KR20240107562A - Driver Drowsy Driving Prevention System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 운전자 졸음운전 방지 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 차량의 시트에 설치되며, 상기 시트에 착석한 운전자의 생체신호를 획득하는 센서부와, 상기 시트에 다수개가 설치되며, 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있도록 운전자에게 진동을 인가하는 진동부와, 상기 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단되면 상기 진동부가 작동하도록 제어하는 상기 진동부를 제어하는 프로세서를 포함하며, 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단한 후 진동부가 작동되도록 제어함으로써 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있는 운전자 졸음운전 방지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a driver drowsy driving prevention system, and more specifically, a sensor unit installed on a seat of a vehicle, which acquires bio-signals of a driver seated on the seat, and a plurality of sensors installed on the seat, wherein the driver is drowsy driving. It includes a vibration unit that applies vibration to the driver to prevent the driver, and a processor that controls the vibration unit to control the vibration unit to operate when it is determined whether or not the driver is drowsy based on bio-signals obtained from the sensor unit. It relates to a driver drowsy driving prevention system that can prevent the driver from drowsy driving by determining whether the driver is drowsy based on bio-signals obtained from the driver and then controlling the vibration unit to operate.
Description
본 발명은 운전자 졸음운전 방지 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단한 후 진동부가 작동되도록 제어하는 운전자 졸음운전 방지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a driver drowsy driving prevention system, and more specifically, to a driver drowsy driving prevention system that determines drowsiness based on bio-signals obtained from a sensor unit and then controls the vibration unit to operate.
차량에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있는 시점에서, 운전자의 안전을 보장하기 위해 다양한 운전자 졸음 방지기술들이 개발되고 있다.As vehicle development continues, various driver drowsiness prevention technologies are being developed to ensure driver safety.
현재 주로 개발되는 운전자 졸음 방지기술들은 카메라를 이용하여 운전자 얼굴 영상을 획득하며, 획득된 운전자 얼굴 영상을 기반으로 운전자의 안면 온도, 눈 깜빡임 빈도 또는 횟수를 이용하여 졸음과 유사한 상태를 판단한다. 아울러 운전자가 졸음과 유사한 상태로 판단되는 경우, 디스플레이 또는 스피커를 통해 운전자에게 경고음을 출력하는 방식이나 지인 또는 가족과 자동 통화 연결되는 기술들이 대부분이다.Currently, driver drowsiness prevention technologies that are mainly being developed use cameras to acquire images of the driver's face, and based on the acquired driver's face images, they use the driver's facial temperature and the frequency or number of eye blinks to determine a state similar to drowsiness. In addition, when the driver is judged to be in a state similar to drowsiness, most technologies output a warning sound to the driver through a display or speaker or automatically connect a call to an acquaintance or family member.
그러나, 상술한 운전자 졸음 방지기술은 출력되는 시각적 또는 청각적인 경고 신호를 제공하는 것으로서, 일시적으로 운전자에게 졸음 운전에 대한 경각심을 고취시킬 뿐, 근본적으로 운전자 졸음을 방지하기 어려운 문제점이 있다.However, the above-described driver drowsiness prevention technology provides a visual or auditory warning signal, which only temporarily raises the driver's awareness of drowsy driving, but fundamentally has the problem of making it difficult to prevent driver drowsiness.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단한 후 진동부가 작동되도록 제어하는 운전자 졸음운전 방지 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a driver drowsy driving prevention system that determines drowsiness based on bio-signals obtained from a sensor unit and then controls the vibration unit to operate.
본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 졸음운전 방지 시스템은 차량의 시트에 설치되며, 상기 시트에 착석한 운전자의 생체신호를 획득하는 센서부와, 상기 시트에 다수개가 설치되며, 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있도록 운전자에게 진동을 인가하는 진동부와, 상기 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단되면 상기 진동부가 작동하도록 제어하는 상기 진동부를 제어하는 프로세서를 포함한다.The driver drowsy driving prevention system according to an embodiment of the present invention is installed on the seat of the vehicle, and includes a sensor unit that acquires biological signals of the driver seated on the seat, and a plurality of sensors are installed on the seat to prevent the driver from drowsy driving. It includes a vibration unit that applies vibration to the driver so as to prevent the driver from getting drowsy, and a processor that controls the vibration unit to operate the vibration unit when it is determined whether or not the driver is drowsy based on the bio-signal obtained from the sensor unit.
상기 프로세서는 상기 센서부에서 발생한 전기 신호에 대해 필터링 전처리를 수행하고, 전처리된 전기 신호의 표준 편차를 이용하여 각성 구간을 결정하며, 상기 각성 구간이 제거된 전기 신호에 대하여 필터링 후처리를 수행하고, 상기 후처리된 전기 신호에 푸리에 변환(Fourier transform)을 적용하여 호흡률을 산출하며,산출된 호흡률에 기초하여 운전자의 졸음여부를 판단한다.The processor performs pre-filtering processing on the electrical signal generated from the sensor unit, determines an arousal section using the standard deviation of the pre-processed electrical signal, and performs post-filtering processing on the electrical signal from which the arousal section has been removed. , the respiration rate is calculated by applying Fourier transform to the post-processed electrical signal, and whether the driver is drowsy is determined based on the calculated respiration rate.
