KR20040067835A - 밀폐공기식 음(音) 센서를 사용한 운전자 졸음 경보 장치 - Google Patents

Abstract

밀폐공기식 음 센서를 운전자석에 설치하고, 운전자의 신체의 움직임을 나타내는 신호를 포착하고, 신호의 레벨이 일정한 레벨에 달하지 않는 지속 시간을 검출한다.

동시에, 교통 수단으로부터 교통 수단의 주행시에만 발생하는 신호를 포착하고, 양 신호를 연산 회로에서 비교한다. 양 신호가 병존하며 또한 신체의 움직임을 나타내는 신호의 지속 시간에 특정한 경향이 나타난 때에만 경보를 발생한다.

염가이며 장착의 번거로움이 없는 교통 수단의 비주행시에는 동작하지 않는 졸음 운전 경보 장치를 제공한다.

Description

밀폐공기식 음(音) 센서를 사용한 운전자 졸음 경보 장치{DRIVER'S DOZE ALARMING APPARATUS USING CLOSED PNEUMATIC SOUND SENSOR}

종래의 졸음 운전 경보 장치로서는 차의 사행(蛇行)을 감지하거나 카메라 영상의 화상 처리로부터 운전자의 시점(視點)의 변동을 감시하거나, 또는 운전자에 전극이나 센서류를 장착시키고 운전자의 심박, 호흡 등의 생체 정보의 변동을 검출하는 등의 방법이 제안되고 있다.

이들의 장치는 고가이거나, 설치가 번거롭거나, 운전자의 행동을 제한하거나, 또는 차량이 주행하지 않는 때에도 동작하는 등의 문제를 갖고 있다.

본 발명은, 자동차, 전차, 선박, 항공기 등의 운전사에 의해 운전되는 교통 수단의 운전사의 졸음 경보 장치에 관한 것으로, 특히 운전사의 운전 조작에 수반하는 물리적 체동(體動; 몸의 움직임)의 변화로부터 졸음 직전의 「운전 의식 저하」 상태를 검출하고, 운전사를 각성시키는 장치에 관한 것이다.

도 1은 밀폐공기식 음 센서의 구조를 도시한 단면도.

도 2는 밀폐공기식 음 센서의 구조를 도시한 단면도.

도 3은 밀폐공기식 음 센서를 운전석에 부착한 도면.

도 4는 밀폐공기식 음 센서의 출력을 처리하는 회로도.

도 5는 밀폐공기식 음 센서의 출력을 처리하는 회로도.

도 6은 각성시의 체동을 나타내는 신호의 출력을 도시한 그래프.

도 7은 운전 의식 저하 상태의 체동을 나타내는 신호의 출력을 도시한 그래프.

도 8은 밀폐공기식 음 센서의 출력을 처리하는 회로도.

도 9는 밀폐공기식 음 센서의 출력을 처리하는 회로도.

도 10은 각성시의 체동을 나타내는 신호의 출력을 도시한 그래프.

도 11은 운전 의식 저하 상태의 체동을 나타내는 신호의 출력을 도시한 그래프.

도 12는 밀폐공기식 음 센서의 출력을 처리하는 회로도.

도 13은 각성시의 체동을 나타내는 신호의 출력을 도시한 그래프.

도 14는 운전 의식 저하 상태의 체동을 나타내는 신호의 출력을 도시한 그래프.

본 발명은 운전 조작에 수반하는 인간의 수족, 목, 몸체의 움직임을 포함한 종합적 체동이, 각성시와 졸음 상태에 들어가기 직전의 상태(운전 의식 저하 상태)에서는, 특징적인 상위가 있는 것에 착안하여, 이 상위를 검출함으로써, 운전자에게 경보를 주어서, 졸음 운전에 의한 사고를 방지하고자 하는 것이다.

본 발명의 발명자는, 기밀성을 갖는 유연한 고무, 플라스틱, 금속, 포, 종이 등으로 제작된 밀폐 공기실 중의 공기압을, 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서에 의해 검출하고, 전기 신호로 변환하는 밀폐공기식 음 센서를 사용한 각종의 생체 정보 수집 장치를 개발하고 있다.

이 종류의 밀폐공기식 음 센서는 침대, 의자, 욕조, 변기 등에 설치하는 것이 용이하기 때문에, 그들의 부위에 사용하여 사람을 포함한 동물의 심박, 호흡 등의 생체 정보를 수집하고 건강 상태를 파악하는 것이 이미 제안되어 있다.

또한, 침대에 설치하고, 자다가 몸을 뒤척임과 같은 간격이 길고, 진폭이 큰 신호를 검출하고, 사람의 수면 상태를 감시하는 방법도 제안되어 있다.

