Identifying range anxiety of electric vehicle drivers using psychophysiological measures

Abstract

한정된 화석연료 매장량으로 인해 대체에너지 개발에 대한 전세계적 관심이 높은 가운데, 미국 기준 전체 원유 소비량의 42%를 차지하는 휘발유 및 경유 자동차를 대체할 전기자동차에 대한 많은 연구가 이루어 지고 있다. 하지만 전기자동차는 약 100~200km 의 짧은 주행거리, 느린 충전속도, 부족한 충전소 인프라 등으로 인해 유발되는 여러 심리적 한계로 인해 대중에 널리 받아들여지지 않는 것이 현실이며, 본 연구는 그 중 하나인 주행거리 불안(Range Anxiety) 현상에 대해 연구를 진행하였다. 주행거리 불안 현상은 전기자동차의 한정된 주행거리와 부족한 충전인프라로 인해 일어나는 운전자의 불안 현상이라 정의할 수 있다. 특히 자동차 운전자들을 대상으로 한 설문조사, 패턴 추적조사나 가정을 통한 시뮬레이션으로 한정되었던 기존 주행거리 불안 연구와 달리 본 연구는 처음으로 실제 도로 운전 실험을 통해 수집, 측정한 운전자의 정신생리학(Psychophysiology)적 데이터를 활용하여 주행거리 불안으로 인해 발생한 현상을 관찰하였다. 신체 행동의 생리학적 측면과 심리학적 측면과의 관계를 다루는 정신생리학은 사람의 심리를 의식이나 지식의 개입 없이 생체신호 또는 반응을 통해 직접 파악할 수 있지만 신호의 세기가 작고 잡음이 많아 이를 감지하고 분석하기 어렵다는 단점을 갖고 있다. 여러 정신생리학적 반응 중 뇌전도(EEG), 심전도(ECG), 안구 운동이 활용되었으며 이를 분석 가능한 형태로 변환하기 위한 작업이 선행되었다. 뇌전도의 경우 단시간 푸리에 변환(Short Time Fourier Transform)을 통해 뇌파를 추출하여 피실험자의 스트레스 및 불안과 관련된 high $\beta/\alpha$ 값을 구해 사용하였으며, 심전도에서는 신호 형태의 상세 분석을 통해 심박수를 추출하였다. 또한 피실험자가 전기자동차 운전 도중 배터리 충전 상태(SOC, State of Charge)를 인지하면서 느끼는 불안 현상 관찰을 위해 시선추적 데이터를 가공하여 계기판의 충전 상태 관련 장소 주시 여부를 산출하였다. 이렇게 정신생리학적 측정을 통해 추출한 전기자동차 운전자의 세가지 불안 관련 지표와 함께 전기자동차 주행 시험 중 기록된 배터리 충전 상태, 속도, 위성 좌표 등의 자료를 바탕으로 주행거리 불안으로 인한 현상으로 여겨지는 패턴을 분석하였다. 일부 피실험자의 경우 속도 증가, 오르막길 등으로 인해 배터리 충전 상태가 급격히 감소하는 구간에서 불안 관련 지표 값이 상승하는 현상이 관찰되었으며 또한 일부 경우 피실험자가 계기판을 통해 배터리 충전 상태를 파악한 직후 불안 관련 지표 값이 순간적으로 상승 또는 감소하는 사례가 수 차례 관찰되어 모든 피실험자에 대한 분석을 진행하였다. 이를 통해 주행거리를 결정하는 배터리 충전 상태의 변화 또는 인지를 통해 전기자동차 운전자의 불안 상태가 크게 바뀔 수 있음을 확인하였으며 정신생리학적 측정을 통한 연구 접근 방법의 추후 활용 가능성을 기대할 수 있었다.