상기 프로세서는 운전자가 졸음으로 판단되면 진동 패턴정보로 진동하도록 상기 진동부를 제어한다.The processor controls the vibration unit to vibrate with vibration pattern information when the driver is determined to be drowsy.
상기 시트는 운전자의 하체를 지지하는 시트쿠션과, 운전자의 상체를 지지하는 등받이를 포함하며, 상기 운전자의 경추 또는 운전자의 머리를 자극하여 운전자의 졸음운전을 방지하는 쿠션유닛을 더 포함하며, 상기 쿠션유닛은 상기 운전자의 경추를 지지할 수 있도록 형성되며, 일측 방향으로 소정길이 돌출될 돌출부를 포함하는 쿠션부와, 일단이 상기 쿠션부와 결합되며, 상하방향으로 소정길이 연장된 지지부와, 회전축이 상기 지지부의 타단과 결합되며, 상기 지지부를 회전시키는 구동모터를 포함하며, 상기 프로세서는 운전자가 졸음으로 판단되면 상기 구동모터의 회전속도가 ‘강’일 수 있도록 상기 구동모터를 제어한다.The seat includes a seat cushion that supports the driver's lower body, a backrest that supports the driver's upper body, and further includes a cushion unit that stimulates the driver's cervical spine or the driver's head to prevent the driver from drowsy driving, The cushion unit is formed to support the driver's cervical vertebrae, and includes a cushion portion including a protrusion that protrudes a predetermined length in one direction, a support portion whose one end is coupled to the cushion portion and extends a predetermined length in the vertical direction, and a rotation axis. It is coupled to the other end of the support unit and includes a drive motor that rotates the support unit. When the processor determines that the driver is drowsy, the processor controls the drive motor so that the rotation speed of the drive motor is 'high'.
상기 프로세서는 운전자가 긴장상태로 판단되면 상기 구동모터의 회전속도가 ‘약’일 수 있도록 상기 구동모터를 제어한다.When the processor determines that the driver is in a tense state, the processor controls the driving motor so that the rotational speed of the driving motor is ‘low’.
본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 졸음운전 방지 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.The driver drowsy driving prevention system according to an embodiment of the present invention has the following effects.
(1) 본 발명은 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단한 후 진동부가 작동되도록 제어함으로써 운전자에게 진동을 인가하여 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있는 효과가 있다.(1) The present invention has the effect of preventing drowsy driving by applying vibration to the driver by determining whether the driver is drowsy based on bio-signals obtained from the sensor unit and then controlling the vibration unit to operate.
(2) 본 발명은 운전자가 졸음으로 판단되면 진동 패턴정보로 진동하도록 상기 진동부를 제어함으로써 운전자가 졸음운전 상태를 명확하게 인식할 수 있는 장점이 있다.(2) The present invention has the advantage of allowing the driver to clearly recognize the drowsy driving state by controlling the vibrating unit to vibrate with vibration pattern information when the driver is determined to be drowsy.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 졸음운전 방지 시스템의 블럭도이다.
도 2 및 도 3은 제1 및 제2 압전센서의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 차량 시트에 제1 및 제2 압전센서와 제1 및 제2 진동자가 설치된 모습의 각 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 압전센서를 통해 검출된 호흡률를 이용하여 운전자의 졸음여부를 판단하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 제1 및 제2 압전센서를 통해 검출된 호흡률를 이용하여 운전자의 졸음여부를 판단하는 세부 프로세스의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전처리 필터링 과정을 설명한 도면이다.
도 9는 각성 구간을 결정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 전기 신호를 푸리에 변환한 그래프를 도시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 복수개의 제1 및 제2 진동자가 진동 패턴정보에 의해 진동하는 것을 예시적으로 표현한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 쿠션유닛을 도시한 측면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 쿠션유닛을 도시한 단면도이다.1 is a block diagram of a driver drowsy driving prevention system according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are diagrams showing an example of implementation of the first and second piezoelectric sensors.
Figures 4 and 5 are diagrams showing examples of first and second piezoelectric sensors and first and second vibrators installed in a vehicle seat.
Figure 6 is a flowchart showing a method of determining whether a driver is drowsy using the breathing rate detected through the first and second piezoelectric sensors according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a detailed process for determining whether a driver is drowsy using the breathing rate detected through the first and second piezoelectric sensors.
Figures 8A to 8C are diagrams explaining a pre-processing filtering process according to an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram illustrating a method for determining an awakening section.
Figure 10 is a diagram showing a graph obtained by Fourier transforming an electrical signal.
11 and 12 are diagrams illustrating a plurality of first and second vibrators vibrating according to vibration pattern information.
Figure 13 is a side view showing a cushion unit according to another embodiment of the present invention.
