KR20180068103A - 피로도 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

장시간 운전에 따른 운전자의 허리 피로도를 평가하는 피로도 측정 시스템이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 피로 측정 시스템은, 차량 내 시트에 설치되어 운전자 허리 부위의 광학적 센싱 신호를 계측하는 광학 센서부; 상기 센싱 정보를 분석하여 시간에 따른 상기 허리 부위의 산소화 농도 변화량을 계산하고, 계산된 값을 토대로 허리 부위 피로도의 상대적 지표인 산소화 농도 변화량 곡선을 생성하여 피로도에 대한 시점을 검출하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 장시간 운전에 따른 운전자의 피로도를 경고하는 표시부를 포함한다.

Description

피로도 측정 시스템{FATIGUE MEASUREMENT SYSTEM}
본 발명은 피로도 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 장시간 운전에 따른 운전자의 허리 피로도를 측정하는 피로도 측정 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량 시트는 안락함을 위하여 운전자의 체형과 자세에 맞출 수 있도록 시트 조절 장치가 설치된다. 또한, 차량 시트에는 인체공학적으로 요추를 지지하는 요추 쿠션이 형성되고 그 쿠션을 조절하는 장치가 개발되어 요추 피로가 저감되도록 노력하고 있다.
이러한 노력에도 불구하고, 운전자가 차량을 장시간 운전하다 보면 피로가 누적되기 마련이며, 그 중에서도 인체의 하중이 집중되는 허리(요추) 부분이 극도로 피로해진다. 이로 인해 운전자가 장시간 운전 중 앉은 자세를 바꾸는 등의 운전 집중력이 극도로 저하되고 이는 자칫 사고로 이어지는 문제점이 있다.
또한, 운전자의 안락한 착좌감을 위한 시트 구조, 시트 조절장치 및 요추 쿠선 설계 등을 위해서는 운전자의 착좌에 따른 허리 부분의 피로도에 대한 정량적인 평가가 필요하다.
한편, 종래의 운전자 피로와 운전 쾌적감, 안정감 등의 관계에 대한 연구는 설문 등에 의한 주관적 평가가 주를 이루고 있으며, 이러한 주관적 평가는 운전시간이 증가함에 따라 평가 결과에 차이가 나타나는 단점이 있다.
그래서 보다 객관적으로 평가할 수 있도록 보완하기 위해 근전위, 젖산 농도 측정과 같은 생체 측정에 의한 여러 연구가 고려되었으나, 그 측정 과정 및 방식이 매우 까다롭고 측정 신호가 잡음에 몹시 민감하여 피로와 관련된 유의한 데이터 확보에 상당히 큰 한계가 있는 단점이 있다.
따라서, 종래에 비해 객관적이고 좀더 효과적으로 운전자의 허리 피로도를 평가할 수 있는 방안이 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
특허문헌 1 : 일본등록특허 제3917944호 (2007.02.16. 등록)
본 발명의 실시 예는 승객의 허리 부위의 혈류 농도 변화를 측정하고 이를 시스템 모델로 추정하여 허리 피로도를 정량적으로 평가하는 피로도 측정 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피로도 측정 시스템은, 차량 내 시트에 설치되어 운전자 허리 부위의 광학적 센싱 신호를 계측하는 광학 센서부; 상기 센싱 정보를 분석하여 시간에 따른 상기 허리 부위의 산소화 농도 변화량을 계산하고, 계산된 값을 토대로 허리 부위 피로도의 상대적 지표인 산소화 농도 변화량 곡선을 생성하여 피로도에 대한 시점을 검출하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 장시간 운전에 따른 운전자의 피로도를 경고하는 표시부를 포함한다.
