실증 기반 다양한 노면 조건의 제동거리 모형 개발
Development of Braking Distance Models Based on Full-Scale Experiments under Diverse Road Conditions
- 주제(키워드) 노면 조건 , 교통사고 , 마찰계수 , 감속도 , 제동거리 , 이차 회귀식
- 주제(DDC) 625
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이상수
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설교통공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036133
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
최근 이상기후로 인하여 건조나 습윤 외 슬러시, 적설, 결빙 등 악조건 노면이 빈번하 게 발생하고 있다. 이러한 악조건 노면에서의 교통사고는 날로 증가하고 있으며, 특히 치사율이 높아 사회적 문제로 대두되고 있다. 악조건 노면에서의 교통사고는 대부분 자 동차의 미끄러짐에 의한 추돌 사고이며, 이는 도로 주행 중 장애물이나 돌발상황 발생 시 안전하게 정지하는 제동거리와 관련이 깊다. 이러한 이유로 AASHTO의 A Policy on Geometric Design of Highways and Streets(이하 ‘Green Book’)와 도로의 구조·시 설 기준에 관한 규칙(이하 ‘현행 기준’)에서 핵심 기준으로 다루고 있다. 그럼에도 Green Book은 ‘습윤’ 조건만, 현행 기준은 ‘습윤’과 ‘동결·적설된 노면’ 조건에 대해서만 제동거리를 제시하고 다양한 노면 조건은 다루지 않고 있다. 따라서 최근 증가하는 다 양한 노면 조건에서 사고를 예방할 수 있는 제동거리 제시가 필요한 상황이다. 한편, Green Book은 R. A. Moyer(1934)의 마찰계수 실험 결과를 토대로 물리법칙을 이용해 제동거리를 산정해 왔으며, 현행 기준도 이 값을 참조해 사용해 왔다. 하지만 제동 과 정에는 마찰계수 외에 공기저항, 미끄러짐 변화 등 확인하기 어려운 여러 영향 인자가 있어 마찰계수가 100% 반영된 물리법칙은 실제 제동과 같을 수 없다. 그리고 Green Book에서 2001년부터 제동거리 산정에 마찰계수 대신 감속도를 사용하는데, 마찬가지 로 물리법칙에 따른 감속도는 등가속 운동을 가정하여 제동 중 변화하는 감속도를 제 대로 반영하지 못한다. 또한, Green Book에서 1940년에 최초 정립한 제동거리는 감속 도를 사용하는 현재까지 큰 변화가 없는데, 그동안 도로포장 기법의 발전과 타이어 성 능이 크게 개선된 점을 고려할 때 현실적인 제동거리를 반영하는지 확인이 필요하다. 이에 본 연구에서는 세계 최초로 실제 도로 주행환경에서 나타날 수 있는 9가지 노면 조건을 모사하고 속도별 제동거리와 마찰계수를 측정하였다. 그 결과, ‘습윤’ 조건에서 현행 기준은 본 연구에서 실증한 제동거리보다 2배 이상 과대 제시하고 있었다. 마찰계 수 또한 실증 결과, 30km～ 60km/h에서 0.63～ 0.60인데 비해 현행 기준은 0.44～ 0.33 을 적용하여 현실과 차이가 컸다. 또한, 현행 기준에서는 ‘동결·적설된 노면’과 같이 동 결과 적설을 같은 노면 조건으로 분류하는데 본 연구의 실증 결과, 현행 기준은 적설 (적설) 조건보다는 결빙 조건의 가까운 제동 특성에 가까웠다. 