Figure 14 is a cross-sectional view showing a cushion unit according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "운전자 졸음운전 방지 시스템"에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, a “driver drowsy driving prevention system” according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present application. No.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 압전센서를 이용한 운전자 졸음운전 방지 시스템(10)은 센서부(100), 진동부(200) 및 프로세서(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the driver drowsy
상기 센서부(100)는 사용자의 생체정보를 감지하기 위한 것으로서, 상기 차량의 시트에 설치되는 다수의 압전센서일 수 있다. 그러나 상기 센서부(100)는 상기 압전선세로 제한되는 것은 아니며, 생체정보를 감지할 수 있는 다른 종류의 센서일 수도 있다.The
상기 시트(102)는 운전자가 착석하게 되면 일부가 운전자의 신체와 맞닿을 수 있도록 형성되어 있다. 상기 시트는 시트쿠션(103)과 등받이(104)를 포함한다.The
상기 시트쿠션(103)은 운전자의 하체를 지지하는 것으로서 운전자의 엉덩이 및 다리와 맞닿을 수 있다. 상기 등받이(104)는 운전자가 올바른 척추각을 유지할 수 있도록 운전자의 상체를 지지하는 것으로서, 운전자의 허리, 등 및 어깨와 맞닿을 수 있다.The
상기 압전센서는 압전효과를 가진 소자를 통해 물리력(예컨대, 진동)을 전기로 변환할 수 있으며, 전기 신호를 통해 생체신호를 추출할 수 있다. 상기 압전센서는 운전자의 신체로부터 인가되는 압력에 따라 내부 전하 특성이 변하는 값을 감지하여 생체신호를 취득할 수 있다. 이 때, 상기 압전센서에서 취득된 생체신호는 운전자의 생체신호, 예컨대, 심박 및 호흡 등의 신호를 포함할 수 있다.The piezoelectric sensor can convert physical force (eg, vibration) into electricity through an element with a piezoelectric effect, and can extract biosignals through electric signals. The piezoelectric sensor can acquire bio-signals by detecting changes in internal charge characteristics depending on the pressure applied from the driver's body. At this time, the bio-signals acquired from the piezoelectric sensor may include the driver's bio-signals, such as heart rate and respiration.
상기 압전센서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 외부에서 인가되는 압력에 따라 내부 전하 특성이 변하는 압전 소자(107)를 포함할 수 있고, 상기 압전 소자(107)는 PVDF(polyvinylidene fluoride) 재질의 스트립형(strip-type) 소자로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As shown in FIGS. 2 and 3, the piezoelectric sensor may include a piezoelectric element 107 whose internal charge characteristics change depending on externally applied pressure, and the piezoelectric element 107 is made of PVDF (polyvinylidene fluoride). It may be implemented as a strip-type element, but is not limited thereto.
상기 압전 소자(107)는 스크린 프린팅(screen printing)을 사용하여 제작된 양극성 전극(105)(bipolar electrode) 사이, 구체적으로 상부(top) 전극 및 하부(bottom) 전극 사이에 구비될 수 있다. 상기 양극성 전극(105)은 복수의 돌기 패턴을 가질 때, 용량성 노이즈(capacitive noise)를 고려하여 양 극의 돌기 패턴이 서로 엇갈리도록 설계될 수 있다.The piezoelectric element 107 may be provided between bipolar electrodes 105 (bipolar electrodes) manufactured using screen printing, specifically between the top electrode and the bottom electrode. When the bipolar electrode 105 has a plurality of protrusion patterns, the protrusion patterns of both electrodes may be designed to stagger each other in consideration of capacitive noise.
상기 압전 센서를 구성하는 소자 간의 접촉 부분에는 링 터미널(ring terminal)과 아일렛(elelet)을 포함할 수 있다. 이를 통해, 상기 압전 센서는 매우 얇고 유연하게 설계될 수 있으며, 이에 따라 운전자의 신체와 맞닿는 경우에도 운전자가 느끼는 이질감을 줄일 수 있다.Contact portions between elements constituting the piezoelectric sensor may include a ring terminal and an eyelet. Through this, the piezoelectric sensor can be designed to be very thin and flexible, thereby reducing the sense of foreignness felt by the driver even when it comes into contact with the driver's body.
상기 다수의 압전센서중 어느 한 압전센서는 운전자의 신체와 맞닿는 위치에 설치되며, 다른 한 압전센서는 운전자의 신체와 맞닿지 않는 위치에 설치된다. 이하, 두 압전센서를 제1 및 제2 압전센서(110, 120)로 분리하여 설명하도록 한다.Among the plurality of piezoelectric sensors, one piezoelectric sensor is installed at a location that comes into contact with the driver's body, and the other piezoelectric sensor is installed at a location that does not come into contact with the driver's body. Hereinafter, the two piezoelectric sensors will be described separately as the first and second
