KR20130029641A - 운전자 졸음／음주 감지 장치 및 방법 - Google Patents

운전자 졸음／음주 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운전자 졸음/음주 감지 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 운전자 졸음/음주 감지 장치는, 제1 및 제2 서미스터를 포함하며, 차량의 운전석에 구비되어, 운전자의 측정부위로부터 복사되는 적외선 량을 감지하여 상기 운전자의 측정부위에 대한 예상체온을 측정하는 온도감지부; 상기 제1 및 제2 서미스터의 저항변화를 이용하여 상기 차량의 내부온도를 확인하고, 상기 차량의 내부온도에 의해 상기 운전자의 예상체온을 보상하여 상기 차량의 내부온도의 영향을 배제한 상기 운전자의 체온을 연산하는 온도 보상부; 및 상기 운전자의 체온을 기설정된 기준치와 비교하여 상기 운전자가 졸음상태 및 음주상태 중 적어도 하나의 상태에 해당하는지를 확인하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

운전자 졸음／음주 감지 장치 및 방법{Appratus and Method for Sensing Driver Sleepiness/Drinking}
본 발명은 차량 안전 제어에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 운전자의 졸음이나 음주를 감지함에 따라 사고발생을 방지할 수 있는 운전자 졸음/음주 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 사람에게 편의성 및 효율성을 제공하나, 운전자 부주의로 인해 운전자는 물론 주변인에게도 큰 피해를 끼칠 수 있어, 주의가 필요하다.
따라서, 종래의 자동차는 운전자 부주의로 인한 사고를 방지하고자, 구비된 카메라 모듈을 통해 운전자 동공이나, 움직임을 확인해 운전자 졸음 등을 감지하고 있다.
그런데, 종래의 운전자 동공의 위치 확인에 의한 졸음 감지 방식은 운전자의 신체에 맞춰 동공의 위치를 측정하는데 어려움이 있었다.
또한, 종래의 운전자 전면 움직임 확인에 의한 졸음 감지 방식은 알고리즘 구현에 많은 어려움이 있었으며, 구현 비용도 높았다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 운전자의 체온을 측정하여 운전자의 졸음/음주상태를 감지할 수 있는 운전자 졸음/음주 감지 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 운전자 졸음/음주 감지 장치는, 제1 및 제2 서미스터를 포함하며, 차량의 운전석에 구비되어, 운전자의 측정부위로부터 복사되는 적외선 량을 감지하여 상기 운전자의 측정부위에 대한 예상체온을 측정하는 온도감지부; 상기 제1 및 제2 서미스터의 저항변화를 이용하여 상기 차량의 내부온도를 확인하고, 상기 차량의 내부온도에 의해 상기 운전자의 예상체온을 보상하여 상기 차량의 내부온도의 영향을 배제한 상기 운전자의 체온을 연산하는 온도 보상부; 및 상기 운전자의 체온을 기설정된 기준치와 비교하여 상기 운전자가 졸음상태 및 음주상태 중 적어도 하나의 상태에 해당하는지를 확인하는 비교부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 제어부에 의한 운전자 졸음/음주 감지 방법은, 차량의 운전석의 일부에 구비된 비접촉식 온도감지부가 운전자의 측정부위로부터 복사되는 적외선 량을 이용하여 측정한, 상기 운전자의 측정부위에 대한 예상체온을 수신하는 단계; 상기 비접촉식 온도센서 내 제1 및 제2 서미스터의 저항변화에 의하여 상기 차량의 내부온도를 확인하는 단계; 상기 차량의 내부온도에 의해 상기 운전자의 예상체온을 보상하여 상기 차량의 내부온도의 영향을 배제한 상기 운전자의 체온을 연산하는 단계; 상기 운전자의 체온을 기설정된 기준치와 비교하여 상기 운전자의 졸음상태 및 음주상태 중 적어도 하나의 상태인지를 확인하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 상태이면 알림 메시지를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 운전자의 체온을 확인하는 것으로 운전자의 졸음/음주 여부를 확인할 수 있어, 종래의 운전자 움직임이나, 동공 감지 방식에 비해 구현이 용이하며, 부품 수가 적어 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 운전자의 위험상태 예를 들어, 안전벨트나 자세교정 필요성 등을 경고하는데 이용될 수 있으며, 운전자 건강상태를 모니터링하는 등에 응용될 수 있다.
