KR102616917B1 - 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치 - Google Patents

심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치는 차량 탑승자의 탑승 위치 정보 및 심박 변이도 정보를 획득하는 센서부와, 차량 탑승자의 탑승 위치에 따라 개인별로 멀미 여부 및 멀미 유지 시간을 판단하는 판단부 및 멀미 여부와 멀미 유지 시간에 기초하여 멀미 저감을 위한 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치{APPARATUS FOR DETERMINING AND REDUCING OCCUPANT MOTION SICKNESS USING HEART RATE VARIABIITY}
본 발명은 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치에 관한 것이다.
몸이 흔들릴 때 어지럼, 메스꺼움, 구토, 두통 등의 증상이 나타나는 것을 멀미라고 한다.
종래 기술에 따르면 차량 상태 정보에 기초하여 광 출력 영역의 광 패턴을 변경하는 멀미 저감 시스템이 제안된 바 있으나(대한민국 공개특허공보 10-2021-0035070), 이는 디스플레이 디바이스의 광 출력 영역의 출력 광 패턴을 변경하는 것으로, 디바이스 추가 장착이 필요한 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 심박 변이도를 이용하여 탑승자의 멀미를 판단하고 이를 저감시킴으로써, 별도 디바이스의 추가 장착 필요성을 최소화하며 수동 주행 또는 자율 주행 시 탑승자의 멀미를 저감시키고 쾌적한 주행 환경을 제공하며, 운전자가 ADAS (Autonomous Driving System)의 주행 제어에 멀미를 느낄 수 있는 상황을 예방하는 것이 가능한 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치는 차량 탑승자의 탑승 위치 정보 및 심박 변이도 정보를 획득하는 센서부와, 차량 탑승자의 탑승 위치에 따라 개인별로 멀미 여부 및 멀미 유지 시간을 판단하는 판단부 및 멀미 여부와 멀미 유지 시간에 기초하여 멀미 저감을 위한 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
센서부는 차량 정보(시트벨트, 도어, 무게 감지 센서) 및 차량 내부에 탑재된 레이더 센서, 시트 센서, 이미지 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 탑승 위치 정보를 획득한다.
센서부는 레이더 센서, 이미지 센서, ECG 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 심박 변이도 정보를 획득한다.
센서부는 심박수, LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 추정한다.
판단부는 LF/HF 비 추정값을 개인화 버퍼에 저장하고, 필터를 적용하여 변화율을 산출한다.
판단부는 이동평균필터를 이용하여 변화율을 산출한다.
판단부는 변화율이 기설정 임계치 이상 증가하는 시점의 LF/HF 비를 개인의 멀미 상태 판단 기준으로 선정한다.
판단부는 차량 탑승자의 LF/HF 비가 기설정 시간 이상동안 멀미 상태 판단 기준을 초과하는 경우, 제어부로 제어 요청을 전송한다.
제어부는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 심박과 유사한 BPM을 가진 음원을 재생한다.
제어부는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 창문 열림 제어를 수행한다.
본 발명에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법은 (a) 차량 탑승자의 탑승 위치 정보 및 심박 변이도 정보를 획득하는 단계와, (b) 차량 탑승자의 탑승 위치에 따라 개인별로 멀미 여부 및 멀미 유지 시간을 모니터링하는 단계 및 (c) 멀미 여부 및 멀미 유지 시간에 기초하여 멀미 저감을 위한 차량 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
(a) 단계는 차량 내부에 탑재된 레이더 센서, 시트 센서, 이미지 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 탑승 위치 정보를 획득한다.
(a) 단계는 레이더 센서, 이미지 센서, ECG 센서 및 웨어러블 밴드 중 적어도 어느 하나를 이용하여 심박 변이도 정보를 획득한다.
(a) 단계는 심박수, LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 추정한다.
(b) 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 개인화 버퍼에 저장한다.
(b) 단계는 이동평균필터를 이용하여 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비의 변화율을 산출한다.
(b) 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비의 변화율이 기설정된 임계치 이상 증가하는 시점을 개인의 멀미 상태 판단 기준으로 선정한다.
(b) 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비가 기설정 시간 이상동안 상기 멀미 상태 판단 기준을 초과하는 경우, 제어 요청을 전송한다.
(c) 단계는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 심박과 유사한 BPM을 가진 음원을 재생한다.
(c) 단계는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 창문 열림 제어를 수행한다.
본 발명에 따르면, 별도 디바이스의 추가 장착 필요성을 최소화하며 수동 주행 또는 자율 주행 시 탑승자의 멀미를 저감시키고, 쾌적한 주행 환경을 제공하며, 운전자가 ADAS의 주행 제어 상황에서 느낄 수 있는 멀미를 예방하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법을 도시한다.
본 발명의 전술한 목적 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 목적, 구성 및 효과를 용이하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐으로서, 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재에 의해 정의된다.
한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가됨을 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치를 도시한다.
본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치는 자동차에 탑승하는 탑승자 개인의 멀미를 심박 변이도(HRV, Heart Rate Variability)를 활용하여 판단 및 정량화한다.