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 압전센서(110)는 시트쿠션(103)에서 운전자의 신체와 맞닿는 위치에 설치된다. 구체적으로 상기 제1 압전센서(110)는 운전자의 신체와 맞닿도록 시트쿠션(103)의 상면에 설치된다. 상기 제1 압전센서(110)는 운전자의 양 다리와 엉덩이를 아우르는 넓은 면적에 맞닿을 수 있도록 ‘U’자 형상으로 시트쿠션(103)의 상면에 설치될 수도 있다.Referring to Figures 4 and 5, the first
상기 제1 압전센서(110)는 운전자의 신체와 맞닿도록 상기 등받이(104)의 전면에 설치된다. 구체적으로 상기 제1 압전센서(110)는 운전자의 상체와 맞닿도록 등받이(104)의 전면에 설치되며, 후술하는 호흡률을 산출하기 위해서 운전자의 흉부, 바람직하게는 횡경막과 맞닿을 수 있는 위치에 상기 등받이(104)의 폭 방향으로 설치된다.The first
상기 제2 압전센서(120)는 시트쿠션(103)에서 운전자의 신체와 맞닿지 않는 위치에 설치된다. 구체적으로 상기 제2 압전센서(120)는 운전자의 신체와 맞닿지 않도록 상기 시트쿠션(103)에 설치된다. 이 때, 상기 제2 압전센서(120)가 시트쿠션(103)의 전면에 설치되는 경우 운전자의 종아리와 맞닿게 될 우려가 있으므로, 상기 제2 압전센서(120)는 시트쿠션(103)의 측면에 설치되며, 시트쿠션(103)의 측면 길이방향을 따라 선형으로 설치될 수 있다. 또한 상기 제2 압전센서(120)는 운전자의 신체와 맞닿지 않도록 시트쿠션(103)의 하면에 설치될 수도 있다.The second
상기 제2 압전센서(120)는 운전자의 신체와 맞닿지 않도록 등받이(104)에 설치된다. 이 때, 제2 압전센서(120)가 상기 등받이(104)의 후면에 설치되는 경우 뒷좌석의 동승자의 신체에 맞닿게 될 우려가 있으므로 상기 제2 압전센서(120)는 상기 등받이(104)의 측면, 바람직하게는 차량 도어에 인접한 측면에 설치될 수 있으며, 등받이(104) 측면의 길이방향을 따라 선형으로 설치될 수 있다.The second
상기 제1 압전센서(110)가 시트쿠션(103)에 설치되는 경우, 상기 제2 압전센서(120)는 마찬가지로 시트쿠션(103)에 설치될 수 있고, 상기 제1 압전센서(110)가 등받이(104)에 설치되는 경우, 제2 압전센서(120)는 마찬가지로 등받이(104)에 설치될 수 있다. 또한 상기 제1 및 제2 압전센서(120)는 동일한 노이즈를 취득할 수 있도록 차량 시트 내에서 동일한 부재에 설치될 수 있다.When the first
또한, 전술한 제1 및 제2 압전센서(110, 120)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 압전센서(120)의 내부 구성요소들은 모두 동일할 수 있으며, 제1 및 제2 압전센서(110, 120)는 동일한 길이, 너비 및 두께를 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 압전센서(120)에서 취득되는 노이즈는 동일하거나 매우 유사할 수 있다.Additionally, the above-described first and second
또한 전술한 제1 및 제2 압전센서(120)에서 취득된 신호는 출력되는 적은 양의 전하량을 증폭하고, 증폭된 전하량에 비례하는 전압신호를 출력하도록 전처리될 수 있으며, 이를 디지털 신호로 변환하여 신호 데이터를 생성할 수 있는 전처리 신호 획득부(150)를 포함한다. 그러나 상술한 전처리 신호 획득부의 구성은 일반적인 구성이므로 이에 관한 상세한 설명은 생략한다.In addition, the signals acquired from the above-described first and second
상기 진동부(200)는 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있도록 운전자에게 진동을 인가하며, 상기 시트(102)에 다수개가 설치된다.The
상기 진동부(200)는 진동을 발생시키는 일반적인 진동자일 수 있다. 또한 상기 진동부(200)는 모터에 편심축을 장착하여 진동하는 편심 진동기 또는 댐퍼와 스피링 구조에 의하여 진동이 발생하는 진동 스피커일 수 있다. 상기 편심 진동기 또는 진동스피커는 상기 시트(102)의 내부에 설치된다.The vibrating
상기 다수의 진동부(200)중 어느 한 진동부(200)는 상기 시트쿠션(103)에 내외부에 설치되며, 다른 한 진동부(200)는 상기 등받이(104)의 내외부에 설치된다. 상기 진동부(200)는 제1 및 제2 진동자(210, 220)로 구분될 수 있다.Among the plurality of vibrating
상기 제1 진동자(210)는 운전자의 신체에 맞닿는 위치에 대응되는 상기 시트쿠션(103)의 내부에 다수개가 설치된다.A plurality of the
또한 상기 제1 진동자(210)는 운전자가 착석할 때, 운전자의 양 다리와 엉덩이를 아우르는 넓은 면적에 맞닿을 수 있도록 “U“ 형태에 대응되게 상기 시트쿠션(103)의 내부에 다수개가 설치될 수도 있다.In addition, the
또한 상기 제1 진동자(210)는 운전자의 신체에 맞닿는 위치에 대응되는 상기 시트쿠션(103)의 상면에 다수개가 설치될 수도 있다.Additionally, a plurality of
또한 상기 제1 진동자(210)는 상술한 바와 같이 운전자가 착석할 때, 운전자의 양 다리와 엉덩이를 아우르는 넓은 면적에 맞닿을 수 있도록 “U“ 형태에 대응되게 상기 시트쿠션(103)의 상면에 다수개가 설치될 수도 있다.In addition, as described above, the
상기 제2 진동자(220)는 운전자의 상체에 맞닿는 위치에 대응되는 상기 등받이(104)의 내부에 설치된다. The
또한 상기 제2 진동자(220)는 상기 등받이(104)의 운전자의 상체에 맞닿는 위치에 대응되는 상기 등받이(104)의 전면에 설치될 수도 있다.Additionally, the
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 프로세서(300)는 상기 센서부(100)로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부가 판단되면 상기 진동부(200)가 작동하도록 제어한다.Referring to FIGS. 6 and 7 , the
상기 프로세서(300)는 후술하는 동작을 수행하기 위하여 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controller), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers) 및 마이크로 프로세서(microprocessors) 중 적어도 하나의 물리적인 요소를 포함할 수 있다.The
상기 프로세서(300)는 제1 및 제2 압전센서(110, 120)에서 취득되는 노이즈가 동일하다는 가정 하에 생체신호 추출 동작을 수행한다(S100).The
상기 프로세서(300)는 상기 센서부(100)에서 발생한 전기 신호에 대해 필터링 전처리를 수행할 수 있다. 여기서 상기 전기 신호는 상기 압전센서의 출력 신호로서 전술한 생체 신호를 포함할 수 있다.The
상기 압전 센서는 사용자 움직임으로 인해 발생한 전기 신호(SignalStrip)를 출력할 수 있고, 전기 신호는 도 8a에 도시된 것과 같은 파형을 가질 수 있다.The piezoelectric sensor may output an electrical signal (SignalStrip) generated due to the user's movement, and the electrical signal may have a waveform as shown in FIG. 8A.
