자동차 HMI 디자인 요소가 사용의도에 미치는 영향 분석 : 지각적 인지 매개효과를 중심으로 = Cognition-analysis of the influence of automotive HMI design elements on usage intention : focusing on the mediating effect of perceptual cognition

국문 초록 (Abstract)

현대 생활은 새로운 시대적 요구를 직면하고 있다. 이러한 산업화사회는 제4차 산업혁명의 핵심 동력 중 하나인 심층적인 모빌리티 혁명의 한가운데에 서 있으며, 지능형 연결 차량(Intelligent Connected Vehicles, 이하 ICV)은 이러한 패러다임 전환의 중심 매개체로 부상하였다. ICV의 진화 방향은 더 이상 단순한 기계적 주행 성능의 우수성에 머물지 않고, 차량의 지능화(Intelligence), 연결성(Connectivity), 그리고 궁극적으로 인간에게 제공되는 경험의 질을 극대화하는 곳으로 무게 중점이 이동하고 있다. 이러한 거대한 흐름 속에서 자동차 인간-기계 인터페이스(Human-Machine Interface, 이하 HMI)는 운전자 및 승객이라는 사용자와 차량이라는 복잡한 디지털 생태계를 이어주는 가장 중요한 접점이자 허브로서 그 전략적 중요성이 날로 드러나고 있다. 현대의 HMI는 단순한 기능 명령의 전달 채널을 넘어, 사용자가 차량과 교류하는 과정에서 정보를 인지하고, 정서적 유대감을 형성하며, 상황에 맞는 최적의 의사결정을 내리도록 지원하는 종합적인 상호작용의 장(場)으로 진화하였다. 따라서 HMI의 설계 품질은 사용자가 ICV가 지닌 핵심 가치를 얼마나 긍정적으로 인지하고, 궁극적으로 이를 수용하여 지속적으로 사용하려는 행동 의도에 직접적인 영향을 미치는 결정적 요소가 되었다. 특히, 자율주행 기술이 SAE J3016 기준으로 레벨 2에서 레벨 3 이상을 단계적으로 고도화됨에 따라, 운전자의 역할이 '능동적 제어자'에서 '시스템 감독자' 및 '승차 체험자'로 전환되고 있으며, 이는 HMI 설계에 있어 안전성이라는 절대적 전제로 방대한 정보를 효과적으로 전달하고, 동시에 직관적이고 효율적이며 개인화된 쾌적한 경험을 제공해야 한다는 중차대한 과제를 제시하였다. 매킨지 글로벌 연구소(2023)의 실증 연구에서 HMI에서 비롯된 사용자 경험(User Experience, UX)이 안전성, 주행 가능 거리에 이어 소비자의 차량 구매 결정을 좌우하는 3대 핵심 요인으로 부상한 사실은, HMI가 단순한 기술 인터페이스를 넘어 제조사의 브랜드 충성도와 시장 경쟁력을 규정하는 핵심 요소임을 방증한다.
그러나 현재 자동차 HMI에 관한 학문적 연구와 실무적 개발 현황을 자세히 검토해 보면, 이론과 실천 사이에 현저한 '인식-실행 간극(cognition-practice gap)'이 존재함을 알 수 있다. 한편으로 학계에서는 HMI의 사용자 경험에 영향을 미치는 다양한 설계 요소들, 즉 시각적 표현, 상호작용 논리, 정보 구조 등에 대한 다수의 연구가 진행됐다. 그러나 이러한 연구들은 대체로 특정 단일 요소에 집중하는 경향이 강하여, 예를 들어 색채 심리학이 주의 환기 효과에 미치는 영향이나 특정 아이콘 레이아웃이 메뉴 탐색 시간에 미치는 효과 등과 같이 분절화된 접근을 취함으로써, 다수의 설계 요소가 복합적으로 상호작용하며 사용자에게 미치는 총체적 영향과 그 내재된 작동 메커니즘에 대한 체계적이고 통합적인 분석이 상대적으로 부재한 실정이다. 다른 한편으로, 기존 연구의 상당수는 작업 완료 시간이나 오류 발생률과 같은 사용성(Usability)의 기초적 수준에 평가 초점을 맞추고 있어, HMI와의 상호작용 과정에서 발생하는 사용자의 심층적 인지 부하, 정서적 반응(즐거움, 혼란, 신뢰 등), 그리고 그러한 심리적 요인이 궁극적인 행동 의도(Behavioral Intention)로 발전하는 메커니즘을 충분히 규명하지 못하고 있다. 이러한 연구의 편향은 본질적으로 HMI 설계 요소와 사용자의 심리적 기대 및 가치 판단 과정 간의 구조적 불균형을 반영한다고 할 수 있다.
