[경영기술정보] 200907월호(통권 219호)
박세환
한국과학기술정보연구원 전문연구위원
1. 기술요약
이 기술은 운전자의 졸음운전으로 인해 자신의 차가 전/후/측면 방향의 물체와 충돌 위험이 검출되는 경우 경보신호를 발생시켜 교통사고 예방을 목적으로 하는 졸음방지 시스템에 관한 것이다.
졸음운전 방지시스템은 자신의 차가 차량 전/후/측면 방향의 물체와 충돌 위험이 검출되는 경우 부저를 이용하여 경보를 발생하는 PCS(Pre-Crash Safety)․ECU(Electronic Control Unit), 평상시보다 선행하는 경보모드를 형성하는 경보제어 ECU, 운전자의 눈의 상태를 감시하는 모니터 카메라, 모니터 ECU로 구성된다.
경보제어 ECU는 운전자가 눈을 감고 있는 시간(d)이 일정 시간(dTh) 이상이 되는 경우 경보모드를 형성하여 일정 시간(dTh)보다 작아질 때까지 경보모드를 유지한다.
졸음운전 방지를 위한 기술 구성 및 경보신호 발생 원리는 다음과 같다.
· 차량의 운전속도를 검출하는 자신의 차속 검출장치
· 전/후/측면 방향 차량의 운전속도를 검출하는 상대 차량 차속 검출장치
· 자신의 차량과 앞 차량과의 차간거리를 검출하는 차간거리 검출장치
· 앞차와의 차간거리를 판단하여 앞차의 상대속도에 따라 운전자에게 경보신호를 발생하는 경보 발생장치
· 운전자의 졸음운전을 검출하는 운전상태 검출장치
· 졸음운전이 검출될 때 자신의 차량 속도를 강제적으로 낮게 보정하여 평상시보다 충분히 먼저 경보를 발생하는 경보신호 발생장치
2. 졸음운전 방지를 위한 경보시스템의 하드웨어 구성
졸음운전 방지를 위한 경보시스템의 주요 구성을 나타내는 시스템 구성도를 <그림 1>에 나타낸다.
졸음운전 방지시스템은 경보제어 ECU(110), 모니터 ECU(210), 모니터 카메라(212), PCS․ECU(230), 부저(240)로 구성된다.
경보제어 ECU(110)와 모니터 ECU(210)는 프로세서(CPU), 실행 프로그램, 데이터 저장장치(ROM, RAM), 타이머, 카운터로 구성되며 입/출력 인터페이스를 통해 통신기능을 수행한다.
경보제어 ECU(110)는 데이터버스를 통해 모니터 ECU(210)에 접속되고, 모니터 ECU(210)는 모니터 카메라(212)에 접속된다.
경보제어 ECU(110)는 CAN(Control Area Network)의 데이터버스를 통해 다음 장치와 병렬로 유무선 접속된다.
· PCS․ECU(230)에 접속되고, PCS․ECU(230)는 레이더센서(280) 및 부저(240)에 접속된다.
· 차량의 브레이크 ECU(250)에 접속될 수도 있으며, 브레이크 ECU(250)는 브레이크 액추에이터(260) 및 차륜센서(270)에 접속된다.
레이더센서(280)는 프런트 그릴이나 프런트 범퍼에 다수개가 장착되어 자신 차량의 전/후/측면 방향 물체를 감시하는 기능을 수행한다.
· 검출파장을 방사하여 검출영역 내의 물체에서 반사되는 검출파장을 수신하여 자신의 차와 물체와의 거리, 물체의 방향 등을 검출한다.
· 레이더센서(280)의 검출파장은 광파(1~10㎜파), 음파 및 초음파를 이용하며 레이더센서(280) 대신 화상센서를 이용할 수도 있다.
PCS․ECU(230)는 레이더 센서(280)로부터 일정 주기마다 제공되는 차량 전/후/측면 방향 물체의 위치정보에 근거하여 자신의 차와 충돌 위험을 검출한다. 세부 프로세스는 다음과 같다.
· 전/후/측면 방향 물체와 자신의 차와의 차간 시간을 계산하여 일정 시간(dTh) 이하가 되면 충돌 위험을 검출한다.
