KR20040048634A - 차량용 졸음운전 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조향장치에 있어서, 스티어링 컬럼 하단 조인트에 타이어 측으로부터 인가되는 토크 변화를 감지할 수 있는 토크 검출센서를 더 구비하여, 운전자의 의지와 관계없는 토크 변화가 판단되면 주행차량의 엔진 출력을 저감시킴과 동시에 주행차속을 감속시킬 목적으로;

차량의 동작상태 변화에 따라 타이어 토크 변화와 스티어링 휠 회전각 변화를 검출하는 차량 동작상태 검출수단과; 상기 차량 동작상태 검출 수단에서 검출되는 타이어 토크 변화 신호와 스티어링 휠 회전각 변화 신호를 입력받아 비교하여 졸음운전 여부를 판단한 후, 소정의 제어신호를 출력하는 신호 비교 판단 수단과; 상기 신호 비교 판단 수단에서 인가되는 소정의 제어신호에 따라 브레이크 제어, 엔진 출력 저감 제어신호 및 경고음 발생 요구 신호 등을 출력하는 엔진 제어 수단과; 상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 브레이크 제어 신호를 인가받아, 설정된 프로그램에 따라 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크 구동 제어신호를 출력하는 브레이크 제어 수단과; 상기 엔진 제어 수단과 브레이크 제어수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진 내부로 흡입되는 공기량을 조절하여 엔진 출력을 강제적으로 저감시키고, 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크를 구동시킴과 동시에 운전자에게 졸음운전을 경고하는 경고음을 발생시키는 구동수단으로 이루어져 있어서, 주행중인 차량에서 발생될 수 있는 대형 교통사고를 미연에 방지할 수 있다.

Description

차량용 졸음운전 방지장치{a preventive apparatus for sleepiness driving in vehicle}

본 발명은 조향장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 운전중 운전자의 조향의지와 상관없이 조향이 이루어지는 경우, 졸음운전으로 판단하여 강제적 제동장치 작동으로 2차적으로 발생될 수 있는 사고를 미연에 방지하기 위한 차량용 졸음운전 방지 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는, 크게 섀시(Chassis)와 보디(body)로 구성되는데, 상기 보디는 객실과 적재함 등으로 이루어져 사람이나 하물을 싣는 부분으로 자동차의 외장에 상당하며, 상기 섀시는 자동차에서 상기 보디를 제외한 부분이며, 자동차의 골격에 해당하는 상기 섀시는 프레임에 엔진 등, 주행하는데 필요한 장치일체를 장치한 것이다.

상기한 섀시는 동력발생장치(Power Unit), 동력전달장치(Power Train), 조향장치(Steering System), 제동장치(BrakeSystem), 현가장치(Suspension), 주행장치(Running System) 및, 기타장치로 구성된다.

상기 섀시의 구성부재들 중에서 동력발생장치는 자동차를 주행시키는데 필요한 동력을 발생하는 장치로서, 일반적으로 가솔린 엔진 및, 디젤엔진 등의 내연기관이 사용되고 있다.

그리고, 상기 동력전달장치는 상기 동력발생장치에서 발생된 동력을 주행상태에 적합하도록 변화시켜 구동바퀴에 전달하며, 상기 제동장치는 주행중의 자동차속도를 감속 또는 정지시키거나, 비탈길등에서 자동차를 정지상태로 유지하기 위한장치이다.

또한, 현가장치는 프레임 또는 보디와 차축을 결합하여 노면으로부터의 진동, 충격 등을 완화하기 위한 장치이며, 상기주행장치는 섀시에서 동력발생, 동력전달, 조향, 제동, 현가의 각 장치를 제외한 부분이며, 프레임 및, 휠이 이에 포함된다.

그리고, 상기 기타장치는 상술한 장치 이외의 것으로서, 자동차의 운전을 안전하고, 용이하게 하기 위한 모든 장치를 지칭하며, 각 계기류, 등화류, 표시등, 방향지시기, 경음기 등이 포함된다.

상기 조향장치(steering system)는, 자동차의 진행 방향을 변경하기 위해 사용되는 장치로 스티어링휠(Steering Wheel)과조향축 및 컬럼 등으로 이루어진 조작기구와, 조향 기어기구 및, 피트먼 아암과 조향 링크 및 조향 너클 등으로 이루어진링크기기 등을 포함하여 구성되는데, 스티어링휠의 회전력을 조향기어를 통하여 휠로 전달하는 기계식의 장치와, 조작력경감을 위하여 동력에 의해 실린더를 사용하는 동력조향(power steering)방식의 장치가 사용되고 있다.

