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자율주행자동차의 DVI 관련 동향 및 이슈

페이지 정보

글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2016-09-26 20:23:57

본문

비(非) 자율주행자동차의 HMI

 

●HMI(Human Machine Interface)

 

HMI는 인간행동에 영향을 미치는 요소들을 파악하여 사물을 설계하고 인간생활에 적용하는 것을 의미하며 미국에서는 ‘Human Factor’, 유럽에서는 ‘Ergonomics’라고 표현된다. HMI는 넓은 의미로는 인체측정, 인체역학, 인간성능, 동작분석, 작업생리 등을 포함하고 있으며 산업 측면에서는 인간과 컴퓨터의 인터페이스를 의미하는 HCI(Human Computer Interface)와 인간과 자동차의 인터페이스를 의미하는 HVI(Human Vehicle Interface)로 구분할 수 있다.

 

●자동차의 HMI
자동차에 있어서 HMI는 운전자의 편의성 및 감성만족을 극대화하는 인간공학적 모든 기술을 의미한다. 특히 음성인식이나 스마트폰과 내비게이션을 연동하는 터치스크린부터 각종 조작장치와 운전자와의 모든 인터페이스를 포함한다. 인간공학이 고려된 자동차의 설계 예로는 각종 스위치 등 운전자 조작부 배치를 최적화하고 각종 정보 표시의 효율적 배치와 스티어링 휠 및 시트와 같이 운전자 및 탑승자의 몸에 닿는 모든 부품들의 최적설계 등을 들 수 있다.

 

●비(非) 자율주행자동차의 HMI
비(非) 자율주행자동차, 즉 지금까지의 자동차에서 HMI는 운전자의 안전성, 직관성, 편의성, 간결성 측면에서 인체공학적인 설계컨셉을 가지고 있었다. 예를 들어 전방주시력 향상을 위하여 내비게이션 화면을 계기판넬과 동등한 위치로 상향배치하여 운전자가 운전시 주의분산을 최소화시키거나 각종 조작 스위치들을 서로 연관된 기능끼리 통합 배치하고 눈에 잘 띄는 곳에 설치한 후 손쉬운 조작을 통해 편의성을 향상시켜왔다.

 

●연구동향

 

•STAMMI (Definition of Standard for the In-Vehicle MMI)
STAMMI는 1988년부터 1991년까지 수행된 프로젝트로서 자동차 내부의 MMI(Man-Machine Interface)에 대한 유럽 기준을 개발하는 것이 목표였다. 프랑스의 INRETS, 스페인의 MERIT, 영국의 Yard Ltd 및 Loughborough University of Technology, 독일의 TUV 등이 연구에 참여하였다. 이 연구의 주요내용은 우선 특정 시스템(의도된 기능의 정상 작동여부, 디자인의 사용성 여부 등)을 확인하기 위한 기준을 마련하는 것이고 차량내부정보시스템(In Vehicle Information System, IVIS)을 설계하고 평가하기 필요한 MMI 기준을 마련하는 것이다. 세부 아이템은 물리적 인터페이스, 인간-컴퓨터 상호작용, 정보표시, 시스템 장착 등이다.

 

•HOPES (Horizontal Project for the Evaluation of Safety)
HOPES는 1992년부터 1994년까지 수행되었으며 구현된 고급 교통 텔레매틱스의 안전성을 평가하고 통합하는 것이 목표였다. 스웨덴 국립도로청(Swedish National Road Administration, SNRA)을 포함하여 University of Lund (Sweden), ITS Leeds(UK), University of Munich(Germany), Traffic Research Centre, Groningen(Netherlands), Chalmers University of Technology(Sweden), University of Cork(UK), Technical Research Centre of FInland, SWOV(Netherlands), TUV Rheinland(Germany), INRETS(France) 등이 참여하여 MMI의 사용성과 교통 안전(실제 운전 시스템의 전체적인 안전 효과)에 대하여 연구하였다.

