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Kim, J., Hwang, S., & Pak, K. Development of Movement System for In-Vehicle Devices in Autonomous Vehicles and Usability Evaluation of Physical Motion-Based Alerts
  • 작성자 HIDE
  • 조회수 38
2026-02-12 15:57:43

Topic: Development of Movement System for In-Vehicle Devices in Autonomous Vehicles and Usability Evaluation of Physical Motion-Based Alerts

 

This study aims to propose a movable in-vehicle convenience device system for Level 4–5 autonomous driving contexts—where the cabin shifts from a “driving-centered” space to an “occupant-centered living space”—and to empirically evaluate both its overall usability and the effectiveness of using physical motion itself as an alert modality. Building on a previously developed console-type device and a rail-based bracket mechanism, the authors integrated these elements into a unified system in which the device can translate laterally and rotate in place while inside the vehicle, and can also be detached via vertical lifting from the rail structure so that it can be used outside the vehicle as an independent product. By enabling occupants to reconfigure the space while engaging in non-driving activities such as working, resting, dining, and entertainment, the system embodies the concept of “experience continuity,” extending convenience benefits formed in the vehicle to the destination environment through physical portability and re-deployability.

The evaluation was conducted in two stages with the same 24 participants. In the first experiment, overall usability and acceptance were assessed using the System Usability Scale (SUS) and in-depth interviews. The mean SUS score was 76.04, indicating an “acceptable” level of usability. Item-level responses suggested that participants generally perceived the system as intuitive and operable without extensive learning; however, the item corresponding to reuse intention (“I would like to use this frequently”) was relatively lower, implying that design must not only demonstrate functional feasibility but also convincingly motivate sustained, everyday use. Regarding preferences by function, rotation received the highest positive evaluation (75.0%), followed by translation (54.2%) and detachment (45.8%). Rotation was favored because its role as a table-like function felt clear and immediately useful, yet participants also expressed concerns about practicality and hygiene due to potential shaking while the vehicle is moving. Translation was valued for enabling object delivery without requiring occupants to physically move, highlighting potential safety and convenience benefits, although some questioned whether it would be necessary in situations where direct handoff might be faster. Detachment was positively viewed for enabling outdoor use and extending the experience beyond the vehicle, but participants repeatedly raised cleanliness issues—such as contaminants being brought back into the cabin—and pragmatic doubts about whether people would actually carry the device outside. In terms of actuation style, participants most preferred a hybrid approach combining automatic and manual control. Translation in particular showed a stronger preference for manual control because unexpected automatic motion could feel uncomfortable or risky, and both detachment and rotation also benefited from user-driven initiation or fine adjustment. Overall, the findings indicate the need to differentiate the level of automation by function rather than applying uniform automation across all movements.

The second experiment examined whether the device’s physical motion can function as a pre-alert that captures attention more effectively than conventional display-based color alerts. The study used a within-subject design of 2 (alert type: physical motion vs. color) × 3 (scenario: motion toward the occupant, motion away from the occupant, and detachment). Tobii-based eye tracking measured attention responses through interval duration, total fixation duration, and fixation count, while post-task interviews and questionnaires captured which alert participants believed they noticed first and which they preferred, allowing comparison between subjective judgments and objective measures. The results showed that physical-motion alerts significantly increased fixation counts compared to color alerts (M=4.17 vs. 3.15), suggesting an advantage in repeatedly drawing attention; however, differences in total attention time were not as pronounced, implying that the key effect lies less in “how long people look” and more in “how often they re-check.” Scenario effects were also observed: the detachment scenario produced significantly higher fixation counts than motion toward the occupant, and motion away from the occupant was also higher than motion toward the occupant, indicating that different movement types can demand different levels of repeated visual verification.