본 발명은, 밀폐공기식 음 센서를 이용하여 그 어디에도 속하지 않는, 비교적 주기가 길고, 진폭도 크지 않은 체동을 계속적이며 또한 일정 시간 단위로 구획하여 관찰하고, 운전 의식 저하 상태를 나타내는 특징이 있는 신호의 지속이 생긴 경우에 곧바로 경보를 발하도록 한 것이다.

본 발명은 운전중 특히 교통 수단의 주행중에 작동시키는 장치에 관한 것이기 때문에, 인체의 체동에 수반하는 신호 외에, 차량 등의 운전중임을 나타내는 신호를 검지하고, 그 신호가 존재하는 때에만 경보가 작동하도록 할 필요가 있다.

차량 등이 운전중임을 나타내는 신호를 얻는 방법으로서는,

1. 밀폐공기식 음 센서에 의해 얻어지는 체동 신호에 혼입되어 오는 신호 중에서부터 분리하는 방법,

2. 교통 수단의 전기계통 중의 전압, 전류의 변화 등으로부터 직접 검출하는방법이 생각된다.

또한, 체동에 따른 신호의 판독 방법에 관해서는,

A. 밀폐공기식 음 센서의 출력 신호의 파고(波高)에 주목하고, 단위 시간당의 일정 레벨 이상의 신호의 유무에 의해 측정하는 방법,

B. 밀폐공기식 음 센서의 출력 신호의 출력의 단위 시간당의 표준 편차를 구하고, 그 값에 의해 판정하는 방법이 생각된다.

또한, 운전자에게 주는 경보의 종류로서는,

가. 바이브레이터에 의한 신체에 직접 전달되는 진동,

나. 부저에 의한 경보음,

다. 스피커에 의한 음성 경고,

라. 광의 점멸,

마. 에어컨 급냉 작동,

등이 생각되고, 본 발명은 상기 1, 2, A, B, 가, 나, 다, 라, 마 등의 수단을 적절히 조합시킴에 의해 실현할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 장치에 사용되는 밀폐공기식 음 센서의 구조를 설명하는 단면도이다.

1은 고무, 플라스틱, 금속, 포, 종이 등으로 만들어진 밀폐 공기주머니 또는 캐비닛으로, 그 내부에는 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서(2)가 부착되고, 코드(3)에 의해 전기 신호가 외부로 꺼내어지도록 되어 있다.

4는 바이브레이터, 스피커 등의 경보기로서, 코드(5)에 의해 외부로부터 경보 신호가 전송되게 되어 있다. 경보기(4)는 반드시 밀폐 공기주머니 또는 캐비닛의 내부에 둘 필요는 없고, 운전자에게 경보가 전해지기만 한다면, 외부라도 상관 없다.

밀폐 공기주머니 또는 캐비닛(1)에는 체중과 같은 중량이 가하여지기 때문에, 내부 기기 보호를 위해 필요에 따라 스펀지와 같은 탄성 보강재(6)에 의해 내부를 보강하여 주면 좋다.

도 2는, 본 발명 장치에 사용되는 밀폐공기식 음 센서의 다른 실시예의 구조를 설명하는 단면도로서, 동일 부위에는 동일 부호가 붙어 있다.

본 실시예에 있어서는, 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서(2)는, 밀폐 공기실 또는 캐비닛(1)의 외부에 두어져 있고, 1 내의 공기는 파이프(7)를 통하여 2로 인도되고 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에서 설명한 밀폐공기식 음 센서를 자동차의 안전석 시트에 부착한 예를 도시한다.

도 3의 예에서는, 밀폐공기식 음 센서(8)는 쿠션 겸용으로서 등받이(9)에 부착되어 있지만, 이것은 등받이(9)의 내부 표면에 매립하는 것이 가능하다. 마찬가지로 밀폐공기식 음 센서(8)를 좌부(10)에 놓아도 좋고, 좌부(10)의 내부에 매립하는 것도 가능하다.

또한 복수개의 밀폐공기식 음 센서를 나열하여 배치하거나 등받이(9)와 좌부(10)의 양쪽에 이용하여도 좋다.

3은 밀폐공기식 음 센서의 출력을 외부로 꺼내는 코드이다.

도 4는 밀폐공기식 음 센서의 출력으로부터 운전 의식 저하시의 신호를 검출하고, 그것을 경고 신호로 바꾸는 회로의 예를 도시한 블록도이다.

11은 밀폐공기식 음 센서의 출력 신호로서, 증폭기(12)에 의해 증폭된 후, 로우 패스 필터(13)에 의해, 출력 신호중의 체동을 나타내는 저주파 성분만이 여파(濾波)된다.

14는 리미터로서, 이것을 일정 레벨, 예를 들면 ±200mV에서 동작시킴으로써, ±200mV를 초과하는 신호의 개수를 카운터(15)에서 카운트하도록 한다.

