KR20200070544A - 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템 - Google Patents

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Abstract

운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템에 관한 것으로서, 운전자의 심박수를 측정하기 위한 심박 센서부(110); 운전자의 심박수를 기초로 운전자의 상태를 정상 상태, 졸림 상태, 그리고 흥분 상태로 구분하는 판단부(130); 및 상기 판단부(130)에서 판단한 운전자의 상태를 기초로, 운전자가 졸림 상태에 있거나 흥분 상태에 있을 경우 오디오부(160)를 통하여 음악을 플레이하도록 하며, 디스플레이부(170)를 통하여 판단부(130)가 판단한 운전자의 상태를 운전자에게 시각적으로 알리도록 제어하는 제어부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템{Driving Safey System based on Driver's Heart Beat Rate}
본 발명은 차량의 주행 안전 시스템에 관한 것으로서, 더 자세하게는 운전자의 심박수를 측정하여 이를 바탕으로 운전자의 상태를 파악하고, 주행 안전을 보장하기 위한 주행 안전 시스템에 관한 것이다.
주행 중 운전자의 졸음 또는 흥분 상태는 언제든지 사고와 이어질 수 있는 위험 요소이다. 궁극적으로는 자율 주행 차량 기술의 도입에 의하여 인간의 신체적 한계에 의하여 발생하는 사고 가능성이 제거될 것으로 보이지만, 현실적으로 완전한 자율 주행 차량 기술이 보급되기까지는 상당 시간이 소요될 것으로 예상되고, 그 전에라도 운전자의 졸음 또는 흥분상태가 운전에 영향을 미치는 것을 최소화 할 수 있는 기술이 필요하다.
이와 관련하여, 운전자의 신체 상태를 심박, 심전도 등을 기초로 운전자의 상태를 파악하여, 운전자가 졸음상태 또는 흥분상태에 있음을 운전자에게 환기시키고, 음악 등을 통하여 운전자의 신체 상태에 긍정적인 영향을 미치고자 하는 시도가 있어왔다(특허문헌 1). 그렇지만, 종래 기술에서는 운전자의 주의를 환기 시키는 정도의 기능만을 제공하고 있을 뿐이므로, 현실적인 안전 시스템으로서 기능하기에는 역부족이었다. 특히 운전자가 흥분 상태에 있을 때 이를 경고하고, 음악을 틀어주는 것만으로 흥분을 가라앉히기를 기대하기는 현실적으로 어려울 수 있다.
[1] 공개특허공보 공개번호 제10-2006-0069807호 (공개일: 2006.06.22.) [2] 등록특허공보 등록번호 제10-1034886호 (공고일: 2011.05.17.)
본 발명은 종래의 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템이 운전자에게시각적/청각적 경고를 주어 주의를 환기시키는데에 멈추어 있을 뿐, 실질적인 위험 요소를 제거하지는 못하는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시각적/청각적 경고와 더불어 운전자의 몸 상태를 적극적으로 개선시킴으로써 실질적으로 주행 안전을 도모할 수 있는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템에 관한 것으로서, 운전자의 심박수를 측정하기 위한 심박 센서부(110); 운전자의 심박수를 기초로 운전자의 상태를 정상 상태, 졸림 상태, 그리고 흥분 상태로 구분하는 판단부(130); 및 상기 판단부(130)에서 판단한 운전자의 상태를 기초로, 운전자가 졸림 상태에 있거나 흥분 상태에 있을 경우 오디오부(160)를 통하여 음악을 플레이하도록 하며, 디스플레이부(170)를 통하여 판단부(130)가 판단한 운전자의 상태를 운전자에게 시각적으로 알리도록 제어하는 제어부(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 판단부(130)는 상기 운전자의 상태가 졸림 상태라고 판단했을 경우, 상기 제어부(140)는 차량 내에 외부 공기를 대량으로 유입하는 환기요소부(180)를 작동시키는 것을 특징으로 하는데, 상기 환기요소부(180)는 차량의 창문을 자동으로 개방하는 수단을 포함할 수 있다.