An important contribution of this study is its evidence that objective attention effects and subjective judgments do not always align. While physical motion may be advantageous for unconscious attention capture, especially in relatively simple translation scenarios participants’ self-reports about what they noticed first or what felt clearer sometimes diverged from eye-tracking data. This suggests that alert design should not simply standardize on a single “stronger” stimulus, but should instead select and combine modalities in a context-sensitive way, considering scenario complexity, potential risk, and the occupant’s level of task immersion. In sum, the study proposes a concrete mobility mechanism for in-vehicle convenience devices that supports space reconfiguration and experience continuity, verifies an acceptable level of usability while clarifying function-specific perceived value and concerns, and demonstrates that physical motion can be effective for repeated attention prompting while also highlighting possible gaps between perceived clarity and measured attention. The authors conclude that alerts should be designed against dual criteria—attention capture and cognitive clarity—and note that further validation is needed with broader scenarios, more diverse user groups, and conditions closer to real driving environments, with future work focusing on finer-grained non-driving activity contexts and corresponding device types and alert strategies.

 
 

본 연구는 레벨 4–5 자율주행 환경에서 차량 내부가 ‘운전 중심 공간’에서 ‘탑승자 중심 생활공간’으로 전환된다는 전제하에, 활동 전환에 따라 내부 편의장치가 유연하게 재배치·변형되고 더 나아가 차량 외부로도 확장될 수 있는 이동형 편의장치 시스템을 제안하고 그 사용성과 알림 효과를 실증적으로 평가하는 것을 목적으로 한다. 연구진은 선행 연구에서 개발한 콘솔형 편의장치와 레일 기반 브라켓 메커니즘을 통합하여, 편의장치가 차량 내부에서는 측면 이동과 제자리 회전을 수행하고 수직 상하강을 통해 레일 구조에서 탈부착되어 차량 외부에서도 독립 제품처럼 활용될 수 있는 구조를 설계하였다. 이 시스템은 탑승자가 업무·휴식·식사·엔터테인먼트 등 비운전 활동을 수행하는 과정에서 공간을 재구성할 수 있도록 하며, 차량에서 형성된 편의 경험이 목적지에서도 이어지도록 ‘사용 환경의 연속성’을 물리적 이동성으로 구현하려는 시도를 핵심 개념으로 삼는다. 

평가는 동일 참가자 24명을 대상으로 두 단계로 진행되었는데, 첫 번째 실험은 제안 시스템의 전반적 사용성과 수용도를 확인하기 위해 SUS 설문과 심층 인터뷰를 활용하였다. SUS 평균은 76.04점으로 ‘수용 가능한’ 사용성 수준을 확보했으며, 문항별로는 시스템이 직관적이고 특별한 학습 없이도 조작 가능하다는 인식이 상대적으로 강하게 나타난 반면, ‘자주 사용하고 싶다’에 해당하는 재사용 의도 문항은 비교적 낮아 기능의 가능성만큼이나 지속적 사용 동기를 설계로 설득해야 함을 시사했다. 기능별 선호에서는 회전 기능이 가장 높은 긍정 평가를 받았고(75.0%), 그 다음이 이동(54.2%), 탈부착(45.8%) 순이었는데, 회전은 테이블로서의 용도가 명확해 기대가 컸던 반면 주행 중 흔들림에 따른 실용성·위생 우려가 함께 제기되었다. 이동 기능은 탑승자의 물리적 이동 없이 물건을 전달할 수 있다는 안전·편의 가치가 강점으로 언급되었지만, 상황에 따라 ‘직접 전달이 더 빠르다’는 필요성 의문도 나타났다. 탈부착 기능은 야외 활동으로의 경험 확장 가능성이 긍정적으로 평가되었으나, 오염물이 차량 내부로 유입될 수 있다는 청결 이슈와 ‘굳이 들고 나가야 하는가’라는 현실적 장벽이 반복적으로 지적되었다. 또한 작동 방식은 자동과 수동을 혼합한 ‘복합 방식’ 선호가 높았고, 이동은 예기치 않은 자동 움직임이 불편·위험을 유발할 수 있다는 이유로 수동 선호가 두드러졌으며, 탈부착과 회전 역시 사용 의도가 직접 반영되어야 하거나 단순·세밀 조정이 필요하다는 이유로 무조건적 자동화보다 기능 특성에 따른 자동화 수준의 차등 적용이 필요하다는 결론으로 연결되었다. 