이러한 틈을 해소하기 위한 핵심 단서는 사용자의 HMI에 대한 가치 평가가 단순한 기능적 판단이 아닌 복합적인 '교환(Trade-off)'의 과정이라는 데 있다. 즉, 사용자는 HMI를 통해 얻을 수 있는 지각된 혜택(Perceived Benefits, PB)—주행 효율성의 향상, 주변 상황에 대한 인식력 강화, 쾌락적 만족감, 사회적 이미지 제고 등—과 이를 위해 기꺼이 감수해야 할 지각된 희생(Perceived Sacrifices, PS)—학습에 걸리는 시간과 노력, 주의력 분산으로 인한 안전 위험, 조작의 복잡성, 개인정보 유출에 대한 우려 등—을 무의식적으로 저울질하며 그 가치를 종합 판단한다. Zeithaml(1988)의 인지된 가치 이론(Perceived Value Theory)이 명확히 지적하듯, 최종적인 행동 의사결정의 실질적 동인은 바로 이러한 이익과 희생 간의 비선형적 상호작용을 통해 형성된 '인지된 가치'이다. 이처럼 가치 교환에 기반한 인지 과정은 구체적인 HMI의 설계 특성과 사용자의 최종 수용 및 지속적 사용 의도(Usage Intention, UI)를 연결하는 핵심 매개 메커니즘으로 작동할 가능성이 매우 높다. 이와 더불어 Davis(1989)의 기술수용모델(Technology Acceptance Model, TAM)과 Venkatesh 외(2003)의 통합기술수용모델(Unified Theory of Acceptance and Use of Technology, UTAUT)에서 사용 의도(UI)가 기술 수용을 예측하는 가장 직접적이고 강력한 선행 변수임이 실증적으로 입증된 바 있다.
그런데도 HMI를 구성하는 핵심 설계 요소들—본 연구에서는 조작성, 연관성 설계, 레이아웃, 톤 앤 매너, 상호작용을 중심으로—이 어떻게 사용자의 '지각된 혜택(PB)'과 '지각된 희생(PS)'이라는 두 차원의 심리적 구성 개념을 각기 다르게 자극하고, 궁극적으로 행동 의도에 영향을 미치는 동태적 인과 메커니즘에 대해서는 기존 문헌이 충분히 심층적이며 통합적인 이론적 설명과 실증적 검증을 제공하지 못하고 있는 것이 현실이다. 이러한 이론적 공백은 HMI 설계 실무 현장에 직접적인 어려움으로 작용한다. 설계자 및 의사결정자들은 종종 경험적 직관이나 미학적 취향에 의존할 수밖에 없어, 사용자의 가치 인식 체계를 과학적으로 예측 및 관리할 수 있는 견고한 이론적 틀의 부재로 인해, 기술적으로는 매우 진보했으나 사용자에게는 혼란을 주거나 과도한 인지 부하를 유발하여 오히려 안전성을 저해하는 HMI 시스템이 탄생하는 모순이 발생하기도 한다. 특히 레벨 3 이상의 조건적 자율주행 환경에서 시각, 청각, 촉각 등 다중 감각 채널을 통합하는 인터페이스를 설계할 때 발생할 수 있는 사용자의 인지적 갈등(Cognitive Conflict)을 최소화하기 위한 체계적인 설계 전략 마련이 시급한 현실에서, 이에 대한 이론적 기반을 제공하는 연구의 필요성은 그 어느 때보다 높다.