한편, 도 8a에 도시된 전기 신호에는 전력선 간섭(예컨대, 60[Hz]의 주파수 노이즈)이 포함될 수 있다. 이를 제거하기 위하여 프로세서(300)는 전기 신호를 노치 필터(notch filter)에 적용할 수 있다(S11). 구체적으로, 프로세서(300)는 전기 신호를 IIR(Infinite Impulse Response) 노치 필터에 적용시킬 수 있고, 이에 따라, 전기 신호는 도 8b에 도시된 파형과 같이 필터링될 수 있다. Meanwhile, the electrical signal shown in FIG. 8A may include power line interference (eg, frequency noise of 60 [Hz]). To remove this, the
이어서, 프로세서(300)는 움직임 성분(motion component)을 선택적으로 취득하기 위하여, 노치 필터가 적용된 전기 신호를 대역통과필터(Band Pass Filter; BPF)에 적용할 수 있다(S12). 구체적으로, 프로세서(300)는 전기 신호를 0.4 내지 1[Hz]의 통과 대역을 갖는 IIR 대역통과필터에 적용할 수 있다. 이에 따라, 전기 신호는 도 8c에 도시된 파형과 같이 필터링될 수 있다.Subsequently, the
정리하면, 사용자 움직임에 의해 발생한 전기 신호는 단계(S11) 및 단계(S12)의 전처리 과정을 통해 노이즈가 제거되고 움직임 성분만이 추출될 수 있다.In summary, noise is removed from the electrical signal generated by the user's movement through the preprocessing process of steps S11 and S12, and only the movement component can be extracted.
이어서, 프로세서(300)는 전처리된 전기 신호의 표준편차를 이용하여 각성 구간(awake section)을 결정할 수 있다(S200).Next, the
다시 도 7을 참조하면, 프로세서(300)는 전처리된 전기 신호의 표준편차를 산출할 수 있다(S13). 구체적으로, 프로세서(300)는 오버랩된 시간 윈도우(예컨대, 7초)에 대하여, 전기 신호의 표준편차(SDsignal)를 반복적으로 산출할 수 있다.Referring again to FIG. 7, the
이어서, 프로세서(300)는 산출된 표준편차의 히스토그램(histogram)을 생성할 수 있고(S14), 히스토그램의 최대값보다 작은 빈(bin)에 가우스 함수를 적용하여 가우스 함수값을 산출할 수 있다(S15).Subsequently, the
이어서, 프로세서(300)는 가우스 함수값의 표준편차를 산출할 수 있고, 이에 기초하여 각성 구간을 결정하기 위한 임계값을 설정할 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 가우스 함수값의 표준편차가 일 때, 그 배수 예컨대 를 임계값으로 설정할 수 있다.Next, the
이어서, 프로세서(300)는 전기 신호의 표준편차와 임계값의 비교 결과에 따라 전기 신호의 각성 구간을 결정할 수 있다(S16).Subsequently, the
구체적으로, 도 9를 참조하면, 프로세서(300)는 전기 신호의 표준편차에 대한 히스토그램에서 임계값보다 큰 우측 영역을 각성 구간으로 결정할 수 있고, 임계값보다 작은 좌측 영역을 수면 구간(sleep section)으로 결정할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 9, the
각성 구간의 결정이 완료되면, 프로세서(300)는 전기 신호에서 각성 구간을 제거하고, 각성 구간이 제거된 전기 신호에 대하여 필터링 후처리를 수행할 수 있다(S300).Once the determination of the awakening period is completed, the
다시 도 7을 참조하면, 프로세서(300)는 동잡음(motion artifact)을 포함하는 각성 구간을 전기 신호로부터 제거할 수 있고(S17), 전기 신호에서 제거된 구간을 이웃 데이터를 이용하여 보간(interpolation)할 수 있다.Referring again to FIG. 7, the
이어서, 프로세서(300)는 보간된 전기 신호에 대역통과필터를 적용할 수 있다(S18). 구체적으로, 프로세서(300)는 호흡 성분을 추출하기 위하여 보간된 전기 신호를 0.1 내지 0.5[Hz]의 통과 대역을 갖는 IIR 대역통과필터에 적용할 수 있다.Subsequently, the
이어서, 프로세서(300)는 대역통과필터에 의해 필터링된 전기 신호의 평활화(smoothing)를 위해, 해당 전기 신호를 이동평균필터(Moving Average Filter; MAF)에 적용할 수 있다(S19). 예컨대, 프로세서(300)는 2초의 시간 윈도우에 대하여, 전기 신호에 이동평균필터를 적용할 수 있다.Subsequently, the
정리하면, 사용자 움직임에 의하 발생한 전기 신호는 단계(S17) 내지 단계(S19)의 후처리 과정을 통해 동잡음이 제거되고 순수한 호흡 성분만이 추출될 수 있다.In summary, the electrical signal generated by the user's movement has motion noise removed through the post-processing process of steps S17 to S19, and only pure breathing components can be extracted.