두 번째 실험은 시스템 작동 과정에서 발생하는 ‘물리적 움직임’ 자체를 사전 알림 모달리티로 활용할 때, 기존의 디스플레이 기반 색상 알림보다 탑승자의 주의를 더 효과적으로 포착할 수 있는지를 시선추적으로 비교·검증하였다. 실험은 2(알림 방식: 물리적 움직임 vs 색상)×3(시나리오: 탑승자 방향 이동, 반대 방향 이동, 탈부착) 피험자 내 설계로 구성되었고, Tobii 기반 시선추적을 통해 주의 반응을 Interval Duration, Total Fixation Duration, Fixation Count로 측정했으며, 사후 인터뷰·설문을 통해 참가자가 ‘먼저 인지했다고 보고한 알림’과 ‘선호 알림’이 객관 지표와 어떻게 일치 또는 불일치하는지도 함께 확인하였다. 분석 결과, 알림 방식의 주효과에서 물리적 움직임 알림은 색상 알림보다 시선 고정 횟수를 유의하게 증가시켜 반복적 주의 포착에 강점을 보였으나(M=4.17 vs 3.15), 총 주의 시간 자체는 유의한 차이가 크지 않아 ‘얼마나 오래 보는가’보다 ‘몇 번 다시 확인하게 만드는가’에서 차이가 나타나는 양상이 확인되었다. 또한 시나리오의 주효과에서는 탈부착 시나리오가 탑승자 방향 이동 시나리오보다 유의하게 더 많은 시선 고정 횟수를 유발했고, 반대 방향 이동 역시 탑승자 방향 이동보다 높게 나타나, 동작 유형에 따라 사용자가 요구받는 ‘반복 확인’의 수준이 달라짐을 보여주었다. 

한편 본 연구는 객관적 시선 데이터에서 드러난 알림 효과가 사용자의 주관적 시인성 판단 및 선호와 항상 일치하지 않을 수 있음을 중요한 발견으로 제시한다. 즉 물리적 움직임은 무의식적 주의 포착에는 유리하지만, 특히 상대적으로 단순한 이동 상황에서는 사용자가 ‘무엇을 먼저 알아차렸는지’ 또는 ‘어떤 방식을 더 명확하다고 느끼는지’가 객관 지표와 어긋날 수 있었고, 따라서 알림 설계는 “더 강한 자극 하나로 통일”하기보다 시나리오 복잡도, 동작의 위험도, 탑승자의 활동 몰입 상태를 고려해 모달리티를 상황 맞춤형으로 선택·조합해야 한다는 실무적 함의를 도출한다. 종합하면, 본 연구는 자율주행차 내부 편의장치에 ‘물리적 이동성’ 개념을 적용해 공간 전환과 경험 연속성을 지원하는 구체적 메커니즘을 제안하고, 사용성 측면에서는 수용 가능한 수준을 확인하는 동시에 기능별 가치 인식과 우려 요인을 정밀하게 드러냈으며, 알림 측면에서는 물리적 움직임이 반복적 주의 환기에 효과적이되 주관적 인식과의 괴리가 발생할 수 있음을 실증하여 설계 목표를 “주의 포착”과 “인지적 명확성”의 이중 기준으로 다룰 필요가 있음을 제안한다. 마지막으로, 제한된 참가자 구성과 실험 자극·상황의 범위 등으로 인해 실제 주행 환경과 다양한 사용자 집단을 포괄하는 추가 검증이 요구되며, 후속 연구에서는 구체적 비운전 활동 맥락을 더 세분화하고 그 맥락에 적합한 편의장치 유형과 알림 전략을 중심으로 발전시킬 필요가 있음을 결론으로 정리한다.

 

이 연구는 2025년도 산업통상자원부 및 한국산업기술 기획평가원(KEIT) 연구비 지원에 의한 연구임 (20015218)

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