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[오토저널] 자동차용 햅틱 기술 동향

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2018-05-08 22:44:27

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일상생활에서 차량 운전자가 운행중 전·후방 및 측방을 주시하면서도 동시에 차량 내부의 내비게이션, 오디오, 에어컨 등을 조작하거나, 핸들을 조작하면서 스마트폰 통화를 하는 모습은 흔하게 발견할 수 있다. 대부분의 운전자가 운전 중 다수의 정보에 동시다발적으로 반응하고 조작하는 것이 사고 위험을 높인다는 것을 인식하고 있으면서도 어쩔 수 없이 또는 무의식적으로 겪게 되는 모습이다. 한편, 최근에는 졸음운전에 의한 교통사고도 사회 문제로 크게 부각되면서, 운전자의 졸음을 방지하고 주의력을 집중할 수 있도록 돕거나 운전자에게 위험 상황을 미리 감지하여 알려주는 기능에 대한 필요성이 높아지고 있다.

 

현재, 대부분의 글로벌 완성차 및 부품 업체들은 위와 같은 운전자 상황을 고려하여 조작 편의성과 안전성을 높인 HMI(Human Machine Interface) 시스템이나 졸음운전 등 위험 상황 등을 운전자에게 적절히 알려주는 첨단운전자지원시스템(Advanced Driver Assistance System : ADAS)과 같은 다양한 솔루션을 제공하고 있으며, 특히 운전자에 대한 차량의 피드백을 통해 더욱 지능적이고 양방향 소통 가능한 시스템 개발에도 박차를 가하고 있다.

 

일반적으로 햅틱 또는 햅틱 피드백 기술이라고 하면 사용자에게 압력, 진동 등의 촉각을 제공하는 기술을 말하는데, 이러한 햅틱 기술을 이용하면 촉각을 통해 정보를 전달할 수 있기 때문에, 차량 운전자가 기존의 시각 또는 청각 위주의 정보에 대한 집중을 유지하면서도 추가적인 정보를 받아들이기 쉽고, 나아가 촉각을 이용하여 더 직관적이고 명료하게 기기를 조작할 수 있다. 이에, 현재 햅틱 기술은 기존에 주로 적용되고 있던 스마트폰 및 가전, 의료, 군사 및 게임 분야 외에도 최근 급속도로 발전하고 있는, 운전자의 안전과 편의를 위한 HMI, ADAS 등 다양한 차량용 시스템에 그 적용이 가속화되고 있으며, <표 1>에서와 같이 관련 글로벌 시장 규모도 2017년 13.6백만 달러에서 2022년 36.6백만 달러로 성장할 것으로 예상되고 있다.

 

햅틱 기술에 있어서 기본적인 촉각 신호는 햅틱 액추에이터라는 부품을 통해서 발생되는데, 현재 햅틱 액추에이터 시장의 거의 대부분은 편심모터와 선형공진모터가 차지하고 있다. 초기에는 편심모터가 주로 사용되다가 느린 응답속도와 진동 제어 관점에서의 한계로 인해 이미 스마트폰 등에서는 선형공진모터로 거의 대체되고 있는 추세이다.

 

한편, 편심모터 등의 모터류에서 벗어나 다양한 소재와 구조, 원리를 이용한 햅틱 액추에이터에 대한 개발도 활발히 진행되고 있는데, 압전 계열 또는 전기활성폴리머 계열의 액추에이터, 정전기적 액추에이터 등이 그것이며, 이들은 응답 속도가 빠르고 얇으며 세밀한 진동감을 제공하는 등의 장점을 내세우며 아직 미미하나 시장을 공략하고 있다. 이러한 신기능 햅틱 액추에이터 측면에서 최근 국내 스타트업 기업에서 개발되고 있는 스마트 자성소재를 기반으로 햅틱 액추에이터가 단순한 진동감이 아닌 보다 실제적인 촉각을 제공할 수 있다는 점에서 눈여겨 볼만하다.❶

 

이러한 햅틱 액추에이터가 소프트웨어를 통해 제어되도록 구성된 햅틱 장치는 최근 자동차의 다양한 시스템으로 확대 적용되고 있는데, 우선 서두에 언급된 ADAS 관련, <그림 1>에서와 같은 카시트에 햅틱 장치가 적용된 예를 들 수 있다.