상기한 동력조향방식의 조향장치에는, 스티어링휠의 회전에 따라 유압을 동력실린더에 전달하여 휠을 조향하는 유압식 동력조향장치와, 스티어링휠의 회전에 따라 모터를 구동하고 이 모터의 구동력에 의해 조향 기어기구를 동작시켜 휠을 조향하는 전동식 조향장치(Electric Steering System; 'EPS')가 있다.

일반적인 차량에는 유압식 동력조향장치가 주로 채용되고 있으나, 근래에는유압식 동력조향장치에 비해 구조가 단순하고잔고장이 적은 등의 장점으로 인해 전동식 조향장치에 보급이 늘고 있는 추세이다.

상기한 전동식 조향장치는, 조향축을 회동시키는 기어부와 이 기어부를 동작시키는 모터와, 운전자가 스티어링휠을 조작할 때 발생되는 스티어링휠의 각속도와 토크를 감지하는 센서와, 실제 휠에서 조향되는 조향 각속도와 토크를 감지하는센서와, 상기 각 센서들을 통해 감지되는 스티어링휠의 각속도와 토크 및 조향휠의 조향 각속도와 토크에 따라 상기 모터의 구동을 제어하는 제어부 등을 포함하여 구성된다.

이와 같이 전동식 조향장치의 특성을 이용하여 운전자의 안전을 도모하기 위해 스티어링휠의 조작에 따라 모터를 구동하여 조향 기어기구를 동작시키는 방식이고 스티어링휠의 조작상태와 실제 조향휠의 조향상태를 감지할 수 있는 센서들이 구비되어 있는 바, 이러한 전동식 조향장치의 특성을 이용하면 이용자가 스티어링휠을 조작하지 않는 상태에서 조향휠이 조향되는 지의 여부를 알아낼 수 있다. 즉, 상기한 전동식 조향장치에서 이용자가 스티어링휠을 조작하지 않은 상태에서 조향휠이 조향되는 경우 이를 운전자가 졸음운전을 하고 있는 것으로 판단하여 경보를 행하는 장치 및 방법이 대한민국 특허 공개 제2002-0045989호(공개일자 : 2002. 6. 20. 명칭 : 자동차의 졸음운전 경보장치 및 방법)에 상세히 서술되어 있다.

하지만, 상기한 종래의 장치 및 방법에 의한 졸음운전 경보 장치 및 방법은 차량이 고속으로 주행하고 있는 상태에서 운전자의 의도와 관계없이 조향휠이 조향되는 경우, 차량이 순간적으로 진행방향이 변경됨에 따라, 대형 교통사고의 발생원인이 되기도 한다.

또한, 상기한 종래의 장치는 차량 바퀴에서 전달되는 토크 변화에 즉각적인 검출이 지연됨에 따라, 졸음운전을 판단하기에 다소 늦은 문제점을 내포하고 있다.

그리고, 졸음운전이 판단될지라도, 단순히 운전자에게 졸음운전을 행하고 있다는 경보만을 해줌으로서, 즉각적인 사고 예방 대책이 이루어지지 않는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 조향장치에 있어서, 스티어링 컬럼 하단 조인트에 타이어 측으로부터 인가되는 토크 변화를 감지할 수 있는 토크 검출센서를 더 구비하여, 운전자의 의지와 관계없는 토크 변화가 판단되면 주행차량의 엔진 출력을 저감시킴과 동시에 주행차속을 저감시켜 대형 교통사고로 이어지는 것을 미연에 방지할 수 있는 차량용 졸음운전 방지 장치를 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 졸음운전 방지 장치 구성 블록도 이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 졸음운전 방지 방법 동작 순서도 이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 졸음 운전 방지 시스템 구성도 이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표면 탄성파 토크 센서 구성도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 스티어링 휠 3 : 스티어링 회전각 검출센서

