자율주행 자동차 디자인에 무엇을 고려할까
디자인 톺아보기 (1)
IMID 2020, From HMI to HMIs: Towards an HMI Framework for Automated Driving , Klaus Bengler을 개인적인 공부를 위해 정리한 글로 원문과 내용상 차이가 있을 수 있습니다.
테슬라의 자율주행은 우리가 생각한 것처럼 완벽하지 않습니다. 운전대를 손에서 놓고 술을 먹거나 모든 것이 잘 작동할 것이라는 낙관적인 생각은 아직 위험합니다. 아직은 개념적인 수준이긴 하지만, 국제자동차기술자협회(SAE International)에서 자율주행 기술의 단계를 0~5단계로 6가지 수준으로 제시합니다. 0~2까지는 자율주행 기술이 운전을 돕지만 운전자가 차량 제어에 여전히 신경을 써야 하는 반면, 3~5단계 정도의 수준에서는 운전대를 놓고 있어도 거의 문제가 없습니다.
현대 자동차 그룹 아티클 제공자율 주행 중에는, 자율 주행차뿐 아니라 승객, 외부 도로의 상황, 그리고 보행자 간의 상호작용이 필요합니다. 이를 디자인적 접근으로 풀어내기 위해 다양한 유형의 HMI(Human Machine Interface)를 사용합니다. 예를 들어 자율주행차와 보행자 사이의 소통을 위해 차체에 LED 장치를 표시할 수 있습니다. 자율주행차와 그에 영향을 미치는 Infulicing Factor를 통해 HMI를 하나의 도식으로 이해할 수 있습니다. 이러한 프레임워크는 각 인터페이스 간의 역학관계를 이해하는데 도움을 줄 수 있으며 연구 및 산업에서 활용할 수 있습니다. 이를 그림으로 표현하면 아래와 같으며, 각각의 요소를 설명해보겠습니다.
Influencing Factors
시나리오, 그러니까 상황 단위에서 생각할 수 있는 무인자동차와 사람 간의 상호작용에 영향을 줄 수 있는 요인들을 Influencing Factors라고 합니다. 이는 크게 네 가지로 나누어 생각해볼 수 있습니다. 각각 Static Infrastructure, Dynamic Elements, Automation System, Addressees입니다.
<그림 1>Static Infrastructure
이것은 말 그대로 정적인 요소입니다. 특정 시나리오에서 시간이 흘러도 바뀌지 않는 것들을 말합니다. 예를 들면 도로의 유형(속도제한, 생김새)을 포함해 도로의 입구와 출구, 자율주행차의 센서와 승객을 위한 표지판을 말합니다. 특히 어린이 노약자를 포함해 취약한 도로 사용자(VRU, vulnerable road users)를 위한 요소들도 포함합니다. 위의 <그림 1>처럼 도시의 한 장면을 예시로 들어보자면, 2차선 도로, 자전거 도로, 횡단보도, 신호등, 표지판, 나무와 집을 예시로 들 수 있겠습니다.
<그림 2> 주차된 화물차 또한 dynamic element입니다. 왜냐하면 수 초 이내에 움직여 변수를 만들 수 있기 때문입니다.Dynamic Infrastructure
정적이지 않고 시간에 흐름에 따라 변하는 특성들을 말합니다. 따라서 자율주행의 상호작용 전략에 영향을 미칠 수 있습니다. 크게 두 가지로 나누어보자면 수 초 이내에 반응해야 할 high dynamic elements와 수 분에서 수 시간에 걸쳐 영향을 줄 수 있는 low dynamic elements입니다. 특히 속도, 가속, 위치와 같은 것은 high dynamic element, 날씨 및 조명과 같은 요소는 low dynamic elements라고 할 수 있습니다. 이러한 외부 요소는 외부 커뮤니케이션에 영향을 미칩니다. (아마 서리가 내린다면 자동차에서 빛을 쏴도 잘 안 보인다거나 하는 문제가 생기겠죠?) 이중 주차된 차량은 낮은 동적 요소지만, 언제든 움직일 수 있고 카메라 센서, 운전자로 하여금 시각적 제한 (visual constrictions)을 일으킬 수 있습니다
Automation System
자동화 단계가 높아질수록, (functional scope가 넓어질수록) 정통적인 시각에서의 운전자의 역할은 능동적인 조작자에서 수동적인 감시자(부분 자율운전), 나아가서 수동적인 passenger(높은 수준의 자율주행 상태에서)로 바뀌게 되며 특정 수준의 작동 도메인을 갖추게 됩니다(ODD, operational design domain). 다시 말해서, AV의 자동화 수준에 따라 승객에게 제공되는 정보의 양과 타입이 달라집니다. 자율주행 상태일 때는 기존의 인간이 제스처(손 흔들기, 째려보기) 같은 게 통하지 않고 새로운 AV의 HMI가 필요할지도 모릅니다.