· 차간 시간이란 전/후/측면 방향 물체와 현시점으로부터 충돌 예측시점까지의 시간으로써 다음 식으로 계산된다(전/후/측면 방향 물체와
자신의 차와의 차간 거리 ÷ 자신의 차와 전/후/측면 방향 물체와의 상대속도).
· 일정 시간(dTh)이란 충돌 예측 시점보다 충분히 먼저 경보신호 발생 가능성이 높은 시간범위 내에 설정된다. 평소에는 디폴트 값이 T0로 설정되어 있다.
· T0 설정상태는 충돌 불가피 상태가 검출되는 시점에서 브레이크 ECU(250)에 의해 강제로 급제동하여 충돌을 피할 수 있음을 의미한다.
PCS․ECU(230)는 전/후/측면 방향 물체와 자신의 차와의 충돌 위험을 검출하면 부저(240)를 이용하여 다음과 같은 방법으로 충돌 위험 경보신호를 발생한다.
· 충돌 위험 경보를 음성으로 발생한다.
· 시트 혹은 스티어링 핸들을 진동하거나 열적 자극을 주어 경보를 발생한다.
· 에어컨 송풍구로 급격히 다량의 바람을 송풍하여 경보를 발생한다.
· 운전자를 향하여 강한 빛을 조사하여 경보를 발생한다.
· 위험이 최대로 달했을 때는 브레이크 ECU(250)를 강제로 구동시켜 경보를 발생한다.
모니터ECU(210)는 다음 기능을 수행한다.
· 컬러 또는 적외선 감응 CCD 센서 어레이로 구성된다.
· 운전자의 전면을 포착 가능하도록 차량의 적절한 위치(패널의 계기판, 스티어링 칼럼, 룸 밀러 등)에 설치된다.
· 차량 주행 중에 실시간으로 운전자의 얼굴부의 화상을 획득하여 30fps(frame/second)의 스트림 형식으로 모니터 ECU(210)에 전송한다.
· 모니터 카메라(212)로부터 수시로 입력되는 운전자의 얼굴화상을 화상처리 하여 운전자 눈꺼풀의 벌어짐에 따라 운전자의 눈이 감기고 있는지를 검출한다.
· 운전자의 눈이 감기고 있다고 판단하는 주기마다 이를 표현하는 눈 감음 트리거 신호를 경보제어 ECU(110)에 전송한다.
경보제어ECU(110)는 다음 기능을 수행한다.
· 모니터ECU(210)로부터 수시로 입력되는 트리거 신호에 근거하여 운전자의 눈감음 시간 d[sec]를 실시간으로 계산한다.
· 눈 감음 트리거 신호가 입력되면 눈 감음 카운터 값(c)을 초기치 0에서 증분해가면서 운전자의 눈감음 시간 d[sec]를 계산한다.
· 계산된 운전자의 눈감음 시간 d[sec]가 일정 시간(dTh) 이상이 되는 경우 PCS․ECU(230)에 의해 충돌 위험이 검출될 수 있도록 평소 디폴트 값 (T0)가 증가된다.
PCS․ECU(230)는 충돌 위험 경보신호를 경보제어ECU(110)에 전송함으로써 충돌 위험 경보신호의 출력상태(on/off)를 파악한다.
경보모드가 형성된 경우라도 PCS․ECU(230)에 의해 충돌 위험 상태가 검출되지 않으면 충돌 위험 경보신호가 발생되는 일은 없다.
PCS․ECU(230)에 의해 충돌 위험 상태가 검출되어 경보신호가 발생되기까지 운전자는 충돌 위험을 피하기 위한 적절한 조작을 행할 수 있는 시간적인 여유를 가질 수 있다.
<그림 1> 졸음운전 방지를 위한 경보시스템의 구성도
3. 경보시스템의 동작원리
경보제어 ECU(그림 1의 110)의 구체적인 동작과정을 나타내는 플로차트를 <그림 2>에 나타낸다. 이 처리과정은 차량의 시동 스위치가 on된 후부터 off 되기까지 일정 주기[모니터 ECU(그림 1의 210]의 판정주기△T)마다 반복하여 실행된다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 모든 플래그(on 세트 플래그, 리셋플래그, 상태 플래그)를 초기화한다(step 10).