카운트된 신호는 연산부(16)에 가하여진다.

한편, 밀폐공기식 음 센서의 출력 신호(11)의 일부는 증폭기(17)에 의해 증폭된 후, 하이 패스 필터(18)에 의해, 교통 수단의 주행에 수반하여 생기는 높은 주파수 성분을 여파한다.

여파된 신호는, 레벨 검출기(19)에 가하여진 후, 샘플 홀드(20)에 의해, 디지털 신호로 변환되고 연산부(16)에 가하여진다.

연산부(16)에서는, 카운터(15)의 출력의 단위 시간당의 개수가 일정한 경향을 나타내고, 또한 차량의 운전에 의해 생기는 신호의 존재시인 경우를 판정하고, 경보 장치(21)를 동작시키는 신호를 발생한다.

도 5는, 교통 수단이 주행중인 것을 나타내는 신호를, 교통 수단의 전기계통으로부터 취하는 경우의 회로의 블록도로서, 도 4와 동일의 부분에는 공통의 부호를 붙이고 있다.

이 예에 있어서는, 교통 수단이 운전중인 신호(22)는, 예를 들면 속도계로부터 직접 레벨 검출기(19)로 인도된 후, 연산부(16)로 가하여진다. 그 밖의 동작은 제 4도의 경우와 마찬가지이다.

도 6 및 도 7은, 도 4 및 도 5의 회로에 있어서의 로우 패스 필터(13)의 출력의 예를 도시한 그래프로서, 도 6은 운전자의 각성시, 도 7은 운전 의식 저하 상태를 나타낸다.

이 그래프는 종축에 출력을 밀리볼트(mV), 횡축에 시간을 초로 나타낸 것이다.

이 도면으로부터 분명한 바와 같이, 운전자의 체동을 나타내는 신호의 출력은 각성시와 운전 의식 저하시에서 큰 차가 있고, 이것을 예를 들면 단위 시간에 ±200mV를 초과한 파의 수를 카운트함으로써, 운전 의식 저하 상태를 용이하게 검지할 수 있다.

도 8 및 도 9는, 운전 의식 저하 상태를 검출하고, 경보 신호를 발생하는 회로의 다른 예를 도시한 블록도이다.

도 8은 도 4에 도시한 바와 마찬가지로, 밀폐공기식 음 센서의 출력으로부터 체동을 나타내는 신호와 교통 수단이 운전중임을 나타내는 신호를 분리하여 꺼내는 경우를 나타낸다.

도 9는 도 5와 마찬가지로, 교통 수단이 운전중인 것을 나타내는 신호는 교통 수단의 전기계통 등으로부터 꺼내는 경우를 나타낸다.

도 8, 도 9에 있어서는 도 4 및 도 5의 카운터(15) 대신에, 정류기·적분기(23) 및 레벨 검출기(24)가 추가되어 있다.

도 10은 각성시에 있어서의 체동을 나타내는 신호(도 6)가 또한 정류기·적분기(23)를 통과한 후의 파형을 도시한 그래프이다. 체동을 나타내는 신호가 ±200mV를 초과한 경우에, 컨덴서와 저항으로 이루어지는 적분기가 작동하고, 기준 전압으로부터 적분 전압을 공제한 신호로 되어 있다. 따라서, 빈번하게 ±200mV 이상의 신호가 입력되면, 저전압 레벨로 추이한다.

도 11은 운전 의식 저하 상태를 나타내는 신호(도 7)가, 정류기·적분기(23)를 통과한 후의 파형이다. 체동을 나타내는 신호가 ±200mV 이하롤 지속하면 적분 전압은 감소하고, 지속 시간에 상대하여 고전압 레벨로 이행한다.

도 8 및 도 9의 예에 있어서는, 로우 패스 필터(13)의 출력 신호를 리미터(14)에 가하고, 완만 운전 동작이나 안정 호흡에 의한 영향을 제거한 후의 리미터 통과 신호만을 정류기·적분기(23)에 가한다.

운전 의식 저하 상태에서는, 완만한 운전 동작이나 안정 호흡이 지속하고, 200mV 이하의 신호 저하 지속 시간 15초 이상이, 매분 2 내지 3회 반복하여 나타나는 것이 특징이다.

이의 상태를 검출하기 위해서는, 정류기·적분기에 의해 우선 각성시의 신호 레벨을 검출하고, 기준 신호로부터 각성시 신호를 공제함으로써, 운전 의식 저하시의 신호를 얻을 수 있다.

도 12는, 마찬가지 목적을 달성하는 다른 회로예를 도시한 블록도이다.

도 12에 있어서는, 도 8의 리미터(14), 정류기·적분기(23), 레벨 검출기(24) 대신에 통계 처리 연산부(25)가 추가되어 있다.

