자율주행 로보 셔틀 환경에서 eHMI 정보 제공 방식에 따른 사용자 경험 연구 : 후방 차량 맥락을 중심으로

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Purpose Built Vehicle (PBV) is a multipurpose mobility that provides various forms, functions, and services to customers' needs within a driverless car in the era of autonomous driving. The Robo-Shuttle, an electric vehicle based PBV designed for autonomous public transportation, is recognized as an important element contributing to the sustainable development of smart city mobility. As participation in the Robo-Shuttle industry has been observed worldwide, the introduction of future urban autonomous mobility is also accelerating in the domestic market. Consequently, driverless Robo-Shuttle services are preparing for commercialization and entering the stage of practical implementation. The introduction of Robo-Shuttles is expected to not only bring technological innovation but also transform the responsibility of communication from vehicle occupants to the vehicles themselves.
Robo-Shuttle refers to a multi-passenger mobility that combines autonomous driving and artificial intelligence (AI) technologies, representing a level 5 autonomous vehicle. As the transition period approaches where autonomous and non-autonomous vehicles share the road, there is a high possibility of accidents resulting from inadequate understanding or communication between the driver-absent autonomous vehicles and other road users due to incorrect judgments. Therefore, for safe interactions between Robo-Shuttles and various road users sharing the road, it is essential to provide feedback based on the surrounding traffic conditions. With the emergence of autonomous driving, the significance of external Human Machine Interface (eHMI) for communication between the vehicle and the external environment in the absence of a driver is increasing. eHMI is used as an interface for communication with the vehicle's external environment in autonomous vehicles. As traditional communication methods among road users such as visual signals, gestures, eye contact, and head nods become ineffective, the importance of eHMI is becoming more prominent.
Thus, this research aims to explore whether there are significant differences in user experience (UX) through situational implication information provision (presence/absence) and intention transmission via displays, considering that the most common type of accident in autonomous driving services involves rear-end collisions. It is a UX study on the interaction and eHMI information provision methods between Robo -Shuttles and non-autonomous vehicles in a Robo Shuttle environment. Specifically, the study explores effective eHMI design directions to enhance mutual understanding and communication between autonomous and non-autonomous vehicles by selecting predictability of behavior, perceived interactivity, and trust as dependent variables in the context of rear drivers in Robo-Shuttles.
The results showed that when situational implication information was provided, there were positive effects in terms of predictability of behavior, perceived interactivity, and trust compared to when it was not provided. However, the light band was relatively rated lower in all scenarios due to the limits of expression range. In all experimental conditions of yielding and sudden scenarios, the effects were significantly more pronounced in sudden scenario situations than in yielding scenarios. This finding indicates that yielding scenarios were influenced by the subjective judgment of participants, as revealed through in-depth interviews.
This research highlights the need for interaction design focusing on the Robo-Shuttle context in the eHMI research field, which has been inadequately addressed. Specifically, by setting scenarios that can occur in autonomous driving contexts, such as yielding and sudden situations, this study presents interaction design directions between Robo-Shuttles and non-autonomous drivers. It has practical significance as a preliminary study supporting the design direction of eHMI considering the characteristics of Robo-Shuttles based on the necessity of research during the commercialization phase of Robo-Shuttles, taking into account accident types and causes.

국문 초록 (Abstract)