· on 세트 플래그가 off로 세트된다.
· 리셋 플래그가 on으로 세트된다.
· 상태 플래그가 “평상시 모드”로 세트된다.
· 눈 감음 카운터 값(c)을 0으로 초기화한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 운전자 모니터 ECU(그림 1의 210)로부터 눈 감음 트리거의 입력 유무를 체크하여 최근의 운전자의 눈 감음상태 정보를 획득한다(step 12).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 운전자 모니터 ECU(그림 1의 210)로부터 눈 감음 트리거 신호가 입력되면 운전자의 눈 감음시간 d[sec] 및 최장 눈 감음시간<눈 감음시간 주기 0(i)~d(i)> ld[sec]를 계산한다(step 14).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 모니터 ECU(그림 1의 210)로부터 눈감음 트리거 신호가 입력되지 않으면 운전자의 눈감음 시간 d[sec]를 0으로 초기화한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 (step 14)에서 계산된 <눈 감음시간 주기0(i)~d(i)>가 일정 시간(dTh)을 넘었는지, 아닌지를 판단한다(step 16).
· <눈 감음시간 주기 0(i)~d(i)>가 일정 시간(dTh)을 넘은 경우에는 (step 18)을 실행한다.
· 그렇지 않으면 (step 20)을 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 on 세트 플래그를 on으로 세트하고 (step 22)를 실행한다(step 18).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 on 세트 플래그를 off로 세트하고 (step 22)를 실행한다(step 20).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 (step 14)에서 계산된 값을 판단한다(step 22).
· 주기(0i)의 운전자의 최장 눈 감음시간 ld[sec]가 일정 시간 이상인 경우에는 (step 26)을 실행한다.
· 주기(0i)의 운전자의 최장 눈 감음시간 ld[sec]가 일정 시간 이하인 경우에는 (step 24)를 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 리셋 플래그를 on으로 세트하고 (step 28)을 실행한다.(step 24)
경보제어ECU(그림 1의 110)는 리셋 플래그를 off으로 세트하고 (step 28)을 실행한다(step 26).
경보제어ECU(그림 1의 110)는 상태 플래그의 값을 판단한다(step 28).
· 주기(0i)의 상태 플래그가 “평상시 모드”인 경우 (step 30)과 (step32)를 실행한다.
· 주기(0i)의 상태 플래그가 “비 평상시 모드”인 경우 (step 36)과 (step 38)을 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 on 세트 플래그가 on 상태이고, 리셋플래그가 off 상태인지를 판단한다(Step 32).
· 위의 조건 모두를 충족하는 경우에는 (step 34)를 실행한다.
· 위의 조건 모두를 충족하지 않는 경우에는 (step 12)를 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 상태 플래그를 “평상시 모드”로 세트하고, 일정 시간(dTh)을 디폴트 값 (T0)으로 설정하여 PCS․ECU(그림 1의 230)를 “평상시 모드”로 세트한다(step 34).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 리셋 플래그가 on이고, on 세트 플래그가 off 상태인지를 판단한다(step 38).
· 위의 조건 모두를 충족하는 경우에는 (step 40)를 실행한다.
· 위의 조건 모두를 충족하지 않는 경우에는 (step 12)를 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 상태 플래그를 “비 평상시 모드”로 세트한다(Step 40).
이로 인해 일정 시간(dTh)이 디폴트 값(T0) 보다 큰 (T1) 값으로 설정되어 PCS․ECU(그림 1의 230)는 경보발생 이전의 “비 평상시 모드”로 동작한다.
<그림 2> 경보제어ECU의 동작과정
4. 결언 및 적용분야
이 기술은 운전자의 졸음운전으로 인해 차량 충돌 위험 발생 시 경보신호를 발생하여 교통사고 예방을 목적으로 하는 졸음방지 시스템에 관한 것이다.
