전기자동차 무선충전도로 도입에 따른 고속도로 교통류 영향분석
Analysis of Impacts of Electric Vehicle Wireless Charging Roads in Expressway Traffic Flow
초록/요약
Recently, the market Penetration Rate(MPR) of electric vehicles has continued to increase amid an international trend of preparing for a transition to an eco-friendly and low-carbon economy. Accordingly, pilot projects and research related to the introduction of wireless charging roads are being conducted to prepare an environment for commercialization of electric vehicles. As the construction cost of wireless charging roads is expected to be huge due to the construction method buried under the existing roads, a practical alternative is to partially introduce short-term goals to specific sections and specific lanes. When a wireless charging road for an electric vehicle is partially introduced, it is determined that an electric vehicle to use the road would change its lane, drive at a low speed, etc., and this would affect the mobility and safety of traffic. Therefore, in this study, based on the 2021 statistical data, the traffic situation (LOS A, V/c ratio 0.245) of the Daejeon IC-Hoedeok JC ascending section of the domestic Gyeongbu Expressway, a three-lane highway with a length of about 5.8 km, was simulated by Michigan traffic simulation (VISSIM). The mobility and safety of the target traffic flow were compared and analyzed by scenario by constructing scenarios according to various situations such as the increase in electric vehicle market penetration rate, the non-introduction of wireless charging roads, the introduction of two lanes, and the introduction of three lanes. In addition, based on the analysis results, the optimal scenario for the introduction of wireless charging roads for each electric vehicle market share was presented. As a result of the analysis, it was confirmed that the Space Mean Speed was adversely affected only when the electric vehicle market penetration was 50%, 70%, 90%, and 100% when the second lane was introduced. And It was confirmed that Total Travel Time was not affected even if the wireless charging road was partially introduced in the second or third lane. In addition, it was confirmed that the Lane Change Rate gradually increases only when the market penetration rate of electric vehicles is from 20% to 100% when the third lane is introduced. And It was analyzed that the Hard Brakes Rate decreased only in the situations where the electric vehicle market penetration rate was 50%, 70%, 90%, and 100% when the second vehicle was introduced. This study has limitations in collecting statistical data to describe the detailed driving environment of the target area, and in reflecting driving behavior in consideration of the performance of electric vehicles and the demand for use of wireless charging roads. and There was a limit in testing whether the difference in the effect scale for each situation of introduction of the wireless charging road was significant due to the high service level and small data sample size of the study section. Therefore, in future research, it is necessary to reflect statistical data to describe the actual traffic environment, and to study the longitudinal and lateral driving behavior of electric vehicles according to the performance of electric vehicles and the environment of partial introduction of wireless charging roads. In addition, it is necessary to consider the sample size in advance in consideration of the need to verify whether the difference in the value of the effect scale is significant, and It is expected that additional studies considering various levels of service (LOS) can be used as data for judging the adequacy of wireless charging in terms of transportation operation. In addition, it is judged that additional research is needed that reflects the various introduction methods not covered in this study (multi-lane partial introduction, full introduction, etc.) and electrification models of buses and trucks.