5 : 스티어링 컬럼 하부 조인트 9 : 수신 안테나

10 : 표면 탄성파 센서 10-1 : 표면 탄성파 토크 센서

10-2: 송신 안테나 100 : 차량 동작상태 검출수단

110 : 스티러일 컬럼 조인트 토크 검출부

120 : 스티어링 회전각 검출부 200 : 신호 비교수단

210 : 수신부 220 : 신호 비교 판단부

300 : 엔진 제어 수단 400 : 브레이크 제어 수단

500 : 구동수단 510 : 브레이크 구동부

520 : 스로틀 구동부

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

차량의 동작상태 변화에 따라 타이어 토크 변화와 스티어링 휠 회전각 변화를 검출하는 차량 동작상태 검출수단과;

상기 차량 동작상태 검출 수단에서 검출되는 타이어 토크 변화 신호와 스티어링 휠 회전각 변화 신호를 입력받아 비교하여 졸음운전 여부를 판단한 후, 소정의 제어신호를 출력하는 신호 비교 판단 수단과;

상기 신호 비교 판단 수단에서 인가되는 소정의 제어신호에 따라 브레이크 제어, 엔진 출력 저감 제어신호 및 경고음 발생 요구 신호 등을 출력하는 엔진 제어 수단과;

상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 브레이크 제어 신호를 인가받아, 설정된 프로그램에 따라 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크 구동 제어신호를 출력하는 브레이크 제어 수단과;

상기 엔진 제어 수단과 브레이크 제어수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진 내부로 흡입되는 공기량을 조절하여 엔진 출력을 강제적으로 저감시키고, 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크를 구동시킴과 동시에 운전자에게 졸음운전을 경고하는 경고음을 발생시키는 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 실시예는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니고, 단지 일예로 제시된 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 졸음운전 방지 장치 구성 블록도 이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 졸음운전 방지 방법 동작 순서도 이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 졸음 운전 방지 시스템 구성도 이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표면 탄성파 토크 센서 구성도 이다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 졸음운전 방지 장치로서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 타이어 토크 변화와 스티어링 휠 회전각변화를 검출한다.

신호 비교 판단 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 타이어 토크 변화신호 및 스티어링 휠 회전각 변화 신호를 입력받아 비교하여 졸음운전 여부를 판단한 후, 소정의 제어신호를 출력한다.

엔진 제어 장치(300)는 상기 신호 비교 판단 장치(200)에서 인가되는 소정의 제어신호에 따라 브레이크 제어, 엔진 출력 저감 제어신호 및 경고음 발생 요구신호 등을 출력한다.

브레이크 제어 장치(400)는 상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 브레이크 제어 신호를 인가받아, 설정된 프로그램에 따라 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크 구동 제어신호를 출력한다.

구동장치(500)는 상기 엔진 제어 장치(300)와 브레이크 제어장치(400)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진 내부로 흡입되는 공기량을 조절하여 엔진 출력을 강제적으로 저감시키고, 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크를 구동시킴과 동시에 운전자에게 졸음운전을 경고하기 위한 경고음을 발생시킨다.

상기에서, 차량 동작상태 검출장치(100)는 타이어 측(미도시)으로부터 인가되는 토크 변화를 검출하는 스티어링 컬럼 조인트 토크 검출부(110)와;

스티어링 컬럼 상부에 위치되어 운전자의 스티어링 휠(1)조작에 따라 가변되는 스티어링 휠 회전각 변화를 검출하는 스티어링 휠 회전각 검출부(120)로 구비되어 있다.

상기에서 스티어링 컬럼 조인트 토크 검출부(110)는 도 3에 도시되어 있는바와 같이 스티어링 컬럼 하부 조인트(5)에 위치되어 있다.

상기 스티어링 컬럼 하부 조인트(5)는 a에 확대되어 도시되어 있다.

상기 스티어링 컬럼 하부 조인트(5)를 확대한 a를 살펴보면, 스티어링 컬럼 하부 조인트(5) 아랫면에 스티어링 컬럼 토크를 검출하는 표면 탄성파 센서(10)가 구비되어 있다.

도 4는 상기 표면 탄성파 센서(10)를 상세히 도시한 도면으로서, 스티어링 컬럼 하부 조인트(5)에 작용하는 힘에 의해 발생하는 기계적인 진동, 즉 센서 표면(압전체의 표면)을 따라 진행하는 표면 탄성파를 전기적인 신호로 검출하여 시간에 대해 전위차의 변화를 임펄스 형태의 신호로 변환시키는 표면 탄성파 센서(10-1)와, 이 표면 탄성파 센서(10-1)에서 검출된 전위차 변화를 임펄스 형태의 신호로 변환된 신호를 송신하는 송신 안테나(10-2)로 이루어져 있다.