이에 본 연구는 앞에 언급한 연구 간극을 메우고 실무적 난제를 해결하는 데 기여하고자, 가치 기반 수용 모델(Value-based Adoption Model) 및 기술수용모델(TAM)의 핵심 사상을 이론적 기반으로 삼아, 인간공학(Human Factors), 인지심리학(Cognitive Psychology), 디자인 과학(Design Science)의 다학제적 시각을 융합한 통합적 연구 모형을 구축 및 실증적으로 검증하고자 한다. 구체적으로, 자동차 HMI의 5대 핵심 설계 요소(조작성, 연관성 설계, 레이아웃, 톤 앤 매너, 상호작용)가 사용자의 지각된 혜택(PB)과 지각된 희생(PS)이라는 이중 매개 경로를 거쳐 최종적인 사용 의도(UI)에 이르는 영향 메커니즘을 체계적으로 규명하는 것을 주된 연구 목적으로 설정하였다. 이를 통해 설계 요소가 사용자의 내면적 가치 평가 과정을 통해 행동 의도로 연쇄적으로 영향을 미치는 인과 경로를 실증적으로 규명하고자 하였다.
상기의 연구 목적을 효과적으로 달성하기 위하여, 본 연구는 문헌 고사를 통해 이론적 배경과 연구 모형을 정립하고, 이를 바탕으로 총 6개의 주 가설을 도출하였다. 실증 분석을 위해 중국에 있는 자동차 사용자들을 대상으로 온라인 설문조사를 실시하였으며, 최종적으로 수집된 489부의 유효 표본을 분석에 활용하였다. 수집된 데이터의 분석에는 통계 패키지 IBM SPSS Statistics 24.0과 AMOS 24.0이 활용되었다. 분석 절차는 첫째, 표본의 인구통계학적 특성을 파악하기 위한 기술 통계분석, 둘째, 측정 도구의 타당도(집중타당도, 판별타당도)와 신뢰도(구성개념 신뢰도, Cronbach's α)를 검증하기 위한 확인적 요인분석(Confirmatory Factor Analysis), 셋째, 연구 모형 내 변수 간의 관련성을 확인하기 위한 상관관계분석, 마지막으로 가설 검정을 위한 구조방정식 모형(Structural Equation Modeling) 분석을 포함하였다.
구조방정식 모형 분석을 통한 가설 검정 결과는 다음과 같다. 첫째, HMI 설계 요소 전체는 지각된 혜택에 정(+)의 영향을 미치는 것으로 나타나 가설 H1은 채택되었다. 세부적으로는 조작성(H1-1), 연관성 설계(H1-2), 레이아웃(H1-3), 톤 앤 매너(H1-4), 상호작용(H1-5)이 지각된 혜택에 유의미한 정(+)의 영향을 미치는 것으로 확인된다. 둘째, HMI 설계 요소 전체는 지각된 희생에 부(-)의 영향을 미치는 것으로 나타나 가설 H2는 채택되었으며, 모든 세부 설계 요소—조작성(H2-1), 연관성 설계(H2-2), 레이아웃(H2-3), 톤 앤 매너(H2-4), 상호작용(H2-5)이 지각된 희생을 유의미하게 감소시키는 것으로 나타나 모든 세부 가설이 채택되었다. 셋째, 지각된 혜택은 사용의도에 정(+)의 영향을(H3 채택), 지각된 희생은 사용의도에 부(-)의 영향을 미치는 것으로(H4 채택) 확인되어, 사용자의 가치 판단 과정이 행동의도의 강력한 예측 변수임이 재확인되었다. 마지막으로, 매개 효과 검증 결과, 지각된 혜택은 HMI 설계 요소와 사용의도 간의 관계를 부분적으로 매개하는 것으로 나타나 가설 H5는 채택되었으며, 톤 앤 매너(H5-4)를 제외한 모든 세부 경로에서 유의미한 매개 효과가 관찰되었다. 동일하게, 지각된 희생 또한 HMI 설계 요소와 사용 의도 간 관계를 부분적으로 매개하는 것으로 나타나 가설 H6은 채택되었고, 모든 세부 설계 요소에 대한 매개 효과(H6-1 ~ H6-5) 역시 통계적으로 유의미하게 검증되어 채택되었다.