이어서, 프로세서(300)는 후처리된 전기 신호에 푸리에 변환(Fourier transform)을 적용하여 호흡률을 산출할 수 있다(S400). 프로세서(300)는 후처리된 전기 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있고, 디지털 신호를 푸리에 변환하여 전기 신호에 대한 주파수 성분을 산출할 수 있다(S20).Subsequently, the
구체적으로, 다시 도 7을 참조하면, 프로세서(300)는 시간에 따른 크기로 표현되는 디지털 전기 신호를 푸리에 변환하여 주파수 성분에 따른 크기로 표현되는 신호를 생성할 수 있다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 시간(slow-time index)에 따른 크기(amplitude)로 표현되는 전기 신호는 푸리에 변환되어 주파수 성분에 따른 크기로 표현될 수 있다.Specifically, referring again to FIG. 7 , the
한편, 푸리에 변환을 수행함에 있어서 프로세서(300)는 디지털 전기 신호에 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform)을 적용하여 디지털 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier transform)할 수 있다. 다시 말해, 프로세서(300)는 이산화된 시간에 대한 전기 신호를 이산화된 주파수에 대한 전기 신호로 변환할 수 있고, 변환 속도를 증가시키기 위하여 고속 푸리에 변환을 이용할 수 있다.Meanwhile, when performing the Fourier transform, the
전술한 푸리에 변환이 완료되면, 프로세서(300)는 푸리에 변환된 전기 신호의 주파수 성분 중 최대 크기를 갖는 주파수에 기초하여 호흡률을 산출할 수 있다(S21).When the above-described Fourier transform is completed, the
예컨대, 푸리에 변환된 전기 신호가 도 10에 도시된 것과 같을 경우, 프로세서(300)는 전기 신호에 포함된 주파수 성분들 중에서 최대 크기를 갖는 주파수를 0.45[Hz]로 식별할 수 있다. 프로세서(300)는 해당 주파수에 기초하여 호흡률을 분당 27회로 산출할 수 있다. 전술한 바와 같이, 상술한 신호처리과정을 통해 프로세서(300)는 호흡으로 인해 발생하는 호흡 성분의 신호가 미미하더라도 노이즈를 효율적으로 제거하여 호흡률을 산출할 수 있다.For example, when the Fourier transformed electrical signal is as shown in FIG. 10, the
상기 프로세서(300)는 산출된 호흡률에 기초하여 운전자의 졸음여부를 판단한다. 구체적으로 상기 프로세서(300)는 산출된 호흡률이 기 설정된 임계값 이하일 경우 졸음으로 판단한다(S500). 이때 상기 프로세서(300)는 운전자에게 진동을 인가하기 위해서 다수개의 진동부(200)가 진동하도록 상기 진동부(200)를 제어할 수 있다. 구체적으로 상기 프로세서(300)는 운전자의 하체에 진동을 인가하기 위해 상기 제1 진동자(210)가 진동하도록 상기 제1 진동자(210)를 제어할 수 있고, 상기 운전자의 상체에 진동을 인가하기 위해 제2 진동자(220)가 진동하도록 상기 제2 진동자(220)를 제어할 수도 있으며, 운전자의 상체와 하체에 동시에 진동을 인가하기 위해 상기 제1 및 제2 진동자(220)가 동시에 진동하도록 상기 제1 및 제2 진동자(220)를 제어할 수도 있다.The
또한 프로세서(300)는 산출된 호흡률이 기 설정된 임계값 이하일 경우 졸음으로 판단되면, 진동패턴정보로 진동하도록 상기 진동부(200)를 제어한다. 구체적으로 상기 프로세서(300)는 운전을 중지하라는 의미의 문양인 ‘X’문양의 진동 패턴정보로 진동하도록 상기 진동부(200)를 제어할 수도 있다. 예를들면, 도 11에 도시된 바와 같이 프로세서(300)는 ‘X’문양의 진동 패턴정보로 진동하도록 제1 진동자(210)(M1, M5, M7, M9, M13, M17, M19, M21, M25)를 제어할 수 있다. 따라서 운전자는 ‘X’문양의 진동 패턴을 인식하여 스스로 졸음운전으로 인한 위험 상태임을 인지할 수 있다.Additionally, the
또한 상기 프로세서(300)는 산출된 호흡률이 기 설정된 특정 임계값과 동일할 경우 긴장 상태로 판단한다. 이때 상기 프로세서(300)는 운전자의 과도한 긴장으로 인한 사고를 방지하기 위해서 운전중 사용되는 운전자의 우측 다리와 우측 둔부의 긴장을 완화시킬 수 있도록 우측 둔부와 맞닿는 영역에 설치된 다수개의 진동부(200)가 진동하도록 상기 진동부(200)를 제어할 수 있다. 구체적으로 도 12에 도시된 바와 같이 프로세서(300)는 우측 둔부와 맞닿는 영역의 제1 진동자(210)(M4, M5, M9, M10, M14, M15, M19)를 제어할 수 있다. 따라서 운전중에 운전자의 우측 다리와 우측 둔부의 긴장이 완화되며, 운전자의 사고발생 위험이 감소될 수 있다.Additionally, the
