자율 주행-비 자율 주행 모드 변경에 따른 안정적 제어권 전환을 위한 UI디자인 제안

Abstract

SAE(Society of Automotive Engineers)에서 규정한 자율 주행 Level 3단계의 자율 주행 자동차는 정해진 구간에 한해 자율 주행 시스템에 의해 주행되는 자율 주행과 운전자에 의해 차량이 제어되는 비 자율 주행으로 제어 주체가 주행 상황에 따라 이원화된다. 자율 주행 시 판단 및 제어가 지능화된 자율 주행 시스템에 맡겨지게 되고 이에 따라 부분 자율 주행 중 운전자는 휴식, 핸드폰 사용과 같은 비 주행 관련 과업의 수행이 가능해진다. 비 주행 관련 과업의 유형에 따라 주의 분산도에 차이를 보이며 운전 과업으로 전환 시 영향을 준다. 운전자의 시각과 청각 감각을 모두 사용하는 영상 시청, 게임의 경우 휴식과 같은 유형 대비하여 주의 분산도가 높다. 자율 주행 Level 3단계는 예정된 제어권 전환 상황을 고려해야 한다. 자율 주행 중 전방의 주행 환경 변화에 의해 자율 주행 기능을 활용할 수 없는 구간 발생 시 운전자에게 해당 구간에 도래하기 전 제어권 전환 요청을 하여 운전자가 차량을 제어하게 한다. 이때 제한된 시간 내 안정적인 제어권 전환이 중요한 요소로 대두된다. 특히 운전자의 주의 분산 정도가 높은 영상 시청과 같은 비 주행 관련 과업 수행 시 안정적인 주행 과업으로의 전환은 안전을 위해 중요하다. 따라서 본 연구의 목적은 자율 주행 기능의 활용으로 비 주행 관련 과업 중인 운전자에게 제어권 전환 요청 발생 시 주행 상황을 효과적으로 인지시켜 안정적으로 제어권 전환을 구현시키는 것이다. 이를 위해 제어권 전환 요청 UI디자인 요소 중 이미지와 텍스트를 활용한 시각 정보 기반의 제어권 전환 정보를 유형에 따라 구현하고 제어권 전환 과정에서 운전자에게 주는 영향을 분석한다. 이를 기반으로 운전자가 주행 상황을 효과적으로 인지하여 안정적인 제어권 전환을 실행하게 하는 요인을 파악하고 그 활용에 대해 제안하는 것이다. 본 연구는 자율 주행 상황을 구현하기 위해 시뮬레이터를 활용하였다. 예정된 제어권 전환 상황인 고속도로 출입로, 도로 합류 구간 등의 5가지 유형으로 구성했다. 자율 주행 중 운전자의 비 주행 관련 과업으로 주의 분산 정도에 차이가 있는 영상 시청과 휴식을 선정하여 비교 실험을 실시했다. 운전자에게 제공되는 제어권 전환 요청 UI디자인은 제어권 전환 시 주행 상황 인지와 제어권 전환 실행을 위한 상세 정보 전달을 위해 영상, 이미지, 텍스트를 활용하여 시각 정보 중심의 5가지 유형으로 구성했다. 반 자율 주행 사용자와 미 사용자로 구분된 20명의 피실험자를 대상으로 제어권 전환이 필요한 지점으로부터 15초에서 10초 전까지 약 5초간 전환 요청 정보의 전달이 가능한 시점에 피실험자는 제어권 전환 정보를 제공받아 차량을 제어하는 실험을 실시했다. 제어권 전환 시 운전자의 주행 상황 인지 과정과 지각 능력 활용을 목적으로 구성된 제어권 전환 요청 UI디자인 유형에 따라 운전자에게 주는 작업 부하와 제어권 전환 수행에 주는 영향을 분석했다. 시각 정보 기반의 5가지 제어권 전환 요청 UI디자인 유형을 기반으로 실시한 실험 결과, 운전자의 제어권 전환 과업 시 정신적 부하에 따른 과업 수행에 있어 유의미한 차이를 보였다. 이미지 방식은 정보 전달의 간결함으로 빠르게 주행 상황이 인지되어 가장 많은 피실험자들로부터 선호되었다. 기존의 주행 경로 안내와 유사한 방식으로 피실험자들의 선호도가 높았다. 영상 방식은 정보의 상세한 전달이 장점으로 파악되었으나 제어권 전환 정보를 시청하는 시간 동안 피실험자들이 차량을 제어하지 못하는 데 대한 부담감이 발생되었다. 텍스트 방식은 구체적 상황 전달이 가능하나 문장을 읽고 이해하는 과업이 차량의 제어권 전환을 준비하는 상황에 운전자에게 심리적 부담으로 작용되어 가장 선호되지 않았다. 영상과 텍스트, 이미지와 텍스트의 조합으로 구성된 UI디자인 유형은 운전자의 성향에 따라 인지부하도에 차이가 있어 단일 제어권 전환 정보 대비 선호도에 차이가 있었다. 또한 영상 및 이미지와 동시에 텍스트 정보제공 시 텍스트로 전달되는 내용에서 대부분의 피실험자들은 두 개 이상의 과업 표기를 지양했다. 제어권을 전환하는데 소요되는 시간은 NDRT 유형에 따른 주의 분산도 및 반 자율 주행 사용 경험과 비례하지 않았으며 운전자의 주행 패턴 및 주행 경험 등에 의해 변화되었다. 대부분의 운전자가 제어권 전환 시간 내 과업을 완수하였으나 제어권 전환 시점에 따라 활용 가능한 UI디자인 유형에 제약이 발생하였다. 예정된 제어권 전환 요청 발생 시 운전자의 차량 제어 시점이 정해지는 주행 패턴이 고려된 제어권 전환 요청 UI디자인 유형의 제공 여부는 운전자가 안정적으로 제어권을 전환하는데 있어 높은 중요성을 나타냈다. 본 연구의 결과로 자율 주행 Level 3단계에 부합하는 제어권 전환을 위해 최적화된 시각 정보 기반의 UI디자인을 구성하는 주요 요소에 대해 분석하고 향후 개발 방향에 대해 제안한다.