본 연구의 결과는 이론적 측면에서, 단순한 사용성 평가를 넘어 사용자의 내재적 가치 판단 과정을 매개로 HMI 수용 메커니즘을 설명한 통합 모형을 제시함으로써 HMI 및 기술수용 분야 연구의 외연을 확장하였다. 실무적 측면에서는, 설계자가 특정 설계 결정이 사용자의 이익과 희생 인식에 각각 어떻게 작용할지 예측할 수 있는 실질적인 지침을 제공하며, 특히 모든 요소가 희생 인식을 줄이는 데 이바지한다는 점과, 톤 앤 매너를 제외한 대부분의 요소가 이익 인식을 높인다는 실증 결과는 더 효과적이고 사용자 중심적인 HMI 설계 전략 수립의 근거로 활용될 수 있을 것이다. 결론적으로, 본 연구는 기술 중심의 HMI 개발 패러다임에서 벗어나, 사용자의 심리적 가치 교환 과정을 설계의 중심에 놓는 '가치 중심 HMI 설계'의 중요성과 실현 가능성을 실증적으로 입증하였다는 데 그 의의가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Contemporary human society is in the midst of a profound mobility revolution, a core driver of the Fourth Industrial Revolution, within which the Intelligent Connected Vehicle (ICV) has emerged as a central agent of this paradigm shift. The trajectory of ICV evolution is no longer focused solely on superior mechanical performance but has shifted emphasis towards maximizing vehicle intelligence, connectivity, and, ultimately, the quality of experience provided to humans. In this transformative landscape, the automotive Human-Machine Interface (HMI) is gaining increasing strategic importance as the critical touchpoint and hub connecting users—drivers and passengers—with the complex digital ecosystem of the vehicle. Modern HMI has evolved beyond a mere channel for functional commands into a comprehensive interactive space that supports users in perceiving information, forming emotional bonds, and making optimal contextual decisions during their interaction with the vehicle. Consequently, the quality of HMI design has become a decisive factor directly influencing the user's positive perception of the ICV's core value and, ultimately, their behavioral intention to adopt and consistently use it. Particularly, as autonomous driving technology advances from SAE J3016 Level 2 to Level 3 and beyond, the driver's role is transitioning from an 'active controller' to a 'system supervisor' and 'experience enjoyer'. This shift presents a critical challenge for HMI design: under the absolute premise of safety, it must effectively convey vast amounts of information while simultaneously providing an intuitive, efficient, and personalized comfortable experience. Empirical research from the McKinsey Global Institute (2023), which identified User Experience (UX) derived from HMI as one of the top three factors influencing consumer vehicle purchasing decisions—after safety and range—underscores that HMI has transcended being a mere technical interface to become a core element defining brand loyalty and market competitiveness.
However, a meticulous review of current academic research and practical development in automotive HMI reveals a significant 'cognition-practice gap' between theory and application. On one hand, academia has produced numerous studies on various HMI design elements affecting UX, such as visual representation, interaction logic, and information architecture. Yet, these studies often tend to focus on specific, isolated elements, adopting a fragmented approach that leaves a relative absence of systematic and integrated analysis regarding the holistic impact and underlying mechanisms of the complex interplay of multiple design elements on the user. On the other hand, a substantial portion of existing research focuses its evaluation on basic levels of usability, failing to adequately investigate the user's deep cognitive load, emotional responses, and the mechanism through which these psychological factors develop into ultimate behavioral intention. This research bias essentially reflects a structural imbalance between HMI design elements and users' psychological expectations and value judgment processes.
The key to bridging this gap lies in the understanding that the user's evaluation of HMI value is not a simple functional judgment but a complex process of trade-off. Users subconsciously weigh the Perceived Benefits—and the Perceived Sacrifices—they must willingly incur, forming a comprehensive value judgment. As Zeithaml's Perceived Value Theory indicates, the actual driver of final behavioral decision-making is the 'perceived value' formed through the non-linear interaction between these benefits and sacrifices. This value-based cognitive process likely acts as a core mediating mechanism linking specific HMI design characteristics to the user's final adoption and continued Usage Intention. Furthermore, Davis's Technology Acceptance Model and Venkatesh et al.'s Unified Theory of Acceptance and Use of Technology have empirically demonstrated that UI is the most direct and powerful predictor of technology acceptance.
Nevertheless, existing literature lacks sufficient in-depth and integrated theoretical explanation and empirical verification regarding the dynamic causal mechanism by which core HMI design elements—specifically operability, semantic design, layout, tone & manner, and interaction—differentially stimulate the user's psychological constructs of PB and PS, ultimately influencing behavioral intention. This theoretical void poses direct challenges for HMI design practice. Lacking a robust theoretical framework, designers often rely on empirical intuition, potentially leading to technically advanced HMI systems that cause user confusion or excessive cognitive load, thereby compromising safety. The need for research providing a theoretical basis is more critical than ever, especially for formulating systematic design strategies to minimize user cognitive conflict when designing multi-sensory interfaces for conditional automation (Level 3+).
