멀티모달리티 알림에 대한 자율주행차량 제어권 전환 상황에서의 사용자 인지/반응에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

자율주행기술은 제4차 산업혁명의 핵심기술로 부각되면서, 세계적으로 활발한 자율주행기술 개발이 이루어지고 있다. 자율주행차량의 개발은 기본적으로 교통 안전을 향상시키는 것으로 여겨진다. 그러나, 안전성이 확보되지 않은 자율주행기술의 개발은 인간의 생명과 재산을 보호할 수 없다. 자율주행시스템이 대처할 수 없는 상황이 존재하며 이 경우 운전자는 안전한 방법으로 차량을 제어할 수 있어야 한다. 때문에, 이러한 긴급상황에서의 알림의 중요성이 대두된다. 자율주행시스템의 사용자에게 제공되는 알림은 직관적이어야 하며 사용자에게 불쾌감을 주어서는 안된다.
본 연구에서는 차량시뮬레이터를 이용한 전용도로(신갈-오산IC)에서의 자율주행차량의 긴급한 제어권 전환 상황을 구현하여 실험을 진행하였다. 실험참여자는 자율주행 도중 제어권 전환 알림을 제공받으면 제어권을 이양하여 수동주행을 재개했다. 취득된 차량, 생체, 운전자 행동지표 분석을 통하여 SAE(Society of Automotive Engineers) 자동화 레벨3 자율주행차량의 안전한 제어권 전환을 위한 시각/청각/촉각의 멀티모달 알림방법을 도출한다. 또한 정량지표와 정성지표의 상관성 분석을 진행하여 제어권 전환 상황에서의 안전하고 직관적인 멀티모달 알림조합과 방법을 제시한다. 결과를 기반으로 멀티모달 알림방법의 설계 가이드라인을 제시하여 자율주행차량에서의 효과적인 멀티모달 알림방법의 설계방법을 제안한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As autonomous driving technology has emerged as a core technology of the fourth industrial revolution, active autonomous driving technology is being developed worldwide. The development of autonomous vehicles is considered to fundamentally improve traffic safety. However, the development of unsecured autonomous driving technology cannot protect human life and property. There are situations in which autonomous driving systems cannot cope, in which case the driver must be able to control the vehicle in a safe manner. Therefore, the importance of notification in such an emergency emerges. Notifications provided to users of autonomous driving systems should be intuitive and should not be offensive to the user. In this study, we embarked on an emergency control of autonomous vehicles on a private road (Singal-Osan IC) using a vehicle simulator. The experiment participant resumed manual driving by transferring control when receiving the notification of control switching during autonomous driving. Based on the analysis of acquired vehicle, biometric and driver behavioral indicators, a multi-modal notification method of visual, auditory, and tactile sense for safe control of SAE automation level 3 autonomous vehicles is derived. Also, by analyzing the correlation between the quantitative indicator and the qualitative indicator, we propose a safe and intuitive multi-modal notification combination and method in the situation of switching control. Based on the results, we propose a design guideline for the multimodal notification method and propose an effective multimodal notification method in autonomous vehicles.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 동향 3
• 1.3 선행연구와의 비교 6
• 1.4 연구 목표 7
• 제2장 차량시뮬레이터 기반 자율주행차량 제어권 전환 멀티모달 알림 실험 10
• 2.1 실험 설계 10
• 2.1.1 실험 목적 10
• 2.1.2 실험 변수 및 가설 설정 10
• 2.1.2.1 독립 변수 : 시각 Interfaces 11
• 2.1.2.2 독립 변수 : 청각 Interfaces 14
• 2.1.2.3 독립 변수 : 촉각 Interfaces 15
• 2.1.2.4 독립 변수 : 멀티모달 알림 17
• 2.1.2.5 종속 변수 18
• 2.1.2.6 가설 설정 29
• 2.1.3 실험 참가자 30
• 2.1.4 실험 장비 31
• 2.1.5 시나리오 설계 34
• 2.2 실험 절차 37
• 제3장 차량시뮬레이터 기반 제어권 전환 멀티모달 알림방법 도출을 위한 Human-in-the-loop 실험 40
• 3.1 데이터 분석 40
• 3.1.1 생체 지표 41
• 3.1.2 차량 지표 46
• 3.1.3 반응 지표 51
• 3.1.4 설문 지표 53
• 제4장 결론 55
• 4.1 연구 결과 55
• 4.2 정신적 부하 56
• 4.3 신체적 부하 57
• 4.4 반응 58
• 4.5 설문지표 59
• 4.6 최종 결론 60
• 제5장 멀티모달 알림방법 가이드라인 제안 61
• 5.1 가이드라인 및 안전기준의 필요성 61
• 5.1.1 고려사항 61
• 5.2 멀티모달 알림방법 가이드라인 63
• 5.2.1 알림설계 목표 63
• 5.2.1.1 단일 및 멀티모달 알림 연구 사례 63
• 5.2.2 멀티모달 알림방법 설계 가이드라인 64
• 5.2.2.1 주의 환기 64
• 5.2.2.2 정보 제공 64
• 5.2.2.3 차량 제어 안정성 65
• 5.2.3 결론 65
• 5.2.3.1 긴급상황의 멀티모달 알림방법 제안 65
• 5.2.4 논의사항 67
• 참고 문헌 68