그리고 상기 판단부(1300가 운전자의 상태가 흥분 상태라고 판단함과 동시에, 운전자가 차량의 속력을 지속적으로 올리거나 급가속을 했을 경우, 상기 제어부(140)는 ECU(150)가 차량 엔진에 공급되는 연료와 공기의 양을 제한함으로써 가속 패달의 제어 여부와 상관 없이 일정 속력 이상으로 차량 속력이 높아지지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 심박 센서부(110)는 장착 브라켓(111)을 통하여 운전대에 설치되되, 상기 장착 브라켓(111)의 일단에 상기 심박 센서부(110)가 결합되고, 상기 장착 브라켓(111)의 타단에는 운전대의 형상과 대응되는 형상을 가지되 탄성을 가지는 그립부가 형성되어 있어서, 필요에 따라 운전대 상의 위치를 자유롭게 바꿀 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 심박수를 이용한 운전 안전 시스템은 운전자의 심박수를 이용하여 운전자의 상태를 파악함과 아울러, 시각 및 청각적 환기 수단을 동원하여 운전자의 상태를 운전자가 인식할 수 있도록 함과 아울러, 위 수단에 의해서도 운전자의 상태가 개선되지 못할 경우 물리적인 자극을 가함으로써 운전자의 신체 상태를 급속히 개선시키거나, 차량의 ECU를 직접적으로 제어하여 난폭 운전을 막을 수 있도록 하는 효과를 가지게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 심박수를 이용한 운전 안전 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 흥분 상태일 경우의 심박수 추이와, 안정 상태에서의 심박수 추이를 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템의 구성 요소를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템의 작동 순서를 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 주행 안전 시스템에서, 운전대에 심박 센서를 장착한 상태를 도시한 것이다.
이하의 본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템의 구체적인 구성을 설명하도록 한다.
본 발명은 차량에 장착되어 운전자의 상태를 지속적을 체크하여 안전 운전을 도모하기 위한 시스템으로서, 운전자의 상태는 운전자의 심박수를 체크하는 것에 의하여 파악된다. 심박수는 운전자의 긴장 상태에 따라 달라질 수 있다. 도 2는 상태에 따라 심박수가 달르게 나타나는 것을 도시하고 있다. 심박수는 보통 분당 펄스의 수로(BPM)로 표현되는데, 도 2(a)와 같이 흥분이 고조되는 상태에서는 심박수가 높아지고, 도 2(b)에 도시된 것과 같이 안정적인 상태에서는 심박수가 70이하에서 유지되게 된다. 더 나아가, 운전자가 졸음 상태에 이르게 되면, 심박수가 점점 낮아진다.
이와 같이 심박수는 운전자의 각성/긴장/졸음 상태를 기계적으로 파악하기 위한 수단으로서 유용한 지표이며, 실제로 많은 선행특허들 또는 연구논문들에서 심박수를 이용하여 운전자의 상태를 파악하고 있다. 물론 사람에 따라서 평균 심박수에 차이가 있을 수 있으므로, 획일적으로 기준을 정하여, 특정 심박수 이하면 졸음 상태, 특정 심박수 이상이면 흥분 상태라고 단정할 수는 없지만, 나이/성별 등을 기준으로 어느정도 표준화된 데이터가 있기 때문에, 심박수에 따른 상태를 흥분/정상/졸음 세 단계로 구분하는 기준을 정할 수 있다. 심박수에 대한 구체적인 수치는 본 발명의 특징부와 상관 없이, 종래의 연구결과를 활용할 수 있는 것이며, 본 발명은 이들 정보가 주어진 다음 단계에서 현실에 맞게 구현된 것이므로, 심박수 기준에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하여 본 발명에 따른 주행 안전 시스템의 개략적인 구성을 살펴보도록 한다. 도 3에 도시된 블록들은 주행 안전 시스템 내에서 수행되는 각 요소들의 기능들을 중심으로 표현된 것으로서, 각 요소들은 별개의 부품으로 형성될 수도 있지만, 하나의 프로세서 내에서 구현된 프로그래밍 요소로서 구현될 수도 있을 것이다.
심박 센서부(110)는 운전자의 심박수를 측정하기 위한 요소로서, 안전벨트에 부착되어 심장의 박동수를 직접 측정하는 것일 수도 있고, 운전대에 부착되어 운전자의 손가락으로부터 감지되는 심박수를 측정하는 것일 수도 있다. 손가락을 이용한 심박센서는 혈류량에 따라서 LED에서 발산되는 빛의 반사량이 변화하는 것을 이용하는 방식이 일반적인데, 심박센서 자체는 상업적으로 이용가능한 것들을 사용할 수 있으므로, 심박센서 구조 자체에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 5는 심박 센서(110)가 운전대(200)에 장착된 형태를 도시하고 있다. 심박 센서(110)는 운전대(200)의 소정 부위에 매설될 수도 있으나, 도 6에 도시된 것과 같이 장착 브라켓(111)에 결합되어 운전자의 운전 습관에 따라 운전대(200) 상의 적절한 위치에 설치될 수 있다. 장착 브라켓(111)의 일단은 심박 센서(110)와 결합되어 있고, 장착 브라켓(111)의 타단에는 운전대의 형상과 대응되는 형상을 가지되 탄성을 가지는 그립부가 형성되어 있어서 사용자가 필요에 따라 운전대(200) 상의 원하는 위치에 쉽게 장착할 수 있다.