상기 광학 센서부는, 운전자의 척추 방향을 중심으로 양측 허리 근육에 대응하여 복수로 배치된 근적외선 분광법 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 광학 센서부에서 조사된 빛의 세기와 감쇠된 빛의 세기 사이의 관계를 상기 산소화 농도 변화량 곡선으로 생성하며, 시간에 따른 연속적인 상기 산소화 농도 변화량을 MLB(Modified Lambert-Beer) 법칙을 통해 계산할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 운전자의 허리 피로도 수준과 피로도 발생 시간을 계산할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 산소화 농도 변화량 곡선이 일정 수준에 머무는 정상 상태로 지속되면 상기 피로도가 소정 임계치에 도달한 것으로 판단하여 경고 이벤트를 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 장시간 운전에 따른 운전자의 허리 피로도를 평가하는 피로도 측정 시스템은, 차량 내 시트에 설치되어 운전자 허리 부위의 광학적 센싱 신호를 계측하는 광학 센서부; 차량 내 정보를 수집하여 운전자의 자세 정보를 검출하는 정보 검출부; 및 상기 센싱 정보와 자세 정보를 분석하여 시간에 따른 자세 별 상기 허리 부위의 산소화 농도 변화량을 계산하고, 계산된 값을 토대로 허리 부위 피로도의 상대적 지표인 산소화 농도 변화량 곡선을 생성하여 자세 별 피로도 시점을 검출하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 산소화 농도 변화량이 최대치인 정상 상태의 시정수 값을 운전자가 허리에 피로를 느끼기 시작하는 피로 이벤트 시점으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 서로 다른 상기 자세 별 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 상대적인 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 산소 농도 변화량 기준 수학적 모델에 근거하여 제1 자세의 시정수에서의 산소 농도 변화량을 기준으로 제2 자세의 상대적인 피로 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 에너지 소비량 기준의 수학적 모델에 근거하여 제1 자세의 시정수에 해당하는 피로 이벤트 시점의 에너지 소비량을 기준으로 제2 자세의 상대적 허리 피로 이벤트 시점을 추정하는 피로도 측정 시스템.
또한, 상기 제어부는, 운전자 및 차종 별 상기 산소화 농도 변화량 곡선을 더 생성하여 운전자 별 및 차종 별 상기 피로도에 대한 시점을 검출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 서로 다른 상기 운전자 별 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 운전자 별 상대적 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 서로 다른 상기 차량 별 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 차량 별 상대적 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
또한, 상기 운전자의 자세 정보는, 카메라를 통해 수집한 운전자의 자세, 시트에 내장된 무게측정센서, 시트 조절 장치 및 인체공학적 요추 쿠션 정보 중 적어도 하나에 기초하여 검출할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 종래의 주관적 평가 방법에서의 운전시간이 증가함에 따라 평가 결과에 차이가 나타나는 문제를 해결하고, 운전자의 혈류농도 변화를 활용하여 운전자 피로도 평가의 신뢰성 및 효율성을 도모할 수 있는 객관적인 피로도 평가 방법을 제공할 수 있다.
또한, 허리 피로 생리 시스템의 수학적 모델을 이용하여 운전 자세 별, 운전자 별 및 차종별 상대적 피로도 및 피로시점의 추정이 가능한 효과가 있다.
또한, 산소화 농도 변화량 곡선의 형태에 따라 시스템 모델의 차수, 시간지연 등을 고려하여 시스템 모델을 결정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 운전자 허리 피로도 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서부의 A-A'단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 장시간 운전 시 운전자의 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 운전자에 대한 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 운전자의 자세에 따른 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 농도 변화량 기준으로 자세에 따른 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 소비량 기준으로 자세에 따른 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 피로도 측정 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
[제 1 실시 예]
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 운전자 허리 피로도 측정 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 피로도 측정 시스템(100)은 광학 센서부(110), 정보 검출부(120), 데이터베이스부(130) 및 표시부(140), 제어부(150)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 운전자 허리 피로도 측정 시스템(100)은 장시간 운전에 따른 혈류농도 변화를 활용한 피로도를 평가하기 위한 것으로 허리 부분의 혈류 농도 변화를 계측하여 운전자(승객)의 허리 피로도를 계측하기 위한 구성을 갖는다.
이를 위해, 허리의 기립근 부위의 산소 농도 변화를 계측할 수 있는 광학 센서부(110)를 차량의 시트 등받이 쿠션에 설치하여 착좌 시간에 따른 허리의 피로도를 정량적으로 계측한다.
