[논문]운전자 정보전달을 위한 차량용 햅틱시트 연구

오승용; 김경태; 유창호; 한갑수; 권대규

운전자 정보전달을 위한 차량용 햅틱시트 연구
Study on Vehicle Haptic-Seat for the Information Transfer to Driver 원문보기

재활복지공학회논문지 = Journal of rehabilitation welfare engineering & assistive technology, v.8 no.1, 2014년, pp.1 - 7

오승용 (전북대학교 헬스케어공학과) , 김경태 (전북대학교 헬스케어공학과) , 유창호 (전북대학교 바이오메디컬공학부) , 한갑수 (전북대학교 바이오메디컬공학부) , 권대규 (전북대학교 바이오메디컬공학부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 기존의 시/청각 방식의 운전정보 전달체계의 한계를 극복하고 더불어 교통약자들의 운전 수행에 도움이 되는 자동차용 햅틱시트 기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 동전형 모터 30개를 사용한 진동자극용 시트커버형 시제품과 모터드라이버모듈을 제작하였고 촉각이상이 없는 젊은 남녀 10명을 대상으로 6자유도 모션베이스 상에 구축된 가상운전 시뮬레이터를 사용하여 가상운전상황에서의 시트진동자극에 대한 실험을 진행하였다. 모터의 동작전압(1.5V, 2.5V, 3.5V)에 따라 세기가 가변되는 30개소의 진동자극의 위치별 인지율을 측정하여 분석하였다. 피험자들은 2.5V,3.5V로 동작하는 30개소의 모터 진동자극을 모두 인지하였고 최저작동전압인 1.5V에서도 일정수준 이상의 인지율을 보여주는 결과를 얻었으며 이 결과는 차량 내에서의 시트를 통한 진동자극의 운전정보 유용성을 보여주는 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the effect of the automotive haptic-seat technology which can transmit the driving information by the vibro-stimulus from the seat was investigated to overcome previous system's limitation relied on the visual and audial method and to help handicap driving. A prototype haptic seat covers with 30 coin-type motors and driver module were developed for this sake. A driving simulator on the 6-DOF motion-base was used for driving situation and we executed the seat vibro-stimulus test with 10 young participants who have normal tactile sense. The haptic recognition ratio by 30 locations was measured and analyzed in the result. The intensity of vibro-stimulus was adjusted by input voltage of motors (1.5V,2.5V,3.5V). All vibro-stimulus locations at 2.5V and 3.5V could be recognized by all participants and even in the lowest recognition ratio of 1.5V. The results showed that the seat vibration stimulus could be useful to transfer the drivers' information while driving.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

성별, 신장, 체중 간에 높은 상관관계가 있는 이유는 평균적으로 남성이 여성에 비해 신장과 체중이 크기 때문이며 M12가 이들과 음의 상관관계를 가진다는 것은 M12에서의 진동자극에 대해 인지 할 확율이 남성보다 여성에서 높게 나올 수 있고 성별 간에 반비례한다는 것을 의미한다. 따라서 이를 확인하고자 성별그룹간의 진동위치별 인지율의 유의성분석을 실시하였다.
본 연구에서는 기존의 단순한 좌석의 기능을 넘어 차량 주행 시 운전자에게 진동자극을 통한 적절한 운전정보를 제공함으로서 기존의 시각, 청각적인 운전정보전달방식의 한계를 극복하고 부가적으로 인체에 대한 직접적인 진동자극으로 운전피로도에 의해 야기되는 운전자의 부주의한 상태 또는 졸음 상태를 환기시켜 사고를 미연에 방지할 수 있는 차량용 햅틱시트 (haptic-seat)를 개발하고자 하며 그 사전단계로 가상운전상황에서 차량시트를 통한 진동자극에 대한 운전자의 위치별 인지율을 평가하고자 한다.

