 안전 시스템(9)을 작동시킬 수 있다. 지나간 경보 데이터는 필요한 경우 탑재된 컴퓨터 또는 자기 회전 속도계에 저장될 수 있다. 본 명세서에서 모니터링 시스템(1), 그 제어 유닛(2) 및 관련 회로는 명확성을 위해 본 발명과 관련된 개별적인 부품을 갖는 개별적인 시스템으로서 설명되었지만, 그 기능과 유닛이 자동차와 같은 제어 시스템에 실용적이고 경제적이며 제조상 유리한 방식으로 통합될 수 있는 것이 탑재된 컴퓨터, 자기 회전 속도계, 기기, 케이블링(cabling) 및 차량의 다른 구성요소와 같은 다른 전기 회로와 함께 본 발명의 범위 및 본성에 속한다. 부주의는 본 발명의 방법에 따라 가장 최근의 핸들 움직임 이후의 횡단로의 직선코스(f5)로서 측정된 핸들 움직임의 중단의 지속으로 정의된다. 핸들 움직임의 중단에 대한 지속 시간만이 세어지는 경우, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 시스템은 사고의 위험과 경로에 대한 실제 속도가 갖는 사고 결과에의 중요한 영향을 고려하지 않을 것이다. 주의력은 제어 유닛(2)의 계수기를 "0"으로 리셋하는 각각의 의식적인 다소간의 핸들 움직임(f4)으로서 기록될 것이며, 계수기는 가장 최근의 핸들 움직임 후의 경로의 직선코스를 측정한다. 레지스터가 또한 예컨대 50 km/hour 이하의 각각의 속도에서 "0"으로 리셋되는데, 이는 이러한 경우에 모니터링 시스템이 50 km/hour를 넘는 속도에서 기능하게 된다는 것을 의미한다. 따라서, 레지스터의 순간적인 값은, 결과와 관련하여, 부주의의 지속에 대한 척도가 된다. 경보에 대한 다양한 수준이, 경보의 다양한 진폭을 유발하는 소정의 경계값의 형태로, 모니터링 시스템의 제어 유닛(계산 회로)(2)에서 그리고 사고를 방지하기 위한 최종 수단으로서의 능동 안전 시스템(9)에서 선택되고 저장될 수 있다. 선택되어 조절 가능한 경계값이 예컨대 200, 300 및 400 미터로 선택되는 경우, 이들은 110 km/hour의 속도에서 6.5, 9.8 및 13 초의 시간 간격에 대응할 것이다. 핸들 움직임을 검출하기 위한 센서(3)는 다양한 유형 및 설계를 가질 수 있으며, 수행되는 위치, 각도 또는 움직임의 측정에 대한 알려진 기술에 기초하여, 충분한 정확도를 갖는 확고하고 신뢰할만한 방식으로 제어 장치의 의식적인 제어 움직임을 검출하고 다른 방해 요소, 도로에서의 추돌 또는 진동의 효과가 알려진 기술을 이용하여 걸러질 수 있도록 할 수 있다. 본 발명에 따른 진동기(6)는 어떠한 알려진 유형의 것이라도 될 수 있다. 전자기적으로 여기되고 그리고 조합기를 구비하거나 구비하지 않은 하나 이상의 전력단으로부터 공급받는, 결과적으로 바람직하게는 두 개의 오실레이터(4)로부터 증폭기(5)를 통해 공급받는, 발진 기계식 진동기가 선택될 수 있는데, 이런 진동기는 경보 프로그램의 시작과 정지, 지속, 멈춤 및 진폭 프로그램과 같은 경보 프로그램에 대해서뿐만 아니라, 진동수 및 볼륨에 대한 설정과 같은 공급되는 파라미터에 대해서도 제어 유닛(2)에 의해 제어될 수 있다. 신호(w1, w2)의 진동수는 관련된 오실레이터(4)에서 생성되어, 개별적인 전력단 및 조합기를 구비하거나 구비하지 않은 증폭기(5)를 지나간다. 설명된 경우에서, 유도된 진동은 공통된 유형의 진동기에서 동시에 양 진동수를 모두 가지고 일어난다. 대안으로, 개별적인 진동기가 두 개의 진동수 범위를 위해 이용될 수 있다. 진폭은 제어 유닛으로 공급되는 경보 프로그램에 따라 자동적으로 제어되며, 그 파라미터는 제어기(7)에 의해 수동으로 설정될 수 있다. 예컨대 20-40 Hz 및 200-300 Hz가 동시에 이루어지는 것과 같이, 특정 진동수 범위에 대한 설정은 같은 방식으로 수행될 수 있다.