여기서 중요한 것은 현 행 기준은 ‘동결·적설된 노면’ 조건의 제동거리로 속도 60km/h에서 94.5m를 제시하는 반면에, 본 연구의 실증 제동거리는 99.0m로 안전한 제동거리를 확보할 수 없다는 사 실이다. 이는 현행 기준에서 제시하는 마찰계수는 0.15이고 본 연구에서 측정한 결빙 조건 마찰계수는 0.13으로 마찰계수 비교를 통해서도 확인되어 안전 확보를 위해 현행 기준의 개선이 시급하다. 이같이 현행 기준은 현실적인 제동거리를 제대로 반영하지 못하므로 본 연구에서는 실증한 제동 특성에 기반해 다양한 노면 조건에서 제동거리를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 이는 현행 기준이 실제 도로 환경에서의 제동 특성을 반영하지 못하는 것 은 적용 마찰계수 또는 감속도 값이 적정하지 않은 것에 첫째 원인이 있다. 두 번째는 물리법칙에 기반한 속도의 제곱에 비례하는 구조로 인해 실제 속도별 변화하는 제동거 리를 모사할 수 없고 제동거리를 과소(過小) 또는 과대(過大) 추정하기 때문이다. 하지 만 본 연구에서 개발한 이차식 회귀모형은 속도를 단일 변수로 하여 제동거리를 예측 하므로 어느 속도에서도 관측한 제동거리를 잘 예측하였다. 무엇보다도 현행 기준에서 제시하지 못하는 건조, 습윤, 강우 강도(10, 20, 30mm/h), 슬러시, 적설(신설), 적설(압 설) 결빙 등 다양한 노면 조건에 대응할 수 있는 제동거리를 제시하게 된 점은 매우 큰 성과이다. 이를 통한 다양한 노면 조건에 따른 속도별 적정 제동거리는 앞으로 적정 간격을 유지하는 자율주행 군집 운행 등에 활용이 기대되며, 주행 안전성과 교통 효율 을 모두 확보하기 위한 교통운영 전략에도 활용 가치가 높다. 주요 단어(key word): 노면 조건, 교통사고, 마찰계수, 감속도, 제동거리, 이차 회귀식
more목차
제1장 서론 1
제1절 연구의 배경 및 목적 1
제2절 연구의 범위 및 수행 절차 3
제2장 기존 문헌 고찰5
제1절 관련 이론 검토5
제2절 선행 연구 고찰 22
제3절 기존 연구와의 차별성 28
제3장 실험 및 자료 분석30
제1절 실험 환경 구성 30
1. 시나리오 설계30
2. 실증 대상지 31
3. 제동거리 측정 장비 34
4. 마찰계수 측정 장비 35
제2절 실증 실험 37
1. 제동거리 측정 실험 37
2. 마찰계수 측정 실험 39
제3절 자료 수집 및 분석 42
1. 제동거리 자료 분석 42
가. 수집 자료 전처리 42
나. 실험자료 분석 46
2. 마찰계수 자료 분석 54
가. 수집 자료 전처리 54
나. 실험자료 분석 57
제4장 실증 기반 제동거리 모형 개발 68
제1절 필요성 68
1. 개요68
2. 제동거리 특성 분석 69
가. 기존 연구와의 비교 분석69
나. 현행 기준과의 비교 분석74
3. 마찰계수 특성 분석 80
가. 기존 연구와의 비교 분석80
나. 현행 기준과의 비교 분석83
4. 실증 기반 모형의 필요성 85
가. 제동거리 분석 결과 85
나. 마찰계수 분석 결과 87
다. 모형 개발의 필요성 88
제2절 방법론 정립 89
제3절 기술통계 분석90
1. 속도와 마찰계수 관계 분석90
2. 노면 조건과 마찰계수 관계 분석 97
3. 기술통계 분석의 소결 101
제4절 모형의 설계 102
1. 전제 요건102
2. 모형의 구체화 103
제5절 모형 개발 및 평가 104
1. 이차 회귀식 모형 105
2. 멱함수(power law) 모형107
3. 최적 모형 선정 108
제6절 현행 기준과 개발 모형의 비교 109
제7절 적정 제동거리 제시111
제5장 결론 113
제1절 연구의 결론 113
제2절 향후 연구과제 116
참고문헌 117
Abstract 122