자신의 차량 전/후/측면 방향 물체와 충돌 위험이 검출되는 경우 경보신호의 발생 타이밍이 평소보다 충분히 먼저 발생할 수 있도록 모니터 카메라 및 모니터 ECU 등을 이용하여 전자적으로 정밀한 제어가 행해지는 특징이 있다.
졸음운전 방지를 위한 하드웨어 구성을 보면, 자신 차속 및 전/후/측면 방향 차량의 차속 검출장치, 차간거리 검출장치 등 범용의 센서를 이용하여 구현할 수 있는 점이 상용화의 가치가 있다.
경보신호 발생 원리를 보면, 앞차와의 차간거리 및 운전자의 졸음운전 상태를 검출하여 운전자에게 경보를 발생하는 동작원리와, 졸음운전 검출 시 자신의 차량 속도를 강제적으로 낮게 보정하여 경보신호의 출력 타이밍을 평상시보다 충분히 먼저 경보신호를 발생하는 동작이 기술적 가치가 있다.
미국의 조사에 의하면, 자동차 사고의 원인을 분석한 결과 80% 이상이 졸음운전을 포함한 전/후/측면 방향 주시 태만에서 발생된 것으로 나타나 최근 안전운전을 위한 보조장치 개발의 필요성이 증대되고 있다. 미래 u-Safety 유망기술로 부각되고 있는 이 기술은 다음과 같은 기술 분야에 적용할 수 있다.
· 차량 위험상태 모니터링 시스템기술
· 야간 장애물 등 감지 시스템기술
· 액티브 헤드라이트 시스템기술
· 정지/출발 시 오동작 방지기술
· 전/후/측면 방향 경보신호 발생 시스템기술
· 차선 이탈 경보신호 발생 시스템기술
출처 : TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, “ANTI-DROWSING DEVICE AND ANTI-DROWSING METHOD”, WO2008090451, pp.1~51
◁전문가 제언▷
○ 졸음운전 방지시스템(DWS)은 운전상태의 변동을 검출하고 운전자의 긴장 저하를 추정하여 경보신호를 발생하거나, 운전자의 졸음상태를 감지하고 운전 불가능 상태까지 되었을 때는 자동차를 자동적으로 정지시키는 교통사고 예방 시스템으로 부각되고 있는 신기술 분야이다.
○ 이 기술의 졸음운전 방지를 위한 하드웨어 구성 및 경보신호 발생 원리는 비교적 정밀하게 설계되어 있다. 부가적으로 심장박동 센서를 이용하여 운전자의 졸음운전 상태를 감지하거나, 결정적인 위험 발생 시핸들 조향각 센서를 이용하여 차량의 주행방향을 강제적으로 바꾸어 전/후/측면 방향 물체와 충돌을 방지할 수 있는 보다 안전하고 정밀한 기술 개선이 요구된다.
○ 이 기술의 국외 개발사례는 독일 지멘스에서 개발한 졸음운전 방지 기술이 있다. 이는 카메라와 자외선으로 운전자의 눈꺼풀의 움직임을 감지하여 졸음상태로 판단하여 경보신호를 발생하는 차량 안전장치이다.
○ 국내에서는 광대역 휴대인터넷(WiBro, HSDPA 등)을 이용해 운전자의 졸음운전을 예방하는 기술이 개발된 바 있다. 이는 적외선 카메라를 이용하여 시선, 눈, 얼굴, 머리의 상태 등을 종합적으로 판단하여 얼굴인식 단말기를 통해 운전자의 졸음상태를 포착하는 기술이다. 또한 안구활동 신호를 BP(역전파 알고리즘)를 이용하여 졸음상태 검지 시 운전자에게 음성경고를 발생하는 기술도 개발된 바 있다. 이는 모두 운전자의 졸음 상태만을 감지하는 기술이지만 차속 검출장치, 차간거리 검출장치 등 센서 기술을 부가한다면 상용화를 기대할 수 있다.
○ 영상처리 기술 등을 적용하여 자동차의 안전운전에 기여할 수 있는 텔레매틱스 시스템 장착이 향후 10년 후 신차의 60% 이상이 될 것으로 예상된다. 점차 지능화되고 있는 이 분야의 세계시장 선점을 위한 핵심기술 개발이 절실한 상황이다.
