1. 서 론
1.1. 연구의 배경 및 목적
1.2. 연구 개요
2. 실험 설계 및 데이터 수집
2.1. 기초 실험 설계
2.2. 현장 실험
3. 분석 결과
3.1. 실험 조건별 제동거리 증가 정도 분석
3.2. 분석 결과 검증
4. 제동 지연에 따른 교통사고 상황 분석
4.1. 교통사고에 의한 보행자 상해 정도 분석
4.2. 교통사고에 의한 보행자 사회적 비용(7)
5. 결 론
1. 서 론
1.1. 연구의 배경 및 목적
자동차의 제동장치는 운전자가 스스로 안전을 확보할 수 있는 최소한의 장치다. 자동차의 제동장치가 운전자가 차량을 취득하고, 중고 매매 혹은 폐차할 때까지 성능이 온전하다면, 이상적일 것이다. 하지만, 현실은 제동장치 노후화 및 파손 등으로 지속적으로 유지보수할 필요가 있다.
제동장치의 안전 및 차량 안전성을 관리하기 위해 다양한 방법이 있지만, 공적으로는 자동차검사가 있다. 자동차검사는 차량 소유주가 일정 주기마다 이행해야하는 의무다. 현재 자동차검사는 「자동차관리법」 제43조(자동차검사)에 의거하여 시행되고 있다. [별표 15] 자동차검사기준 및 방법 내 8) 제동장치로 구분된 제동계통 검사는 제동력, 제동상태 등의 안전 여부를 검사하고 있다.
실험 연구를 통해 제동장치 자동차검사 부적합 여부에 따른 제동성능 차이를 수치적으로 표현하고자 하였고, 제동성능과 보행자의 상해, 사회적 비용 등을 연관시켜 논의하였다. 이는 차량 소유주가 이해하기 쉬운 방식으로 접근하기 위함이다.
1.2. 연구 개요
본 연구는 기초 실험, 현장 실험으로 2개의 실차 실험과 제동성능 분석과 상해 정도 및 사회적 비용 연계 분석 2개의 분석 단계로 구성되어 있다.
기초 및 현장 실험을 통해 자동차 제동 계통에 결함을 만들고, 이에 따른 제동 성능 변화를 실험 및 측정한다. 분석 단계에서는 실험을 통해 수집한 제동 관련 데이터를 활용하여 자동차검사 제동장치 부적합의 영향을 다방면으로 분석한다.
분석 단계는 세분화할 수 있는데, 우선 제동성능 분석은 제동조건별 제동성능 상관성 분석과 분석 결과 검증으로 나뉜다. 다음으로, 상해 정도 및 사회적 비용 연계 분석은 충돌 상황 설계와 상해 및 비용 추정으로 구분된다.
실험을 위한 차량은 포터2 일렉트릭 소형 화물차를 이용하였다.
2. 실험 설계 및 데이터 수집
2.1. 기초 실험 설계
기초 실험은 (1) 제동장치 제한 방안 선정 (2) 제동장치 제한 상세 조건 설정 (3) 기초 실험을 통한 데이터 수집 (4) 수집 데이터 오류 검토로 구성된다.
(1) 제동장치 제한 방안 선정이다. 제동 부적합 실현 가능성 및 현장실험 시 안전 사고 방지 등을 고려하여 뒤축 제동력 축중 대비 20% 미만, 뒤축 제동력 편차 8% 이상을 재현 방안으로 선정하였다.
(2) 제동장치 제한 상세 조건 설정이다. 2가지 방안을 검토하였는데, 어저스트 스쿠류 어셈블리 직접 조절 방안과 브레이크 라인 유압 제한이었다. 브레이크 라인 유압 제한만이 제동력 변화를 실험을 통해 관찰하여 해당 조건을 상세 조건으로 설정하였다.
(3) 기초 실험을 통한 데이터 수집이다. 데이터 수집은 차대동력계를 활용하여 제동 계통 데이터를 통계화하였다. 브레이크 정상, 좌측 결함, 우측 결함, 양측 결함 4가지 조건으로 실험을 실시하였고, 축중, 제동력, 편차의 데이터를 획득하였다.
(4) 수집 데이터 오류 검토이다. 데이터는 4가지 조건별 12회씩 시행하여 수집하였고, 범위를 벗어난 데이터 2회를 제거하여 조건별 10개, 총 40개의 기초 데이터를 확보하였다. 수집 결과 중 일부를 Table 1과 같이 정리할 수 있다.
Table 1.
Basic braking force experiment resultstitle
2.2. 현장 실험
2.2.1. 현장 실험 설계
현장 실험은 (1) 제어 및 데이터 측정 장비 부착 (2) 실험 환경 준비 (3) 실험 실시 (4) 실험 휴게 (5) 실험 실시(반복) 단계로 구성하였다.