제안 방법

피험자들은 실험에 앞서 사전 설문조사를 수행한 후 정지된 상태의 운전시뮬레이터에 착석하여 안전벨트를 착용한 후 모션베이스를 차량주행 시 엔진 진동수준 주파수(1∼2Hz)[10]로 상하방향으로 가진 시키며 전면의 PDP에는 고속도로 주행 영상을 제공하여 가상운전환경을 구현하였다. 순차적으로 진동하는 30개소의 자극에 대해 피험자가 인지할 경우, 스티어링 휠에 구비된 인지스위치를 누르게 하였고 실험은 진동모터의 입력전압을 다르게 하여 총 3회 실시하였다. 예비실험에서 피험자들은 5V의 입력전압으로 동작하는 30개소(M1~M30)의 진동모터를 모두 인지하는 결과를 보여 본 실험에서는 모터의 정격전압인 3.
순차적으로 진동하는 30개소의 자극에 대해 피험자가 인지할 경우, 스티어링 휠에 구비된 인지스위치를 누르게 하였고 실험은 진동모터의 입력전압을 다르게 하여 총 3회 실시하였다. 예비실험에서 피험자들은 5V의 입력전압으로 동작하는 30개소(M1~M30)의 진동모터를 모두 인지하는 결과를 보여 본 실험에서는 모터의 정격전압인 3.5V 와 최저작동전압인 1.5V, 그 두 값의 중간 값인 2.5V 의 세 조건으로 실험하였고 진동모터의 촉각자극과 진동음의 혼란을 피하기 위하여 별도의 이어폰을 통해 주행음향을 제공함으로서 진동음을 차단하였으며 피험자 예측을 피하기 위해 1초간 진동 후 8초 지연의 충분한 휴지기를 두고 진동자극을 제공하였다. 실험방법 및 순서는 그림 6 에 도식화 하였다.
진동요소로는 스마트기기에 많이 사용되어지는 동전형 진동모터를 사용하였으며 진동모터의 프레임 장착을 위해 별도의 모터용 하우징(그림 2)을 제작하고 이를 프레임에 장착한 후 시트커버에 내장하여 제작하였다(그림 3). 진동모터 작동용 드라이버 모듈(그림 4)을 별도 제작하였으며 PC를 사용하여 이를 제어하였고 제어용 소프트웨어는 LabVIEW 2009 (NI, Co., USA)을 사용하여 제작하였다.
피험자들은 실험에 앞서 사전 설문조사를 수행한 후 정지된 상태의 운전시뮬레이터에 착석하여 안전벨트를 착용한 후 모션베이스를 차량주행 시 엔진 진동수준 주파수(1∼2Hz)[10]로 상하방향으로 가진 시키며 전면의 PDP에는 고속도로 주행 영상을 제공하여 가상운전환경을 구현하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 6자유도 모션베이스 (Simuline, Co., Korea) 상에 구축된 가상운전장치(전북대학교)와 주행영상을 제공하기 위한 50인치 PDP 모니터(그림 1)를 사용하고 진동자극 제공을 위한 햅틱시트는 내부프레임의 격자간격(가로/세로 각 50mm)에 배치가 가능한 6행 5열, 총 30개소(M1~M30)의 위치에 진동요소를 설치하여 제작하였다. 진동요소로는 스마트기기에 많이 사용되어지는 동전형 진동모터를 사용하였으며 진동모터의 프레임 장착을 위해 별도의 모터용 하우징(그림 2)을 제작하고 이를 프레임에 장착한 후 시트커버에 내장하여 제작하였다(그림 3).
본 연구에서는 촉각 이상이나 기타병력이 없는 남녀 대학생 10명 (평균연령: 20.6±1.1세, 키: 165.9±9.9cm, 체중: 58.4±10.6kg)을 대상으로 실험을 진행하였으며 모든 피험자는 실험에 앞서 관련된 내용을 충분히 숙지한 뒤 실험에 참여하였다.
시트진동부위의 전압별 진동강도를 측정하기 위하여 Vibration Meter –Type-3116 (ACO Co.,Ltd JPN)(그림 5)를 사용하였다.
, Korea) 상에 구축된 가상운전장치(전북대학교)와 주행영상을 제공하기 위한 50인치 PDP 모니터(그림 1)를 사용하고 진동자극 제공을 위한 햅틱시트는 내부프레임의 격자간격(가로/세로 각 50mm)에 배치가 가능한 6행 5열, 총 30개소(M1~M30)의 위치에 진동요소를 설치하여 제작하였다. 진동요소로는 스마트기기에 많이 사용되어지는 동전형 진동모터를 사용하였으며 진동모터의 프레임 장착을 위해 별도의 모터용 하우징(그림 2)을 제작하고 이를 프레임에 장착한 후 시트커버에 내장하여 제작하였다(그림 3). 진동모터 작동용 드라이버 모듈(그림 4)을 별도 제작하였으며 PC를 사용하여 이를 제어하였고 제어용 소프트웨어는 LabVIEW 2009 (NI, Co.

데이터처리

또한 남성과 여성 성별그룹 간에 따른 위치별 진동인지율의 차이를 알아보기 위해 독립2-표본 (Mann-Whitney)검정을 실시하였으며 귀무가설로 “ 성별그룹 간의 위치별 진동인지율은 같다”라는 가설을 수립하고 유의수준(p=0.05)로 분석하였고 통계분석프로그램으로는 PASW Statistics 18 을 사용하였다.
실험결과에 대한 통계분석을 실시하기 위해 대부분의 진동을 인지한 남성 1명과 전혀 인지하지 못한 여성 1명의 데이터를 제외한 후 각 변수와 진동자극 인지율(M1∼30)간의 비모수 상관계수인 Spearman 상관계수를 구하였다.