<자료출처: www.reseat.re.kr>
1. 기술요약
이 기술은 운전자의 졸음운전으로 인해 자신의 차가 전/후/측면 방향의 물체와 충돌 위험이 검출되는 경우 경보신호를 발생시켜 교통사고 예방을 목적으로 하는 졸음방지 시스템에 관한 것이다.
졸음운전 방지시스템은 자신의 차가 차량 전/후/측면 방향의 물체와 충돌 위험이 검출되는 경우 부저를 이용하여 경보를 발생하는 PCS(Pre-Crash Safety)․ECU(Electronic Control Unit), 평상시보다 선행하는 경보모드를 형성하는 경보제어 ECU, 운전자의 눈의 상태를 감시하는 모니터 카메라, 모니터 ECU로 구성된다.
경보제어 ECU는 운전자가 눈을 감고 있는 시간(d)이 일정 시간(dTh) 이상이 되는 경우 경보모드를 형성하여 일정 시간(dTh)보다 작아질 때까지 경보모드를 유지한다.
졸음운전 방지를 위한 기술 구성 및 경보신호 발생 원리는 다음과 같다.
· 차량의 운전속도를 검출하는 자신의 차속 검출장치
· 전/후/측면 방향 차량의 운전속도를 검출하는 상대 차량 차속 검출장치
· 자신의 차량과 앞 차량과의 차간거리를 검출하는 차간거리 검출장치
· 앞차와의 차간거리를 판단하여 앞차의 상대속도에 따라 운전자에게 경보신호를 발생하는 경보 발생장치
· 운전자의 졸음운전을 검출하는 운전상태 검출장치
· 졸음운전이 검출될 때 자신의 차량 속도를 강제적으로 낮게 보정하여 평상시보다 충분히 먼저 경보를 발생하는 경보신호 발생장치
2. 졸음운전 방지를 위한 경보시스템의 하드웨어 구성
졸음운전 방지를 위한 경보시스템의 주요 구성을 나타내는 시스템 구성도를 <그림 1>에 나타낸다.
졸음운전 방지시스템은 경보제어 ECU(110), 모니터 ECU(210), 모니터 카메라(212), PCS․ECU(230), 부저(240)로 구성된다.
경보제어 ECU(110)와 모니터 ECU(210)는 프로세서(CPU), 실행 프로그램, 데이터 저장장치(ROM, RAM), 타이머, 카운터로 구성되며 입/출력 인터페이스를 통해 통신기능을 수행한다.
경보제어 ECU(110)는 데이터버스를 통해 모니터 ECU(210)에 접속되고, 모니터 ECU(210)는 모니터 카메라(212)에 접속된다.
경보제어 ECU(110)는 CAN(Control Area Network)의 데이터버스를 통해 다음 장치와 병렬로 유무선 접속된다.
· PCS․ECU(230)에 접속되고, PCS․ECU(230)는 레이더센서(280) 및 부저(240)에 접속된다.
· 차량의 브레이크 ECU(250)에 접속될 수도 있으며, 브레이크 ECU(250)는 브레이크 액추에이터(260) 및 차륜센서(270)에 접속된다.
레이더센서(280)는 프런트 그릴이나 프런트 범퍼에 다수개가 장착되어 자신 차량의 전/후/측면 방향 물체를 감시하는 기능을 수행한다.
· 검출파장을 방사하여 검출영역 내의 물체에서 반사되는 검출파장을 수신하여 자신의 차와 물체와의 거리, 물체의 방향 등을 검출한다.
· 레이더센서(280)의 검출파장은 광파(1~10㎜파), 음파 및 초음파를 이용하며 레이더센서(280) 대신 화상센서를 이용할 수도 있다.
PCS․ECU(230)는 레이더 센서(280)로부터 일정 주기마다 제공되는 차량 전/후/측면 방향 물체의 위치정보에 근거하여 자신의 차와 충돌 위험을 검출한다. 세부 프로세스는 다음과 같다.
· 전/후/측면 방향 물체와 자신의 차와의 차간 시간을 계산하여 일정 시간(dTh) 이하가 되면 충돌 위험을 검출한다.