more초록/요약
최근 친환경·저탄소 경제기반으로 전환을 준비하는 국제적인 흐름이 계속되는 가운데 전기자동차(Electric Vehicle, EV)의 시장점유율(Market Penetration Rate, MPR)이 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있다. 이에 따라 전기자동차 상용화 환경을 마련하기 위해 무선충전도로의 도입과 관련한 시범사업과 연구가 진행되고 있다. 무선충전도로는 기존 도로 아래에 무선충전시설을 매설하는 구축방식으로 인해 막대한 구축 비용이 예상됨에 따라 단기적인 목표는 특정 구간, 특정 차로에 부분적으로 도입하는 것이 현실적인 대안으로 제기되고 있다. 전기자동차를 위한 무선충전도로가 부분적으로 도입될 때 해당 도로를 이용하고자 하는 전기자동차의 차선변경, 저속주행 등의 주행행태가 발생되고 이는 교통류의 이동성과 안전성에 영향을 미칠 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 2021년 통계자료를 기반으로 약 5.8km 길이의 3차로 고속도로인 국내 경부고속도로 대전IC-회덕JC 상행구간의 교통상황을 미시교통 시뮬레이션 모형인 VISSIM으로 묘사하고 전기자동차 시장점유율의 증가와 무선충전도로의 미도입, 2차로 도입, 3차로 도입 등의 다양한 상황에 따라 시나리오를 구성하여 대상 교통류의 이동성, 안전성을 시나리오별로 비교 분석하였다. 또 분석 결과를 기반으로 전기자동차 시장점유율별 무선충전도로 도입 시나리오 최적안을 제시하였다. 분석 결과, 공간평균속도는 2차로 도입 시 전기자동차 시장점유율 50%, 70%, 90%, 100% 상황에서만 저하되는 악영향을 확인하였으나, 총통행시간은 2차로 또는 3차로에 무선충전도로를 부분적으로 도입하여도 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 또, 차로변경률은 3차로 도입 시 전기자동차 시장점유율 20%부터 100%까지의 상황에서만 점차 증가하는 것으로 확인하였으며 급제동률은 2차로 도입 시 전기자동차 시장점유율 50%, 70%, 90%, 100% 상황에서만 감소되는 것으로 분석되었다. 분석 결과를 기반으로 판단되는 무선충전도로 부분도입 시나리오 최적안은 전기자동차 시장점유율 10%~40%까지의 상황에서는 2차로를 대상으로 무선충전도로를 도입하는 것이 적절하나, 50%부터 100% 상황에서는 2차로 또는 3차로 도입상황 시 대상 교통류의 이동성 및 안전성에 미치는 악영향이 혼재되어 나타나는 것으로 분석되었다. 따라서 전기자동차 시장점유율 50%부터 100% 상황에서는 교통류의 이동성 및 안전성을 저해하지 않는 무선충전도로 도입의 대안이 모색되어야 할 것으로 제언하였다. 본 연구는 대상 지역의 세부적인 주행환경 묘사를 위한 통계자료 수집에 대한 한계, 전기자동차의 성능과 무선충전도로 이용수요를 고려한 주행행태 반영의 한계, 연구대상구간의 높은 서비스 수준과 연구결과에 대한 작은 데이터 표본 크기로 인해 무선충전도로 도입상황별 효과척도 차이값이 유의한지 검정하는데 한계가 존재하였다. 따라서 향후 연구에서는 실제 교통환경을 묘사하기 위한 통계자료 반영과 전기자동차 성능 및 무선충전도로 부분도입 환경에 따른 전기자동차의 종·횡방향 주행행태 연구가 필요하고 효과척도 값 차이에 대한 유의 검증을 염두하여 표본 크기를 사전에 고려할 필요가 있고 다양한 서비스 수준(Level of Service, LOS)을 고려한 추가적인 연구를 통해 교통운영 측면에서 무선충전 도입의 적절성 판단 기준의 자료로 사용될 수 있길 기대한다. 더불어 본 연구에서 다루지 못한 다양한 도입 방안(다차로 부분 도입, 전면 도입 등)과 버스와 트럭 차종의 전동화 모델을 반영한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 범위 및 수행절차 3
1. 연구의 범위 3
2. 연구의 수행절차 4
제2장 관련 동향 및 연구 고찰 5
제1절 관련 동향 5
1. 전기자동차 시장 동향 및 전망 5
2. 무선충전도로 연구 동향 8
제2절 관련 연구 고찰 12
1. 전용차로 도입에 따른 교통류 영향분석 연구 고찰 12
2. 시장점유율 변화에 따른 교통류 영향분석 연구 고찰 13
3. 연속류 대상 무선충전도로 관련 연구 고찰 14
4. 기존 연구와의 차별성 16
제3장 연구방법론 17
제1절 네트워크 및 시뮬레이션 설정 17
1. 네트워크 설정 17
2. 시뮬레이션 설정 18
제2절 시나리오 설정 19
제3절 평가지표 선정 23
1. 교통류 이동성 효과척도 선정 23
2. 교통류 안전성 효과척도 선정 24
제4장 연구결과 26
제1절 이동성 평가지표 분석 결과 26
1. 공간평균속도 분석 결과 26
2. 총통행시간 분석 결과 29
제2절 안전성 평가지표 분석 결과 32
1. 차로변경률 분석 결과 32
2. 급제동률 분석 결과 35
제3절 분석의 소결 38
제5장 결론 및 향후 연구 과제 40
제1절 결론 40
제2절 연구의 한계 및 향후 연구과제 42
1. 연구의 한계 42
2. 향후 연구과제 42
참고문헌 44
