자율주행시스템(ADS, Automatic Driving System)에서 인간 운전자의 역할은 자율주행 단계에 따라 달라진다. SAE(Society of Automotive Engineers) J3016에 따르면 ADS는 인간 운전자의 역할에 따라 비자동 주행인 레벨 0에서 완전 자율 주행인 레벨 5까지 6단계로 분류된다. 레벨 3(조건부 자율 주행)까지가 운전자의 역할이 강조되고 레벨 4(고도 자율 주행) 이상에서는 운전자의 개입이 없어진다. 수동 주행 모드에서 대부분의 운전 작업은 운전자가 관여를 해야 한다. 자율주행상황에서 운전 작업은 차량 내에 장착된 자율주행시스템인 ADS가 수행하게 된다. 그러나 자율주행모드에서 ADS가 실패할 경우 인간 운전자는 ADS로부터 제어권을 이양 받아서 운전을 수행해야 한다. 안전한 제어권 전환을 위해서는 자율주행상황 및 제어권 전환 상황에서 운전자 상태를 모니터링 할 수 있는 기술이 필요하다.
본 기술은 인간 운전자와 ADS가 차량의 제어를 교대로 수행하는 레벨 2 (부분적 자율 주행)와 레벨 3 (조건부 자율 주행) ADS에 장착되어 자율주행자동차로부터 인간 운전자로 차량 제어권한을 이양하기 위한 DVI 시스템(driver-vehicle interaction system) 중, 인간 운전자가 자율주행자동차로부터 얼마든지 차량의 제어권한을 이관받을 수 있는 상태를 유지할 수 있도록 도와주며, ADS로부터 인간 운전자가 차량의 제어권한을 이양받아야 할 경우 신속하고 안전하게 수행할 수 있도록 정보를 제공하는 제어권 전환 에이전트(CPA, Co-Pilot Agent) 시스템에 관한 것이다.
인간 운전자와 ADS가 차량의 제어를 교대로 수행하는 SAE 레벨 2 (부분적 자율 주행)와 레벨 3 (조건부 자율 주행) ADS는 운전자와 ADS 간의 안전한 차량 제어권 전환이 중요하다. 만약 실패 할 경우 사고로 이어진다. 인간 운전자에서 ADS로의 제어권 전환보다 ADS에서 인간 운전자로의 제어권 전환이 더욱 문제가 되는데, 이는 인간 운전자가 ADS로부터 발생하는 제어권 전환 요청(TOR, Take Over Request)를 인지하고 반응하는데 필요한 인지반응시간과 인간 운전자가 주행 중인 자동차의 제어권을 획득한 이후에 안정적으로 차량을 제어할 수 있을 때까지 안정화 시간이 필요하기 때문이다. 이에 UNECE ACSF(Automatically Commanded Steering Fuction)에서는 ADS에서 인간 운전자로 차량 제어권 이양이 필요할 경우, ADS가 TOR 발생 후 4초간 차량의 횡방향 제어을 유지해야 한다고 권고한다. 인간 운전자는 4초 내에 TOR을 인지하고 차량 제어를 시작해야 하지만 경우에 따라 4초는 충분하지 못할 수 있다.
자율주행 중에 인간 운전자는 운전이 아닌 다른 작업 (NDRT, Non-Driving Related Task)을 수행할 수 있다. 인간 운전자들이 선호하는 대표적인 NDRT로는 음악감상, 경치감상, 대화, 읽기, 쓰기, 스마트폰하기, 영화보기, 먹기, 화장하기, 옷입기, 씻기, 잠자기, 아무것도 안하기 등이 있다. NDRT를 수행하는 운전자는 NDRT에 몰입하게 되어 운전 작업에 대한 민감도가 떨어진다. ADS가 자율주행에 실패하여 TOR이 발생해도 인간 운전자는 주어진 임계시간 내에 해당 정보를 인지하고 반응하기 어려울 수 있다. 이러한 반응 지연은 연령, 운전자가 수행중인 NDRT 종류, NDRT 몰입도 등에 따라 다르다.
따라서 인간 운전자가 NDRT에 몰입하지만 ADS의 자율주행 실패 시 인간 운전자의 차량 제어가 필요한 SAE 레벨 2와 레벨 3에서는 인간 운전자의 상태나 주변 교통 상황 등에 기반하여, 제어권 전환 요청 등의 알람을 확실하고 정확하게 전달 할 필요가 있다. 인간 운전자가 몰입하고 있는 NDRT의 종류에 따라 효과적인 인터랙션 모달리티 채널 및 컨텐츠를 선정해야 하며, 자율주행 중 NDRT를 수행하면서도 최소한의 주행상황에 대한 파악(situation awareness)수준을 일정 정도 유지하도록 적정 정보를 상시적으로 제공할 필요가 있다.
본 기술은 다양한 자율주행 제어권전환 시나리오에서 제어권 요청 정보, 주행상황 정보, 운전자 상태 정보를 운전자와 인터랙션 할 수 있는 기술을 제공한다. DVE 시스템에서 수집한 모든 정보는 시각동기화되어 CPA 시스템으로 전달됨을 가정하였다. 전달된 정보는 CPA 시스템 내에서 제어권 전환을 요청하거나, 주행상황 정보를 처리하고, 운전자 상태를 분석함으로써, 운전자가 안전하게 제어권 전환을 수행할 수 있도록, 적시적 정보 및 상시적 정보를 제공함
적시적 정보는 알람 형태로 제공되며, 주로 청각 채널 및 촉각 채널을 사용하게 되고, 상시적 정보는 디스플레이 형태로 시각 채널을 통해서 전달된다. 이러한 멀티모달리티 인터랙션을 위하여 CPA 시스템은 운전자용 UI를 포함한다. 운전자는 분석된 제어권 요청 정보, 주행상황 정보 및 운전자 상태 정보에 대하여 잘 이해할 수 있게 되고 즉각적인 반응이 필요한 경우 빠르게 대처할 수 있음
A. 기술명 : CPA(Co-pilot agent) 시스템
■ 운전자용 인터페이스 기술
■ 제어권 전환 요청 제공 기술
■ 주행상황 정보 제공 기술
■ 운전자 상태 분석 기술
A. 기술명 : CPA(Co-pilot agent) 시스템
- 관련 기술 문서
(1) 자율주행자동차 (SAE 레벨 2, 3)기반 인적요인 심층연구 요구사항 정의서
(2) 제어권전환 에이전트 상세설계서
(3) 제어권전환 에이전트 시험절차서 및 결과서
(4) CPA 시스템 사용자 매뉴얼
- CPA 시스템 프로그램 코드
(1) CPA 시스템 SW 소스코드
본 기술은 차량에서 수집한 데이터를 분석하여 인간 운전자가 자율주행자동차를 안전하게 이용하기 위한 인터페이스로 사용할 수 있다. 특히, 운전자가 자율주행 중에 수동운전 요청 정보를 정확하고 빠르게 받고, 자율주행 중에도 주행상황에 대해 파악할 수 있도록 함으로써, 예기치 못한 위험 상황에서도 제어권 전환을 안전하게 수행할 수 있게 해준다.
운전자, 차량, 주행환경 등 상태 기반 정보제공 방법을 통하여 특정 이벤트 등에 인간 운전자가 빠르게 반응할 수 있게 해주며, 자율주행 안전성 확보를 통해 운전자의 인적 오류를 방지하고 교통사고 발생률을 낮추는데 적용할 수 있다.