· 차간 시간이란 전/후/측면 방향 물체와 현시점으로부터 충돌 예측시점까지의 시간으로써 다음 식으로 계산된다(전/후/측면 방향 물체와
자신의 차와의 차간 거리 ÷ 자신의 차와 전/후/측면 방향 물체와의 상대속도).
· 일정 시간(dTh)이란 충돌 예측 시점보다 충분히 먼저 경보신호 발생 가능성이 높은 시간범위 내에 설정된다. 평소에는 디폴트 값이 T0로 설정되어 있다.
· T0 설정상태는 충돌 불가피 상태가 검출되는 시점에서 브레이크 ECU(250)에 의해 강제로 급제동하여 충돌을 피할 수 있음을 의미한다.
PCS․ECU(230)는 전/후/측면 방향 물체와 자신의 차와의 충돌 위험을 검출하면 부저(240)를 이용하여 다음과 같은 방법으로 충돌 위험 경보신호를 발생한다.
· 충돌 위험 경보를 음성으로 발생한다.
· 시트 혹은 스티어링 핸들을 진동하거나 열적 자극을 주어 경보를 발생한다.
· 에어컨 송풍구로 급격히 다량의 바람을 송풍하여 경보를 발생한다.
· 운전자를 향하여 강한 빛을 조사하여 경보를 발생한다.
· 위험이 최대로 달했을 때는 브레이크 ECU(250)를 강제로 구동시켜 경보를 발생한다.
모니터ECU(210)는 다음 기능을 수행한다.
· 컬러 또는 적외선 감응 CCD 센서 어레이로 구성된다.
· 운전자의 전면을 포착 가능하도록 차량의 적절한 위치(패널의 계기판, 스티어링 칼럼, 룸 밀러 등)에 설치된다.
· 차량 주행 중에 실시간으로 운전자의 얼굴부의 화상을 획득하여 30fps(frame/second)의 스트림 형식으로 모니터 ECU(210)에 전송한다.
· 모니터 카메라(212)로부터 수시로 입력되는 운전자의 얼굴화상을 화상처리 하여 운전자 눈꺼풀의 벌어짐에 따라 운전자의 눈이 감기고 있는지를 검출한다.
· 운전자의 눈이 감기고 있다고 판단하는 주기마다 이를 표현하는 눈 감음 트리거 신호를 경보제어 ECU(110)에 전송한다.
경보제어ECU(110)는 다음 기능을 수행한다.
· 모니터ECU(210)로부터 수시로 입력되는 트리거 신호에 근거하여 운전자의 눈감음 시간 d[sec]를 실시간으로 계산한다.
· 눈 감음 트리거 신호가 입력되면 눈 감음 카운터 값(c)을 초기치 0에서 증분해가면서 운전자의 눈감음 시간 d[sec]를 계산한다.
· 계산된 운전자의 눈감음 시간 d[sec]가 일정 시간(dTh) 이상이 되는 경우 PCS․ECU(230)에 의해 충돌 위험이 검출될 수 있도록 평소 디폴트 값 (T0)가 증가된다.
PCS․ECU(230)는 충돌 위험 경보신호를 경보제어ECU(110)에 전송함으로써 충돌 위험 경보신호의 출력상태(on/off)를 파악한다.
경보모드가 형성된 경우라도 PCS․ECU(230)에 의해 충돌 위험 상태가 검출되지 않으면 충돌 위험 경보신호가 발생되는 일은 없다.
PCS․ECU(230)에 의해 충돌 위험 상태가 검출되어 경보신호가 발생되기까지 운전자는 충돌 위험을 피하기 위한 적절한 조작을 행할 수 있는 시간적인 여유를 가질 수 있다.
<그림 1> 졸음운전 방지를 위한 경보시스템의 구성도
3. 경보시스템의 동작원리
경보제어 ECU(그림 1의 110)의 구체적인 동작과정을 나타내는 플로차트를 <그림 2>에 나타낸다. 이 처리과정은 차량의 시동 스위치가 on된 후부터 off 되기까지 일정 주기[모니터 ECU(그림 1의 210]의 판정주기△T)마다 반복하여 실행된다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 모든 플래그(on 세트 플래그, 리셋플래그, 상태 플래그)를 초기화한다(step 10).
