[테크월드뉴스=장민주 기자] 요즘 출시되는 신차에는 HMI가 보편화되고 있다. HMI는 인간과 기계의 상호작용(human-machine interface)의 약자로 사용자에게 기기와 컴퓨터 프로그램, 시스템과 통신할 수 있게 하는 표시장치를 말한다. 초기에는 차량 라디오와 카세트·CD 엔터테인먼트 유닛이 있던 자리를 차지하다 얼마 지나지 않아서 위성 내비게이션 기능이 추가되면서 인포테인먼트 시스템으로 변신했다. 디자인은 차량 모델마다 다를 수 있다. 태블릿 스타일의 가로형 디스플레이를 채택된다. 대부분 스마트폰이나 태블릿에서 사용되는 유리 터치스크린 디스플레이를 통해 사용자의 익숙한 조작을 돕는다.
오늘날 인포테인먼트 시스템은 안드로이드 오트(Android Auto)나 애플 카플레이(Apple CarPlay)같은 앱을 통해서 스마트폰 기능을 통합하고 있다. 자동차로 계속해서 기술이 추가돼 ADAS에서부터 내부 트림 조명의 색상을 변경하는 것에 이르기까지 모든 것을 제어하기 위해서 인포테인먼트 HMI가 구심점 역할을 한다. 이를 통해 자동차 제조사들이 대쉬보드로 기존의 기계식 버튼이나 스위치를 제거할 수 있다. 이 글에서는 다양한 방식의 차량 HMI와 운전 경험에 미치는 영향에 대해서 알아본다.
사용자 경험을 위한 차량 HMI 설계
차량 HMI 설계를 위해서는 여러 가지 것들을 고려해야 하며 특히 중요한 것이 안전이다. HMI로 안전은 운전자의 주의를 산만하게 하지 않는 것을 의미한다. HMI로 다양한 기능이나 동작을 선택할 수 있다. HMI 사용자 인터페이스(UI)는 운전자가 도로에서 눈을 떼는 시간을 최소화하기 위해 조작하기 편리하게 설계해야 한다. 음악 트랙을 전환하거나 문자를 읽기 위해서 운전자가 짧은 시간 동안 도로에서 눈을 뗄 수 있기 때문이다. 차량 HMI에 관한 표준은 아직 개발 중이며 국제 표준인 ISO 15005:2017 표준에서는 자동차 교통 정보와 제어 시스템으로부터 정보를 얻기 위해서 쳐다보는 시간이 1.5초면 충분하도록 규정하고 있다.
어떤 HMI는 차가 주행하고 있는 동안에 운전자 상호작용을 모니터링한다. 만약에 운전자가 기능을 선택하거나 특정한 기능에 접근하기 위해 시간이 많이 걸리는 것으로 보이면 HMI가 운전자에게 경고를 발생시킬 수 있다. 이런 점에서 음성 비서를 사용하는 것이 더 안전한 방법일 수 있다.
또 HMI은 일련의 정교한 기능들을 간편하게 조작이 가능하며 반자율과 완전 자율 차량이 특히 중요하다. 이런 차량을 제어하는 것은 사람이 운전할 때와 많이 다를 수 있다. 마찬가지로 화석 연료 차량으로 게이지나 다이얼은 전기차나 하이브리드차에 사용되는 것과 다르다. LCD 터치스크린은 유연성이 뛰어난 HMI, 즉 정보 전달이 우수하고 조작하기 편리한 직관적인 UI를 구현할 수 있다. 전반적인 사용자 경험(UX)을 잘 계획하고 설계함으로써 이해와 조작이 쉬운 시각적 아키텍처를 달성할 수 있다.
특히 차량 제조사는 HMI를 경쟁사와 차별화할 수 있는 수단으로 활용할 수 있다. 이를 위해서는 UX가 중요하다. 자동차 제조사가 모든 차량 모델에 표준적 UI를 개발할 수 있다. 맞춤화 된 아이콘, 심볼, 폰트를 개발은 임베디드 개발자에게 까다로운 작업이다. 소비자들은 이 디자인을 보고 판단하기 쉽기 때문에 자동차 선택에서 중요한 변수가 되고 있다.
유연한 HMI는 차 주인이 차의 다양한 기능을 개인화할 수 있도록 한다. 운전자의 기분 상태나 목적지까지의 거리 같은 것에 따라서 운전 경험을 맞춤화할 수 있다. 편의성 기능과 내부 조명 제어를 운전자의 선호에 따라 개인화할 수 있다. 또 주행 모드(표준, 에코, 스포츠 등)를 선택할 수 있고 하이엔드 차량은 서스펜션 강도도 조절할 수 있다.
HMI, 음성인식과 터치제어
HMI 디자이너들이 UI를 개발하기 위해서 다양한 기술들을 시도하고 있다. 투과형 정전용량식(PCAP) 터치 센싱 제어가 거의 표준으로 자리잡고 있다. 다음으로 많이 사용되고 있는 것이 음성 제어다. 또 촉각, 동작(터치와 허공 제스처), 근접 센싱과 힘 검출, 눈동자 추적, 머신러닝 등을 이용한다.
