HMI 계층

HMI 계층(Human Machine Interface Layer)은 차량에서 사람과 기계의 인터페이스(UI)를 의미한다. 음성인식, 사용자 인터페이스, HMI 코어로 구성된다.

개요

HMI 계층은 사용자에게 기기, 컴퓨터 프로그램, 시스템과의 통신을 가능하게 해주는 대시보드(Dashboards)이다. 기술적으로 기기와의 상호작용을 위해 사람이 사용하는 모든 스크린일 수 있지만, 일반적으로 산업 환경에서 사용되는 스크린을 설명하기 위해 사용된다. HMI 계층은 실시간 데이터를 표시하며, 사용자에게 그래픽 유저 인터페이스를 통해 기기 제어를 가능하게 한다. 또한, 고급 HMI 계층은 사용자에게 기기와의 간편한 통신과 장비 전반의 운영 데이터 시각화를 가능하게 해준다. HMI 계층의 유래는 최초에는 MMI(Man Machine Interface)라고 불렸으나, 남녀평등을 위해서 MMI에서 HMI 계층으로 변경되었다. HMI 계층은 자동차에서도 사용되어 진다. 자동차는 미적인 요소도 중요하지만, 당연 가장 중요한 것은 운전자의 편의라고 할 수 있다. 운전자가 운전을 하면서도 버튼을 조작할 수 있어야 하고, 더 나아가 위급한 상황이 발생했을 때 운전자는 버튼의 위치와 종류도 확인하지 않고 작동할 수 있어야 한다. 결론적으로 HMI 계층이란 운전자들의 흔히 보이는 패턴을 분석하여 손이 닿기 쉬운 곳에 적절한 기능을 배치해 직관적으로 조작할 수 있도록 디자인하고 버튼을 배열한 것이라고 할 수 있다. 또한, 커넥티드 서비스(CONNECTED SERVICES), 음성 인식 서비스 등 사람과 자동차가 교감할 수 있는 모든 부분을 HMI 계층과 연계시켜 개발하고 있는 추세이다.

등장 배경

기술 발전과 진화하는 비즈니스 요구는 HMI 계층 기술의 기능적 변화를 가져왔으며, 터치스크린, 모바일 장치, 클라우드 기반 HMI 계층 및 고성능 HMI 계층이 보편화되고 있는 추세이다. 고성능 HMI 계층은 사용자의 주의를 가장 중요한 요소에 집중시키기 위해 설계된 방법이며, 대시보드에서 불필요한 그래픽 및 제어 기능을 제외함으로써 사용자가 의사 결정에 필요한 정보를 보다 빠르고 쉽게 확인하고 대응할 수 있도록 하게 해준다. 또한, 사물 인터넷(IoT) 및 데이터 분석 기술과 같은 첨단 기술이 HMI 계층에 보다 큰 영향을 미치기 시작했다. 온라인 연결이 가능한 장비 수가 증가할수록, HMI 계층은 더욱 많은 데이터를 수집하고 사물 인터넷 네트워크의 일부가 될 수 있다.

특징

HMI 계층은 광범위한 산업에서 사용된다. 일반적으로 자동차에서 식음료, 의약품에 이르기까지 다양한 유형의 제품 제조를 위해 활용되며, 에너지, 수자원, 용수, 건물 및 교통 산업에서도 HMI 계층을 사용할 수 있다. 특히 기기, 차량, 플랜트 및 건물을 제어하는 시스템 통합자, 운영자, 엔지니어 및 공정 제어 시스템 엔지니어에 의해 사용된다. HMI 계층의 정교함은 사용되는 기계, 시스템의 복잡성 또는 사용 계획에 따라 다르며, 사용자는 HMI 계층을 기기 모니터링과 같은 한 가지 목적과 플랜트 운영 모니터링 및 장치 제어 등의 다양한 목적으로 사용이 가능하다. 사용자의 스카다(SCADA) 시스템이 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 및 입출력 센서와 통신하여 장치 운영에 대한 정보를 확보하면, 해당 정보가 HMI 계층에 표시되고, HMI 계층은 이러한 정보를 그래프와 차트 및 그 밖에 읽고 이해하기 쉬운 시각적 형태로 나타나게 해주는 역할을 한다. 사용자는 HMI 계층을 통해 시설 내 장비의 모든 성능 정보를 한곳에서 확인할 수 있어 플랜트 운영에 대한 가시성을 향상시킬 수 있으며, 운영자는 HMI 계층을 사용하여 알람 확인 및 관리를 통해 문제 발생 시, 신속하게 대응할 수 있게 한다. 이와 같은 HMI 계층 시스템은 산업 시설 내 사물인터넷의 중요성이 커지면서 사용도가 증가하고 있으며, 사용자는 HMI 계층을 사용하여 시설 내 연결된 여러 장치에 대한 데이터를 확인하고 제어할 수 있다.