도 1은 수면 과정에서 사람의 체온 변화를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 졸음/음주 감지 장치를 도시한 구성도.
도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지부를 도시한 도면.
도 3c는 온도 보상부의 연산을 설명하기 위한 참조도.
도 3d는 운전자 졸음/음주 감지 장치의 장착 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 졸음/음주 감지 알고리즘을 도시한 흐름도.
본 발명의 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 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 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 구체 구성을 설명하기에 앞서, 체온과 졸음 또는 음주의 관련성에 대하여 살펴본다.
먼저, 사람은 수면하려 할 때 피부로부터 열을 방산시켜 심부 체온(즉, 몸의 내부 온도)을 내려 수면을 유도한다.
구체적으로, 도 1과 같이, 깨어있을 때(즉, 각성 상태)의 체온은 36.5℃라면, 수면하려할 때 0.5~1℃정도 상승하며, 수면 모드로 접어들기 전 졸음 타이밍에서 0.5~1℃정도 하강하였다가, 수면 모드로 접어들면 36.5℃이하로 유지된다.
이후, 사람은 수면 모드에서 최저 체온으로 떨어진 순간부터 1시간 내지 2시간 후에 다시 깨어난다.
한편, 음주한 사람은 피부 부근의 혈관을 확장함에 따라 피부로부터 열을 방산시켜 심부 체온을 내린다.
신체 부위별 체온 오차를 고려할 때 사람의 체온은 겨드랑이와 직장에서의 측정치가 심부 온도에 가장 가까우나, 본 발명에서는 상대적으로 측정이 편리하면서 심부 온도에 더 가까운 목과 머리 부분의 체온을 감지하는 경우를 예로 들어 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 졸음/음주 감지 장치를 도시한 구성도이고, 도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지부를 도시한 도면이며, 도 3c는 온도 보상부의 연산을 설명하기 위한 참조도이고, 도 3d는 운전자 졸음/음주 감지 장치의 장착 예를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 온도감지부(100), 증폭부(500), MCU(200), 저장부(400) 및 통신부(300)를 포함한다.
온도감지부(100)는 비접촉식으로 온도를 감지하는 적외선 센서로서, 동물과 인간의 몸체에서 방사되는 적외선 9.4μm의 파장을 측정하기 위해서 8 ~ 14μm의 측정범위에서 적외 선을 측정한다.
온도감지부(100)는 입사한 적외선을 전압의 형태로 변화시켜 광을 검출하며, 광검출을 통해 노출된 부위에 적외선 복사열이 가해지면 표면에 전하가 발생하는 특징을 이용하여 체온을 측정한다.
온도감지부(100)는 도 3a 및 3b와 같이 제1 서미스터(110), 제2 서미스터(120), 써모파일(130) 및 보상값 계산부 (140) 등을 내부에 포함한다.
제1 서미스터(110)는 차량 내부의 최초온도를 출력하며, 제2 서미스터(120)는 차량 내부의 최종온도를 출력한다.
써모파일(130)은 운전석의 등받이 일부에 구비되어, 운전자의 측정부위로부터 방사되어, 흑체(Black Body)에 흡수된 적외선 량에 따라 가변하는 감지신호를 출력한다. 여기서, 운전자의 측정부위는 운전자의 뒷목이나, 머리부위일 수 있다.
보상값 계산부(140)는 하기의 수학식 1과 같은 열시정수 공식을 이용하여 차량의 내부온도(Tc)를 산출한다.
Figure pat00001
여기서, T1은 제1 서미스터(110)에 의해 측정된 최초온도, T2는 제2 서미스터(120)에 의해 측정된 최종온도이고, t는 초기전원이 인가되어 서미스터의 저항값이 변화하는데 걸리는 시간(통상 열이 발생하여 온도가 올라갈 경우, 서미스터의 저항값이 최초로 낮아지는데 걸리는 시간)이며, 열시정수 τ는 최초온도 T1으로부터 온도가 가변하여 T1과 T2의 비율이 63.2%만큼 변화할 때까지의 소요시간이다.