Addressees
자율주행차의 커뮤니케이션에서 소통의 수신인은 하나의 Dynamic element입니다. 보통은 운전석에 앉은 승객(조작 가능한 영역이 많은)이 그 대상이 됩니다. 누구와 소통하냐에 따라서 적합한 인터페이스는 바뀌어야 합니다. 성격이나 젠더, 나이, 운전 경험, 운전 스타일, 단기적인 집중력이 커뮤니케이션 과정에 영향을 끼칠 것입니다.
HMI 유형들
Automation HMI (aHMI)
aHMI는 자율주행 수준에 따라 승객과 상호작용하는 차 내부의 조작 요소들을 말합니다. aHMI는 자율주행 수준에 따라 승객이 안전하고, 효율적이고, 불편함 없이 자동화 레벨을 조정할 수 있어야 합니다. 자동화 수준, 교통 상황, 승객 개인의 상황(피로도를 포함)을 다룹니다. 또한 크게 visual, auditory, and tactile elements로 나뉠 수 있습니다. 시각이 소리와 촉각에 비해 사용자가 반응이 느리기 때문에, 정보를 제공하기 위해서 시각정보를 활용하는 반면 경고를 위해서는 소리와 촉각을 많이 활용합니다. 이러한 정보들을 적재적소에 배치하는 것이 미래 aHMI 디자인의 핵심이 될 것이며, 사용자 개인에 최적화하는 것이 그 열쇠가 될 수 있습니다.
Vehicle HMI (vHMI)
aHMI와는 다르게 자동화 레퍼런스와 상관없는 차량 내부를 말합니다. 시각, 청각적으로 차량의 상태나 설정을 커뮤니케이션할 수 있습니다. 엔진 오작동이나 연료의 양 같은 것을 시각적으로 보여주거나 에어컨 조작을 콘솔에 띄울 수도 있습니다. 제스처나 음성 조작은 vHMI를 작동하게 하기도 합니다. 일부 vHMI는 법적으로 요구될 수 있으며 최소한도가 존재합니다.
Infotainment HMI (iHMI)
자동화 단계가 3~5 정도 되면 승객은 운전대를 손에서 놓아도 됩니다.(NDRA) iHMI는 라디오와 전화 기능을 넘어서 NDRA를 유지하면서 동시에 안전을 지키는 역할을 합니다. 운전 조작이 필요 없을 때 승객들은 서로 떠들거나, 음악을 듣거나, 전화를 하고 또한 주변 환경을 둘러보거나, 비디오와 태블릿을 조작하고 핸드폰을 하고 싶어 합니다. 쉽게 말하면 운전 중에, 안전하게 딴짓을 할 수 있도록 해야 합니다. 시각적 NDRA는 차량 내부뿐 아니라 태블릿과 스마트폰을 통해서도 이뤄질 수 있어야 합니다. iHMI는 aHMI의 역할과 상충되는 부분이 있을 수 있습니다. (아마도 차량 운전에서 운전자 운전으로 바뀌는 모드에 자연스럽고 안전하게 컨트롤을 돌려줘야 하기 때문인 듯합니다). 아직 모바일 디바이스는 차량의 HMI로 간주받지는 못했으며 이는 앞으로 연구자들이 알아나가야 할 역할입니다.
External HMI (eHMI)
차량 외부에 설치된 인터페이스, 조작부를 말합니다. 이를 통해 차량과 보행자 사이의 편안하고 안전한 소통을 하려는 노력이 현재 많이 이뤄지고 있습니다. 때로는 보행자가 길을 건너는 시간을 단축시켜주기도 합니다. Rettenmaier et al(2020) 연구진에 의해 자율주행차와 직접 운전하는 차 사이에 병목 현상에 대해 다뤄지기도 했습니다. 시각적인 부분 말고 다른 요소가 활용되기도 합니다. 청각에 의해서는, 전기자동차는 너무 조용하기 때문에 일부로 소음을 만들기도 합니다.