장점

고성능 HMI 계층은 전반적인 운영에 대한 가시성을 향상시킨다. 단일 대시보드에서 장비 및 시설의 성능을 확인할 수 있으며, 원격 감시 및 제어도 가능하게 한다. 이러한 기능들은 지속적인 생산성 향상 및 알람 발생 시 신속한 대응을 가능하게 해준다. 싫시간 데이터에 대한 상시 액세스가 가능한 HMI 계층을 통해 수요 변화에 실시간으로 대응할 수 있으며, 데이터 분석 기술과 결합된 데이터 시각화를 통해 사용자는 운영상의 개선 가능한 영역을 식별할 수 있게 한다. 중앙 대시보드의 알림을 통해 문제 발생 시에는, 보다 신속하게 대응하여 다운 타임을 단축시킬 수 있다. 장비 성능에 대한 데이터 분석을 통해 향후 기계 문제 발생 가능성을 파악하여 다운 타임 발생 전에 문제를 해결할 수 있게 된다. 또한, HMI 계층은 사용자에게 데이터 확인 및 이해와 장비 제어를 보다 간편하게 해준다. 그래프와 차트 등 다양한 형태로 제공되는 데이터를 통해 보다 빠르게 분석할 수 있으며. 사용자는 HMI 계층을 통해 자신의 필요와 기호에 맞게 대시보드를 사용자 설정할 수 있다. 통합 시스템으로, 동일한 플랫폼을 사용하는 모든 장비의 제어가 가능하여 운영자가 장비 제어를 보다 쉽게 습득할 수 있다. 사용자는 자신의 모든 데이터를 한곳에서 확인할 수 있으므로 전체 시설에 대한 명확한 개요를 얻을 수 있다. 또한, 실시간으로 제공되는 업데이트를 통해, 사용자의 팀원 모두 같은 정보를 활용할 수 있게 된다.

안전성

플로팅 디스플레이(Flooring display)

HMI 계층의 안정성 부분은 운전자의 시선 분산을 최소화시키고, 전방 주시를 유도하여 운전자는 앞만 보고 운전에 집중할 수 있도록 한다. 예를 들어, 제네시스(GENESIS)의 플로팅 타입 디스플레이(Flooring type display)를 적용하여 운전자가 운전을 하면서도 많은 시선 이동 없이 내비게이션을 볼 수 있게 한 것이나, 필요한 미디어 정보를 즉각 제공할 수 있도록 한 것이 있다. 또한. 센터페시아(Center fascia) 부분이 운전석 쪽으로 조금 기울어져 운전자를 감싸고 있는 듯한 느낌을 주면서 안정감을 주고, 운전자가 시선을 많이 돌리지 않고도 필요한 정보를 즉각 제공받게 시스템이 설정되어 있다. 이러한, HMI 계층 시스템은 운전자 주의 경보 시스템을 통해 운전자의 운전 패턴과 졸음 정도를 실시간으로 파악하고, 졸음운전이나 부주의 운전이 예상될 경우, 차량이 능동적인 판단으로 사전에 경보하여 운전자가 휴식을 취할 수 있도록 권유를 한다.