증폭부(500)는 써모파일(130)로부터 출력된 감지신호를 증폭하여 MCU(200)에 전달한다.
MCU(200)는 온도 보상부(220), 필터(230) 및 비교부(240)를 포함한다.
온도 보상부(220)는 온도감지부(100)에 의해서 측정된 적외선 량에 준한 거리계수를 이용하여 운전자의 측정부위의 직경 D 및 운전자의 측정부위와의 거리 L을 산출한다.
Figure pat00002
이때, 도 3c와 같이, d는 온도감지부(100)의 수열판 직경으로서 고정값이며, D는 운전자의 측정부위의 직경으로서 고정값이며, l은 온도감지부(100)의 렌즈와 수열판의 거리이며, L은 렌즈와 측정부위의 거리이다.
온도 보상부(220)는 증폭부(500)로부터 전달된 증폭된 감지신호에 대응하는 운전자의 예상체온 Te을 확인하고, 운전자의 예상체온과 차량의 내부온도를 하기의 수학식 3에 대입하여 운전자의 체온 T를 산출한다.
즉, 온도 보상부(220)는 하기의 수학식 3에 의해서 차량의 내부온도에 의한 영향을 배제한 운전자의 체온 T을 산출한다.
Figure pat00003
여기서, σ는 스테판 볼츠만 상수이며, ε는 운전자의 측정부위의 적외선 방사율이다.
필터(230)는 복수의 필터링을 통해서 산출된 운전자의 체온 T외에 불필요한 데이터 예컨대, 노이즈 데이터를 제거한다.
비교부(240)는 운전자의 체온 T와 저장부(400)에 저장된 제1 기준치 및 제2 기준치를 비교하여 운전자가 졸음상태인지 또는 음주상태인지를 판단하고, 운전자가 졸음상태이거나 음주상태라고 판단하면 알림 메시지를 출력한다.
이때, 비교부(240)는 기설정된 주기(예컨대 100ms)마다 산출된 운전자의 체온과 저장부(400) 내의 제1 기준치 및 제2 기준치와 비교할 수 있다.
저장부(400)는 예컨대, 플래시 메모리로서, 체온 테이블 내에 사람의 졸음 여부를 판단하기 위한 제1 기준치와, 사람의 음주 여부를 판단하기 위한 제2 기준치를 저장한다. 이때, 제1 기준치는 도 1의 졸음 타이밍에 해당하는 값이며, 제2 기준치는 정상체온이 비해 상대적으로 작은 값이며, 각기 실험에 의하여 결정될 수 있다.
통신부(300)는 예컨대, CAN 트랜시버로서, 알림 메시지를 차량 네트워크 프로토콜에 대응하는 알림 신호로 변환하여 차량 네트워크를 통해 다른 ECU로 송신한다.
다른 ECU는 알림 메시지를 수신하면 경고등 점등, 경고음 출력 및 시동 미작동 중의 적어도 하나의 기설정된 경고기능을 실행한다.
한편, 운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 도 3d와 같이, 운전석의 등받이 중에서도 뒷목이 위치하는 부위에 설치될 수 있다.
한편, 전술한 예에서는 운전자 졸음/음주 감지 장치(20)가 운전자의 졸음상태나 음주상태를 감지하는데 이용되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 감지된 적외선 량 및 운전자와의 거리 등을 이용하여 운전자의 건강이상(즉, 체온이상)이나, 운전자의 자세불량을 확인하여 경고할 수 있다.
한편, 운전자는 몸이 좋지 않아 체온에 이상이 있을 경우에는 운전자 졸음/음주 감지 장치(20)를 미작동시켜 불필요한 경고 기능이 실행되지 않도록 할 수 있음은 물론이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 운전자 졸음／음주 감지 알고리즘에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 운전자 졸음/음주 감지 알고리즘을 도시한 흐름도이다.
운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 온도감지부(100)에 의해 차량의 내부온도 및 운전자의 예상체온을 측정한다(S410).