Dynamic HMI (dHMI)
차량의 역학(Vehicle Dynamic)이 기능적인 형태 외에도 보행자와 비언어적 의사소통에 영향을 고려해야 한다는 점에서 dHMI는 자율주행차가 의도적이든 의도적이지 않든 승객과 도로의 보행자와 주고받는 의사소통을 말합니다. 그러니까 차량 외부, 그리고 내부에서 표시하는 정보와 운전자, 보행자와 주고받는 모든 신호를 일컬어 말하는 것입니다. 차량의 역학은 속도나, 새시의 제어, 방향, 가속도와 같은 정보를 포함하고 이를 dHMI를 통해 운전자, 보행자에게 이해시키는 일은 중요합니다.
전통적인 방식으로 우리는 이미 이런 상황에 익숙해져 있습니다. 뒤에 오는 차량이 속도를 내기 위해 경적을 울리는 방식으로 자신의 의도를 전달하거나 혹은 차체의 속도를 늦춤으로써 보행자가 길을 건너도록 배려하기도 하죠. 혹은 손을 흔들거나 창문을 열고 직접 언성을 높이는(?) 방식의 커뮤니케이션도 존재합니다. 이러한 방식으로 소통하는데 익숙해진 보행자는 운전자가 주의를 기울이고 있지 않은 자율주행차와 무인자동차 앞에서 당혹스러울 수 있습니다. 앞으로의 자율주행차는 안전하고, 오해하지 않는 정확한 방식으로 자신의 움직임을 보행자와 주변에 알려야 할 의무가 있습니다. 제대로 설계된 dHMI는 복잡한 도로 상황의 커뮤니케이션을 수행하면서 보행자의 안전을 보장하면서 동시에 매끄러운 주행을 도울 것입니다.
HMI 자율주행 인터페이스에 디자인에 고려할 요소
앞선 요소들을 활용하여, 자율 주행 차량의 인터페이스들이 환경과 영향을 통해 디자인에 고려해야 할 것은 4가지가 있습니다.
첫 번째, 내부 디스플레이 정보에 대한 선택 문제(Concurrence for Space in the Interior)입니다. 자율 주행 자동차가 어느 정도 레벨에 따라 주행을 하고 있는지에 따라 디스플레이에 정보를 표시하는 전략이 달라져야 합니다. 예를 들어, 완전 자율주행으로 차가 움직이는 경우 에어컨이나 조명 조작, 혹은 오디오 및 영화 콘텐츠가 디스플레이에 주로 표기되고 운전에 관한 정보는 상대적으로 덜 강조됩니다. 반대로, 운전자가 직접 운전하고 있는 상황에서는 내비게이션이나 운전 조작에 관한 기능에 직접적으로 바로 접근할 수 있어야 합니다. 이는 정보를 표시할 수 있는 영역의 한계 때문으로, 자율 주행 시스템의 특징에 따라 한정된 인테리어를 어떻게 활용할지 고려해야 합니다.
두 번째, 타당성에 관한 문제(Feasibiltiy)입니다. 예를 들어, 차량의 도로의 방해물 때문에 더 이상 전진할 수 없을 경우 eHMI는 차량 외부의 정보를 수집하거나 상호작용함으로써 문제를 해결할 수 있으며, dMHI의 기능을 대체할 수 있습니다.
세 번째, 일관성(Consistency)입니다. 자율주행 자동차가 갖춘 aHMI, iHMI, vHMI, eHMI 사이의 전체적인 시스템 통합이 필요하고 그 일관성이 유지되어야 합니다. 차량 인터페이스가 지시하는 바나 표기하는 정보가 서로 모순되지 않도록 주의해야 합니다.
네 번째, 각 인터페이스 간의 시간적 호응 문제( Chronological Coordination and Timing)입니다. 서로 다른 HMI 유형은 정보를 받아들이고 표시하는 순서를 합의해야 할 수도 있습니다. 외부의 변화를 eHMI가 받아들이고, 그것을 다른 인터페이스에 표시한다거나 하는 식으로 말입니다.
