안전벨트 장력 패턴에 기반한 자율주행 중 촉각 제어권 전환 알림

김헌; 오은정

doi:10.15187/adr.2024.11.37.5.291

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김헌 (서울과학기술대학교) 오은정 (서울과학기술대학교)

저널정보: 한국디자인학회 Archives of Design Research Archives of Design Research Vol.37 No.5 (Wn.153)

발행연도: 2024.11

수록면: 291 - 308 (18page)

DOI: 10.15187/adr.2024.11.37.5.291

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연구배경 : 레벨 3 자율주행 자동차에서는 차량이 위험 상황을 감지하면 운전자에게 제어권 인수를 요청해야 한다. 자율주행 중 운전자는 종종 비운전 과제(예: 스마트폰 보기, 영화 시청)에 집중하고 있어, 청각이나 시각 알림을 놓칠 가능성이 높다. 따라서 운전자가 어떤 상황에서도 제어권 전환 알림을 효과적으로 인지할 수 있도록 알림 시스템을 설계하는 것이 중요하다. 본 연구는 안전벨트 장력 패턴이 자율주행 상황에서 제어권 전환 알림으로 유용한지를 조사하였다.
연구방법 : 본 연구에서는 안전벨트 장력을 조절할 수 있는 운전 시뮬레이터를 개발하고, 선행 연구를 바탕으로 서로 다른 긴급도를 지닌 네 가지 안전벨트 장력 패턴을 제안하였다. 자율주행 중 운전자가 비운전 과제를 수행 하는 동안, 이러한 장력 패턴을 이용하여 제어권 전환 알림을 제공하였고, 세 종류의 리드 타임(4, 6, 8초)에서 제어권 전환이 원활하게 이루어지는지를 실험하였다.
연구결과 : 실험 결과, 짧은 리드 타임일수록 운전자가 빠르게 제어권을 인수해서 반응시간이 빨라졌으며 그만 큼 수동주행 시간은 증가했다. 한편, 청각과 시각 알림만 제시했을 때보다(VA), 안전벨트 장력 패턴을 함께 제공 했을 때(T), 제어권 전환 반응시간이 유의미하게 단축되었다. 특히 긴급도가 높은 장력 패턴(VA+THU1)을 제시했을 때가 반응시간이 가장 빨랐다. 수동주행 시간은 긴급도가 낮은 장력 패턴(VA+TLU)을 제시했을 때 가장 짧았고, 긴급도가 높은 장력 패턴(VA+THU1)에서는 오히려 수동주행 시간이 가장 길었다. 이는 긴급한 장력 패턴이 빠른 반응을 유도하여 수동운전 시간이 늘어난 것으로 해석된다. 차선이탈 횟수, 충돌 횟수, 비운전 과제 수행도에는 유의미한 차이가 없었으나, 주관적 만족도 조사에서는 안전벨트 장력 패턴의 효과성, 신뢰성, 만족성에서 평 균 4.5점 이상의 긍정적인 평가를 받았다.
결론 : 본 연구는 레벨 3 자율주행 상황에서 촉각 기반의 안전벨트 장력 패턴이 제어권 전환 알림으로서 유용하다는 점을 입증하였다. 특히, 긴급도가 다른 장력 패턴을 통해 운전자가 긴급도를 구분할 수 있음을 확인했다. 향후 연구에서는 더욱 다양한 안전벨트 장력 패턴을 설계하고 이를 실제 자율주행 자동차에 적용할 가능성을 모색할 수 있을 것이다.

Background : Level 3 autonomous vehicles must request drivers to take over control when a dangerous situation arises during autonomous driving. However, drivers are often engaged in non-driving tasks (e.g., using a smartphone or watching a movie) during these situations, making it less likely they will notice auditory or visual notifications. Therefore, it is crucial to design takeover request notifications that drivers can reliably perceive in any situation. This study investigates whether seat belt tension patterns could serve as effective takeover request notifications in autonomous driving situations.
Methods : A driving simulator capable of adjusting seat belt tension was developed for this study. Based on prior research, four distinct seat belt tension patterns with varying levels of urgency were designed. Afterwards, an experiment was conducted to determine whether takeover was effectively performed at different lead times (4, 6, and 8 seconds) when the seat belt tension patterns were used as takeover request notifications while drivers performed non-driving tasks during autonomous driving.
Results : The results showed that shorter lead times led to faster takeover responses, resulting in quicker reaction times and longer periods of manual driving. Additionally, when seat belt tension patterns (T) were used alongside visual and auditory notifications (VA), the takeover reaction time was significantly faster compared to using visual and auditory notifications alone. In particular, The fastest reaction time occurred when the high-urgency seat belt tension pattern (VA+THU1 ) was used. Manual driving times were shortest when the low-urgency seat belt tension pattern (VA+T LU ), and longest when the high- urgency pattern (VA+THU1), likely due to the faster driver response to the more urgent signal. There were no significant differences in lane departures, collisions, or non-driving task performance. However, subjective satisfaction with the seat belt tension patterns—regarding effectiveness, reliability, and overall satisfaction—was highly positive, averaging above 4.5 points.
Conclusions : This study demonstrates that seat belt tension patterns are effective as tactile takeover request notifications in Level 3 autonomous driving. Different tension patterns allow drivers to distinguish varying levels of urgency. These findings suggest that more diverse seat belt tension patterns can be designed and applied to takeover request notifications in Level 3 autonomous driving.

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