HMI는 운전자와 자동차의 상호작용을 어떻게 바꾸는가?

June 10, 2024

자동차 HMI, 브랜드 경험의 일부가 되다!

차량용 인터페이스로 세련되고 스타일리시한 터치스크린이 처음 소개되었을 때, 자동차 제조사들은 아마 환호성을 질렀을 겁니다. 산업용 장비에나 어울릴 것 같은 기계식 게이지와 다이얼이 달린 계기판을 더 이상 사용하지 않아도 되니까요. 터치스크린 인터페이스는 점점 더 늘어나는 기능들의 목록을 구성 및 제어하는 것뿐 아니라 자동차의 주요 데이터를 거의 무제한으로 표시할 수 있게 해줍니다. 자동차에서 터치스크린 인터페이스는 인포테인먼트 헤드 유닛 내에서 몇몇 엔터테인먼트 및 내비게이션 기능에서 시작했지만, 그후 빠른 속도로 계기판용 인터페이스로 자리잡았습니다. 자동차 제조사들은 경쟁사 브랜드 및 모델과 차별화한 우위를 차지하기 위해 끊임없이 노력하고 있는데, 이 과정에서 차량용 HMI(human-machine interface)는 자동차 구매자들에게 보다 새로운 브랜드 경험을 할 수 있는 방법을 제시했습니다.

HMI는 운전자와 자동차의 상호작용을 어떻게 바꾸는가? (출처:
metamorworks/Shutterstock.com)

오늘날 터치스크린 HMI는 자동차 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 이들은 안드로이드 오토(Android Auto)와 애플 카플레이(Apple CarPlay) 같은 인터페이스 애플리케이션을 통해 스마트폰과 연동됩니다. 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 같은 전자 시스템이 점점 더 자동차에 통합되면서, HMI는 차량의 제어 및 정보 메커니즘의 핵심이 됐습니다. 스티어링 휠 뒤에 위치한 기존의 계기판은 HMI의 본질적인 부분이 되었습니다.

차량의 HMI가 터치 스크린이 아닌 단순 디스플레이인 경우, 이 디스플레이는 소프트웨어 기반 다이얼 및 기타 정보가 배치되는 방식에 대해 수준 높은 사용자 맞춤화를 제공합니다. 이러한 맞춤화는 모든 자동차 제조사의 브랜드 경험에서 중요한 요소입니다.

지금까지는 터치스크린이 HMI를 주도해 왔지만 터치스크린이 운전자의 주의를 너무 흐트러뜨린다는 우려가 제기되면서 음성인식이나 공중 햅틱 같은 대안 기술이 탄력을 받고 있습니다. 그렇다면, 향후 자동차 HMI의 설계에 영향을 미칠 기술적 요인과 혁신은 어떤 것들일까요?

HMI 기술 및 설계 고려 사항

UX/UI 설계자가 아무리 정교하고 스타일리시하며 우아하게 터치스크린을 작동시킬 수 있다 하더라도 무엇보다 중요한 것은 안전성입니다. 자동차 HMI는 직관적으로 사용할 수 있어야 하고, 운전자의 주의를 필요 이상으로 흐트러뜨리지 않아야 하며, 차량이 주행 중일 때에는 일부 기능에 접근하는 것을 방지해야 합니다. 국제표준화기구(ISO) 15005:2017은 운전자가 차량의 HMI와 상호작용할 때 도로에서 눈을 뗄 수 있는 최대 시간이 1.5초라는 것을 규정한 거의 유일한 안전 관련 표준으로 보입니다. 예를 들어 폴크스바겐의 HMI는 일반적으로 운전자가 주행 중에 HMI와 상호 작용하는 데 너무 많은 시간을 보내는 것 같으면 운전자에게 경보를 보냅니다.

PCAP(projected capacitive touch screen)는 잘 확립되어 있고 검증된 성숙한 기술입니다. 대형 화면, 다중 터치포인트, 제스처 인식 지원은 이제 대부분의 반도체 제조사들이 제공하고 있는 기능들입니다. 터치스크린 디스플레이에는 여기에 몇 가지 보완 기술이 추가되었는데, 여기에는 근접 감지, 공중 및 힘 감지가 포함됩니다. 근접 감지는 터치스크린 표면에서 약 1인치 이내의 정전식 터치를 감지하여 근접 감지 기능을 지원합니다. 이 기술은 손이 화면에 가까이 올 때 메뉴와 그 밖에 다른 옵션을 불러오는 데 사용됩니다. 햅틱 기술은 일반적으로 소형 마이크로 모터에 의해 발생하는 기계적 진동과, 사용 중에 피드백을 제공하는 오프셋 가중치가 포함됩니다. 햅틱은 스마트폰과 게임 컨트롤러에서는 널리 사용되는 데 반해, 자동차 환경에서는 그렇지 않은데, 가청음은 선호됩니다.