성능/효과

결과적으로 모든 위치에서의 유의확율이 0.05보다 크므로 “성별그룹 간의 위치별 진동인지율은 같다”라는 가설을 채택할 수 있고 이 결과가 의미하는 것은 통계학적으로 남성 또는 여성그룹이 다른 성별그룹에 비해 시트의 특정위치에서의 진동을 더 잘 느끼거나 덜 느끼지는 않는다는 것을 의미한다.
부가적으로 각 변수와 위치별 상관관계 분석을 통해 신장, 체중과 관계가 있는 진동자극 위치를 확인하였으며 M12의 경우는 성별과 상관관계를 가지는 것으로 분석되었으나 추가적인 분석에서 성별에 따른 유의한 차이가 없는 결과를 얻었다. 이는 차량용 햅틱시트가 남녀운전자에게 모두 공통으로 적용이 가능할 것이라는 결론을 유추할 수 있다.
5V에서도 일정수준 이상의 인지율을 보여주는 결과를 얻었다. 이는 차량 운전상태에서 시트를 통한 진동자극이 높은 인지율을 보일 수 있다는 것을 의미하며 따라서 시트에서의 진동자극을 통한 운전정보 전달방법은 기존의 시각, 청각을 이용한 정보전달 방법의 한계를 극복할 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 사료된다.
전체적으로 남성피험자에 비해 여성운전자의 평균인지율이 낮게 나오는 결과를 얻을 수 있었다.
표 5에 나타나는 통계적 분석 결과 성별그룹간의 위치별 인지율의 차이는 M12를 제외한 모든 위치에서 유의하지 않은 결과(p>0.05)를 나타내었고 M12의 경우 근사유의확율은 0.040 이나 정확한 유의확율이 0.114로 0.05보다 큰 결과를 얻었다.
피험자들은 정격전압인 3.5V 및 2.5V로 동작하는 30개소의 모터 진동자극을 모두 인지하였고 최저작동전압인 1.5V에서도 일정수준 이상의 인지율을 보여주는 결과를 얻었다. 이는 차량 운전상태에서 시트를 통한 진동자극이 높은 인지율을 보일 수 있다는 것을 의미하며 따라서 시트에서의 진동자극을 통한 운전정보 전달방법은 기존의 시각, 청각을 이용한 정보전달 방법의 한계를 극복할 수 있는 효과적인 방법이 될 수 있을 것으로 사료된다.

후속연구

이는 차량용 햅틱시트가 남녀운전자에게 모두 공통으로 적용이 가능할 것이라는 결론을 유추할 수 있다. 비록 본 실험을 통해 시트를 통한 진동자극의 운전정보 전달통로로서의 높은 가능성을 증명하였으나 대상 피험자수가 적었고 또한 기존의 시각, 청각을 이용한 운전정보 전달에 대한 대조실험이 이뤄지지 않았으며 다양한 연령층 및 교통약자에 대한 실험이 이루어지지 못한 것은 본 연구의 한계라고 판단된다.
향후 다양한 연령층에 대한 더 많은 실험과 인체의 촉각 분포와의 연관성 및 시, 청각 전달방법과의 대조실험을 통해 복잡한 운전상황에서도 정확한 운전정보 전달이 가능한 차량용 햅틱시트의 개발이 가능할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동차의 운전이 피곤한 이유는?	자동차의 운전은 지각, 의사결정, 운동기능 등 다양한 능력을 필요로 하는 복잡한 행동의 연속으로 지속적인 고도의 의식집중이나 외부자극에 대한 긴장감이 유발되므로 운전자는 운전 시 정신적, 신체적인 피로를 느끼게 된다. 또한, 자동차가 지능화됨에 따라서 운전자가 차량 안에서 제공받을 수 있는 정보나 서비스의 종류는 점점 더 늘어나고 있으며 차량 내 정보 복잡성의 증가는 운전자를 혼란하게 하여 운전안전성에 큰 영향을 끼치고 있다[1].
	자동차 지능화가 어떻게 운전안전성에 영향을 끼치는가?	자동차의 운전은 지각, 의사결정, 운동기능 등 다양한 능력을 필요로 하는 복잡한 행동의 연속으로 지속적인 고도의 의식집중이나 외부자극에 대한 긴장감이 유발되므로 운전자는 운전 시 정신적, 신체적인 피로를 느끼게 된다. 또한, 자동차가 지능화됨에 따라서 운전자가 차량 안에서 제공받을 수 있는 정보나 서비스의 종류는 점점 더 늘어나고 있으며 차량 내 정보 복잡성의 증가는 운전자를 혼란하게 하여 운전안전성에 큰 영향을 끼치고 있다[1].
	지금까지 개발된 안전운전 지원 서비스나 운행 정보 제공 서비스의 문제점은?	지금까지 개발된 안전운전 지원 서비스나 운행 정보 제공 서비스를 살펴보면 운전자의 기본적인 운전능력, 운전 특성 등과 상관없이 일방적으로 정보를 제공해 주고 있다. 이러한 서비스는 운전자의 특성이나 상황을 고려하지 않기 때문에 경우에 따라서 운전자의 운전 주의를 분산시키거나 교통사고를 야기하기도 한다[2]. 이에 따라 기존의 운전정보 체계가 아닌 새로운 전달체계를 이용하여 운전정보를 전달하고자 하는 많은 연구가 있었으며 Damiani, S.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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