곡선부 도로지형정보를 활용한 에코드라이빙 기법 연구

Abstract

우리나라의 교통부문 온실가스 배출량은 2012년 88백만tonCO2eq에 도달하였다. 교통부문 중 도로에서 발생한 배출량이 95%를 차지한다. 현재 교통안전공단 등에서 에코드라이빙 교육 및 홍보프로그램을 운영 중에 있으나 도로선형을 고려한 친환경적 차량제어 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 고속도로를 대상으로 운전 숙련도와 성향에 많은 영향을 받는 평면곡선부를 대상으로 연료효율적 주행 전략을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 첫 단계로 곡선도로 설계지침에 따라 이상적인 단일곡선부를 설계하고 해당 단일곡선부 주행 차량의 안전을 고려하기 위해 안전속도를 산정하였다. 설계한 평면곡선부의 구간별로 가·감속 시나리오를 설정하였으며 앞서 산정한 안전속도를 기준으로 속도를 제한하여 속도 프로파일을 생성하였다. 생성한 속도 프로파일에 평면곡선부도로가 연료소모량에 미치는 영향을 반영하기 위해서 도로 선형에 따른 차량 속도변환식을 적용하였다. 이후 초기속도, 허용속도 범위별 속도 프로파일을 Comprehensive Modal Emission Model에 적용하여 연료소모량을 산정하였다. 초기속도별 최적 시나리오를 도출하였으며 도출한 에코드라이빙 전략을 검증하기 위한 대상지를 선정하였다. 선정한 대상지에서 실제 운전자 주행과 제안한 단일곡선부 에코드라이빙 전략을 적용 시 연료소모량은 비교·분석하였다. 분석 결과, 단일곡선부 에코드라이빙 주행 시 일반 운전자의 주행보다 평균 20.73% 연료소모량 감축효과가 나타나는 것으로 분석되었다. 이후 연구의 범위를 확장시키기 위해 두 개의 곡선이 연속되는 배향곡선을 대상으로 연구를 수행하였다. 기하구조별 사고 발생현황 중 배향곡선부의 사고율이 전체 사고의 17.9%를 차지하였다. 이러한 배향곡선부의 특성을 고려하여 구간별 가·감속 시나리오를 구성하였으며, 연료소모량을 분석하여 초기속도별 최적의 시나리오를 선정하였다. 선정한 대상지에서의 실제 운전자 주행 데이터를 수집하여 배향곡선부 에코드라이빙의 효과를 분석하였다. 분석 결과, 배향곡선부 에코드라이빙 주행 시 일반 운전자의 주행보다 평균 21.57% 연료소모량 감축효과가 나타났다. 따라서 하류부의 도로지형에 대해 미리 파악하여 제안한 에코드라이빙으로 주행 시 평면곡선부 도로에서의 연료효율적이며 안전한 주행이 가능할 것이다.

In 2012, total greenhouse gas emissions in the transport sector of Korea reached 88 million tonCO2eq. The greenhouse gas emissions generated on the roads accounted for 94% of the total greenhouse gas emissions in the transport section of Korea. Currently, much effort is invested into implementation of appropriate education and organization of campaigns for eco-driving. However, relevant research on eco-friendly vehicle control considering road alignment is limited. Therefore, the purpose of the present study is to address fuel-efficient driving strategy in the horizontal curve section. First, an ideal expressway horizontal single curve road was designed following the rules of road structure. Furthermore, the safety speed was calculated in order to consider vehicle’s safety on the horizontal single curve road. The acceleration and deceleration scenarios for each horizontal single curve section were composed and the speed profiles limited by the safety speed were generated. The generated speed profiles were converted by the force that road alignment of the horizontal single curve affects fuel consumption. In the next step, fuel consumption was calculated using the Comprehensive Modal Emission Model, after which the scenario with the minimum fuel consumption was selected. To validate this eco-driving for the horizontal single curve, the study site similar to the designed horizontal single curve was selected. Then, we compared fuel consumption in the eco-driving and manual driving conditions. The results of the analysis suggest that fuel consumption during eco-driving for the horizontal single curve decreased by 20.73% as compared to fuel consumption during manual driving. Furthermore, in order to extend scope of the present study, a reverse curve consisting of two consecutive horizontal curves was considered. Generally, accident rate in the reverse curve amounted to 17.9% cases of the total accident rate. Therefore, the acceleration and deceleration scenarios for each reverse curve section were composed based on the characteristic of the reverse curve. In order to validate the eco-driving model for the reverse curve, GPS datasets were collected at the study site. We compared manual driving and eco-driving through six GPS datasets. The results of the analysis demonstrated that fuel consumption during eco-driving decreased by 21.57% as compared to fuel consumption during manual driving. Therefore, a driver’s recognizing of the road topography in advance can lead to a safer and more fuel-efficient driving.