예컨대, 광학 센서부(110)는 운전석 시트의 허리부위에 설치된 발광부와 수광부를 갖는 복수의 광학센서를 포함하며, 운전자 허리부위의 혈관 및 근육 등에 있는 헤모글로빈과 미오글로빈의 산소화 농도 변화량을 측정한다.
광학 센서부(110)는 복수의 근적외선 분광법(Near Infrared Spectroscopy, NIRS) 센서로 구성될 수 있다.
상기 NIRS 센서는 빛을 이용해서 혈류 내 헤모글로빈의 산소화 농도 변화 측정을 통해 신진대사를 파악하는 방식은 움직임 잡음이나 생리적 잡음(호흡, 맥박 등) 등에 강인하여 사람이 수의적인 운동을 하는 동안에도 계측이 가능한 장점이 있다.
광학 센서부(110)는 운전자의 척추 방향을 중심으로 한 허리 근육에 대응하여 각 NIRS 센서를 복수 열로 배치한다. 이를 통해 각 NIRS 센서는 운전자 허리 부위(Erector Spinae, 척추 기립근)지점에 위치하여 상기 산소화 농도 변화를 측정한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서부의 A-A'단면도를 나타낸다.
첨부된 도 2를 참조하면, 차량 시트의 등받이 쿠션은 시트 폼(1)과 시트 프레임(1)으로 구성되며, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 센서부(110)의 각 NIRS 센서(111)는 센서 고정판(112)에 고정 배치되어 시트 폼(1) 내부에 장착된다.
즉, 광학 센서부(110)는 시트 폼(1) 사이의 홈에 위치시켜 운전자의 등받이 이물감을 최소화하고 운전자의 기립근 부위에 위치시켜 허리 부위 기립근의 산소 농도 변화를 계측할 수 있도록 설치된다.
NIRS 센서(111)는 발광부(미도시)와 수광부(미도시)를 포함하며, 발광부로부터 760nm~850nm의 두 개의 파장을 갖는 빛을 조사하고 허리 부위의 혈관 및 근육 등에 있는 헤모글로빈과 미오글로빈의 산소화 농도 변화량에 해당하는 감쇠된 빛의 세기인 센싱 정보를 수광부를 통해 측정한다.
이를 통해 계측된 센싱 신호는 후술되는 제어부(150)에서의 데이터 처리를 거쳐 최종적으로 운전자의 허리 피로도 수준과 피로도 발생 시간을 계산할 수 있다.
NIRS 센서(111)는 측정된 센싱 신호를 센서 와이어(113)를 통해 차량 단말기에 구비된 정보 검출부(120)로 전달한다. 여기서, 차량 단말기는 헤드 유닛과 같은 차량 내 구비되는 정보통신 기기일 수 있다.
정보 검출부(120)는 차량 내 장착된 다양한 장비나 센서와 전기적으로 연결되어 다양한 정보를 수집한다.
정보 검출부(120)는 광학 센서부(110)에서 측정된 상기 센싱 신호를 수집하여 제어부(150)로 전달한다.
데이터베이스부(130)는 본 발명의 실시 예에 따른 본 발명의 실시 예에 따른 운전자 허리 피로도 측정을 위한 각종 데이터와 프로그램을 저장하고, 그 운용에 따라 생성되는 데이터를 저장한다.
표시부(140)는 운전자 허리 피로도 측정 결과에 따라 발생되는 이벤트를 시각적 및 청각적으로 출력할 수 있다. 가령, 표시부(140)는 차량 단말기의 클러스터나 AVN(Audio/Video/Navigation)를 통해 운전자 허리 피로도 측정 결과에 따른 피로도를 운전자에게 표출하여 경고할 수 있다.
제어부(150)는 차량 단말기의 중앙 처리 장치로 본 발명의 실시 예에 따른 운전자 허리 피로도 측정을 위한 전반적인 동작을 제어한다. 이러한 제어는 데이터베이스부(130)에 저장된 해당 데이터의 참조와 프로그램의 실행으로 이루어 질 수 있다.
제어부(150)는 정보 검출부(120)에서 수신된 상기 센싱 신호를 분석하여, 시간에 따른 운전자 허리 부위의 산소화 농도 변화량을 계산하고, 계산된 값을 토대로 시간에 따른 산소화 농도 변화량 곡선을 생성하여 피로도에 대한 시점을 추정한다.