도 12의 실시예에 있어서는 도 6, 도 7에 도시한 로우 패스 필터(13)를 통과한 단계의 신호의 출력 분포를 통계 처리 연산부(25)에서 처리하고, 표준 편차를 얻도록 한 것이다.

도 13은, 도 6의 파형에 관해 표준 편차를 구한 것으로서, 각성시에 있어서의 출력 신호의 표준 편차는 0.29이다.

도 14는 도 7의 파형에 관해, 표준 편차를 구한 것으로서, 운전 의식 저하 상태에 있어서, 그것은 0.13이였다.

따라서, 신호 레벨 저하를 의미하는 일정 시간 내의 표준 편차치의 저하에 의해서도 운전 의식 저하 상태를 검지할 수 있다.

본 예에서는, 40초간의 표준 편차치가 50% 이하까지 저하되고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 장치를 운전자 시트에 부착함으로써, 운전자는 착좌시 특별한 착탈 조작을 하는 일 없이, 곧바로 감시 상태로 놓여지고, 또한 차량의 주행시 이외에는 졸음 경보 장치가 동작하지 않기 때문에, 간편하며 또한 확실한 졸음 운전 경보 장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 기밀성이 있는 유연한 재료로 만들어진 밀폐 공기주머니 또는 밀폐 캐비닛의 내부에 1개 또는 2개 이상의 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서를 밀봉하고, 그 출력 신호를 리드선을 통하여 외부로 꺼내도록 한 밀폐공기식 음 센서를 교통 수단의 운전자 시트의 운전자의 체압이 걸리는 부분에 부착하고,

   상기 밀폐공기식 음 센서의 출력 신호로부터, 운전자의 몸의 움직임을 나타내는 신호와 교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호를 분리하여 꺼내고,

   교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호가 존재하며 또한 몸의 움직임을 나타내는 신호의 변동이 거의 없어진(운전 의식 저하) 상태를 검지하고,

   경보 장치를 작동시키도록 한 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 경보 장치.
2. 기밀성이 있는 유연한 재료로 만들어진 밀폐 공기주머니 또는 밀폐 캐비닛의 내부 공기압을 외부의 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서로 인도하고, 그 출력 신호를 꺼내도록 한 밀폐공기식 음 센서를 교통 수단의 운전자 시트의 운전자의 체압이 걸리는 부분에 부착하고,

   상기 밀폐공기식 음 센서의 출력 신호로부터, 운전자의 몸의 움직임을 나타내는 신호와 교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호를 분리하여 꺼내고,

   교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호가 존재하며 또한 몸의 움직임을 나타내는 신호의 변동이 거의 없어진(운전 의식 저하) 상태를 검지하고,

   경보 장치를 작동시키도록 한 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 경보 장치.
3. 기밀성이 있는 유연한 재료로 만들어진 밀폐 공기주머니 또는 밀폐 캐비닛의 내부에 1개 또는 2개 이상의 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서를 밀봉하고, 그 출력 신호를 리드선을 통하여 외부로 꺼내도록 한 밀폐공기식 음 센서를 교통 수단의 운전자 시트의 운전자의 체압이 걸리는 부분에 부착하고,

   상기 밀폐공기식 음 센서로부터 운전자의 몸의 움직임을 나타내는 신호를 꺼내는 동시에, 교통 수단의 기체로부터 교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호를 꺼내고,

   교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호가 존재하며 또한 몸의 움직임을 나타내는 신호가 거의 없어진(운전 의식 저하) 상태를 검지하고,

   경보 장치를 작동시키도록 한 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 경보 장치.
4. 기밀성이 있는 유연한 재료로 만들어진 밀폐 공기주머니 또는 밀폐 캐비닛의 내부 공기압을 외부의 무지향성 마이크로폰 또는 압력 센서로 인도하고, 그 출력 신호를 꺼내도록 한 밀폐공기식 음 센서를 교통 수단의 운전자 시트의 운전자의 체압이 걸리는 부분에 부착하고,

   상기 밀폐공기식 음 센서로부터 운전자의 몸의 움직임을 나타내는 신호를 꺼내는 동시에, 교통 수단의 기체로부터 교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호를 꺼내고,

   교통 수단의 주행에 수반하여 발생하는 신호가 존재하며 또한 몸의 움직임을 나타내는 신호가 거의 없어진(운전 의식 저하) 상태를 검지하고,

   경보 장치를 작동시키도록 한 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 경보 장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   기밀성이 있는 유연한 재료로 만들어진 밀폐 공기주머니 또는 밀폐 캐비닛의 내부에 탄성체의 보강재를 마련한 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 경보 장치.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   밀폐공기식 음 센서를 복수개 이용한 것을 특징으로 하는 운전자 졸음 경보 장치.