(1) 장비 부착 단계다. 차량의 제어 및 데이터 측정을 위한 장비를 부착하여 실험을 준비한다. 장비는 조타력각계, 데이터 계측 및 분석시스템, 브레이크 페달 담력계, 차량 동특성 측정 시스템을 활용하였다.
(2) 실험 환경 준비 단계이다. 기초 실험에서 선정한 브레이크 라인 부적합을 재현하고, 젖은 노면 재현 등 기타 환경을 준비한다.
(3) 실험을 실시한다. 1~2회 가량 실시한다.
(4) 드럼 브레이크의 과열을 방지하기 위해 휴게를 실시한다.
(5) 온도가 정상화되면 본 과정을 반복한다.
2.2.2. 데이터 수집
데이터 수집을 위해 실험의 독립변수를 Table 2와 같이 구성하였다. 독립변수 즉, 조건은 교차 시 96가지의 조건을 설정할 수 있다. 조건별 3회씩 실험을 반복 시행하여, 총 288회의 실험을 실시하였다. 7회의 측정 오류로 인해 최종적으로 281개의 데이터 셋을 확보할 수 있었다.
Table 2.
Field braking experimental conditions
데이터 수집의 종속 변수는 시간, 이동 거리 제동 속력 등이 있으며, 데이터 수집 예시로 Table 3을 제시한다.
Table 3.
Examples of data collection
| Time (s) | Distance (m) | Vehicle speed (km/h) |
| 12.735 | 3673.610535 | 30.002962 |
| 12.736 | 3673.618903 | 30.001148 |
| 12.737 | 3673.627272 | 29.999332 |
| 12.738 | 3673.635641 | 29.997519 |
제동 감속 조건은 급제동과 -5.556 m/s2으로 구성하였다. 급제동은 차량의 최대 답력 조건으로 실험 결과 약 -6.6~-6.7 m/s2의 감속도로 실험 데이터를 확인할 수 있었다. -5.556 m/s2는 시내 주행(30 km/h~55 km/h) 중 1.5초~3초 이내에 제동할 수 있는 제동 감속도로 선정하였다.
3. 분석 결과
3.1. 실험 조건별 제동거리 증가 정도 분석
현장 실험을 통해 제동 시간, 제동 거리 등의 제동 계통의 데이터를 취득하였다. 제동계통 자동차검사 부적합에 따른 제동 지연을 분석하였고, 제동 시작 속력 55 km/h 조건에서의 평균 제동거리를 Table 4와 같이 결과를 정리하였다. 조건별로 제동거리에 미치는 영향을 확인할 수 있다.
Table 4.
Examples of an analysis of an increase in braking distance
3.2. 분석 결과 검증
분석 결과를 통해 자동차검사 제동장치의 부적합은 제동거리에 영향을 미치는 것으로 파악된다. 다만, 신뢰성 확보를 위하여 다중회귀분석을 통해 상관성을 수치적으로 검증하고자 한다. 회귀 분석 tool은 python의 sklearn을 활용하였으며, 결정계수와 p-value 값을 통해 판단하고자 한다. Table 5를 통해 회귀분석 결과를 확인할 수 있다.
Table 5.
Multi linear regression analysis results
| Independent variable | Dependent variable (related to brakikng distance) | |
| p-value | Coefficient of determination | |
| Braking force nonconformity | 3.26×10-11 | 0.7336 |
| Condition for braking deceleration | 2.87×10-93 | |
독립변수 즉, 조건별로 p-value 값이 0.05 이하이므로 해당 독립변수와 종속변수 제동거리에 대해 충분한 관계성이 있다는 것을 확인하였고, 결정계수 값이 0.7 이상으로 해당 모델이 상관성이 있는 모델이라는 것을 검증 및 확인할 수 있었다.
4. 제동 지연에 따른 교통사고 상황 분석
4.1. 교통사고에 의한 보행자 상해 정도 분석
자동차검사 제동장치 부적합 실험을 실시하고, 분석한 결과를 바탕으로 차량의 제동성능 지연이 얼마나 위험한지 차대사람 교통사고 상황을 가정하여 추론하고자 한다.
4.1.1. 충돌 상황 설계(1)
가정하고자 하는 충돌 상황은 일반적인 시내 주행 도로가 아닌 방해물 등으로 인해 사고가 발생할 수 있는 상황이다. 이를 위해 가정사항을 다음과 같이 제시한다.
첫 번째, 운전자와 보행자가 사고 전 상호 간의 거리(인지 거리)를 가정한다. 이 가정을 위해 인지 거리는 차량의 주행속도로 시간당 갈 수 있는 거리로 판단한다. 이는 1~2초를 기준으로 삼는다.
두 번째, 공주시간에 대한 가정이 필요하다. 관련되어 많은 선제적 논의가 있어 통상적인 기준인 0.7초의 공주시간을 가정한다.