To address this research gap and contribute to solving practical challenges, this study, grounded in the Value-based Adoption Model and TAM, establishes and empirically validates an integrated research model combining multidisciplinary perspectives from Human Factors, Cognitive Psychology, and Design Science. The primary objective is to systematically investigate the mechanism through which five core HMI design elements influence ultimate UI via the dual mediating pathways of PB and PS, thereby empirically elucidating the causal path from design elements to behavioral intention through the user's internal value assessment process.
To achieve this, six main hypotheses were derived from the literature. An online survey was conducted with automobile users in China, yielding 489 valid responses analyzed using IBM SPSS Statistics 24.0 and AMOS 24.0. The analysis included descriptive statistics, Confirmatory Factor Analysis, correlation analysis, and Structural Equation Modeling.
The hypothesis testing results are as follows: H1, that HMI design elements positively affect PB, was supported. Specifically, operability (H1-1), semantic design (H1-2), layout (H1-3), tone & manner (H1-4), and interaction (H1-5) all significantly positively affected PB. H2, that HMI design elements negatively affect PS, was supported, with all sub-elements (H2-1 to H2-5) significantly reducing PS. H3 (PB positively affects UI) and H4 (PS negatively affects UI) were supported, reconfirming the value judgment process as a key predictor. Finally, PB partially mediated the relationship between HMI design elements and UI (H5 supported), with significant mediation observed for all paths except tone & manner (H5-4). Similarly, PS partially mediated the relationship (H6 supported), with all specific mediating effects (H6-1 to H6-5) being statistically significant.
Theoretically, this study expands HMI and technology acceptance research by proposing an integrated model explaining the acceptance mechanism via the user's intrinsic value judgment process. Practically, it provides actionable insights for predicting how design choices influence PB and PS, demonstrating that all elements reduce PS, while most (except tone & manner) enhance PB, thereby informing more effective, user-centric HMI design strategies. In conclusion, this study empirically validates the importance and feasibility of shifting from a technology-centric HMI development paradigm towards a 'value-centered HMI design' approach that places the user's psychological value exchange process at its core.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구 배경 및 목적 1
• 1. 연구의 배경 1
• 2. 연구의 목적 4
• 제 2 절 연구방법과 구성 4
• 1. 연구의 방법 5
• 2. 연구의 구성 5
• 제 2 장 이론적 배경 7
• 제 1 절 자동차 HIM 다자인 7
• 1. HMI 디자인의 정의 7
• 2. 자동차 HIM 정의 15
• 3. 자동차 HMI 디자인의 요소 20
• 4. 자동차 HMI 디자인의 발전현황 27
• 제 2 절 가치 기반 수용 모델(VAM) 60
• 1. 가치 기반 수용 모델(VAM)의 정의 60
• 2. 가치 기반 수용 모델(VAM)의 구성 62
• 3. 가치 기반 수용 모델(VAM)과 관련한 선행연구 66
• 제 3 절 사용의도 70
• 1. 사용의도 정의 70
• 2. 사용의도와 관련한 선행연구 73
• 제 3 장 연구의 설계 및 분석 방법 76
• 제 1 절 연구 모형 76
• 제 2 절 연구가설의 설정 77
• 1. 자동차 HMI 디자인의 요소과 지각된 혜택 77
• 2. 자동차 HMI 디자인 요소와 지각된 희생 78
• 3. 지각된 혜택과 사용의도 79
• 4. 지각된 희생과 사용의도 80
• 5. 지각된 혜택 및 희생의 매개효과 81
• 제 3 절 변수의 조작적 정의 81
• 제 4 절 분석방법 84
• 1. 조사방법 84
• 2. 분석방법 84
• 제 4 장 실증분석 86
• 제 1 절 연구통계학적 특성 86
• 제 2 절 측정모형의 신뢰성 및 타당성 분석 87
• 1. 탐색적 요인분석 및 신뢰도 분석 87
• 2. 확인적 요인분석 90
• 제 3 절 연구가설 검증 96
• 1. 연구모형 검증 96
• 2. 매개효과 검증 99
• 3. 결과요약 104
• 제 5 장 결론 106
• 제 1 절 결과요약 106
• 제 2 절 시사점 109
• 제 3 절 연구의 한계점 및 향후 연구방향 112
• 참고문헌 115
• Abstract 135