심박 센서부(110)를 통하여 얻어진 신호를 기초로 심박 데이터 처리부(120)에서는 분당 심박수(BPM)를 계산하게 된다. 판단부(130)는 분당 심박수를 기초로 운전자의 상태를 판단하는 요소이다. 크게 두 개의 경계점을 기준으로 "졸음 상태", "정상 상태", "흥분 상태"로 구분하게 되는데, 처음에는 심박수를 기준으로 상태를 구분하게 되지만, 추후 추가적인 측정 요소를 부가함으로써 운전자의 상태를 더 구체적으로 파악하게 된다. 이에 대해서는 추후 자세하게 설명하도록 한다.
정상 상태와 졸음 상태의 경계선, 또는 정상 상태와 흥분 상태의 경계선은, 운전자의 나이, 성별 등을 기준으로 미리 설정된 값을 활용할 수 있다.
제어부(140)는 판단부(130)에서 판단된 결과를 기초로 오디오부(160), 디스플레이부(170), 또는 ECU(150)를 제어하는 요소이다. 오디오부(160)를 통해서는 운전자의 상태에 따라 적절한 음악을 선곡하여 플레이함으로써 운전자의 상태를 개선할 수 있다. 예를 들면, 판단부(130)에서 운전자가 졸음 상태라고 판단하게 되면, 운전자를 각성시킬 수 있도록 빠르고 경쾌한 음악을, 판단부(130)에서 운전자가 흥분 상태라고 판단하게 되면 운전자의 흥분을 가라앉힐 수 있는 조용한 음악을 선택하여 플레이할 수 있다. 각 상태에서 플레이할 음악은 미리 구분하여 저장하여 놓을 수도 있지만, 필요에 따라 인터넷을 통하여 다운로드 받는 것도 가능하다.
디스플레이부(170)는 판단부(130)에서 판단한 결과를 운전자에게 시각적으로 알리는 요소이다. 차량 내에 설치되어 있는 내비게이션 화면이나 인포테인먼트 시스템 화면을 이용할 수도 있고, 별도의 LED 경고 등을 설치할 수도 있다. 이는 운전자가 자신의 상태를 시각적으로 인식하도록 함으로써 스스로 휴식을 취하거나, 마음을 추스리는 계기를 마련하고자 한 것이다.
더 나아가, ECU(150)는 엔진 콘트롤 유닛으로서, 판단부(130)에서 운전자가 흥분 상태로 인식한 상태에서, 운전자가 가속패달을 일정시간 이상 지속적으로 밟을 경우 제어부(140)는 ECU(150)를 통하여 운전자의 조작과 상관 없이 엔진으로 유입되는 연료량과 흡기량을 소정량 이하로 유지함으로써 흥분상태에서의 과속이나 급가속과 같은 위험 행동을 막게 된다.
도 4를 참조하여, 본 발명의 주행 안전 시스템의 작동 방식을 설명하도록 한다. 심박 센서부(100) 및 심박 데이터 처리부(120)를 통하여 운전자의 심박수를 지속적으로 측정하게 된다(S100). 심박수는 소정 시간(대략 2~3분 정도의 기간)의 평균 심박수를 이용하게 되는데, 그 시간은 필요에 따라 조절할 수 있을 것이다.
측정된 운전자의 심박수를 기초로 판단부(130)에서는 운전자의 상태를 "정상 상태", "흥분 상태", 그리고 "졸림 상태"로 구분하게 된다(S200). 20대 성인의 경우 대략적으로, 소정 시간 동안의 평균 심박수가 90 BPM 이상이면, 흥분상태, 60 BPM 이하면 졸림 상태, 그리고 위 기준 사이이면 정상상태로 분류할 수 있는데, 그 기준은 데이터가 축적되고, 새로운 연구 결과가 업데이트 됨에 따라 얼마든지 조정 가능한 수치이다.