Autonomous driving Level 3, as defined by the SAE(Society of Automotive Engineers), is a self-driving vehicle driven by an autonomous driving system within a specified section and non-autonomous driving, in which the vehicle is controlled by the driver. The control subject is dualized depending on the driving situation. During autonomous driving, judgment and control are entrusted to the intelligent autonomous driving system, and accordingly, during partial autonomous driving, the driver can perform non-driving related tasks such as resting and using a mobile phone. Depending on the type of non-driving-related task, there is a difference in the degree of dispersion of attention, and it affects when switching to a driving task. Watching videos that use both the driver's visual and auditory senses, and games have a high degree of distraction compared to types such as rest. Level 3 autonomous driving must take into account the scheduled transition of control. During autonomous driving, when a section in which the autonomous driving function cannot be utilized due to changes in the driving environment in front occurs, the driver is requested to switch the control right before arriving at the section so that the driver controls the vehicle. At this time, stable control transfer within a limited time is emerging as an important factor. In particular, when performing a non-driving-related task such as watching a video with a high degree of driver distraction, switching to a stable driving task is important for safety. Therefore, the purpose of this study is to implement the control transfer stably by effectively recognizing the driving situation when a request for control transfer occurs to a driver performing a non-driving task by utilizing the autonomous driving function. To this end, among UI design elements requesting control transfer, control take over information based on visual information using images and texts is implemented according to the type, and the effect on the driver in the control take over process is analyzed. Based on this, it is to identify the factors that allow the driver to effectively recognize the driving situation and execute the stable control take over, and to propose their utilization. This study utilized a simulator to implement an autonomous driving situation. It consists of five types, such as expressway exit and road merging sections, which are scheduled control transition situations. A comparative experiment was conducted by selecting video watching and resting that differ in the degree of distraction as the driver's non-driving tasks during autonomous driving. Control transfer request UI design provided to the driver is composed of 5 types of visual information using video images, still images, and text to convey driving situation awareness and detailed information for executing control transfer. For 22 test subjects divided into semi-autonomous driving users and non-users, at the time when the take over request information can be delivered for about 5 seconds from 15 seconds to 10 seconds before the point where control transfer is required, the subject receives control take over information and drives the vehicle. A control experiment was conducted. We analyzed the workload imposed on the driver and the effect on the performance of control transfer according to the type of control take over request UI design, which is designed to utilize the driver's driving situation recognition process and perception ability during control transfer. As a result of the experiment conducted based on the five types of control take over request UI design based on visual information, there was a significant difference in task performance according to mental load during the control transfer task of the driver. The still image was preferred by the largest number of subjects because the driving situation was recognized quickly due to the simplicity of information delivery. In addition, the subjects' preference was high in a method similar to the existing real-time route guidance method. The video image was identified as an advantage in delivering detailed information, but a burden was generated for the subjects not being able to control the vehicle during the time they watched the control transfer information. Text information can deliver specific situations, but the task of reading and understanding sentences was the least preferred because they acted as a psychological burden to the driver in the situation of preparing for the transfer of control of the vehicle. The type of UI design composed of a combination of video image and text and still image and text had a difference in cognitive load according to driver's propensity, so there was a difference in preference compared to single control right switching information. In addition, when text information was provided simultaneously with video and still images, most of the subjects refrained from writing two or more tasks. The time required to transfer the control authority was changed by the driver's propensity and past driving experience rather than by the control authority transfer UI design type, and most drivers completed the task within the control authority transfer time. The scheduled control transfer situation suggested that a method of providing information that can respond stably is more important than reducing the driver's control time. As a result of this study, we analyze the main elements that make up the UI design based on visual information optimized for the transition of control right to the level 3 of autonomous driving, and suggest future development directions.