PBV(Purpose Built Vehicle)란 자율주행 시대에 운전대 없는 차 안에서 고객의 목적에 따라 다양한 형태와 기능 및 서비스를 제공하는 다목적 모빌리티이다. 로보 셔틀은 자율주행 대중교통을 목적으로 만든 전기차 기반의 PBV로 스마트시티의 지속 가능한 모빌리티 발전에 기여하는 중요한 요소로 인식되고 있다. 세계 각국에서 로보 셔틀 산업에 참여한 가운데, 국내에서도 미래 도심형 자율주행 모빌리티의 도입이 가속화되고 있다. 이에 따라 무인 로보 셔틀 서비스가 상용화 단계를 준비하며 실증 단계로 진입하고 있다. 로보 셔틀의 도입은 기술 혁신뿐만 아니라 커뮤니케이션의 책임이 차량 탑승자로부터 차량 자체로 변화될 것으로 예상된다.
로보 셔틀은 자율주행 5단계 수준의 무인 자율주행 차량으로 로봇
(Robot)과 버스를 의미하는 셔틀(Shuttle)의 합성어로 자율주행과 인공지능 (AI) 기술이 융합된 다인승 모빌리티를 의미한다. 자율주행차량과 비자율 주행 차량이 도로를 공유하는 과도기가 가까워지는 시점에서 운전자의 부재로 외부 도로 이용자들과 상호 이해 또는 커뮤니케이션이 명확히 이루어지지 않은 경우, 잘못된 판단으로 사고로 이어질 가능성이 높다. 따라서 로보 셔틀과 도로를 공유하는 다양한 도로 이용자 간 안전한 상호작용을 위해 주변 교통 상황을 기반으로 피드백을 제시할 수 있는 채널은 필수적이다. 자율주행의 등장으로 eHMI(external Human Machine Interface)로 알려진 외부 상호 작용 인터페이스가 점차적으로 중요성을 더해가고 있다. eHMI는 자율주행 차량에서 운전자가 없는 상황의 차량 외부와 커뮤니케이션을 위한 인터페이스로 사용된다. 과거 전통적인 시각적 신호, 제스처, 눈 맞춤, 고개 끄덕임과 같은 기존의 도로 사용자 간의 커뮤니케이션 방식이 유효하지 않게 됨에 따라 eHMI의 중요성이 더욱 부각되고 있다.
따라서 이 연구는 자율주행 서비스에서 가장 많은 사고 유형이 후방 차량의 충돌이라는 점을 고려하여 상황 암시 정보 제공(유-무)과 디스플레이를 통한 의도 전달이 후방 차량의 사용자 경험에 유의미한 차이가 있는지 탐구하고자 한다. 로보 셔틀 환경을 기준으로, 로보 셔틀과 비자율 주행 차량 간의 상호작용 및 eHMI 정보 제공 방식에 대한 사용자 경험(User Experience, UX) 연구이다. 구체적으로 로보 셔틀 후방 운전자 맥락에서 행동 예측 가능성, 인지된 상호작용성, 신뢰감을 종속 변수로 선정하여 자율주행차량과 일반 차량 간의 상호 이해와 의사소통을 향상시키기 위한 효과적인 eHMI 설계 방향을 탐색하였다.
그 결과, 상황 암시 정보가 제공되었을 경우 그렇지 아니할 때보다 행동 예측 가능성, 인지된 상호작용, 신뢰감 측면에서 긍정적인 효과를 보이는 것으로 나타났다. 그러나 라이트 밴드의 경우 표현할 수 있는 범위의 한계로 모든 시나리오에서 픽토그램 대비 상대적으로 낮게 평가되었다. 양보와 돌발 시나리오의 모든 실험 조건에서 양보 시나리오 보다 돌발 시나리오 상황에서 상대적으로 효과가 유의하게 나타났으며 이는 양보 시나리오의 경우, 심층 인터뷰 내용을 종합적으로 분석한 결과, 양보 시나리오는 피험자의 주관적인 판단에 영향을 받았음을 시사하는 주요 요소가 발견되었다.
이 연구는 기존의 eHMI 연구 분야에서 미비하게 다뤄진 로보 셔틀 – 타 운전자 간 후방 차량 맥락을 중심으로 상호작용 설계 방안을 사고 유형과 원인을 기반으로 로보 셔틀 상용화 단계에서 연구 필요성을 밝혔다. 구체적으로 양보와, 돌발 상황이라는 자율주행 맥락에서 발생할 수 있는 문제에 초점을 맞춰 시나리오를 설정하여 로보 셔틀과 비자율주행 운전자 간 상호작용 설계 방안을 제시했다는 점, 로보 셔틀의 특성을 고려한 eHMI의 설계 방향을 뒷받침하는 선행 선행연구로 실무적 의의를 가진다.

목차 (Table of Contents)

• 차례 I
• 표 차례 III
• 그림 차례 IV
• 국문 요약 V
• 제1장 서론 １
• 1.1 연구 배경 １
• 1.2 연구 대상과 범위 ６
• 1.3 연구 목적 및 문제 ７
• 제 2장 이론적 배경 ８
• 2.1 로보 셔틀의 개념 ８
• 2.2 로보 셔틀 의사소통 주체자의 변화 １１
• 2.3 암묵적 커뮤니케이션과 명목적 커뮤니케이션의 역할 １３
• 2.4 EHMI 의 유형과 정보 제공 방식 １５
• 2.5 블랙박스 현상과 XAI (EXPLAINABLE AI) １９
• 제 3장 연구 방법 ２１
• 3.1 실험 환경 및 참가자 ２１
• 3.2 실험 도구 ２２
• 3.3 실험 절차 ２３
• 3.4 실험 설계 ２４
• 3.5. 실험 처치물 설계 ２４
• 3.5.1 eHMI 디스플레이의 색상 선정과 색상별 의미 ２４
• 3.5.2 eHMI 픽토그램 선정과 구성 ２５
• 3.6 사전인식조사 ２８
• 3.7 종속변인 평가 항목 ２９
• 4. 연구 결과 ３２
• 4.1 사전인식 조사 결과 ３２
• 4.2 설문 문항 신뢰성 검증 ３４
• 4.3 종속 변인 측정 결과 ３５
• 4.3.1행동 예측 가능성 ３５
• 4.3.2인지된 상호작용성 ３７
• 4.3.3신뢰감 ３８
• 5. 논의 및 결론 ４１
• 5.1정보 유형과 디스플레이 형태에 따른 효과 ４１
• 5.2 암묵적 신호와 커뮤니케이션 오해 해소 ４２
• 5.3 시나리오에 따른 EHMI 효과 차이 ４３
• 6.한계점 및 후속 연구 ４７
• 참고 문헌 ４９
• 부록 ５８
• ABSTRACT ６１