또한, 제어부(150)는 상기 계산된 산소와 농도 변화량 곡선이 소정 임계치에 도달하면 장시간 운전에 따라 운전자의 피로도를 표시부(140)를 통해 경고할 수 있다.
제어부(150)는 상기 센싱 정보에 따른 광학 센서부(110)에서 조사된 빛의 세기와 감쇠된 빛의 세기 사이의 관계를 산소화 농도 변화량의 함수로 표현하며, 이로부터 시간에 따른 연속적인 산소화 농도 변화량을 MLB(Modified Lambert-Beer) 법칙을 통해 수학적으로 계산할 수 있다.
예컨대, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 장시간 운전 시 운전자의 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 운전자의 장시간 운전 시 운전자의 허리 부위에 장착된 광학 센서부(110)에서 측정되어 계산된 산소화 농도 변화량은 시간에 따라 지속적으로 증가하다가 일정한 수준에 머무는 정상 상태(최대치)에 이르게 된다.
여기서, 산소화 농도 변화량 곡선으로부터 산소화 농도 변화량의 크기를 허리 피로도의 상대적 지표로 정의하고, 상기 허리 피로도가 정상 상태로 지속되는 것을 상기 산소화 농도 변화량이 최대치로 포화된 것이라 정의한다.
따라서, 제어부(150)는 광학 센서부(110)를 통해 계측된 운전자 허리부위의 산소화 농도 변화량이 일정 시간 최대치로 지속되면 장시간 운전에 따른 피로도가 임계치에 이른 것으로 판단하여 경고 이벤트를 발생할 수 있다.
[제2 실시 예]
한편, 광학 센서부(110)를 통해 계측된 산소화 농도 변화량 곡선은 운전자, 운전자의 자세 및 운전 차량에 따라 서로 다를 수 있다.
운전자의 운정 중 피로도 측정 뿐 아니라, 운전자의 안락한 착좌감을 위한 시트 구조 등의 설계를 위해서는 운전자의 착좌에 따른 운전 자세 별, 운전자 별 및 차종 별 허리 부분의 피로도에 대한 정량적인 평가가 요구되므로 다양한 조건에서의 허리 피로도에 대한 평가가 필요하다.
이에 본 발명의 제2 실시 예는 상기 제1 실시 예에서 설명된 내용을 포함하되, 운전 자세 별, 운전자 별 및 차종 별 상대적 피로도 및 피로시점의 추정방법을 위주로 설명한다.
먼저, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 운전자에 대한 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 나타낸다.
첨부된 도 4를 참조하면, 동일 차량에 대하여 9명의 운전자로부터 측정된 허리 부위의 산소화 농도 변화량 곡선을 색상으로 구분하여 보여주고 있다.
이 때, 모든 운전자의 운전 시간에 따른 산소화 농도 변화량 곡선에 대한 경향은 유사하지만, 산소화 농도 변화량의 크기나 정상상태에 이르는 시간에는 각자 차이가 있음을 알 수 있다.
이를 통해, 제어부(150)는 동일한 차량에 대한 다양한 운전자들이 갖는 상대적인 허리 피로도를 추정할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 운전자의 자세에 따른 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 나타낸다.
첨부된 도 5를 참조하면, 동일한 운전자가 서로 다른 자세로 운전할 때 광학 센서부(110)에서 측정되어 계산된 산소화 농도 변화량 곡선을 보여준다.
여기서, 운전자의 자세 정보는 운전자가 시트에 착석한 상태에서, 정보 검출부(120)가 운전석 근방에 설치된 카메라를 통해 수집한 운전자의 자세와 시트에 내장된 무게측정센서 등으로부터 수집된 전체 체중의 무게중심에 기초하여 판단할 수 있다.
또한, 정보 검출부(120)는 차량 내 시트 조절 장치 및 인체공학적 요추 쿠션의 조절 상태를 수집하여 자세정보를 판단할 수 있다.