하나의 설계에 따르면, 진동은 제어에 있어서의 결함이 발생되고 난 후 특정의 미리 설정된 시간 후에 재발하게 유발될 수 있다. 핸들에서의 수면의 발생을 반복되게 하지 않기 위해, 재발은 예컨대 15분후에 일어날 수 있다.

도 2에 도시된 경보 설계는 제어 유닛(2)에서 프로그램에 의해 제어되며, 그 파라미터는 제어기(7)를 이용하여 미리 설정될 수 있다. 도 2는 수동 제어를 수행하는 사람의 반응을 유발하는데 적합한 본 발명의 방법에 따른 진동 신호(w1, w2)의 설계를 예시한다. 도면에서의 곡선은 진동 버스트의 진폭에 대한 포락선을 구성한다. 마이스너 소체와 파시니 소체에 가장 큰 영향을 주는 신호 진동수는 각각 약 30 Hz 및 250 Hz이며, 도면에 도시된 바와 같이 이들은 250-750 msec의 동일한 또는 서로 다른 지속시간의 인식할 수 있는 버스트 순서로, 이후의 적어도 150 msec의 지속시간의 멈춤을 수반하여, 점차 증가하는 진폭으로 주어져야 한다. 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 시스템은 주로 손바닥과 손가락의 피부에 있는 민감성 소체 중 두 개의 특별히 구체화된 집합에 촉각 경고 신호(w1, w2)를 보냄으로써 운전자의 즉각적인 주의를 환기시키는 것을 포함한다. 버스트의 길이는 더 용이한 인식을 위해 선택된 패턴, 예컨대 모스 부호 신호를 따를 수 있다. 경보에 대한 모든 바람직한 수준이 본 발명의 범위 내에서 선택될 수 있으며, 본 발명은 부주의에 대한 척도로서 경보 수준에 대한 몇몇 값으로 한정되는 것이 아니다. 시스템에서 경보의 진폭에 대해 필요에 따라 개인적인 값을 설정하는데에는 몇몇 이유가 있을 수 있다. 민감성 소체의 반응을 위한 진동에 대한 한계값은 나이가 증가함에 따라 증가하고 피부 온도가 증가함에 따라 증가하며 개인간에 차이가 있을 수 있다.

당업자가 진동에 대한 적합한 개인적 수준을 설정하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.

도 3은 다양한 설계안의 핸들에서의 핸들 진동기의 위치에 대한 예시를 제공한다. 핸들의 원주 둘레의 해칭된 영역은 운전자의 손이 놓이거나 이완된 상황에서 놓일 것으로 기대될 수 있는 위치를 지시한다. 상기 위치는, 본 발명에 따라, 제안된 위치로 제한되지는 않는다. 이들은 각각의 개별적인 경우에서, 손이 핸들을 쥐거나 핸들에 놓일 때, 진동이 손 및/또는 손가락의 내부 표면에 닿을 수 있도록 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 핸들 진동기가 핸들의 설계안에 통합되는 것이 바람직하지만, 또한 핸들 상으로의 외부 장착을 위해 제작될 수도 있다.

동적 시스템의 수동 제어에 대한 모니터링을 위한 본 발명은 자동차의 제어와 관련한 적용에 대하여 자세히 설명되었지만, 이러한 적용은 다른 방식으로 실현될 수 있으며, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변화될 수 있기 때문에 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예에 제한되는 것이 아니다.

Claims (17)

