진화하는 자동차와의 소통법

쾌적성 및 머신 인터페이스 관련 연구 활발

글│ 한 상 민 기자_ han@autoelectronics.co.kr
2017년 09월호 지면기사



운전자가 운전 중 방해를 받지 않고 최대한 효과적이고 효율적인 방법으로 자동차와 상호작용할 수 있도록 지원해야 하는 HMI는 안전성과 직관성, 간결성이 최우선으로 고려된다. HMI 분야에서 음성인식, 제스처 인식, 터치 기술 등 새로운 개념의 인터페이스가 주목받는 이유다. 밸류넥스가 자동차의 인테리어 및 HMI 관련 약 8000건의 학술 문헌을 통해 그 R&D 동향을 분석했다. 그 내용을 소개한다.

 


자동차에 거센 혁신의 바람이 불고 있다. 자동차가 발명된 이래 가장 강력한 혁신의 바람이다. 전동화와 커넥티드 카를 넘어서, 이제 자동차는 사람의 손을 벗어나려 한다.

이러한 변화는 오랫동안 운전자에게 익숙한 인테리어와 인터페이스에도 많은 영향을 미치고 있다. 자동차 인테리어는 디자인적인 요소가 많지만, 요즘엔 기술적인 관점에서 활발하게 연구가 이뤄지고 있다. 이와 관련, 정보 분석 서비스를 제공하는 일본 밸류넥스가 네덜란드 엘스비어 출판사의 학술문헌 데이터베이스 스코퍼스(Scopus)를 이용해 아주 흥미로운 분석 결과를 내놨다.
 

분석 대상은 2001년 이후 2016년까지 영어로 발표된 문헌과 학술논문으로, 해당 논문 건수는 대략 8000건에 이른다. 자동차의 인테리어 관련 논문은 2001년 한 해 이미 200건 이상 발표된 것으로 집계됐다. 이후 가파르게 증가하다가 2011년경부터 증가세가 주춤하는 양상이다.
 

국가별로는 미국이 압도적으로 많고, 이어 독일, 중국, 일본, 영국, 프랑스, 한국 순으로 나타났다. 최근의 논문 발표 추이를 보면, 중국이 그 수를 급격히 늘리고 있으며 한국과 영국도 높게 나타나고 있다. 기업별에서는 포드가 2001년 이후 127건으로 가장 많은 논문을 발표했다. 이어 뮌헨 공대 111건, GM 90건, 차머즈 공대 90건, 센트럴 플로리다 대학교 77건 순으로 나타났다.


밸류넥스는 자동차 인테리어 관련 연구를 전체적으로 보기 위해 수집된 학술문헌의 클러스터 분석을 실시했다. 클러스터 분석 결과(그림 1), 제스처 인식 인터페이스와 시뮬레이터를 이용한 뇌의 시각처리 패턴 등에 관한 연구가 포함된 HMI 관련 연구가 수평축 위쪽에 집중됐다.


HMI와 근접해 있는 연구 영역에는 운전 조작(driving tasks) 및 운전자의 주의력과 관련된 연구(driver attentiveness), 운전자보조 및 충돌방지, 핸들 파지(steering wheel grips)에 관한 연구 등이 관찰된다. 수평축 아래쪽에는 차내 환경에 관한 연구가 집중돼 있으며, 특히 차내 소음/음질과 공조(air conditioning) 관련 연구가 주로 눈에 띈다. 그 외에 차량 내 유기성휘발물질(Volatile Organic Compound, VOC) 및 입자상 물질(particulates) 등에 관한 연구와 진동에 관한 연구, 쾌적성(comfort) 디자인에 관한 연구가 주를 이룬다.


우측 하단에는 주로 내장재에 관한 연구가 집중돼 있다. 예를 들어 기계적 강도 향상을 목적으로 하는 복합재료와 직물·편물, 열경화성수지 등이다. 또한 관련해 충돌로 인한 장애에 관한 연구도 확인된다.


