[논문]차량 시뮬레이터를 이용한 고령운전자와 청장년운전자의 주행특성 연구

조재환

문제 정의

연구들에 국한되고 있다[1 이. 따라서 본 연구에서는 고령운전자에 대한 실증적 연구의 일환으로 고령운전자의 운전특성은 실질적으로 일반 청장년 운전자와어떤 차이가 있으며, 그러한 차이는 실제 도로에서의사고 위험성을 증가시킬 수 있는 것인가를 차량시뮬레이터를 이용하여 살펴보고자 하였다. 이미 앞에서 살펴본 바와 같이 고령운전자는 특정 운전 상황에서 사고위험이 높은 것으로 지적되고 있으므로 본 연구에서는이러한 교통 상황을 반영한 시나리오로 구성된 차량시뮬레이터 주행에서 고령운전자가 청장년운전자와 비교하여 어떠한 특성을 갖는지를 비교분석하고자 하였다.
본 차량 시뮬레이터 실험 연구는 65세 이상의 고령운전자와, 30-40대 청장년운전자를 구분하여 여러 시나리오가 입력되어진 시뮬레이터 차량의 주행을 통하여특징적인 상황에 대처하는 두 비교 집단군간의 운전특성을 비교분석함과 동시에 고령운전자의 교통사고 예방을 위한 대책 수립의 선행연구가 되기 위함이다. 이상의 실험을 통하여 나타난 고령운전자의 운전특성은아래와 같다.
따라서 본 연구에서는 고령운전자에 대한 실증적 연구의 일환으로 고령운전자의 운전특성은 실질적으로 일반 청장년 운전자와어떤 차이가 있으며, 그러한 차이는 실제 도로에서의사고 위험성을 증가시킬 수 있는 것인가를 차량시뮬레이터를 이용하여 살펴보고자 하였다. 이미 앞에서 살펴본 바와 같이 고령운전자는 특정 운전 상황에서 사고위험이 높은 것으로 지적되고 있으므로 본 연구에서는이러한 교통 상황을 반영한 시나리오로 구성된 차량시뮬레이터 주행에서 고령운전자가 청장년운전자와 비교하여 어떠한 특성을 갖는지를 비교분석하고자 하였다.

가설 설정

피검자가 조작하는 가.감속 페달 압력, 주행속도, 조향 휠 각도 및 차량의 편측위치 (lateral position) 등 운전자와 차량에 관련된 각종 자료들은 SCANer-II 라고 명명된 프로그램을 통해 수집하였으며, 그 자료들을 Excel 프로그램과 SPSS 프로그램 등으로 분석하였다.