1. 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법으로서, 제어의 결함이 검출되어 경고 신호가 보내지며, 상기 경고 신호는 인간과 기계 사이의 상기 시스템의 신체-기계적 인터페이스(PM)에서 차량의 핸들 내에 또는 차량의 핸들 상에 장치되는 오실레이터로부터의 핸들 표면에서의 진동(w1, w2)으로 구성되도록 되어있으며, 진동은 인간의 손이 상기 시스템(V)의 제어를 위한 제어 장치(W)와 접촉하게 되는 경우 손과 손가락의 내측 표면 상의 마이스너 소체(MC)와 파시니 소체(PC)가 활성화되는 진동수, 진폭 및 지속시간을 갖도록 되어있으며, 주의력의 결핍은 상기 진동을 유발하도록 되어있고, 상기 진동(w1, w2)의 진동수는 각각 1 내지 150 Hz의 범위 및 150 내지 500 Hz의 범위인 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 전자 회로가 인간의 제어의 결함이 중지되는 것을 검출하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 진동(w1, w2)은 적어도 150 msec의 지속시간의 멈춤 사이에서 700 msec의 지속시간 동안 발생하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 진동의 활성화에도 인간의 제어의 결함이 중지되지 않는 경우 더 높은 진폭을 갖는 추가의 진동이 활성화되도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 진동(w1, w2)은 인간의 제어의 결함이 중지되는 경우 중지되도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 진동(w1, w2)의 진폭은 고통에 대한 역치 아래의 수준에서 수동으로 또는 자동으로 또는 수동과 자동 모두로 설정될 수 있는 방식으로 선택되도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 제어되는 동적 시스템은 자동차이며, 제어 장치의 가장 최근의 기록된 움직임 후의 횡단 경로의 직선코스 또는 시간이 결함이 있는 제어의 척도를 구성하도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
8. 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치로서, 제어의 결함이 검출되고 경고 신호가 보내지며, 구동 회로(4, 5) 및 진동기(6)를 포함하는 수단이 인간과 기계 사이의 상기 시스템의 신체-기계적 인터페이스(PM)에서 핸들 내에 또는 핸들 상에 장치되는 오실레이터로부터의 핸들 표면에서의 진동(w1, w2)의 형태로 상기 경고 신호를 생성하도록 장치되어 존재하고, 상기 수단은 인간의 손이 상기 시스템(V)의 제어를 위한 제어 장치(W)와 접촉하게 되는 경우 손과 손가락의 내측 표면 상에서 마이스너 소체(MC)와 파시니 소체(PC)가 각각 활성화되게 하는 진동수, 진폭 및 지속시간을 갖는 진동을 생성하도록 장치되며, 전자 회로가 주의력의 결핍을 계산하기 위해 장치되고, 상기 진동(w1, w2)의 진동수는 각각 1 내지 150 Hz의 범위 및 150 내지 500 Hz의 범위인 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 전자 회로가 인간의 제어의 결함이 중지되는 것을 검출하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서, 상기 수단(4, 5, 6)은 상기 진동기를 30 Hz와 250 Hz의 진동수로 제어하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
11. 청구항 9에 있어서, 상기 수단(4, 5, 6)은 상기 진동기를 동시에 제어하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
12. 청구항 11에 있어서, 상기 수단(4, 5, 6)은 최대 1 초의 지속시간과 적어도 150 msec의 지속시간의 중간 멈춤을 가지는 버스트(burst)로 상기 진동(w1, w2)을 생성하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
13. 청구항 8, 청구항 9, 청구항 11 또는 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수단(4, 5, 6)은 상기 수단이 상기 진동(w1, w2), 그 진동수, 진폭 및 지속시간의 조합에 대하여 수동으로 설정될 수 있도록 장치되며, 상기 수단은 고통에 대한 역치 아래에 머물면서 증가하는 진폭을 갖는 상기 진동(w1, w2)를 생성하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
14. 청구항 8, 청구항 9, 청구항 11 또는 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 상기 진동(w1, w2)을 생성하는 상기 수단의 시작을 제어하도록 장치되는 제어 유닛(2)을 포함하고, 결함이 있는 제어를 검출하도록 장치되는 논리 회로를 포함하며, 차량의 작동 중에 상기 회로는 핸들 움직임에 대한 센서(3)로부터의 신호(f4)에 기초하여 상기 제어 장치의 가장 최근의 움직임 이후의 횡단로의 직선코스를 갱신하도록 장치되는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
15. 청구항 8, 청구항 9, 청구항 11 또는 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진동은 특정의 미리 결정된 간격 후에 재시작되도록 되어있는 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.
16. 청구항 1에 있어서, 상기 진동(w1, w2)의 진동수는 각각 30 Hz 및 250 Hz인 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 방법.
17. 청구항 8에 있어서, 상기 진동(w1, w2)의 진동수는 각각 30 Hz 및 250 Hz인 것을 특징으로 하는 동적 시스템의 수동 제어 중에 주의력을 모니터링하는 장치.

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