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문제 정의
- 지금까지 교통사고 조사와 분석에서 차량의 속도를 계산하는데 사용한 식은 스키드마크 시작지점의 속도를 계산하고 있었다. 과속의 판단이 되는 시점인 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점의 속도를 알아내기 위하여, 본 연구에서 새로운 방법을 제안하였으며, 스키드마크 길이와 마찰계수만으로 Non-ABS 차량의 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 시점의 속도가 계산될 수 있도록 하였다.
제안 방법
- 타이어는 국내에서 제작된 것을 사용하였고, 형식은 205/60R15 91H 이다. 공기압은 표시된 표준 규정압력(240 KPa)을 적용하였다.
- 본 연구에서는 브레이크 페달을 최초 밟은 지점에서 바퀴가 고착되는 지점까지 차량의 감속도를 측정하여 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점의 속도를 계산할 수 있는 새로운 방법을 제안하였으며, 노면 마찰계수 측정에 관한 실험을 하였지만, 속도계산에 적용한 마찰계수는 다른 연구 기관의 측정 자료를 적용하였다. 운전자가 브레이크 페달을 밟은 지점에서 바퀴가 완전히 고착되는 지점까지 시간과 진행거리를 측정하기 위해 앞바퀴에 바퀴 회전속도를 측정할 수 있는 센서를 장착하였다.
- 속도 변화에 따른 마찰계수와 브레이크 페달을 밟은 지점에서 바퀴가 고착될 때까지 진행거리를 확인하기 위해 실험차량의 속도를 40km/h, 60km/h, 80km/h, 100km/h에서 각각 시행하였다.
- 신품타이어를 실험차량에 장착하여 타이어의 코팅을 벗겨내기 위해서 시내와 시외도로를 약 100km 주행한 다음 실험을 실시하였다. 타이어는 국내에서 제작된 것을 사용하였고, 형식은 205/60R15 91H 이다.
- 실험한 노면은 Fig. 3과 같은 종방향으로 수평한 아스팔트 포장노면이며, 브레이크 페달을 밟은 지점의 노면 상태와 주행한 방향에 따라 스키드마크 길이가 다르게 발생될 수 있으므로 본 연구에서는 동일한 실험속도에서는 스키드마크가 겹치지 않도록 주의하며 동일한 지점에서 시행하였다.
- 본 연구에서는 브레이크 페달을 최초 밟은 지점에서 바퀴가 고착되는 지점까지 차량의 감속도를 측정하여 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점의 속도를 계산할 수 있는 새로운 방법을 제안하였으며, 노면 마찰계수 측정에 관한 실험을 하였지만, 속도계산에 적용한 마찰계수는 다른 연구 기관의 측정 자료를 적용하였다. 운전자가 브레이크 페달을 밟은 지점에서 바퀴가 완전히 고착되는 지점까지 시간과 진행거리를 측정하기 위해 앞바퀴에 바퀴 회전속도를 측정할 수 있는 센서를 장착하였다.
- 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점에서 바퀴가 회전하지 않고 고착된 지점까지 진행거리와 시간을 측정하기 위해 바퀴 회전속도 측정센서를 제작하여 차량에 장착하였다. 승용차량은 급제동 시 차체 앞쪽이 아래쪽으로 내려가는 노즈다운(nose down) 현상으로 대부분 앞바퀴에서만 스키드마크가 발생되므로 Fig.
대상 데이터
- 실험차량은 국내에서 제작된 배기량 2,000cc 자동변속기가 장착된 중형급 차종을 사용하였고, 변속기어가 들어간 상태에서 브레이크 페달을 밟았다. ABS(Anti-lock Brake System)가 장착된 차량은 바퀴가 완전히 고착되지 않으므로 노면에 육안으로 확인 가능한 스키드마크가 발생되지 않아 제동거리를 측정할 수 없기 때문에 실험차량은 Non-ABS 차량으로 선정하였다. 기계적인 장치를 이용하여 브레이크 페달에 균일한 압력을 가할 수 있지만, 실제 운행조건을 반영하기 위해서 체중 80kg의 성인 남자가 브레이크 페달을 빠르고 강하게 밟도록 하였다.
- 차량의 속도가 가속과 감속되는 과정에서 브레이크페달을 밟으면 스키드마크의 길이가 다르게 발생될 수 있으므로 브레이크 페달을 밟기 전에 차량의 속도를 일정하게 유지하였다. 브레이크 페달을 밟은 지점에서 바퀴가 고착된 지점까지 거리와 스키드마크 길이는 바퀴 회전속도 측정센서가 설치된 우측 바퀴에 의해 발생된 것과 센서에 기록된 자료를 사용하였다. 운전자는 속도센서에 나타난 속도를 보고 급제동조치를 취하였으며 브레이크페달을 밟은 시점의 속도는 속도센서에 기록된 속도를 사용하였다.
- 실험차량은 국내에서 제작된 배기량 2,000cc 자동변속기가 장착된 중형급 차종을 사용하였고, 변속기어가 들어간 상태에서 브레이크 페달을 밟았다. ABS(Anti-lock Brake System)가 장착된 차량은 바퀴가 완전히 고착되지 않으므로 노면에 육안으로 확인 가능한 스키드마크가 발생되지 않아 제동거리를 측정할 수 없기 때문에 실험차량은 Non-ABS 차량으로 선정하였다.