 

• HARDIE (Harmonization of ATT Roadside and Driver Information in Europe)
HARDIE는 첨단 텔레매틱스 교통(Advanced Telematics Transport)을 위한 인적 요인 가이드라인(Human Factor Guideline)을 제작하기 위하여 1992년부터 1994년까지 수행되었다. 참여기관들은 TRL(UK), INRETS(France), HUSAT(UK), SRC(UK), TUV-Rheinland(Germany), TØI(Norway) 등이며 시각과 청각에 대한 인적 요인 가이드라인을 제공하였다.

 

• HINT (Human Implications of New Technologies)
HINT는 1997년부터 1999까지 수행된 프로젝트로서 당시 향후 10년 이후에 나타날 수 있는 새로운 교통 지원 기술에 대하여 사람과 조직을 관리하는 유럽의 전략을 수립하고자 수행되었다. 참여기관으로는 University of Leeds(UK), VTT(Finland), ARISE(Sweden), British Aerospace(UK), University of Lund(Sweden), TNO Human Factors(NL), OCTAV(Hungary), University of Coimbra(Portugal) 등이 있으며 인적 요소와 관련된 기술 및 영향도를 조사하였고 체계적으로 관리하기 위한 전략을 수립하였다.

 

• HASTE (Human Machine Interface And the Safety of Traffic in Europe)
HASTE는 운전자의 작업부하와 관련된 IVIS의 안전 문제를 정량적으로 평가(객관적 수행도 기준개발, DVI 설계의 체크 리스트 방법 배제)하기 위한 프로세스를 개발하고자 2002년부터 2005년까지 수행되었다. 참여기관들은 University of Leeds(UK), TNO Human Factors(NL), University of Delft(NL), MIRA(UK), Volvo(Swe), VTI(Swe), VTT(Finland), University of Minho(Portugal), Transport Canada(CDN) 등이며 운전자 작업부하의 한계에 대하여 명시하였다. HASTE에서 수행한 세부 연구내용으로는 IVIS 사용 시 안전과 관련될 수 있는 교통 환경 시나리오 작성, 시나리오에 따른 작업부하와 위험도 조사, 주의분산이 상황인식 저하에 미치는 영향, 위험 또는 사고유발원인의 구체적 정의 등이다.

 

• AIDE (Adaptive Integrated Driver-vehicle InterfacE)
A IDE는 첨단운전자지원시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS) 및 IVIS와 스마트폰이나 태블릿 등 휴대용 기기에 의하여 발생하는 예상치 못한 정신부하 증가 및 행위로 인한 운전 위험 감소를 목표로 연구가 수행되었다. 주요 내용은 ADAS의 효율성을 극대화하여 안전 성능을 향상시키고 IVIS와 휴대용 기기로 인한 정신부하와 주의분산을 감소시켜서 안전을 유지하면서 새로운 IVIS 기술과 휴대용 기기의 혜택을 누리게 하는 것이다.

 

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●기술동향

 

<자동차 제작사>

 

• Volvo
Volvo는 스웨덴 국책교통연구소(VTI) 및 Chalmers 공과대학과 함께 자율주행자동차용 DVI를 개발하는 HATRIC 프로젝트를 2015년부터 2017년까지 수행중이며 이 프로젝트에서 Volvo는 운전자의 표정변화 인식, 시선추적 등이 가능한 모니터링 시스템을 개발할 계획이다.

 

• Daimler
Daimler는 ‘Modern Luxury’를 넉넉함, 우아함, 직관성으로 정의하고 직관적인 인터페이스를 제공하기 위한 연구를 수행중이다. 이를 위해 인진학자, 심리학자 등으로 구성된 고객연구센터를 운영하고 있으며 운전자의 행동 패턴이나 습관 등을 분석하고 있다. 이러한 연구를 바탕으로 Daimler는 운전자의 손 움직임을 인식하는 대쉬보드와 연계되어 작동되는 증강현실 헤드업 디스플레이(Augmented Reality Head Up Display, AR HUD)를 개발하였다. 또한 인공지능 기술을 적용하여 운전자가 대화하듯이 사용할 수 있는 음성인식 시스템을 개발 중에 있다.