· on 세트 플래그가 off로 세트된다.
· 리셋 플래그가 on으로 세트된다.
· 상태 플래그가 “평상시 모드”로 세트된다.
· 눈 감음 카운터 값(c)을 0으로 초기화한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 운전자 모니터 ECU(그림 1의 210)로부터 눈 감음 트리거의 입력 유무를 체크하여 최근의 운전자의 눈 감음상태 정보를 획득한다(step 12).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 운전자 모니터 ECU(그림 1의 210)로부터 눈 감음 트리거 신호가 입력되면 운전자의 눈 감음시간 d[sec] 및 최장 눈 감음시간<눈 감음시간 주기 0(i)~d(i)> ld[sec]를 계산한다(step 14).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 모니터 ECU(그림 1의 210)로부터 눈감음 트리거 신호가 입력되지 않으면 운전자의 눈감음 시간 d[sec]를 0으로 초기화한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 (step 14)에서 계산된 <눈 감음시간 주기0(i)~d(i)>가 일정 시간(dTh)을 넘었는지, 아닌지를 판단한다(step 16).
· <눈 감음시간 주기 0(i)~d(i)>가 일정 시간(dTh)을 넘은 경우에는 (step 18)을 실행한다.
· 그렇지 않으면 (step 20)을 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 on 세트 플래그를 on으로 세트하고 (step 22)를 실행한다(step 18).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 on 세트 플래그를 off로 세트하고 (step 22)를 실행한다(step 20).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 (step 14)에서 계산된 값을 판단한다(step 22).
· 주기(0i)의 운전자의 최장 눈 감음시간 ld[sec]가 일정 시간 이상인 경우에는 (step 26)을 실행한다.
· 주기(0i)의 운전자의 최장 눈 감음시간 ld[sec]가 일정 시간 이하인 경우에는 (step 24)를 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 리셋 플래그를 on으로 세트하고 (step 28)을 실행한다.(step 24)
경보제어ECU(그림 1의 110)는 리셋 플래그를 off으로 세트하고 (step 28)을 실행한다(step 26).
경보제어ECU(그림 1의 110)는 상태 플래그의 값을 판단한다(step 28).
· 주기(0i)의 상태 플래그가 “평상시 모드”인 경우 (step 30)과 (step32)를 실행한다.
· 주기(0i)의 상태 플래그가 “비 평상시 모드”인 경우 (step 36)과 (step 38)을 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 on 세트 플래그가 on 상태이고, 리셋플래그가 off 상태인지를 판단한다(Step 32).
· 위의 조건 모두를 충족하는 경우에는 (step 34)를 실행한다.
· 위의 조건 모두를 충족하지 않는 경우에는 (step 12)를 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 상태 플래그를 “평상시 모드”로 세트하고, 일정 시간(dTh)을 디폴트 값 (T0)으로 설정하여 PCS․ECU(그림 1의 230)를 “평상시 모드”로 세트한다(step 34).
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 리셋 플래그가 on이고, on 세트 플래그가 off 상태인지를 판단한다(step 38).
· 위의 조건 모두를 충족하는 경우에는 (step 40)를 실행한다.
· 위의 조건 모두를 충족하지 않는 경우에는 (step 12)를 실행한다.
경보제어 ECU(그림 1의 110)는 상태 플래그를 “비 평상시 모드”로 세트한다(Step 40).
이로 인해 일정 시간(dTh)이 디폴트 값(T0) 보다 큰 (T1) 값으로 설정되어 PCS․ECU(그림 1의 230)는 경보발생 이전의 “비 평상시 모드”로 동작한다.
<그림 2> 경보제어ECU의 동작과정
4. 결언 및 적용분야
이 기술은 운전자의 졸음운전으로 인해 차량 충돌 위험 발생 시 경보신호를 발생하여 교통사고 예방을 목적으로 하는 졸음방지 시스템에 관한 것이다.
자신의 차량 전/후/측면 방향 물체와 충돌 위험이 검출되는 경우 경보신호의 발생 타이밍이 평소보다 충분히 먼저 발생할 수 있도록 모니터 카메라 및 모니터 ECU 등을 이용하여 전자적으로 정밀한 제어가 행해지는 특징이 있다.