- 신품타이어를 실험차량에 장착하여 타이어의 코팅을 벗겨내기 위해서 시내와 시외도로를 약 100km 주행한 다음 실험을 실시하였다. 타이어는 국내에서 제작된 것을 사용하였고, 형식은 205/60R15 91H 이다. 공기압은 표시된 표준 규정압력(240 KPa)을 적용하였다.
이론/모형
- “자동차 안전기준에 관한규칙”에서 차량의 속도는 -10%, +15%를 허용하고 있고, 실제 차량의 속도와 속도계 지침이 지시하는 속도가 일치하지 않는 경우가 많다. 본 연구에서는 실험차량의 속도를 정확하게 측정하기 위해서 비접촉 광학식 속도센서를 사용하였고, Fig. 1과 Table 1에서는 각각 차량에 장착된 모습과 주요사양을 표기하였다.
성능/효과
- 60km/h 이하의 속도에서는 바퀴가 고착된 지점과 스키드마크 시작지점을 명확하게 구분할 수 없지만 80km/h 이상의 속도에서는 바퀴가 고착된 지점과 스키드마크 시작지점을 명확하게 구분할 수 있었다. 80km/h 이하의 속도에서는 확인 가능한 지점을 시작지점으로 설정하면 되고, 80km/h 이상의 속도에서는 바퀴가 고착된 지점을 스키드마크 시작지점으로 결정하면 된다.
- 바퀴가 고착된 지점에서 정지한 지점까지 스키드 마크 발생 구간에서 마찰계수 범위는 약 0.77~0.89이고, 저속에서 마찰계수는 고속보다 조금 높은 것으로 나타났다. 80km/h의 속도 범위에서 마찰계수가 100km/h보다 낮은 이유는 앞바퀴에 장착된 바퀴 회전속도를 0.
- 본 연구에서 80km/h와 100km/h의 속도에서 바퀴가 고착되기전에도 스키드마크가 희미하게 발생된 것을 확인할 수 있었다. Fig.
- 6에 건조한 노면의 경우 약 102km/h의 속도에 대한 브레이크 페달을 밟은 지점, 바퀴가 고착된 지점, 정지한 지점을 나타내었다. 브레이크 페달을 최초 밟은 지점에서 정지한 지점까지 속도는 선형 적으로 감소하고, 바퀴가 고착되기 전과 후에 마찰계수는크게 변화가 없는 것으로 나타났다.
- 기계적인 장치를 이용하여 브레이크 페달에 균일한 압력을 가할 수 있지만, 실제 운행조건을 반영하기 위해서 체중 80kg의 성인 남자가 브레이크 페달을 빠르고 강하게 밟도록 하였다. 실험차량에는 운전자 1인과 동승자 1인이 승차하였으며, 탑재된 장비를 포함하여 차량중량은 약 160kg 증가되었다.
- 7에서 브레이크 페달을 최초 밟은 시점의 속도, 바퀴가 고착된 시점의 속도, 바퀴가 고착되는데 소요된 시간을 실험 속도별로 비교하였다. 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점에서 바퀴가 고착될 때까지 감속도는 저속과 고속에서 거의 비슷한 것으로 나타났지만(저속5.9m/s2 , 고속약6.3m/s2),시간은 저속보다 고속에서 많이 소요되는 것으로 나타났다.
- 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점에서 정지한지점까지 속도감속량은 모든 속도구간에서 거의 비슷하였으며, 바퀴가 고착되는 순간에도 마찰은 큰 변화가 없었다.
후속연구
- 는 타이어와 노면 사이에 작용하는 마찰계수를 측정하고 브레이크 페달을 밟은 시점의 속도를 구하기 위해 공주거리를 적용하였다. 그러나, 사고차량의 속도를 알지 못한 상태에서는 공주 거리를 구할 수가 없으며, 브레이크 유압장치의 마찰을 감소하기 위해 제동장치를 개조하였으므로 연구결과를 일반차량에 적용하기에는 무리가 있다. 또한, 스키드마크 측정방법과 속도계산에 필요한 정확한 기준을 제시하지 못 하였다.
- 본 연구에서 제안한 방법을 고려하면, 건조한 아스팔트 포장노면에 발생된 스키드마크로 Non-ABS 차량의 운전자가 브레이크 페달을 최초 밟은 지점의 속도를 계산할 수 있어, 교통사고를 조사하고 분석하는데 있어서 본 연구 결과가 도움이 될 것으로 판단된다.
- 본 연구에서 제안한 식 (5)을 이용하면 스키드마크 시작지점의 속도가 아닌 운전자가 브레이크 페달을 밟은 시점의 속도를 계산할 수 있다. 타이어와 노면 사이에 작용하는 마찰계수는 차종, 타어어 마모 정도, 포장노면 상태 등에 따라 차이가 있으므로 기존의 연구 자료를 참조하여 스키드마크 시작지점의 속도를 계산하면 될 것으로 판단된다.
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