 

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위험을 감지했을 때, 경보를 단순히 소리를 통해 청각으로만 알려주는 것이 아니라, 카시트에 내장된 햅틱 장치를 통해 진동을 이용한 촉각으로 운전자에게 알람을 전달할 수 있으며, 나아가 방향 및 추가 정보까지도 제공할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 위험의 유형 및 방향 등에 따라 진동 또는 촉감의 패턴이나 세기 등을 다르게 한다거나 혹은 카시트의 여러 부위에 장착된 액추에이터가 위험 방향에 따라서 각각 작동하게 함으로써 운전자로 하여금 위험에 대해 더욱 정확히 파악하고 빠르게 대비할 수 있도록 도와줄 수 있다. 또한, <그림 2>에서와 같이 스티어링 휠에 햅틱 장치가 적용되기도 하는데, 차선 이탈 등의 상황에서 운전자에게 진동을 통해 알람을 전달할 수 있다.

 

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그 밖에, HMI 시스템에서 각종 버튼들과 차량의 인포테인먼트 조작용 컨트롤러 등에도 햅틱 피드백 기술이 적용되면, 운전자가 보지 않고도 햅틱 피드백 기능을 통해 기기를 직관적으로 조작할 수 있으므로, 운전자에게 새로운 운전 환경을 제공하고 동시에 전방 주시 소홀로 인한 사고를 미리 예방할 수 있다.

 

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글로벌 자동차 부품 업체들은 센터페시아의 디스플레이에 햅틱 액추에이터가 장착된 햅틱 패드백 시스템을 구성함으로써 사용자가 디스플레이를 조작할 때 터치감, 질감 또는 실제 버튼을 누르는 촉감을 느낄 수 있도록 하는 등 햅틱 피드백 기술을 활발히 적용하고 있는데, <그림 3>에서와 같은 경우, 터치패널의 센서를 통해 사용자가 조작하는 위치, 힘 등의 정보를 감지하고 이를 다시 액추에이터를 통해 신호에 맞게 사용자의 손가락에 전달한다. 이를 통해 사용자가 전방에서 눈을 떼지 않고도 패널을 조작할 수 있어 사고를 예방하는데 도움을 줄 수 있다.

 

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가장 최신기술로서 금년 CES 2017에서 발표된 Haptic Feedback Gesture Control이 있는데, 본 기술은 터치패널을 직접적으로 눌러서 조작하는 것이 아니라 내장된 카메라를 통해 사용자의 손동작을 인식하고 디스플레이와 손가락 사이의 공기를 진동시켜서 사용자에게 햅틱 피드백을 주는 터치리스 인터페이스 기술이다. 영국 스타트업의 기술이 적용된 새로운 센터페시아 조작 장치라고 할 수 있다.

 

나아가, 햅틱 기술은 능동형/지능형 가속페달 시스템에 적용되기도 하는데 운전자에게 페달 조작 정보를 진동을 통해 알려줌으로써 연료 효율 향상과 운전자 편의를 도모하고 있다. 즉, 가속페달을 밟고 있다가 적정 수준의 속도에 이르면 페달의 피드백을 통해 운전자가 페달에서 발을 떼도록 유도하고, 또한 급가속/감속에 대한 정보도 주어 주행 안정성을 향상시킬 수 있도록 해준다.

 

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최근에 뜨거운 자율주행 자동차에서도 탑승자에게 위험 경보를 알려주기 위한 기술로 햅틱 피드백 기술이 대두되고 있다. 자율주행 자동차는 자동차가 스스로 운전하기 때문에 탑승자는 운전 상황을 제대로 인지하지 않게 되고 위험에 매우 취약한 상태가 되며, 따라서 자칫하면 큰 사고로 이어 질 수 있게 된다. 이런 상황에서 햅틱 피드백 기술을 통해 촉각으로 탑승자에게 위험 상황을 알려주고 이에 따라 탑승자가 적절히 조치를 취할 수 있게 할 수 있다.

 

이렇듯 자동차 분야에서 햅틱 기술은 차량의 안전 운행 및 인포테인먼트 등과 관련되어 운전자와 차량 간 커뮤니케이션을 촉각으로 지원함으로써, 운전자에게 안전, 편안함, 그리고 즐거움을 제공하는 유용한 기술이라고 할 수 있다. 최근 국내에서도 현대자동차가 한국햅틱스연구회와 공동으로 자동차 햅틱 기술이란 주제로 공모전을 개최하는 등 그 관심도가 높아지고 있는 만큼, 향후 국내 자동차용 햅틱 기술의 급격한 발전을 기대해 본다. 

 

글 / 김형준 (씨케이머티어리얼즈랩)
출처 / 오토저널 17년 12월호 (http://www.ksae.org) 
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