정상상태로 판단될 경우에는 지속적으로 심박수를 측정하게 되고(S100), 정상상태가 아닌 경우, 즉 흥분상태이거나 졸림상태라고 판단될 경우에는 제어부(140)는 오디오부(160)를 통하여 교감신경을 자극하거나, 혹은 부교감신경을 자극할 수 있는 음악을 선택하여 플레이하게 함과 더불러, 디스플레이부(170)를 통하여 운전자가 자신의 상태를 인지할 수 있도록 판단부(130)에서 판단한 결과를 운전자에게 보여준다(S300).
이러한 1차적인 조치(음악 플레이/디스플레이 경고)가 취해진 뒤 소정 시간(대략 1~10분) 후 다시 심박수를 측정하게 되고(S400), 새롭게 측정된 심박수를 기초로 판단부(130)는 다시 운전자의 상태를 판단하게 된다(S500). 1차적인 조치에도 불구하고 여전히 운전자의 심박수가 정상상태로 돌아오지 못할 경우 2차적인 조치가 이루어지게 된다.
만일 운전자의 상태가 여전히 졸림상태라고 판단부(130)가 판단하게 되는 경우, 제어부(140)는 환기요소부(180)를 작동시켜 실내 공기를 환기시키게 되는데, 이는 외부공기유입을 위하여 공조시스템을 조작하는 것과 더불어, 차량의 창문 유리를 자동으로 내리는 것까지 포함하게 된다. 이러한 2차적인 조치가 취해진 이후에도 지속적으로 음악과 디스플레이 경고는 이루어지게 되고, 심박수 역시 지속적으로 측정된다. 그리고 심박측정결과가 정상상태로 되돌아온 것으로 판단부(130)가 판단하게 될 경우 오디오 작동/디스플레이 경고는 멈추게 된다.
그리고 1차적인 조치에도 불구하고 운전자의 상태가 여전히 흥분상태로 판단됨과 동시에, 운전자가 가속 패달을 소정 시간 이상 지속적으로 깊이 밟아 속력을 지속적으로 높이거나, 급가속을 할 경우라고 판단될 경우에는, 제어부(140)는 ECU(150)를 통하여 가속 패달의 작동에도 불구하고 속력이 높아지지 않도록 함으로써, 흥분상태의 운전으로 인하여 발생할 수 있는 사고나 보복운전 가능성을 사전에 막을 수 있다.
110: 심박 센서부 111: 브라켓
200: 운전대 110: 심박 센서부
120: 심박 데이터 처리부 130: 판단부
140: 제어부 150: ECU
160: 오디오부 170: 디스플레이부
180: 환기요소부

Claims (5)

  1. 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템에 관한 것으로서,
    운전자의 심박수를 측정하기 위한 심박 센서부(110);
    운전자의 심박수를 기초로 운전자의 상태를 정상 상태, 졸림 상태, 그리고 흥분 상태로 구분하는 판단부(130); 및
    상기 판단부(130)에서 판단한 운전자의 상태를 기초로, 운전자가 졸림 상태에 있거나 흥분 상태에 있을 경우 오디오부(160)를 통하여 음악을 플레이하도록 하며, 디스플레이부(170)를 통하여 판단부(130)가 판단한 운전자의 상태를 운전자에게 시각적으로 알리도록 제어하는 제어부(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 판단부(130)가 운전자의 상태가 졸림 상태라고 판단했을 경우, 상기 제어부(140)는 차량 내에 외부 공기를 대량으로 유입하는 환기요소부(180)를 작동시키는 것을 특징으로 하는, 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 환기요소부(180)는 차량의 창문을 자동으로 개방하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 판단부(1300가 운전자의 상태가 흥분 상태라고 판단함과 동시에, 운전자가 차량의 속력을 지속적으로 올리거나 급가속을 했을 경우, 상기 제어부(140)는 ECU(150)가 차량 엔진에 공급되는 연료와 공기의 양을 제한함으로써 가속 패달의 제어 여부와 상관 없이 일정 속력 이상으로 차량 속력이 높아지지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 심박 센서부(110)는 장착 브라켓(111)을 통하여 운전대에 설치되되, 상기 장착 브라켓(111)의 일단에 상기 심박 센서부(110)가 결합되고, 상기 장착 브라켓(111)의 타단에는 운전대의 형상과 대응되는 형상을 가지되 탄성을 가지는 그립부가 형성되어 있어서, 필요에 따라 운전대 상의 위치를 자유롭게 바꿀 수 있는 것을 특징으로 하는, 운전자의 심박수를 이용한 주행 안전 시스템.


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