이 때, 제어부(150)는 운전자 신장, 체중, 평균적인 운전자세, 신체 부위별 무게 및 신체 부위별 질량 등을 실험통계를 통하여 데이터화된 정보를 사전에 데이터베이스부(130)에 저장하고, 이를 기준으로 측정된 운전자의 자세 정보를 파악할 수 있다.
이를 통해, 제어부(150)는 운전자의 자세에 따른 산소화 농도 변화량의 크기나 정상상태에 이르는 시간에 차이가 있음을 확인함으로써, 서로 상이한 자세에 따른 상대적인 허리 피로도를 추정할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 나타낸다.
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(150)는 허리 피로도 생리 시스템(프로그램)의 실행으로, 측정된 산소화 농도 변화량 곡선으로부터 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 형성할 수 있다.
이 곡선은 1차 시스템의 계단 응답(Step Response)으로 근사화 시킬 수 있으며, 이 때 기준 계단 입력의 값은 산소화 농도 변화량의 정상 상태(최대치) 값으로 정의할 수 있다.
즉, 운전자의 생리적인 허리 피로도가 최고인 상태에서 산소화 농도 변화량이 최대라고 가정할 때, 이 값이 상기 허리 피로 생리 시스템의 기준 계단 입력 값이 된다.
그리고, 운전을 시작해서 시간이 지남에 따라 허리가 서서히 피로해 질 때 산소화 농도 변화량이 증가하게 되고, 산소화 농도 변화량이 일정한 수준에 이르렀을 때 운전자가 갖는 생리적인 허리 피로도의 최고치에 도달한다고 설명할 수 있다.
이러한 허리 피로도 생리 시스템에 대한 시간 응답은 아래의 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00001
상기 수학식 1을 참조하면, 허리 피로도 생리 시스템의 특징 값(■)를 이용해 시스템의 시정수(T=1/■)를 정의할 수 있고, 이 값이 허리 피로 생리 시스템의 운전자 허리 피로도를 특정하는 수치라 할 수 있다.
상기 시정수는 물리적으로 시스템의 응답 속도를 특정 짓는 상수로 출력 신호(운전 시간에 따른 산소화 농도 변화량)의 변화가 정상 상태(최대치)의 63.2%에 다다르는 시간을 의미한다.
따라서, 제어부(150)는 상기 시정수의 값을 운전자가 허리에 피로를 느끼기 시작하는 것으로 판단한 하는 이벤트 시점으로 활용할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 서로 다른 산소화 농도 변화량 곡선들에서의 상기 시정수의 값이 상대적인 피로도에 대한 시점을 추정하는 근거로 활용할 수 있다.
즉, 제어부(150)는 서로 다른 산소화 농도 변화량 곡선들에서 제1 곡선의 시정수 값이 상대적인 제2 곡선의 상대적인 피로도에 대한 시점을 추정하는 근거로 활용할 수 있다.
예컨대, 제어부(150)는 산소 농도 변화량을 기준으로 운전자의 자세에 따른 상대적인 허리 피로도를 계산하고, 자세에 따라 운전자가 허리에 피로도를 느끼기 시작하는 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 농도 변화량 기준으로 자세에 따른 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 나타낸다.
첨부된 도 7을 참조하면, 앞서 설명된 도 5의 운전자 자세에 따른 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 참조하여, 상기 수학적 모델에 근거한 상대적인 피로도와 시점을 추정하는 방법을 설명하기 위한 그래프를 보여준다.
이 때, 도 7에서는 운전자의 자세 A와 자세 B의 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 도시하였으며, 각 자세에 대한 모델의 정보는 다음 표 1과 같다.
Figure pat00002
<표 1 : 각 자세에 대한 모델의 정보>
상기 표 1을 참조하면, K값의 비교를 통해 자세 A가 자세 B에 비해 상대적으로 41%p 정도 더 피로하다고 할 수 있다.
이 때, 자세 A의 시정수(T)에 해당하는 시점에서의 산소 농도 변화량을 자세 A의 피로도 기준으로 할 때, 자세 A와 동일한 크기의 산소 농도 변화량을 갖는 자세 B의 피로도에 대한 시점이 자세 A와 동일한 양의 피로도를 갖는 시점이라 추정할 수 있다.