간결성

LCD 클러스터(LCD Cluster)

HMI 계층의 간결성의 주요점은 버튼 배치를 깔끔하게 하여 운전자가 직관적으로 정보를 얻고, 본능적으로 차량을 조작할 수 있도록 돕는 것이다. 이에 대한 예시로 싼타페(Santa Fe) TM에 적용된 풀 LCD 클러스터(Cluster)를 들 수 있다. 싼타페 LCD 클러스터는 운전자가 원하는 정보나 필요한 정보를 즉각 확인할 수 있도록 중요한 정보는 주목도가 높은 색상을 사용하고, 안정적으로 아이콘들을 배치하여 운전자가 답답함 없이 바로 해당 정보를 알 수 있도록 설계되었다. 또한, 관련된 기능끼리 묶어 버튼을 배치한 것이나, 각종 버튼의 아이콘을 설명서를 읽지 않아도 누구나 알 수 있도록 디자인하는 것도 HMI 계층의 간결성이다.

거주성

자동차에 오래 있어 답답함을 느끼거나, 야간이나 우천 시 코너링을 할 때 A 필러(A pillar) 때문에 사각지대 시야 확보가 잘되지 않는 경우가 생길 때, HMI 계층을 통해 해결이 가능하다. 먼저 자동차에 오랜 시간 탑승하여 답답함을 느낄 경우 싼타페 TM은 크래쉬 패드를 적용하여 운전자와 동승자의 시선보다 크래쉬 패드가 낮게 배치되어 시원한 시야 확보를 가능하게 한다. 또한, 2단 크래쉬 패드 상부에는 인테리어 트림을 적용하여 시선이 안정감 있게 처리되며, 탁월한 개방감을 보이고, 척추뼈 모양을 본뜬 인체공학적인 시트 적용으로 장거리 운행에도 피로가 조금 덜 쌓이게 해준다.

인체공학

HMI 계층을 통해 운전과 관련된 기능은 가깝게, 운전과 관련이 없는 기능은 비교적 멀리 배치되고 있다. 또한, 직관적인 조작을 위해 버튼의 수가 줄어들며, 버튼의 촉감이나 모양을 달리하여 운전자가 더 쉽게 조작할 수 있도록 변화 있는 추세를 보이고 있다. 이는 버튼을 확인하지 않고 촉감만 가지고 버튼을 찾을 수 있게 하는 인체공학적인 발전이라고 할 수 있다.

커넥티드 서비스

자율주행(automatic driving) 시대가 도래하고 자율주행차(autonomous driving car)의 개발이 과속화되고 있는 현대는 무엇보다도 커넥티드 서비스가 중요하다. 커넥티드 서비스는 스마트폰(Smart Phone)과 자동차를 연결하고, 사람과 자동차를 유기적으로 연결하여 더욱 편안한 주행이 되도록 돕는 기능이다. 음성 인식으로 전화 걸기나 목적지 찾기, 그리고 주행 중 수신된 문자 메시지 읽어주기 등 일부의 기능만 구현되지만, 미래에는 생체 인식으로 차의 문을 열거나 잠그고, 음성을 이용하여 차량을 제어하는 등의 더 업그레이드된 기능이 가능해질 것으로 예상된다.

활용

차세대 HMI

차세대 HMI는 자율주행 환경과 탑승자 상태에 맞는 안전 및 편의 사항을 제공하여 사람과 차량 간에 상호 연결하는 시스템이다. 차량이 먼저 탑승자에게 상황에 맞는 편의 사항을 제공한다는 점에서, 수동적이었던 기존의 HMI 계층 방식과는 능동적 HMI 계층 방식이라는 차이점이 가장 큰 특징이다. 즉, 자동차가 사람을 이해하는 기술인 것이다.

• 허브(HUB)

허브디스플레이는 차량 인사이드 미러(Inside Mirror)쪽에 위치한 와이드 디스플레이로, 차량 상태, 엔터테인먼트(Entertainment), 운전자 모니터링 정보 등이 대화면 디스플레이에 표시된다. 또한, 허브조작계는 차량의 센터 콘솔 박스 쪽에 위치한 터치스크린으로 허브 디스플레이와 차량 내부 편의 기능을 조작하게 하는 기능을 가진다. 또한, 허브 조작계는 스마트폰처럼 활용이 가능하여 모바일 게임이나 온라인 쇼핑 등이 가능하다.