제안 방법

✼ 조향휠 조작 유무의 판단 기준은 -(좌), +(우)로 5, 즉 ±5인 5° 이상의 값을 장애물에 대한 회피동작으로 분석하였다
또한 이를 통해 직접 측정되지 않는 변수들 즉, 지각반응 시간 등은 '이벤트시작시간', '감속페달 작용 시간 등을 이용하여 원 자료로 부터 계산을 하거나 변환하여 새로운 변인들을 구성하였다.
본 시뮬레이터는 운전자가 실제 자동차를 운전할 때느끼는 운동을 재현하는 운동시스템 주행환경 및 소음을 재현하는 영상 및 음향시스템 시스템 상황을 감시하는 감시시스템 및 각 영상시스템 간의 정보 및 데이터 교환, 시간 일치화 등을 관리하는 시스템 통합부 등으로 구성되어 있다.
본 연구에서 이용한 차량 시뮬레이터는 운전자가 자동차를 운전하는 동안 실제 도로에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터 그래픽을 통해 제공함으로서, 조향휠 조작, 가.감속 페달 조작 등 운전조작을 통해 야기되는 차량의 운동을 실시간 시뮬레이션을 수행해 예측하고 그 결과를 운동, 시각 및 음향 큐를 통해 운전자에게 피드백(feedback)해 준다 그에 따라 차량 시뮬레이터에 탑승한 운전자는 실제 도로에서 운전하는 것과 유사한 상황에서 주행할 수 있게 된다.
시뮬레이터 실험상에서 고령자와 청장년자의 충돌횟수를 시나리오별로 구분하여 분석하였다. 이것은 시뮬레이터상이 아니고 실제 차량의 주행상태였다면 직접적인 사고로 이어질 수 있는 사항이므로 시뮬레이터를통해서만 분석이 가능한 상황이다.
3. 실험절차
실험참여자에게 본 실험의 목적과 의도를 설명하고 자동차 시뮬레이터 실험에 대한 실험절차 및 유의사항을 전달하여 시뮬레이터에 탑승토록 하였다 본 실험을 실시하기 전에 테스트 구간에서 참여자가 시뮬레이터의 가속페달, 감속페달, 조향 휠 등에 대한 감을 익힐 수 있도록 사전 테스트 주행을 실시하였다 이 과정에서는 실험자가 구두로 참여자에게 차로변경, 정차, 가속 등을 지시함으로써 참여자가 자연스럽게 시뮬레이터 운전조작 감각을 익히도록 하였다. 이 때의 구두지시는 차량 시뮬레이터 실 내부 조작실 마이크를 사용하였다 이때 실험참여자의 행동은 시뮬레이터 차량 내부에 있는 카메라를 통해 촬영되며, 그 내용은 조작실 내에 있는 CTTV 모니터를 통해 실시간으로 관찰할 수 있다
실험참여자에게 제시되는 시뮬레이터 주행상황은 고령자 집단 12명과 청장년자 집단 12명에게 모두 동일하였다 참여자가 이 실험구간을 주행하는 동안 실험자는 SCANelII프로그램을 통해 조향휠의 방향 및 각도, 감속페달 및 가속페달의 압력, 차량의 왼쪽 차선과의 거리를 통한 차선 변경 및 침범 여부, 갓길 주행 여부, 차량 속도 등 다양한 측정결과를 기록, 저장하였다
4초의 거리 안에 트럭이 들어오게 되면 트럭을 실험참가자 차량 앞으로 진행시킨다 이 상황에서는 충돌 조건에 해당하더라도 실제 충돌은 발생하지 않는다 트럭이 충돌을 피할 수 있는 속도로 자동으로 진행하기 때문이다 그러나 이 경우가 실제라면 트럭이 속도를 갑자기 변화시키지는 못하므로 경우에 따라서는 충돌을 야기할 수 있다. 여기서는 실험참가자가 회피동작을 하기 전에 트럭이 들어선 바로 그 지점을 지나쳤는지의 여부 즉, 공주거리가 이벤트 발생지점을 초과했는지의 여부를 분석하였다 분석은 다음과 같은 식을 활용하였다
테스트 주행을 마친 후에는 시뮬레이터 주행에 따라발생하게 되는 simulator sickness를 최소화할 수 있도록 약 5분 이상의 휴식 시간을 가진 후 본 주행에 들어가도록 하였다 본 주행 시의 주행방법에 대해서는평상시 본인의 운전습관에 따라 운전하되 시속 70~80km 를 유지하도록 하였다.

대상 데이터

본 시뮬레이터에 입력된 시나리오는 크게 시내도로구간과 고속도로 구간(터널구간 포함)으로 구성되어 있고, 각 구간별로 가능한 교차로 상황 돌발 상황 정체상황 및 진행방해 상황 등이 포함되어 있다. 총 34가지의시나리오가 A 日로 나누어져 있고, 본 실험에서는 시속 70~&)Km로 주행 시 약 15분 이내에 도달 할 수 있는거리로 약 18km 정도의 도로이다.
본 실험에 참여한 피검자 24명 중 고령운전자는 전체가 60대였고, 평균 연령은 67세(SD= 1.6)였으며, 청장년 운전자는 평균연령이 37.8세(SD=6.3)로 각각 12명씩 배치하였다.
감속 페달 조작 등 운전조작을 통해 야기되는 차량의 운동을 실시간 시뮬레이션을 수행해 예측하고 그 결과를 운동, 시각 및 음향 큐를 통해 운전자에게 피드백(feedback)해 준다 그에 따라 차량 시뮬레이터에 탑승한 운전자는 실제 도로에서 운전하는 것과 유사한 상황에서 주행할 수 있게 된다. 시뮬레이터 상에 탑재된 차량은 오토매틱차량으로 D사의 배기량 1800cc 중형차이며, 모든 조작시스템은 실차와 동일하다
실험집단(고령운전자)은 고령자에 해당하는 65세 이상의 개인택시 운전자와 통제집단(청장년운전자)은 30 대 이상의 H 자동차사 직원 각각 12명을 선택하였다
2.1 실험대상