상기에서, 신호 비교 판단 장치(200)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 도 3에 도시되어 잇는 표면 탄성파 센서(10)에서 송신되는 전위차 변화에 따른 임펄스 신호를 수신 안테나를 통하여 수신하는 수신부(210)와, 상기 수신부(210)에서 수신되는 신호와 운전자의 스티어링 조작상태 변화에 따라 가변된 스티어링 회전각 변화 신호를 입력받아 설정된 프로그램에 의해 운전자의 졸음운전 여부를 판단한 후, 운전자의 졸음운전이 판단되면, 엔진 출력 저감 및 브레이크 구동 요구신호를 출력하는 신호 비교 판단부(220)로 이루어져 있다.

상기에서 구동장치(500)는 브레이크 제어 장치(400)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 제동력을 발생시키는 브레이크 구동부(510)와;

상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 운전자의 가속페달 조작에 상관없이 차량 내부로 흡입되는 공기량을 저감시키기 위해 스로틀 밸브 개도를 아이들 상태로 유지시켜 차량의 엔진 출력을 저감시키는 스로틀 구동부(520)와;

상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 운전자에게 졸음운전을 경고하기 위해 소정의 경고음성 및 경고음을 발생시키는 경고부(530)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 차량용 졸음 운전 방지 방법을 첨부한 도 2를 참조하여 예를 들어 설명한다.

주행중인 차량에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 타이어 측 토크 변화와 스티어링 휠 회전각 변화를 검출하여 출력한다.

이에, 신호 비교 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 타이어 측 토크 변화와 스티어링 휠 회전각 변화를 입력받아 타이어 측 토크 변화에 따른 스티어링 컬럼 토크변화가 소정의 토크 이상으로 일정시간 이상 발생되었는가를 판단한다(S100,S110).

상기에서 스티어링 컬럼 토크 변화가 발생됨이 판단되면, 신호 비교 판단 장치(200)는 운전자의 의지에 따라 스티어링 휠 회전각 변화 신호가 입력되었는가를 판단한다(S120).

상기에서, 운전자의 의지에 상관없이 스티어링 컬럼 토크 변화가 소정의 토크 이상으로 일정시간 이상 발생됨이 판단되면, 신호 비교 판단 장치(200)는 운전자가 졸음운전 하고 있음을 판단하고, 엔진 출력 저감, 차량 주행속도 저감 및 경고음 발생요구 신호를 출력한다(S130).

이에, 엔진 제어 장치(300)는 상기 신호 비교 판단장치(200)에서 출력되어 인가되는 엔진 출력 저감 요구신호에 따라, 엔진 내부로 흡입되는 흡입 공기량을 아이들 상태로 전환하기 위해 스로틀 밸브 개도를 강제적으로 아이들 상태가 되도록 제어하기 소정의 스로틀 구동 제어신호를 출력함과 동시에, 운전자에게 졸음운전을 경고하기 위한 경고음 발생 제어신호를 출력한다.

그리고, 데이터 통신을 수행하여 브레이크 제어 장치(400)로 브레이크 구동 요구 신호를 출력한다.

상기 브레이크 제어 장치(400)는 상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 제어신호에 따라, 주행차량의 속도를 저감시키기 위해 메모리에 저장되어 있는 소정의 프로그램에 의해 브레이크 구동 제어신호를 출력한다.

구동장치(500)의 브레이크 구동부(510)는 상기 브레이크 제어 장치(400)에서 출력되는 브레이크 구동 제어신호에 동기되어 운전자의 브레이크 페달 조작과 무관하게 차량의 주행차속을 감속될 수 있도록 브레이크 기구류를 작동시킨다.

그리고, 스로틀 구동부(520)는 상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 스로틀 밸브 제어신호에 동기되어, 엔진의 출력을 저감시키기 위해 운전자의 가속페달 조작상태와 무관하게 스로틀 밸브의 개도를 0%로 조절시킨다.

또한, 경고부(530)는 상기 엔진 제어 장치(300)에서 출력되는 경고음 출력 요구 신호에 동기되어, 운전자가 졸음운전을 하고 있음을 경고음 및 경고음성을 출력한다.