운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 차량의 내부온도에 의해 운전자의 예상체온을 보상하여 차량의 내부온도에 의해 영향을 배제한 운전자의 체온을 산출한다(S420).
운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 운전자의 체온과 기저장된 기준치를 비교하여 운전자의 졸음 또는 음주 여부를 판단한다(S430).
운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 운전자의 졸음 또는 음주를 판단하면, 알림 메시지를 출력한다(S440).
이후, 운전자 졸음/음주 감지 장치(20)는 알림 메시지를 차량 네트워크를 통해 다른 ECU로 송신하여 다른 ECU가 차량의 사고를 방지할 수 있는 다양한 경고기능을 수행하도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 운전자의 체온을 확인하는 것으로 운전자의 졸음/음주 여부를 확인할 수 있어, 종래의 운전자 움직임이나, 동공 감지 방식에 비해 구현이 용이하며, 부품 수가 적어 원가를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 운전자의 위험상태 예를 들어, 안전벨트나 자세교정 필요성 등을 경고하는데 이용될 수 있으며, 운전자 건강상태를 모니터링하는 등에 응용될 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 제1 및 제2 서미스터를 포함하며, 차량의 운전석에 구비되어, 운전자의 측정부위로부터 복사되는 적외선 량을 감지하여 상기 운전자의 측정부위에 대한 예상체온을 측정하는 온도감지부;
    상기 제1 및 제2 서미스터의 저항변화를 이용하여 상기 차량의 내부온도를 확인하고, 상기 차량의 내부온도에 의해 상기 운전자의 예상체온을 보상하여 상기 차량의 내부온도의 영향을 배제한 상기 운전자의 체온을 연산하는 온도 보상부; 및
    상기 운전자의 체온을 기설정된 기준치와 비교하여 상기 운전자가 졸음상태 및 음주상태 중 적어도 하나의 상태에 해당하는지를 확인하는 비교부
    를 포함하는 운전자 졸음/음주 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도감지부는, 상기 운전석의 등받이 일부에 구비되며,
    상기 측정부위는, 상기 운전자의 뒷목이나, 머리부위인 운전자 졸음/음주 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 차량 네트워크와 통신하는 통신부를 더 포함하며,
    상기 비교부는, 상기 적어도 하나의 상태에 해당하면 알림 메시지를 출력하며,
    상기 통신부는, 상기 알림 메시지를 상기 차량 네트워크를 통해 다른 ECU로 송신하여 상기 다른 ECU가 기설정된 경고 기능을 수행하도록 하는 것인 운전자 졸음/음주 감지 장치.
  4. 제어부에 의한 운전자 졸음/음주 감지 방법으로서,
    차량의 운전석의 일부에 구비된 비접촉식 온도감지부가 운전자의 측정부위로부터 복사되는 적외선 량을 이용하여 측정한, 상기 운전자의 측정부위에 대한 예상체온을 수신하는 단계;
    상기 온도감지부 내 제1 및 제2 서미스터의 저항변화에 의하여 상기 차량의 내부온도를 확인하는 단계;
    상기 차량의 내부온도에 의해 상기 운전자의 예상체온을 보상하여 상기 차량의 내부온도의 영향을 배제한 상기 운전자의 체온을 연산하는 단계;
    상기 운전자의 체온을 기설정된 기준치와 비교하여 상기 운전자의 졸음상태 및 음주상태 중 적어도 하나의 상태인지를 확인하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 상태이면 알림 메시지를 출력하는 단계
    를 포함하는 운전자 졸음/음주 감지 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 알림 메시지를 차량 네트워크를 통해 다른 ECU로 송신하여 상기 다른 ECU가 기설정된 경고 기능을 수행하도록 하는 단계
    를 더 포함하는 운전자 졸음/음주 감지 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적외선 량이나, 상기 운전자와의 거리를 확인하는 단계;
    상기 적외선 량이나 상기 거리를 이용하여 상기 운전자의 체온이상이나 자세불량을 확인하는 단계; 및
    상기 운전자의 체온이상이나, 상기 자세불량을 확인하면, 상기 알림 메시지를 출력하는 단계
    를 더 포함하는 움전자 졸음/음주 감지 방법.
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