따라서, 자세 B는 자세 A보다 22분 늦게 운전자가 허리의 피로도를 느끼기 시작하는 것으로 계산될 수 있다.
이를 통해, 제어부(150)는 아래의 표 2와 같이 자세 A의 시정수(TA)에서의 산소 농도 변화량(Δ)을 기준으로 자세 B의 상대적인 피로 시점을 추정할 수 있다.
Figure pat00003
<표 2 : 각 자세에 대한 상대적 피로도 시점(산소 농도 변화량 기준)>
한편, 제어부(150)는 산소 농도 변화량 곡선을 참조한 에너지 소비량 기준으로 운전자의 자세에 따른 허리 피로도를 계산하고, 자세에 따라 상대적으로 운전자가 허리에 피로도를 느끼기 시작하는 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 소비량 기준으로 자세에 따른 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 나타낸다.
첨부된 도 8을 살펴보면, 앞서 설명된 도 5의 운전자 자세에 따른 허리 부위 산소화 농도 변화량 곡선을 참조하여, 에너지 소비량 기준의 수학적 모델에 근거한 자세 A와 자세B의 허리 피로도에 대한 수학적 모델을 보여준다.
이를 통해, 제어부(150)는 자세 A의 시정수(TA)에 해당하는 허리 피로 이벤트 시점의 에너지 소비량을 기준으로 자세 B의 상대적 허리 피로 이벤트 시점을 추정할 수 있다.
여기서, 산소 농도 변화량 곡선의 면적은 운전하는 동안 혈관과 근육에서 소비된 산소의 총량이라 할 수 있으므로, 허리가 피로해지는 데 수반하는 에너지 소비량으로 가정할 수 있다.
그러므로, 운전 시작에서부터 자세 A의 시정수(TA) 시점까지의 산소 농도 변화량 곡선의 면적(■)은 이에 해당하는 대사 에너지 소비량이라 할 수 있으며, 이를 기준으로 상기 자세 A의 산소 농도 변화량 곡선 면적(■)과 동일한 양의 면적을 갖는 자세 B의 시점을 특정할 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 아래의 표 3과 같이, 자세 B는 자세 A에 비해 상대적으로 3분 늦게 허리의 피로함이 시작되는 것으로 추정할 수 있다.
Figure pat00004
<표 3 : 각 자세에 대한 상대적 피로도 시점(에너지 소비량 기준)>
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 전술한 제2 실시 예의 설명에서는 주로 운전자의 복수의 자세에 따라 측정된 산소 농도 변화량들에 기초하여 각 자세에 대한 상대적 피로도 및 피로 시점을 추정하는 것으로 설명하였으나 이에 한정되지 않는다.
앞서 상기 제2 실시 예의 설명 도입부에서는 '광학 센서부(110)를 통해 계측된 산소화 농도 변화량 곡선은 운전자, 운전자의 자세 및 운전 차량에 따라 서로 다를 수 있음'을 시한 바 있다.
그러므로, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(150)는 서로 다른 운전자 별로 측정된 적어도 하나의 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 운전자 별 상대적 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정할 수 있음은 전술한 설명으로 볼 때 자명하다.
또한, 서로 다른 차량 종류 별로 측정된 적어도 하나의 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 차량 종류 별 상대적 허리 피로도 및 피로도 이벤트 시점을 추정할 수 있음 전술한 설명으로 볼 때 자명하다.