이로서, 운전중 운전자의 졸음운전으로 인해 발생될 수 있는 대형 교통사고 발생을 미연에 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 조향장치에 있어서, 스티어링 컬럼 하단 조인트에 타이어 측으로부터 인가되는 토크 변화를 감지할 수 있는 토크 검출센서를 더 구비하여, 운전자의 의지와 관계없는 토크 변화가 판단되면 주행차량의 엔진 출력을 저감시킴과 동시에 주행차속을 감속시킴으로서, 주행중인 차량에서 발생될 수 있는 대형 교통사고를 미연에 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 차량의 동작상태 변화에 따라 타이어 토크 변화와 스티어링 휠 회전각 변화를 검출하는 차량 동작상태 검출수단과;

   상기 차량 동작상태 검출 수단에서 검출되는 타이어 토크 변화 신호와 스티어링 휠 회전각 변화 신호를 입력받아 비교하여 졸음운전 여부를 판단한 후, 소정의 제어신호를 출력하는 신호 비교 판단 수단과;

   상기 신호 비교 판단 수단에서 인가되는 소정의 제어신호에 따라 브레이크 제어, 엔진 출력 저감 제어신호 및 경고음 발생 요구 신호 등을 출력하는 엔진 제어 수단과;

   상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 브레이크 제어 신호를 인가받아, 설정된 프로그램에 따라 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크 구동 제어신호를 출력하는 브레이크 제어 수단과;

   상기 엔진 제어 수단과 브레이크 제어수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진 내부로 흡입되는 공기량을 조절하여 엔진 출력을 강제적으로 저감시키고, 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 브레이크를 구동시킴과 동시에 운전자에게 졸음운전을 경고하는 경고음을 발생시키는 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 졸음운전 방지 장치.
2. 제 1항에 있어서, 차량 동작상태 검출수단은 타이어 측으로부터 인가되는 토크 변화를 검출하는 스티어링 컬럼 조인트 토크 검출부와;

   스티어링 컬럼 상부에 위치되어 운전자의 스티어링 휠조작에 따라 가변되는 스티어링 휠 회전각 변화를 검출하는 스티어링 휠 회전각 검출부로 구비되어 이루어진 것을 포함하는 차량용 졸음운전 방지 장치.
3. 제 2항에 있어서, 스티어링 컬럼 조인트 토크 검출부는 스티어링 컬럼 하부 조인트에 작용하는 힘에 의해 발생하는 기계적인 진동이 센서 표면(압전체의 표면)을 따라 진행하는 표면 탄성파를 전기적인 신호로 검출하여 시간에 대해 전위차의 변화를 임펄스 형태의 신호로 변환시키는 표면 탄성파 센서와, 이 표면 탄성파 센서에서 검출된 전위차 변화를 임펄스 형태의 신호로 변환된 신호를 송신하는 송신 안테나로 이루어져 있어, 스티어링 컬럼 하부 조인트의 소정의 위치에 위치되어 있는 것을 포함하는 차량용 졸음 운전 방지 장치.
4. 제 1항에 있어서, 신호 비교 판단 수단은 스티어링 컬럼 조인트 토크 검출부에 구비된 송신 안테나에서 송신되는 전위차 변화에 따른 임펄스 신호를 수신하는 수신부, 상기 수신부 에서 수신되는 신호와 운전자의 스티어링 조작상태 변화에 따라 가변된 스티어링 회전각 변화 신호를 입력받아 설정된 프로그램에 의해 운전자의 졸음운전 여부를 판단한 후, 운전자의 졸음운전이 판단되면, 엔진 출력 저감 및 브레이크 구동 요구신호를 출력하는 신호 비교 판단부로 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 졸음운전 방지 장치.
5. 제 1항에 있어서, 구동수단은 브레이크 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 차량의 주행차속을 저감시키기 위해 제동력을 발생시키는 브레이크 구동부와; 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 운전자의 가속페달 조작에 상관없이 차량 내부로 흡입되는 공기량을 저감시키기 위해 스로틀 밸브 개도를 아이들 상태로 유지시켜 차량의 엔진 출력을 저감시키는 스로틀 구동부와; 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 운전자에게 졸음운전을 경고하기 위해 소정의 경고음성 및 경고음을 발생시키는 경고부를 포함하여 이루어진 차량용 졸음운전 방지 장치.