• 운전자 모니터링 시스템

운전자 모니터링 시스템(Driver Status Monitoring)은 영상을 기반으로 운전자를 인식하고, 부주의한 운전을 감지하거나 생체신호 기반의 데이트를 분석하여 운전자 및 탑승객의 심박수, 호흡과 같은 건강 정보를 실시간으로 인지하고, 이상이 있을 경우 휴식을 권유하거나 치료가 필요하다면 운전자 근처 적합한 병원에 예약을 도와주는 등의 기능을 한다.

• 지능형 가상 비서

지능형 가상 비서(Intelligent Personal Assistant)는 지능형 음성인식, 상황인지, 홀로그램 디스플레이 기술 등을 사용하여 차량 시스템 정보, 운전보조 정보, 편의 정보 등을 운전자에게 미리 안내해 주는 기능이다. 운전자의 목소리를 실시간으로 파악하여 운전자가 필요로 하는 서비스를 능동적으로 사전에 제공해 준다는 큰 장점을 가지고 있다.

사례

현대자동차㈜

현대자동차㈜(Hyundai Motor Company) 스마트 센스는 캄 테크(Calm Tech)가 반영된 기술 패키지이다. 후석 승객 알림(ROA)과 안전 하차 보조(SEA),후방 교차 충돌 방지 보조(BCA) 등 후석과 후방 안전기술을 묶은 현대자동차㈜ 스마트 센스는 4차 산업혁명과 함께 주목받고 있는 기술 트렌드 캄 테크가 반영되어 차세대 HMI 계층으로 주목받고 있다. 캄 테크는 인간이 굳이 신경 쓰지 않아도 필요한 정보나 편의를 제공 해주는 인간 배려 기술로, 현대자동차㈜는 캄 테크를 통해 운전자가 특별하게 주의를 기울이지 않아도 자동차 스스로 인간의 불완전한 지각 능력을 보완해 주어 승객의 안전을 지켜주는 기술을 선보이고 있다. 또한 후석 승객 알림은 뒷좌석에 아이가 남아있는 경우 이를 운전자에게 알려주는 기능을 하며, 운전자가 도어를 잠근 뒤에도 뒷좌석에 승객이나 반려동물이 남아 있으면 운전자에게 알려주는 기능을 수행한다. 이는 뒷좌석 천장에 장착된 초음파 센서가 이들의 움직임을 감지해 운전자에게 신호를 보내는 원리이며, 경적음 발생, 비상등 점멸, 문자 메시지 발송과 같이 3차에 걸쳐 운전자에게 경고를 보낸다. 특히 이 기능은 2017년 해외에서 자녀를 차에 두고 내린 사건이 이슈가 되면서 현대자동차㈜ 싼타페에 이러한 문제를 해결해 줄 기능이 있다고 소비자들에게 알려져 출시 전부터 주목을 받았다. 다음으로 안전 하차 보조 기능은 자녀가 뒷좌석 문을 열려고 할 때 다른 차량이 접근할 경우 잠금 상태를 유지하는 기능으로, 정차 시 후측방에서 다른 차량이 접근하는 것을 감지해 주는 기술이다. 이 기능은 뒷좌석에 탑승한 승객이 문을 열려 하면 잠금 상태를 유지하며 운전자에게 경고도 해주어 안전하게 하차를 도와주는 역할을 수행한다. 마지막으로 후방 교차 충돌 방지 보조는 전면 주차된 자동차를 후진할 때 후측방에서 접근하는 차량을 레이더로 감지해 운전자에게 경고하고, 충돌 위험이 발생하면 자동으로 제동까지 도와주는 기술이다. 주차 공간 좁고 사각지대가 많은 대형마트나 백화점 주차장에서 매우 유용한 기능이다.