심박 변이도는 연속적인 심장 박동의 주기적 변화를 의미하며, 자율신경계의 교감신경 및 부교감신경의 상태를 반영하므로, 자율신경계를 정량적으로 평가할 수 있는 지표이다.
이러한 심박 변이도는 심장이 예측하지 못한 자극에 의해 빠르게 반응하고, 변화된 상황에 적응하는 능력을 반영하므로, 스트레스를 측정하는 지표로 쓰인다.
본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치는 멀미를 저감하기 위한 수단으로서, 심박과 비슷한 음원을 재생시키고, 창문을 개폐하는 등 BCM(Body Control Module)을 제어하여, 쾌적한 탑승 환경을 제공하는 것이 가능하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치는 차량 탑승자의 탑승 위치 정보 및 심박 변이도 정보를 획득하는 센서부(110)와, 차량 탑승자의 탑승 위치에 따라 개인별로 멀미 여부 및 멀미 유지 시간을 판단하는 판단부(120) 및 멀미 여부와 멀미 유지 시간에 기초하여 멀미 저감을 위한 차량 제어를 수행하는 제어부(130)를 포함한다.
센서부(110)는 차량정보(시트벨트, 도어, 무게감지 센서) 및 차량 내부에 탑재된 레이더 센서, 시트 센서, 이미지 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 탑승 위치 정보를 획득한다.
센서부(110)는 레이더 센서, 이미지 센서, ECG 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 심박 변이도 정보를 획득한다.
센서부(110)는 심박수, LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 추정한다.
레이더(Radar) 센서는 탑승자의 위치를 판단하고, 호흡률과 LF(Low Frequency Band)/HF(High Frequency Band) 비(Ratio)를 추정한다.
웨어러블 디바이스는 판단부(120)의 ECU(Electronic　Control Unit) 또는 CID(Center Information Display)와 페어링된다.
웨어러블 디바이스는 가속도 센서를 이용하여 획득된 정보를 이용하여 탑승위치를 예측하고, HR(Heart Rate : 심박수) 또는 LF(Low Frequency Band)/HF(High Frequency Band) 비(Ratio)를 추정한다. 이를 LHR로 지칭한다.
판단부(120)는 LF/HF 비 추정값을 개인화 버퍼에 저장하고, 필터를 적용하여 변화율을 산출한다.
판단부(120)는 탑승자의 위치에 따라 개인 별로 멀미 여부 및 유지 시간을 판단하여, 제어부(130)로 제어 요청을 전송한다.
판단부(120)는 개인화 오류를 방지하기 위해, 이동평균필터(MAF, Moving Average Filter)를 이용하여 변화율을 산출한다.
이동평균필터를 통해 필터링된 산출값은 미분을 하여 변화율이 산출된다.
판단부(120)는 변화율이 기설정 임계치 이상 증가하는 시점의 LF/HF 비를 개인의 멀미 상태 판단 기준(max_LHR)으로 선정한다.
판단부(120)는 차량 탑승자의 LF/HF 비가 기설정 시간 이상동안 멀미 상태 판단 기준을 초과하는 경우, 제어부(130)로 제어 요청을 전송한다.
즉, 탑승자의 LF/HF 비(LHR)가 max_LHR 이상인 상태가 일정 시간 이상 유지되는 경우, 판단부(120)는 제어부(130)로 제어 요청을 전송한다.
제어부(130)는 판단부(120)의 요청에 따라 해당 위치에 음원을 재생시키고, BCM 제어를 통해 차량 제어를 수행한다.
제어부(130)는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 심박과 유사한 BPM(Beat per minute)을 가진 음원을 재생한다.
심박과 BPM의 유사 정도는 기설정된 범위 내의 유사 정도인 것으로 가정한다.
이하 [표 1]은 멀미 시 심박과 유사한 BPM을 가진 음원을 제공함에 따른 LHR 측정 실험 결과표이다.
제어부(130)는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 창문 열림 제어, 차양막 제어 또는 외기 순환 모드를 수행한다.
판단부(120)는 탑승자의 상태가 완화된 것으로 판단하면, 음원 재생 중지 명령 및 기존 상태로의 제어 요청을 제어부(130)로 전송한다.
본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법은 (a) 차량 탑승자의 탑승 위치 정보 및 심박 변이도 정보를 획득하는 단계와, (b) 차량 탑승자의 탑승 위치에 따라 개인별로 멀미 여부 및 멀미 유지 시간을 모니터링하는 단계 및 (c) 멀미 여부 및 멀미 유지 시간에 기초하여 멀미 저감을 위한 차량 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
(a) 단계는 차량 내부에 탑재된 레이더 센서, 시트 센서, 이미지 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 탑승 위치 정보를 획득한다.
(a) 단계는 레이더 센서, 이미지 센서, ECG 센서 및 웨어러블 밴드 중 적어도 어느 하나를 이용하여 심박 변이도 정보를 획득한다.
(a) 단계는 심박수, LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 추정한다.
(b) 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 개인화 버퍼에 저장한다.