자동차의 인테리어 관련 연구 추이를 보면, 2000년대 초반에는 주로 차내 소음(noise) 및 음향(acoustics)에 관한 연구가 많았다. 그러나 2000년대 후반에는 HMI를 중심으로 한 인터페이스 관련 연구가 활발하다. 2009년부터는 ADAS와 조향(steering)에 관련된 연구가 늘고 있다. 또한 소음과 공조 등 차량내 환경 요인에 관한 논문 발표는 계속되고 있으며, 쾌적성과 인터페이스 측면에서도 연구가 진행되고 있다.


밸류넥스는 자동차의 인테리어 관련 연구 영역 중, 지속적으로 연구가 이뤄지고 있는 소음 및 음향 영역에서 질적인 차이를 밝히기 위해, 2012년 이전과 그 이후의 키워드 출현 빈도를 조사했다. 그 결과, 해당 영역에서 전기차(electric vehicle)와 NVH(Noise, Vibration, Harshness), ANC(Active Noise Control) 등의 키워드가 2013년 이후 급격히 올라가고, 전동화와 쾌적한 실내 공간에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있음을 확인했다.


마찬가지로, 공조 영역의 키워드 변화를 확인한 결과, 연비(fuel consumption)와 전기차(electric vehicle), 태양 복사(solar radiation) 등의 키워드가 높은 순위를 차지했으며, 파워트레인의 변화에 대한 대응뿐 아니라 공조에 의한 에너지 소비의 억제에 관한 연구가 이뤄지고 있는 것으로 확인됐다.


밸류넥스는 HMI 영역의 키워드 변화에도 주목했다. 최근엔 제스처 인식(gesture recognition), 모바일 기기(mobile device), GUI(graphical user interface) 등의 키워드가 상승하고 있는 것으로 확인됐다.



주요 자동차 제조업체의 연구 영역


자동차 인테리어 관련 발표 논문 수에서는 포드와 GM이 각각 1, 2위를 차지했다. 이어 볼보, 피아트, 현대자동차, 르노, 다임러, 폭스바겐의 순으로 뒤를 이었다. 그 다음은 푸조, 닛산, 혼다, 토요타, 아우디의 순이다.

자동차 제조업체의 연구 영역에서는 재료 분야 연구가 적고, 소음 및 공조 등 쾌적성 관련 연구가 증가하고 있는 점이 특징이다. 또한 머신 인터페이스에 관한 연구도 활발하다.
 

자동차 제조업체 중 가장 많은 논문을 발표한 포드는 소음과 음질에 관련된 영역과 충돌로 인한 장애에 관련된 연구에 집중돼 있다. GM은 포드와 마찬가지로 소음 및 음질에 관련된 영역과 공조 관련 논문이 많다. 그 외에 조향에 관련한 연구를 활발하게 하고 있다. 

 

포드, GM과 달리, 볼보는 주로 HMI와 충돌 경고에 관한 연구에 집중하고 있다. HMI 연구에서는 피아트, BMW, 로버트 보쉬 등과의 공동 논문을 다수 볼 수 있다. HMI 영역에서는 Adaptive integrated driver-vehicle interface(AIDE) 등의 키워드를 확인할 수 있는데, 이것은 EU 제6차 프레임워크 프로그램(FP6)의 프로젝트로, 여러 기업과 연구기관으로 구성된 첨단운전자보조시스템(ADAS)의 연구개발을 목표로 한 것이다.


자동차의 혁신과 연구개발


밸류넥스는 자동차에서 일어나는 변화와 인테리어 사이의 관계를 명확히 하기 위해 ▶Electric Vehicle ▶Infotainment/Entertainment ▶Augment/Virtual Reality ▶Autonomous Vehicle/Drive에 주목했다. 그림 2는 각 키워드를 포함하고 있는 논문 수 추이를 보여준다.
 

이 키워드들은 증가 일로에 있지만, 특히 자율주행차는 2013년 이후 빠르게 증가하고 있다. 전기차는 이보다 이른 2009년경부터 논문 수가 증가하기 시작했다. 인포테인먼트/엔터테인먼트와 AR/VR은 논문 건수가 서서히 증가하는 추세다.
 