 

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• Ford
Ford는 운전자의 표정이나 시선 움직임 등을 인지하여 행동을 예측하는 시스템을 개발하고 있다. 운전자가 직접 조작하기 전에 운전자가 미리 설정해 놓았거나 선호하는 기능을 선제적으로 제공하기 위하여 운전자의 심박수 및 체온 등 건강상태를 체크할 수 있는 시트와 스티어링 휠을 개발하고 있다. 또한 Intel 사와 공동으로 인포테인먼트 및 차량도난방 지시스템 등을 포괄한 범용 서비스를 개발 중에 있다. 예를 들면 표정 및 동작 인식을 기반으로 한 서비스를 주로 적용하여 운전자의 손짓으로 선루프를 제어하거나 도난 방지를 위하여 낯선 사람이 탑승하면 카메라가 낯선 사람의 사진을 운전자의 스마트폰으로 전달하는 등의 서비스가 개발될 예정이다.

 

• Toyota
Toyota는 운전자의 감성적인 측면에 초점을 맞춘 DVI를 개발하고 있다. 전면 카메라로 표정을 인지하여 운전자의 감정을 측정하는 기술을 개발하여 이를 자동차 제어권 전환시점을 결정하는데 활용할 계획이다. 또한 운전자의 감정에 따라 AR HUD의 색상을 변화시키거나 목적지를 추천하는 등의 기능도 제공할 예정이다. 특히 Toyota는 미국의 대학 및 연구소들과 함께 다양한 연구를 수행하고 있는데 MIT 대학과는 음성인식 시스템을, 스탠포드 대학과는 운전자의 뇌파 분석을 기반으로 DVI 시스템을 개발하고 있다.

 

<자동차 부품사>

 

• Continental

Continental은 2011년부터 독일의 Darmstadt 공대와 함께 3년동안 프로젝트를 진행한 결과 2014년 1월 총체적 연결기술(Holistic Connectivity)을 발표하였다. 이 기술은 자동차 내부에서 탑승자는 언제나 디지털 환경과 접속되며 자동차는 제동된 지능적 기술을 통해 상황을 이해하고 운전자와의 상호작용을 수행하게 된다. 특히 총체적 HMI(Human Machine Interface)는 이 기술의 핵심으로서 재설정이 가능한 비쥬얼 인터페이스 뿐만 아니라 자연스럽고 조정 가능한 음성 커뮤니케이션을 제공하는 대형 디스플레이를 사용하여 탑승자에게 다양한 정보와 편리함을 동시에 제공하는 차세대 커넥티드 서비스이다.

 

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• Denso
Denso는 2000년에 도쿄 IT 연구소에서 운전자에 대한 연구를 시작하였으며 ‘자동차 및 생활 전반 등 라이프 스타일의 변혁 실천’을 경영방침으로 정하고 운전자를 위한 첨단 기술 개발에 착수하여 2015년 4월 운전자의 안면인식기술을 양산 자동차로는 최초로 Hino 상용차에 적용하였다. Denso의 안면인식기술은 운전자의 얼굴 방향과 눈을 뜬 정로를 측정하여 전방주시태만이나 졸음운전으로 판단되면 경보를 울리는 시스템이다. 특히 Denso는 양산차 적용을 위해 근적외선 카메라와 ECU를 일체화함으로써 소형화 및 원가절감을 도모하였다. 현재 Denso는 자율주행자동차용 DVI에 대하여 운전자의 의도 추정 및 졸음 감지 등을 테마로 연구 중에 있다.