앞으로 몇 년 사이에 머신러닝 기반의 음성 인식 애플리케이션이 빠른 속도로 성장할 것으로 전망된다. 시장조사 회사 트랙티카(Tractica)에 따르면 HMI의 핵심적 역할로 인공지능(AI) 기반의 음성 인식 스마트 비서를 이용한다. 2025년 세계 시장에서 46억 달러(5조 5980억 원)규모를 예상한다. 앞으로 몇 년 뒤 차량 HMI의 80%가 음성 인식 시스템이 포함될 것으로 예상된다. 음성 명령은 미디어 플레이어 제어, 내비게이션 기능으로 목적지를 설정, 연결된 스마트폰으로 통화와 같은 용도로 사용된다. 머신러닝 알고리즘이 진화함에 따라서 음성 인식이 ADAS 기능과 편의성을 제어하는 데도 사용할 수 있을 만큼 신뢰성이 향상될 것이다.
고성능 차량용 애플리케이션 프로세서와 추론 엔진을 사용하면 더 정교한 자연어 알고리즘이 가능해진다. 지역적 액센트와 더 넓은 범위의 음성을 인식할 수 있다. 신경망과 더불어 디지털 음성 프로세싱 기법을 사용해서 다른 탑승자, 타이어, 바람 소리 같은 백그라운드 소음을 제거하고 라디오 방송이나 여타 미디어 소스를 음성 명령으로 잘못 인식하지 않도록 할 것이다. 또 음성 UI는 음성 명령 확인, 필요한 질문, 여타의 양방향 대화를 하기 위해서 구성가능한 음성 출력을 필요로 한다. 안전 측면에서도 음성 제어를 사용하는 것이 완벽하게 타당하다. 운전자가 터치스크린으로 기능을 선택하기 위해서 도로에서 눈을 뗄 필요가 없기 때문이다.
PCAP 터치 기술을 통해 큰 디스플레이 표면을 관리할 수 있다. 테슬라는 15인치 세로형 터치스크린을 사용한다. 터치 스크린은 밝은 햇빛에서부터 어두운 밤까지 넓은 범위의 주변 빛 조건을 수용할 수 있어야 한다. 성공적인 UI를 구현하기 위해서는 콘트라스트가 높고 휘도가 높은 디스플레이 패널이 중요하다. 차량용으로 소형 터치스크린을 사용하는 것은 권장되지 않는다. 운전자가 조작하기가 까다롭고 안전을 해칠 수 있기 때문이다.
위험 발생 확률을 낮추는 차량용 HMI 설계
차량용 HMI는 동작 환경을 중요하게 고려해야 한다. 극단적인 온도와 습도, 오염, 먼지, 진동 같은 것들을 들 수 있다. 터치스크린은 유리 위로 응축 막이 형성됐을 때 오작동을 일으킬 수 있다. 젖은 손가락으로 조작할 때도 수분이 모두 제거될 때까지 UI가 먹히지 않을 수 있다. 반대로 공기가 너무 건조해도 운전자가 스크린을 터치할 때 정전기가 발생할 수 있다. 그러므로 차량용 HMI 애플리케이션은 넓은 범위의 온도와 습도 조건에서 철저하게 테스트해 안전하게 동작하는지 확인해야 한다. HMI 터치스크린은 땀, 음료, 핸드 크림 같은 것들이 묻어서 생긴 흔적을 손쉽게 닦아낼 수 있어야 한다. 또 터널을 빠져나가서 밝은 햇빛으로 나갔을 때 디스플레이 밝기가 빠르게 자동으로 조절해야 한다.
AI 기반의 음성 인식 인터페이스로는 도로와 차내 소음은 또 다른 고려사항이다. 차내 소음은 차 안에서 사람들의 대화 소리일 수도 있고 인포테인먼트 소리일 수도 있다. 그러므로 음성 명령을 듣기 위해 마이크로폰의 위치를 잘 잡아야 하며 차체로부터 물리적으로 떨어트려야 한다. 이 같은 방법으로 도로 소음, 타이어 소음을 최소화할 수 있다. 히터와 에어컨 송풍구로부터의 가청 소음도 음성 명령 성능에 영향을 미칠 수 있다. 차 창문이 열려 있을 때는 세찬 고주파 가청 백그라운드 소음 성분이 강해질 것이다. 디지털 신호 프로세싱 기법과 필터를 사용해서 사람의 음성 신호를 분리와 음성 인식 신경망 알고리즘으로 처리할 수 있다.
다양한 안전 표준과 EMI, EMC 같은 여타 요건을 충족하도록 설계해야 한다. 자동차로 셀룰러, 와이파이, 블루투스 같은 무선 통신을 더 많이 사용함으로써 원치 않는 간섭이 높아졌다. 전기차와 하이브리드차는 전기 모터 드라이브 체인으로부터 높은 dV·dt 트랜션트를 고려해야 한다.
차량 HMI가 차와 사람이 상호작용하는 방식으로 근본적인 변화를 가져온다. 자동차로 갈수록 더 정교한 인포테인먼트, 통신, ADAS 제어가 도입됨에 따라서 HMI가 운전자와 탑승자들을 위해서 중심적인 제어 패널이 되고 있다. 앞으로 음성 인식의 사용이 빠르게 늘어남으로써 운전자의 안전을 높일 것이다. 이것을 가능하게 하는 것이 새로운 세대의 강력한 AI 프로세서와 추론 엔진이다.
글 : 헌틀리(Robert Huntley)
자료제공 : 마우저 일렉트로닉스(www.mouser.com)
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