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 졸음운전 방지 시스템은 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단한 후 진동부가 작동되도록 제어함으로써 운전자에게 진동을 인가하여 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the driver drowsy driving prevention system according to an embodiment of the present invention determines whether the driver is drowsy based on the biosignal obtained from the sensor unit and then controls the vibration unit to operate, thereby preventing the driver from drowsy driving by applying vibration to the driver. There is an effect.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 운전자 졸음운전 방지 시스템은 운전자가 졸음으로 판단되면 진동 패턴정보로 진동하도록 상기 진동부를 제어함으로써 운전자가 졸음운전 상태를 명확하게 인식할 수 있는 장점이 있다.In addition, the driver drowsy driving prevention system according to an embodiment of the present invention has the advantage of allowing the driver to clearly recognize the drowsy driving state by controlling the vibrating unit to vibrate with vibration pattern information when the driver is determined to be drowsy.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 압전센서를 이용한 운전자 졸음운전 방지 시스템은 상기 등받이(104) 상부에 회전가능하도록 설치되며, 운전자의 경추 또는 운전자의 머리를 자극하여 졸음을 방지하는 쿠션유닛(400)을 더 포함한다.Referring to Figures 13 and 14, the driver's drowsy driving prevention system using a piezoelectric sensor according to another embodiment of the present invention is rotatably installed on the upper part of the
상기 쿠션유닛(400)은 쿠션부(410), 지지부(420) 및 구동모터(430)를 포함한다. 상기 쿠션부(410)는 운전자의 올바른 경추각이 유지되기 위한 것으로서 운전자의 경추를 지지할 수 있도록 형성되며, 일측 방향으로 소정길이 돌출된 돌출부(415)가 형성된다. The
상기 돌출부(415)는 상기 쿠션부(410)에 별도로 설치될 수 있다. 이때 상기 돌출부(415)의 재질은 내부에 에어가 충진되어 부풀어 오를 수 있도록 연질일 수 있다. 또한 상기 돌출부(415)는 공기공급기(미도시)에 의해 내부에 공기가 주입될 수 있다. 상기 공기공급기는 일반적인 기술 구성으로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The
상기 지지부(420)는 일단이 상기 쿠션부(410)와 결합되며, 상하방향으로 연장되어 형성된다. 상기 지지부(420)는 상기 등받이(104)의 내부로 소정깊이 인입되도록 일측에 상기 등받이(104)를 간섭하는 걸림부(425)를 포함한다.One end of the
상기 구동모터(430)는 회전축이 상기 지지부(420)의 타단과 결합되며, 상기 지지부(420)를 회전시킨다.The driving
상기 프로세서(300)는 상기 지지부(420)가 회전되도록 상기 구동모터(430)를 구동시키며, 상기 회전축의 회전속도가 조절되도록 상기 구동모터(430)를 구동시킬 수 있다. 상기 회전축의 회전속도는 강, 중, 약으로 구분될 수 있다. 예컨대 상기 프로세서(300)는 상기 회전축의 회전속도가 '강'일 수 있도록 상기 구동모터(430)를 구동시킬 수 있다. 또한 상기 프로세서(300)는 회전축의 회전속도에 따라 상기 돌출부의 내부로 공기가 주입되어 상기 돌출부가 소정 크기로 부풀도록 상기 공기공급기를 제어할 수도 있다.The
상기 프로세서(300)는 운전자가 졸음으로 판단되는 경우, 상기 회전축이 소정의 회전속도로 회전하도록 상기 구동모터(430)를 제어한다. 이때 상기 프로세서(300)는 상기 회전축의 회전속도가 '강'일 수 있도록 상기 구동모터(430)를 구동시킬 수 있다. 상기 회전축의 회전속도 '강'은 40 내지 30 rpm일 수 있다. 따라서 상기 쿠션부(410)가 빠른 속도로 회전되며, 상기 돌출부가 회전되면서 경추 또는 운전자의 머리를 물리적으로 자극하여 운전자의 졸음을 방지할 수 있다.When the
또한 상기 프로세서(300)는 운전자가 긴장 상태로 판단되는 경우, 상기 회전축의 회전속도가 '약'일 수 있도록 상기 구동모터(430)를 제어한다. 상기 회전축의 회전속도 '약'은 15 내지 20 rpm일 수 있다. 따라서 상기 쿠션부(410)가 느린 속도로 천천히 회전되며, 긴장 상태의 신체가 천천히 이완되도록 운전자의 경추 또는 머리 마사지 기능을 제공함으로써 운전으로 인한 지나친 긴장을 완화시킬 수 있다.In addition, when the
또한 상기 프로세서(300)는 호흡율이 기 설정된 임계값 이상일 경우 상기 돌출부가 상기 운전자의 머리와 대향되는 방향에 위치하도록 상기 구동부를 제어함으로써 운전자가 졸음운전을 하지 않을 경우에는 운전자의 경추 또는 자극을 하지 않도록 한다.In addition, the
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.The description of the presented embodiments is provided to enable any person skilled in the art to use or practice the present invention. Various modifications to these embodiments will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not limited to the embodiments presented herein, but is to be construed in the broadest scope consistent with the principles and novel features presented herein.