 


자율주행자동차의 HMI

 

●자율주행자동차의 HMI 개요

 

자율주행자동차에서의 HMI는 정보의 복잡성 및 다양성이 증가하고 자율주행으로 인한 자동차 공간의 주거공간화로 그 패러다임이 변화하게 된다. 따라서 기존의 단순조작이나 경고표시 차원의 HMI에서 보다 능동적인 판단 및 탑승자에게 즐거움을 제공하는 종합 엔터테인먼트로서 HMI의 설계컨셉이 변경되어야 한다. 자율주행자동차에서는 주의분산분석 및 신체상황인식 등을 통하여 운전자의 상태를 판단하고 운전자의 대응 가능여부에 따라 제어권 전환 방식을 조절하며 멀티모달 인터페이스 등 입출력의 유연성을 확대하는 방향으로 기술발전이 이루어질 것으로 예상되고 있다.

 

●자율주행자동차의 HMI 기술예측
미국 IHS 자료에 따르면 HMI 기술은 자율주행자동차의 기술레벨에 따라서 2000년도에 독립적인 버튼 및 노브에서 2005년에 햅틱기술을 거쳐 2015년 제스쳐 및 인지기술로 발전되었다가 2020년에는 증강현실(Augmented Reality) 및 눈 추적(Eye Tracking) 기술로 발전할 것으로 예측된다.

 

●자율주행자동차의 HMI 핵심연구내용 및 DVI
미국 Morgan Stanley 자료에 의하면 자율주행자동차의 HMI 기술은 향후 Infotainment 및 Entertainment로 발전할 것으로 예상하면서도 특히 자동차의 내부환경 및 긴급상황에 대한 주의 및 제어권 전환을 중요한 요소로 평가하고 있다. 그리고 ‘HMI’라는 용어는 자동차 뿐만 아니라 산업계 전반에 걸쳐서 다양하게 사용되고 있으며 넓은 범위를 포괄적으로 다루고 있기 때문에 미국 교통부 도로교통안전청(NHTSA)에서는 운전자와 자동차의 인터페이스를 의미하는 DVI(Driver Vehicle Interface)라는 용어를 적용하고 있다.

 

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이슈
자율주행자동차에서의 제어권 전환 핵심구간은 자율주행 중이던 자동차에서 운전자로 제어권이 이양되는 시점이기 때문에 DVI 안전성이 매우 중요하다. 따라서 기존의 비(非) 자율주행자동차의 HMI에 대한 연구방법과는 달리 자율주행자동차에서의 안전한 제어권 전환을 목표로 새로운 컨셉의 DVI에 대한 연구가 요구된다. 자율주행자동차의 제어권이 자동차에서 운전자에게 가장 효과적이고 안전하게 전환되는 시기와 방법 등의 절차가 수립될 필요가 있다.

 

자율주행자동차 DVI 안전성 관련 주요 연구내용으로는 운전자 상태 등 내부 환경과 도로 및 교통 등 외부 환경에 대한 정보의 종류와 시각, 청각, 촉각 및 복합적인 감각양식, 그리고 정보의 구조 및 인터페이스 등의 표현방법을 종합적으로 고려할 필요가 있다.

 

세부적인 내용으로는 가상주행시험장치(Virtual Reality, VR)를 시용하여 자원자 실험을 통해 운전자의 인지반응 특성을 분석한 후 제어권 전환에 적합한 시간을 먼저 산출하고, 산출된 시간을 바탕으로 운전자에게 얼마나 효과적으로 제어권을 전달시킬 것인지에 대한 전환 방법을 도출해야 한다.

 

마지막으로 이렇게 도출된 제어권 전환 시기 및 방법에 대한 전환 안전성(Transition Quality)을 검증하여 제어권 전환에 따른 위험도의 확인절차도 반드시 수반되어야 한다.

 

글 / 윤용원 (교통안전공단 자동차안전연구원)
출처 / 오토저널 16년 2월호 (http://www.ksae.org) 
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