전기차의 인테리어와 관련해서는 공조 및 소음 등의 쾌적성에 관한 연구가 많다. 소음 관련 연구에서는 사운드 설계(sound design)와 인테리어 소음(interior noise) 등이 언급되고 있다. 이는 전동화(EV)에 따른 정숙성 향상에 대응하기 위한 차량 외부의 사운드 설계의 필요성과, 소음 및 진동 기여도에 관한 연구이다. 또한 공조에 관련된 연구에서는 주행 거리(drive range)와 전력(electric power) 등의 키워드를 동시에 확인할 수 있다.


자동차와 통신기술의 융합은 차내에서 정보량 증가로 이어지고 있다. 이와 관련된 논문은, 특히 HMI 연구 영역에 집중돼 있다. 그 외에 운전 조작 및 주의력, 운전자보조 등의 연구 영역을 확인할 수 있다. HMI와 함께 확인되는 키워드는 모바일 기기(mobile device)와 운전자 부주의(driver distraction)이다. 또한 제스처를 이용한 상호작용(interaction), 모바일 기기의 확산에 따른 새로운 차내 조작, 미래의 정보 시스템 검토, 차내에 새로운 기능의 추가로 인한 운전자의 주의산만을 피하기 위한 가이드라인 등이 연구되고 있는 것으로 나타났다.


증강현실(AR)과 가상현실(VR)에 관련된 연구는 HMI 관련 영역과 함께 HMI와 쾌적성이 만나는 영역에 많이 등장한다. 이 연구에서 볼 수 있는 주요 키워드는 HMI, 가상 오브젝트(virtual object), 어셈블리 등이다. 구체적인 연구로는, 예컨대 자동차 AR 헤드업 디스플레이와 이를 이용한 정보의 복합화 등, 정보의 다양화에 따른 대응과 그 평가에 관한 것이다. 또한 AR/VR을 이용한 디자인 개발과 시뮬레이터 등 설계 및 개발 시 응용에 관한 연구가 눈에 띈다.


자율주행에 관한 연구는 HMI와 운전자보조 등의 영역에 집중돼 있다. 주요 키워드로는 HMI와 운전 조작(drive task), 상황 인식(situation awareness) 등이 있다. HMI에 관해서는 자율주행 차량의 HMI 설계(자동에서 수동으로 전환할 때의 단계를 포함) 및 자율주행 중 운전자에게 주행 상황 알림 등의 연구가 이뤄지고 있다. 특히 자율주행 중 청각적 유저 인터페이스(Auditory User Interface, AUI)의 역할이 증대하고 있는 가운데, 청각적 표시장치(auditory display)의 효과 등에 관한 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 또한 인간 운전자가 없는 경우, 보행자와 자전거가 얼마나 자율주행 차량과 상호작용해야 하는지 등의 문제에 대한 검토 사례도 있다. 완전한 자율주행이 실현되기 전에는 운전자가 언제든지 제어권을 인계받을 준비가 돼 있어야 하기 때문이다.


지금까지 살펴본 바와 같이, HMI에 관한 연구는 차량 내 소음 및 음질, 공조에 관한 연구와 함께 꾸준히 증가하고 있다. 이러한 자동차 인테리어 관련 연구는 주로 미국과 유럽의 자동차 제조업체들이 주도하고 있다.


전기차의 경우에는 소음 및 공조 등 자동차의 쾌적성과 관련된 연구가 많은 것으로 나타났다. 이는 전동화에 의한 음원의 변화, 폐열의 감소와 공조의 전력 소비 등 내연기관의 역할이 축소됨에 따른 과제해결과 밀접한 관계가 있다. 커넥티드화 및 AR/VR은 어떻게 많은 양의 정보를 운전자에게 효율적으로 제공할 것인가가 하나의 과제가 되고 있다. 자율주행과 관련해서는 자율주행 중 운전자에게 경고 및 운전상황을 어떻게 전달할 것인가가 연구되고 있다.


자동차의 혁신을 지원하는 인테리어 와 HMI는 향후 자동차 제조업체들의 중요한 세일즈 포인트가 될 것으로 예상된다. AE

※ 본문에 제시된 그림은 PDF 파일에서 확인하여 주시기 바랍니다.
 

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