실험참여자는 운전면허증을 소유하고 있고 운전경력 10년 이상으로 지속적으로 운전하고 있는 30대 이상의 남성 24명을 대상으로 하여 피험자간의 실험설계를 하였다. 실험집단(고령운전자)은 고령자에 해당하는 65세 이상의 개인택시 운전자와 통제집단(청장년운전자)은 30 대 이상의 H 자동차사 직원 각각 12명을 선택하였다
총 34가지의시나리오가 A 日로 나누어져 있고, 본 실험에서는 시속 70~&)Km로 주행 시 약 15분 이내에 도달 할 수 있는거리로 약 18km 정도의 도로이다. 입력된 B구간의 시나리오 중 ID 11R108까지의 구간을 분석에 이용하였다
및 진행방해 상황 등이 포함되어 있다. 총 34가지의시나리오가 A 日로 나누어져 있고, 본 실험에서는 시속 70~&)Km로 주행 시 약 15분 이내에 도달 할 수 있는거리로 약 18km 정도의 도로이다. 입력된 B구간의 시나리오 중 ID 11R108까지의 구간을 분석에 이용하였다

데이터처리

피검자가 조작하는 가.감속 페달 압력, 주행속도, 조향 휠 각도 및 차량의 편측위치 (lateral position) 등 운전자와 차량에 관련된 각종 자료들은 SCANer-II 라고 명명된 프로그램을 통해 수집하였으며, 그 자료들을 Excel 프로그램과 SPSS 프로그램 등으로 분석하였다.