세 번째, 본 충돌 상황 설계에서 활용하는 데이터는 제동 시작 속력 조건(30 km/h, 55 km/h), 제동력 부적합(양 후륜 제한), 제동 평균 감속 조건(급제동)의 조건에 부합하는 데이터를 활용한다.
네 번째, 차량은 2,000 kg으로 사람(보행자)은 65 kg을 가정한다.
다섯 번째, 운전자와 보행자는 식 (1) 과 같은 운동량 보존의 법칙에 의해 움직인다. 차량과 보행자가 맞닿는 순간은 완전 비탄성 충돌로 이루어지며, 이는 상해 정도를 고층에서 떨어질 때 받는 충격량과 비교하기 위함이다. 다만, 차와 사람의 충돌 이후 차의 속력은 충돌 이전과 유사하다고 식 (2) 와 같이 가정한다. 충돌 시 차량의 주요 감속 원인은 사람이 아닌 브레이크 즉, 제동이기 때문이다.
다섯 가지의 가정을 통해 Table 6, Table 7과 같은 결과를 산출할 수 있다.
Table 6.
Collision situation design – 30 km/h
Table 7.
Collision situation design – 55 km/h
보행자 상해 정도는 도로교통공단의 도로교통사고비용의 추계와 평가보고서(2020)(4) 내에 구분 기준을 준수한다. 사망, 중상, 경상, 부상신고로 구분된다. 보행자의 상해 정도는 개개인별 건강 상태, 회복력 등에 따라 방대하게 분류가 될 수 있다. 따라서 보행자 상해 정도 구분을 보행자가 교통사고로 인해 받은 충격량과 높은 곳에서 추락할 때의 충격량을 비교하여 상해 정도를 구분하고자 한다.(5) 다만, 사람과 지면의 충돌은 완전 비탄성 충돌을 가정한다.
가정에 따라 충격량을 계산하여 비교 분석한 결과는 Table 8(6)을 통해 확인할 수 있다. Table 8 정리 결과를 통해 제동장치 자동차검사 부적합이 운전자의 안전을 위협하는 요인의 설명자료로 활용될 수 있다고 판단한다. 고무적인 내용은 조건이 30 km/h, 인지시간 1초 일 때, 차량의 결함 유무에 따라 상해 단계가 구분된다는 점이다. 이를 통해 제동장치 검사를 통한 효과를 간접적으로 확인할 수 있다.
Table 8.
Comparative analysis of the degress of injury
4.2. 교통사고에 의한 보행자 사회적 비용(7)
교통사고에 의한 사회적 비용은 사망 485,385.6천원, 중상 66,502.4천원, 경상 5,245.0천원, 부상신고 2,582.7천원으로 제시되어 있다. 이는 도로교통공단의 도로교통사고 비용의 추계와 평가보고서(4)를 참고하였다. 충돌 상황별 보행자의 필요 사회적 비용은 Table 9와 같이 추정할 수 있다.
Table 9.
Social costs of pedestrians due to traffic accidents
5. 결 론
본 연구를 요약하면 다음과 같다.
1) 본 연구는 자동차검사 항목 중 제동장치 검사 항목의 효과에 대하여 제동 거리 변화, 상해, 비용 등 다양한 측면에서 분석하였다. 이는 자동차 관련 업종 비종사자인 다수의 운전자들에게 제동장치 검사의 효과를 직관적으로 알려주기 위함이다.
2) 연구의 구성은 2차례의 실험과 2개로 구성된 실험 결과 분석으로 이루어져 있다. 분석 결과 제동장치의 부적합 조건에서 제동거리는 증가하였고, 4.1.2 보행자 상해 정도 구분에서 고무적인 결과로 제동장치 부적합 유무에 따라 상해 정도가 구분되는 분석 결과를 확인할 수 있었다.
3) 연구의 한계점에 대해 논의하자면, 본 연구는 국민 친화적 분석 결과를 도출하기 위해 충돌 상황, 상해 정도, 비용 산출 등에 대해 가정을 불가피하게 활용하였다. 이는 실차 실험을 모든 단계에 적용하지 못했다는 것이다. 다만, 더 정확한 논의를 위해 가정한 상황을 실차 실험을 통해 연구를 발전시킬 수 있을 것이라 예상한다.
4) 또한, 본 연구를 통해 제동장치 이외에도 운전자 즉, 국민 친화적으로 자동차 검사의 효과를 논의할 수 있는 연구가 지속되기를 바란다. 그리고, 자동차 검사의 효과를 직관적으로 이해할 수 있는 경제적 가치, 수치 등으로 표현하는 “자동차검사 효과 분석”이라는 세부 연구 분야의 발전이 이루어지기를 희망하며, 본 연구를 마무리한다.