10: 운전자 졸음운전 방지시스템
100: 센서부
102: 시트
103: 시트쿠션
104: 등받이
106: 양극성 전극
107: 압전 소자
110: 제1 압전센서
120: 제2 압전센서
200: 진동부
210: 제1 진동자
220: 제2 진동자
300: 프로세서
400: 쿠션유닛
410: 쿠션부
415: 돌출부
420: 지지부
425: 걸림부
430: 구동모터10: Driver drowsy driving prevention system
100: sensor unit
102: sheet
103: Seat cushion
104: backrest
106: Bipolar electrode
107: Piezoelectric element
110: First piezoelectric sensor
120: Second piezoelectric sensor
200: Vibration unit
210: first oscillator
220: second vibrator
300: processor
400: Cushion unit
410: Cushion part
415: protrusion
420: support part
425: Hook
430: Drive motor
Claims (5)
상기 시트에 다수개가 설치되며, 운전자의 졸음운전을 방지할 수 있도록 운전자에게 진동을 인가하는 진동부와;
상기 센서부로부터 획득된 생체신호에 기초하여 졸음여부를 판단되면 상기 진동부가 작동하도록 제어하는 상기 진동부를 제어하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는
운전자 졸음운전 방지 시스템.
A sensor unit installed on the seat of the vehicle and acquiring biometric signals of the driver seated on the seat;
A plurality of vibration units are installed on the seat and apply vibration to the driver to prevent the driver from drowsy driving;
Characterized in that it includes a processor that controls the vibrating unit to control the vibrating unit to operate when it is determined whether or not the vibrating unit is drowsy based on the bio-signal obtained from the sensor unit.
Driver drowsy driving prevention system.
상기 프로세서는
상기 센서부에서 발생한 전기 신호에 대해 필터링 전처리를 수행하고,
전처리된 전기 신호의 표준 편차를 이용하여 각성 구간을 결정하며,
상기 각성 구간이 제거된 전기 신호에 대하여 필터링 후처리를 수행하고,
상기 후처리된 전기 신호에 푸리에 변환(Fourier transform)을 적용하여 호흡률을 산출하며, 산출된 호흡률에 기초하여 운전자의 졸음여부를 판단하는 것을 특징으로 하는
운전자 졸음운전 방지 시스템.
According to claim 1,
The processor is
Perform filtering preprocessing on the electrical signal generated from the sensor unit,
The awakening section is determined using the standard deviation of the preprocessed electrical signal,
Performing post-filtering processing on the electrical signal from which the awakening period has been removed,
Calculating the respiration rate by applying Fourier transform to the post-processed electrical signal, and determining whether the driver is drowsy based on the calculated respiration rate.
Driver drowsy driving prevention system.
상기 프로세서는 운전자가 졸음으로 판단되면 진동 패턴정보로 진동하도록 상기 진동부를 제어하는 것을 특징으로 하는
운전자 졸음운전 방지 시스템.
According to clause 2,
The processor controls the vibration unit to vibrate with vibration pattern information when it is determined that the driver is drowsy.
Driver drowsy driving prevention system.
상기 시트는 운전자의 하체를 지지하는 시트쿠션과, 운전자의 상체를 지지하는 등받이를 포함하며,
상기 운전자의 경추 또는 운전자의 머리를 자극하여 운전자의 졸음운전을 방지하는 쿠션유닛을 더 포함하며,
상기 쿠션유닛은
상기 운전자의 경추를 지지할 수 있도록 형성되며, 일측 방향으로 소정길이 돌출된 돌출부를 포함하는 쿠션부와;
일단이 상기 쿠션부와 결합되며, 상하방향으로 소정길이 연장된 지지부와;
회전축이 상기 지지부의 타단과 결합되며, 상기 지지부를 회전시키는 구동모터를 포함하며,
상기 프로세서는 운전자가 졸음으로 판단되면 상기 구동모터의 회전속도가 ‘강’일 수 있도록 상기 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는
운전자 졸음운전 방지 시스템.
According to claim 1,
The seat includes a seat cushion that supports the driver's lower body and a backrest that supports the driver's upper body,
It further includes a cushion unit that prevents the driver from drowsy driving by stimulating the driver's cervical spine or the driver's head,
The cushion unit is
a cushion portion formed to support the driver's cervical spine and including a protrusion protruding a predetermined length in one direction;
a support portion whose one end is coupled to the cushion portion and extends a predetermined length in the vertical direction;
A rotation axis is coupled to the other end of the support and includes a drive motor that rotates the support,
The processor is characterized in that when it is determined that the driver is drowsy, it controls the driving motor so that the rotation speed of the driving motor is 'strong'.
Driver drowsy driving prevention system.
상기 프로세서는 운전자가 긴장상태로 판단되면 상기 구동모터의 회전속도가 ‘약’일 수 있도록 상기 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는
운전자 졸음운전 방지 시스템.
According to clause 4,
The processor is characterized in that when it is determined that the driver is in a tense state, the processor controls the drive motor so that the rotation speed of the drive motor is 'low'.
Driver drowsy driving prevention system.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20240107562A true KR20240107562A (en) | 2024-07-09 |
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