(b) 단계는 이동평균필터를 이용하여 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비의 변화율을 산출한다.
(b) 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비의 변화율이 기설정된 임계치 이상 증가하는 시점을 개인의 멀미 상태 판단 기준으로 선정한다.
(b) 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비가 기설정 시간 이상동안 상기 멀미 상태 판단 기준을 초과하는 경우, 제어 요청을 전송한다.
(c) 단계는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 심박과 유사한 BPM을 가진 음원을 재생한다.
(c) 단계는 멀미가 발생된 차량 탑승자의 위치를 고려하여 창문 열림 제어를 수행한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법을 도시한다.
S201 단계는 차량 탑승자의 ECG를 측정한다.
S202 단계는 FFT(Fast Fourier Transform)을 이용하여 변환을 수행하고, Low Frequency 파워 및 High Frequency 파워를 추정한다.
이 때, Low Frequency 파워는 0.04 내지 0.15Hz, High Frequency 파워는 0.15 내지 0.4Hz이다.
S203 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 산출하고, S204 단계는 이를 개인화 버퍼에 저장한다.
S205 단계는 개인화 오류를 방지하기 위해, 이동평균필터(MAF, Moving Average Filter)를 이용하고, S206 단계는 LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비의 변화율(d_LHR)을 산출한다.
S207 단계는 변화율이 기준값 초과인지 여부를 판단하고, 초과인 경우 S208 단계는 개인화 최대치(max_LHR)를 저장한다.
S209 단계는 심박수와 유사한 범위의 BPM을 가지는 음원을 출력한다.
S210 단계는 LHR이 개인화 최대치(max_LHR) 초과인지 여부를 확인하고, S211 단계는 그 초과 시간의 누적을 확인한다.
S212 단계는 LHR이 개인화 최대치(max_LHR) 초과인 상태가 기설정 시간을 초과하여 유지되는지 확인하고, S213 단계는 S212 단계의 조건이 충족한 경우 창문 제어, 차양막 제어, 외기 순환 모드 제어 중 적어도 어느 하나의 차량 제어를 수행한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법은 컴퓨터 시스템에서 구현되거나, 또는 기록매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 시스템은 적어도 하나 이상의 프로세서와, 메모리와, 사용자 입력 장치와, 데이터 통신 버스와, 사용자 출력 장치와, 저장소를 포함할 수 있다. 전술한 각각의 구성 요소는 데이터 통신 버스를 통해 데이터 통신을 한다.
컴퓨터 시스템은 네트워크에 커플링된 네트워크 인터페이스를 더 포함할 수 있다. 프로세서는 중앙처리 장치(central processing unit (CPU))이거나, 혹은 메모리 및/또는 저장소에 저장된 명령어를 처리하는 반도체 장치일 수 있다.
메모리 및 저장소는 다양한 형태의 휘발성 혹은 비휘발성 저장매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 메모리는 ROM 및 RAM을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법은 컴퓨터에서 실행 가능한 방법으로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법이 컴퓨터 장치에서 수행될 때, 컴퓨터로 판독 가능한 명령어들이 본 발명에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래시 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.

Claims (20)

  1. 차량 탑승자의 탑승 위치 정보 및 심박 변이도 정보를 획득하고, 심박수, LF(Low frequency)/HF(High frequency) 비를 추정하는 센서부;
    상기 차량 탑승자의 탑승 위치에 따라 개인별로 멀미 여부 및 멀미 유지 시간을 판단하는 판단부; 및
    상기 멀미 여부 및 멀미 유지 시간에 기초하여 멀미 저감을 위한 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함하고,
    상기 판단부는 LF/HF 비의 추정값을 개인화 버퍼에 저장하고, 필터를 적용하여 변화율을 산출하되, 개인화 오류를 방지하기 위해 이동평균필터를 이용하여 상기 LF/HF 비의 변화율을 산출하고, 상기 변화율이 기설정 임계치 이상 증가하는 시점의 상기 LF/HF 비를 개인의 멀미 상태 판단 기준으로 선정하고, 상기 차량 탑승자의 위치에 따라 개인 별로 상기 LF/HF 비가 기설정 시간 이상 상기 멀미 상태 판단 기준을 초과하는 경우, 상기 제어부로 제어 요청을 전송하고,
    상기 제어부는 멀미가 발생된 상기 차량 탑승자의 위치를 고려하여 심박과 기설정된 범위 내의 유사 정도인 BPM을 가진 음원을 재생하는 것
    인 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 시트벨트, 도어, 무게감지 센서로부터 획득한 차량 정보와, 차량 내부에 탑재된 레이더 센서, 시트 센서, 이미지 센서, 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 탑승 위치 정보를 획득하는 것
    인 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 레이더 센서, 이미지 센서, ECG 센서 및 웨어러블 디바이스 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 심박 변이도 정보를 획득하는 것
    인 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치.
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  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 멀미가 발생된 상기 차량 탑승자의 위치를 고려하여 창문 열림 제어를 수행하는 것
    인 심박 변이도를 이용한 탑승자 멀미 판단 및 저감 장치.
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