졸음운전 방지를 위한 하드웨어 구성을 보면, 자신 차속 및 전/후/측면 방향 차량의 차속 검출장치, 차간거리 검출장치 등 범용의 센서를 이용하여 구현할 수 있는 점이 상용화의 가치가 있다.
경보신호 발생 원리를 보면, 앞차와의 차간거리 및 운전자의 졸음운전 상태를 검출하여 운전자에게 경보를 발생하는 동작원리와, 졸음운전 검출 시 자신의 차량 속도를 강제적으로 낮게 보정하여 경보신호의 출력 타이밍을 평상시보다 충분히 먼저 경보신호를 발생하는 동작이 기술적 가치가 있다.
미국의 조사에 의하면, 자동차 사고의 원인을 분석한 결과 80% 이상이 졸음운전을 포함한 전/후/측면 방향 주시 태만에서 발생된 것으로 나타나 최근 안전운전을 위한 보조장치 개발의 필요성이 증대되고 있다. 미래 u-Safety 유망기술로 부각되고 있는 이 기술은 다음과 같은 기술 분야에 적용할 수 있다.
· 차량 위험상태 모니터링 시스템기술
· 야간 장애물 등 감지 시스템기술
· 액티브 헤드라이트 시스템기술
· 정지/출발 시 오동작 방지기술
· 전/후/측면 방향 경보신호 발생 시스템기술
· 차선 이탈 경보신호 발생 시스템기술
출처 : TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA, “ANTI-DROWSING DEVICE AND ANTI-DROWSING METHOD”, WO2008090451, pp.1~51
◁전문가 제언▷
○ 졸음운전 방지시스템(DWS)은 운전상태의 변동을 검출하고 운전자의 긴장 저하를 추정하여 경보신호를 발생하거나, 운전자의 졸음상태를 감지하고 운전 불가능 상태까지 되었을 때는 자동차를 자동적으로 정지시키는 교통사고 예방 시스템으로 부각되고 있는 신기술 분야이다.
○ 이 기술의 졸음운전 방지를 위한 하드웨어 구성 및 경보신호 발생 원리는 비교적 정밀하게 설계되어 있다. 부가적으로 심장박동 센서를 이용하여 운전자의 졸음운전 상태를 감지하거나, 결정적인 위험 발생 시핸들 조향각 센서를 이용하여 차량의 주행방향을 강제적으로 바꾸어 전/후/측면 방향 물체와 충돌을 방지할 수 있는 보다 안전하고 정밀한 기술 개선이 요구된다.
○ 이 기술의 국외 개발사례는 독일 지멘스에서 개발한 졸음운전 방지 기술이 있다. 이는 카메라와 자외선으로 운전자의 눈꺼풀의 움직임을 감지하여 졸음상태로 판단하여 경보신호를 발생하는 차량 안전장치이다.
○ 국내에서는 광대역 휴대인터넷(WiBro, HSDPA 등)을 이용해 운전자의 졸음운전을 예방하는 기술이 개발된 바 있다. 이는 적외선 카메라를 이용하여 시선, 눈, 얼굴, 머리의 상태 등을 종합적으로 판단하여 얼굴인식 단말기를 통해 운전자의 졸음상태를 포착하는 기술이다. 또한 안구활동 신호를 BP(역전파 알고리즘)를 이용하여 졸음상태 검지 시 운전자에게 음성경고를 발생하는 기술도 개발된 바 있다. 이는 모두 운전자의 졸음 상태만을 감지하는 기술이지만 차속 검출장치, 차간거리 검출장치 등 센서 기술을 부가한다면 상용화를 기대할 수 있다.
○ 영상처리 기술 등을 적용하여 자동차의 안전운전에 기여할 수 있는 텔레매틱스 시스템 장착이 향후 10년 후 신차의 60% 이상이 될 것으로 예상된다. 점차 지능화되고 있는 이 분야의 세계시장 선점을 위한 핵심기술 개발이 절실한 상황이다.
<자료출처: www.reseat.re.kr>
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