이 때, 상기 차량 종류 별 상대적 허리 피로도 및 피로도 이벤트 시점을 추정은 각 차량 종류 별 제어부(150)로부터 측정된 산소화 농도 변화량을 수집하여 허리 피로도를 평가하는 중앙 시스템의 상위 제어기에서 이루어 질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 종래의 주관적 평가 방법에서의 운전시간이 증가함에 따라 평가 결과에 차이가 나타나는 문제를 해결하고, 운전자의 혈류농도 변화를 활용하여 운전자 피로도 평가의 신뢰성 및 효율성을 도모할 수 있는 객관적인 피로도 평가 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 허리 피로 생리 시스템의 수학적 모델을 이용하여 운전 자세 별, 운전자 별 및 차종 별 상대적 피로도 및 피로시점의 추정이 가능하며, 이를 통해 운전자의 장시간 운전에 따른 안전을 경고하거나 시트개발을 위한 시험에 활용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 산소화 농도 변화량 곡선의 형태에 따라 시스템 모델의 차수, 시간지연 등을 고려하여 시스템 모델을 결정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 피로도 측정 시스템
110: 광학 센서부
120: 정보 검출부
130: 데이터베이스부
140: 표시부
150: 제어부

Claims (14)

  1. 차량 내 시트에 설치되어 운전자 허리 부위의 광학적 센싱 신호를 계측하는 광학 센서부;
    상기 센싱 정보를 분석하여 시간에 따른 상기 허리 부위의 산소화 농도 변화량을 계산하고, 계산된 값을 토대로 허리 부위 피로도의 상대적 지표인 산소화 농도 변화량 곡선을 생성하여 피로도에 대한 시점을 검출하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어에 따라 장시간 운전에 따른 운전자의 피로도를 경고하는 표시부
    를 포함하는 피로도 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 센서부는,
    운전자의 척추 방향을 중심으로 양측 허리 근육에 대응하여 복수로 배치된 근적외선 분광법 센서를 포함하는 피로도 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 광학 센서부에서 조사된 빛의 세기와 감쇠된 빛의 세기 사이의 관계를 상기 산소화 농도 변화량 곡선으로 생성하며, 시간에 따른 연속적인 상기 산소화 농도 변화량을 MLB(Modified Lambert-Beer) 법칙을 통해 계산하는 피로도 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 운전자의 허리 피로도 수준과 피로도 발생 시간을 계산하는 피로도 측정 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산소화 농도 변화량 곡선이 일정 수준에 머무는 정상 상태로 지속되면 상기 피로도가 소정 임계치에 도달한 것으로 판단하여 경고 이벤트를 발생하는 피로도 측정 시스템.
  6. 장시간 운전에 따른 운전자의 허리 피로도를 평가하는 피로도 측정 시스템에 있어서,
    차량 내 시트에 설치되어 운전자 허리 부위의 광학적 센싱 신호를 계측하는 광학 센서부;
    차량 내 정보를 수집하여 운전자의 자세 정보를 검출하는 정보 검출부; 및
    상기 센싱 정보와 자세 정보를 분석하여 시간에 따른 자세 별 상기 허리 부위의 산소화 농도 변화량을 계산하고, 계산된 값을 토대로 허리 부위 피로도의 상대적 지표인 산소화 농도 변화량 곡선을 생성하여 자세 별 피로도 시점을 검출하는 제어부
    를 포함하는 피로도 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 산소화 농도 변화량이 최대치인 정상 상태의 시정수 값을 운전자가 허리에 피로를 느끼기 시작하는 피로 이벤트 시점으로 판단하는 피로도 측정 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서로 다른 상기 자세 별 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 상대적인 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정하는 피로도 측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    산소 농도 변화량 기준 수학적 모델에 근거하여 제1 자세의 시정수에서의 산소 농도 변화량을 기준으로 제2 자세의 상대적인 피로 이벤트 시점을 추정하는 피로도 측정 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    에너지 소비량 기준의 수학적 모델에 근거하여 제1 자세의 시정수에 해당하는 피로 이벤트 시점의 에너지 소비량을 기준으로 제2 자세의 상대적 허리 피로 이벤트 시점을 추정하는 피로도 측정 시스템.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    운전자 및 차종 별 상기 산소화 농도 변화량 곡선을 더 생성하여 운전자 별 및 차종 별 상기 피로도에 대한 시점을 검출하는 피로도 측정 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서로 다른 상기 운전자 별 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 운전자 별 상대적 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정하는 피로도 측정 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    서로 다른 상기 차량 별 산소화 농도 변화량 곡선에 기초하여 차량 별 상대적 허리 피로도 및 피로 이벤트 시점을 추정하는 피로도 측정 시스템.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 운전자의 자세 정보는,
    카메라를 통해 수집한 운전자의 자세, 시트에 내장된 무게측정센서, 시트 조절 장치 및 인체공학적 요추 쿠션 정보 중 적어도 하나에 기초하여 검출하는 피로도 측정 시스템.

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