자동차용 터치스크린 HMI는 최근에 안전성 측면에서 많은 비판을 받고 있습니다. HMI를 통해 접속할 수 있는 기능이 많아지면서, 운전자의 주의를 분산시킬 가능성이 높아졌기 때문입니다. 이에 대해 인기를 얻고 있는 대안 HMI 제어 메커니즘은 음성 인식입니다. 이미 구글 어시스턴트에 통합된 애플 시리(Apple Siri), 아마존 알렉사(Amazon Alexa), 안드로이드 오토(Android Auto) 등 스마트폰 어시스턴트에서 사용되고 있는 이들 기술은 아직은 스마트폰만큼 자동차 HMI 애플리케이션에서도 대중적이지는 않지만 시장 상황은 빠르게 변화하고 있습니다.

또 다른 대안적인 HMI 인터페이스 기술은 공중 햅틱입니다. 공중 햅틱 HMI는 핸드 트래킹 센서와 소형 초음파 스피커의 매트릭스를 조합하여 사용합니다. 스피커 어레이에서 방출되는 초음파 신호는 사람의 손에 모양이 인식되고 느껴질 수 있습니다. 예를 들어 손에 움켜쥔 것 같은 원형 제어 노브 형태를 만들고 나면, 그 다음에는 손 동작을 추적함으로써 제어 인터페이스가 형성되는 것입니다.

차량용 HMI가 해결해야 할 기술 과제

자동차의 내부 환경 요건은 매우 까다로울 수 있습니다. 지역에 따라 극한의 온도와 습도가 나타날 수 있습니다. 이 같은 환경에서 터치스크린 HMI의 경우, 화면 표면에 응결 현상이 나타나거나, 젖은 손가락이나 장갑 낀 손으로 인해 컨트롤러 IC의 오동작이 발생할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 또한 LCD는 어두운 밤부터 밝은 대낮까지 극단적인 주변 빛을 수용해야 합니다. 터치스크린 컨트롤러는 운전자에게 오작동을 경고해야 하며, LCD는 빠르게 변화하는 조명 조건을 신속하고 자동으로 보정해야 합니다.

음성 인식은 미래 지향적인 안전한 HMI 메커니즘으로 기대됩니다. 탑승자의 대화, 미디어 센터, 핸즈프리 전화, 도로 소음 등으로 인해 차량 내부의 소음은 크게 달라질 수 있습니다. 도로 소음은 타이어 소음, 열악한 노면의 서스펜션 소음, 풍절음 등에 의해 발생할 수 있습니다. 디지털 신호 처리(DSP) 기술은 음성 인식 알고리즘에 의한 명령 감지 전에 원치 않는 소리를 걸러내는 데 있어서 중요한 역할을 합니다. 머신러닝 신경망 알고리즘은 이제 새로운 고성능 애플리케이션 프로세서와 추론 엔진이 자연어 인터페이스를 제공할 수 있게 되면서 매일 조금씩 더 나아지고 있습니다.

자동차 분야에서 또 다른 과제로는 전자기 간섭 EMI/EMC 표준의 엄격한 준수, 정전기 방전(ESD) 보호 및 과도 억제 등이 있습니다. 차량용 모든 소자들은 온도 등급과 내응력에 대해 모두 자동차 등급의 인증(AEC-Q100/200)을 받아야 합니다.

ADAS 기능의 작동과 관련한 모든 HMI 기능은 차량 기능 안전 표준 ISO 26262를 준수해야 합니다.

자동차 HMI는 우리가 자동차와 상호작용하는 방식을 변화시켰고, 한발 더 나아가 핵심적인 제어 패널로 자리잡았습니다. HMI 기술이 계속 발전을 거듭함에 따라 자동차 제조사들은 경쟁사와 차별화할 수 있는 새로운 구상에 열을 올리고 있지만, 다른 한 편으로는 터치스크린이 운전자의 주의를 산만하게 할 수 있다는 우려도 제기되고 있습니다. 이에 음성 인식과 공중 햅틱이 대안적인 HMI 기술로 인기를 얻고 있으며 향후 HMI 개발에 있어서 더욱 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대됩니다.