제네시스

스마트 제어 시스템(Smart Control System)

제네시스(Genesis)가 세계 최초로 안경이 필요 없는 3D 계기반 클러스터를 2019년형 G70에 적용시켰다. 정보기술 성능을 향상시키고 운전자 편의성을 향상시키는 목적이다. 이 기능은 차량 속도와 엔진 RPM 표기가 바늘이 아닌 디지털로 표시되며, 주행모드에 따라 클러스터 디자인이 변경된다. 또한, 별도의 안경 없이 운전자의 눈을 인식해 다양한 주행 정보를 입체 화면으로 구현한다. 이 기능은 운전자 기호에 따라 화면 자체를 3D 또는 2D로 할 수도 있다.

제네시스 G70에 탑재된 12.3인치 3D 클러스터는 모던, 스페이스, 엣지 등 총 3가지 테마로 구성되어 운전자의 취향에 따라 원하는 테마를 클러스터 화면에 고정시킬 수 있다. 모던 테마는 우리에게 익숙한 아날로그 클러스터 느낌으로 심플한 디자인을 가지고 있으며, 스페이스 테마는 우주 정거장을 모티브로 해 공간을 유영하는 듯한 느낌의 디자인을, 엣지 테마는 중앙에 몰입감을 줘 다이내믹하고 스포티한 느낌을 주는 테마다. 드라이브 모드와 클러스터 테마를 연동하면 컴포트, 스포트, 스마트, 에코, 커스텀 등으로 바꿀 때마다 클러스터 테마도 이에 맞춰 자동으로 변경되는 기능이 있다. 이러한 클러스터의 기능의 원리는 근래 극장이나 TV에서 쉽게 접할 수 있는 3D 영상은 주로 편광 안경 방식을 사용한다. 특수 제작된 안경이 화면에서 전송하는 두 가지 영상 신호를 왼쪽 눈과 오른쪽 눈에 각각 전달하고, 미세하게 다른 두 화면의 차이를 뇌에서 깊이감으로 인지하도록 만들어 입체감을 구현하는 방식이다.

하지만, 제네시스 G70의 12.3인치 3D 클러스터는 편광 안경 같은 별도의 장비 없이도 3D 화면을 볼 수 있다. 이는 카메라를 활용한 스테레오스코픽(Stereoscopic) 3D’방식을 사용했기 때문이다. 스테레오스코픽 3D는 양 눈의 시차를 이용해 입체감을 구현하는 방식이다. 눈앞에 미세한 각도 차이를 가진 두 화면을 제시하고, 화면과 눈 사이에 양 눈이 각각 다른 화면만 볼 수 있도록 배리어(Barrier)를 설치하는 원리이며, 양쪽 눈은 실제로 다른 화면을 보고 있지만, 뇌에서는 비슷한 화면을 보는 두 눈의 정보를 종합해 하나의 화면을 보고 있다고 인지하게 된다. 이때 각 화면의 미세한 각도 차이가 하나의 화면으로 인지되는 과정에서 입체감이 생긴다.

참고자료

• 제네시스 공식 홈페이지 - https://www.genesis.com/kr/ko/main.html
• 현대 자동차 홈페이지 - https://www.hyundai.com/kr/ko/e
• 최주리 기자, 〈신형싼타페 뒷좌석 ‘후석 승객 알림’ 안전사양 인기..영유아 방치사고 예방〉, 《서울경제》, 2018-07-29
• 문지혜 기자, 〈스마트시티 핵심 ‘자율주행’, 어디까지 왔나?〉, 《스마트시티투데이》, 2020-08-20
• 안준형 기자, 〈인포테인먼트 4대 핵심기술 잡은 현대모비스 '미래차 조준'〉, 《비즈니스 워치》, 2020-08-26
• 김경은 기자, 〈현대모비스, “미래차 핵심 4대 인포테인먼트 기술 모두 확보”〉, 《경향신문》, 2020-08-26
• 오희근 대표이사, 〈(현장 돋보기) 쓸만한 앱·고성능 CPU…10년후 `좋은 자동차의 조건`〉, 《매일경제》, 2020-09-03

같이 보기

• HMI
• 인터페이스

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