성능/효과

고령운전자의 감속페달 조작횟수는 평균 2.06회(SD=L12) 로 나타났又 청장년운전자는 L3회(SD=0.53)로 나타나고령운전자의 감속페달 조작횟수는 모든 시나리오 상황에서 청장년운전자에 비해 약 2배가량 많았다 특히 「앞 차 서행」상황에서 청장년자군에 비해 훨씬 높게감속 페달 조작에 의존하여 속도를 줄이는 경향을 보이고 있다. 이는 고령운전자가 서행상황에서 가속페달의 조절만으로 적절히 대응하고 있지 못하며, 그에 따라 감속페달까지 사용하여야 적절히 속도조절이 되고있음을 시사한다.
고령자군의 경우는 결과를 분석한 시나리오 중 총 22회의 충돌을 일으켰다 그중「정차 차량 앞지르기 시 반대편 차량 발견」상황에서 가장 많은 9회의 충돌을 일으켰고, 그 다음으로 「교차로에서 전방차량 급정지」상황에서 7회의 충돌을 일으켰다. 따라서 실제 주행 상황이라고 가정한다면 지방도와 같이 편도 1차로 정도의 좁은 도로에서 중앙선을 침범하여 정차한 차량을 추월하고자 할 때 반대편에서 마주오던 차량과의 충돌로 인한 사고의 위험성이 가장 높다고 볼 수 있다
구간별 비교집단군 간의 평균주행속도를 보면 고령운전자에서는「대형화물차 끼어들기」상황에서 가장 빠른주행속도를 보였다. 이것은 처음에 고령운전자들이 편도 2차로 도로를 주행함에 따라 주행하기에 비교적 넓고, 안전한 도로로 인식하고 속도를 올린 결과이다 그러나 전방에 느리게 주행하는 대형화물차가 나타남에따라 점차 속도를 줄이는 경향을 보였다.
넷째, 일부 고령운전자는 긴급상황에서는 오히려 핸들을 과대하게 조작하는 등의 조작미스를 보인다 “중앙선을 침범하여 잠시 역주행 하는 차량을 발견한 상황'에서 고령운전자들은 총 3회의 중앙선 침범을 하였다. 이것은 중앙선 침범 차량을 갑작스럽게 발견하고 회피하기 위해 갓길 주행을 하고 난 후 진행 차로로 복귀할 때 조향휠을 과도하게 조작한 결과이다 만일이 경우 마주오던 차량이 있었다면 교통사고로 직결될 수 있는 것이다.
둘째, 고령운전자들은 앞지르기 상황과 교차로 상황에서 사고 야기 가능성이 높아진다 차량과 주행 장애물과의 충돌에 있어 고령운전자들은 총 22번의 충돌을일으켰다 그 중에서 “정차한 차를 추월시 반대편에서오는 차를 발견하게 되는 상황'에서 미처 마주 오는차를 피하지 못하여 9번의 충돌을 일으켰고, 또한 “교차로에서 전방차량 급정지하는 상황'에서 7번의 충돌을 일으켰다 이는 고령운전자들이 앞지르기 등의 상황과 교차로 상황에서 사고를 야기할 가능성이 높음을시사해 준다 이에 비해 청장년 운전자들은 “진행 중에갑자기 보행자가 무단횡단으로 도로로 걸어 나오는 상황에서 총 18회 중 7번의 충돌을 일으켰다. 이는 청장년운전자들의 경우 과속이 원인이 되어 돌발적인 장애물의 출현 시에 정지하지 못하고 충돌하는 사고를 야기할 가능성이 높음을 시사한다.
셋째, 고령운전자들은 젊은 운전자에 비해 앞차와 충분한 안전거리를 유지하는 경향을 보인다 고령 운전자들은 앞차가 서행을 하는 경우에도 차간거리를 좁히며앞지르기를 시도하기 보다는 차간거리를 그대로 유지하며 앞차를 따라가는 경향을 보였다(대형화물 끼어들기 상황과 앞차 서행 상황). 특히 “앞 차 서행 상황'에서 특징적인 것은 고령 운전자에게는 이벤트가 발생하지 않았다는 것이다.
실험 주행 중에 실험자가 속도를 높여 주행하라고 지시한 상황에서도 일부 고령운전자들이 지시를 제대로 따르지 않았던 것은 그러한 부담이 작용한 결과로 보인다 또한 실험 상황에서 고령운전자들은 시뮬레이터 스크린의 실제 상황보다 낮은 해상도에 기인한 전방 관찰의 불편함과 허리통증 등을 호소한 사례가 많았다.
실험참여자 24명 중 고령운전자군의 평균운전경력은 38.8년(SD=9.4) 이었고, 청장년운전자의 경우는 147년 (SD=5.8)으로 조사되었다. 운전경력을 10년 단위로 구분하여 조사한 결과 고령자군 12명 중 6명의 운전경력이 41세 이상으로 나타났고, 청장년운전자는 10명(833%)의운전경력이 11~20년 사이로 나타났으며 그 세부적 운전경력 분포는 아래의<표2>와 같다
이상의 시뮬레이터 실험을 통한 결과를 종합해 볼 때, 고령운전자는 교통정보 처리와 관련된 지각 인지 반응시간 증가 등의 약점을 주행 속도를 낮추는 등으로 대처를 하며, 위험상황이 발생할 가능성을 예기할 때는 미리 속도를 조절하여 대응하는 경향을 보였다. 그러나 오히려 긴급상황 발생시에는 판단시간의 지연과 조작 미스 등이 청장년자군에 비해 많이 발생하였다 이는 고령자 집단의 사고발생율이 높았던 정보량의 부하가 많은 앞지르기 상황이나 교차로 상황에서 두드러지게 나타났다.
첫째, 동일한 상황에서 고령자 집단은 청장년자 집단보다 낮은 주행 속도를 선택하는 경향을 보인다. 차량 시뮬레이터 실험 구간 내에서의 고령자와 청장년자 사이에 약 22.
청장년운전자에서 조향 휠을 가장 많이 조작한 상황은 두 대의 대형화물차가 전방에서 지그재그로 운전하여 주행을 방해하는 상황으로, 전체 평균 7.5회보다 약 2.1 회 정도의 조작이 많은 것으로 나타났다 이것은 두 대의 대형 화물차의 끼어들기에 대하여 1차로 또는 2 차로로 앞지르기 위해 차로를 자주 변경한 결과이다.
이것은 처음에 고령운전자들이 편도 2차로 도로를 주행함에 따라 주행하기에 비교적 넓고, 안전한 도로로 인식하고 속도를 올린 결과이다 그러나 전방에 느리게 주행하는 대형화물차가 나타남에따라 점차 속도를 줄이는 경향을 보였다. 한편 청장년운전자 집단은「중앙선 침범 역주행 차량 발견」상황에서 구간별 주행속도가 가장 높게 나타났다. 이 상황은 편도 1차로 도로이므로 전방에 차가 없더라도 속도를 어느 정도 줄여야 하는 상황임에도 불구하고 청장년자 대부분이 빠른 속도로 주행하였다 이는 청장년운전자들이 비교적 좁은 공간에서도 전방의 차량만 없으면 원활하게 주행할 수 있다고 인식한 결과로 보인다 이에 비해 고령운전자의 경우는 이 상황에서 낮은속도로 주행하였다.

후속연구

그러나 본 실험의 결과는 차량 시뮬레이터 주행 결과이므로 실제 주행과는 어느 정도 차이가 있어 이러한 결과를 일반화하는 데는 한계가 있음을 지적하고자한다. 본 시뮬레이터 주행실험에서 연습주행을 거치고본 주행실험을 거치게 됨에 따라 청장년자들의 경우에는 시뮬레이터 주행 상황에서도 어느 정도 실제 상황과 유사하게 주행했던 반면 고령운전자들은 상당수가멀미 등의 부적응증을 호소함으로써 실험의 원할한 진행이 어려웠다.

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