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문제 정의
- 본 연구는 연도, 광원, 형식, 차종 등의 분류에 의한 전조등의 조사거리를 분석하였다. 향후 전조등 조사거리에 따른 제동거리, 색상에 따른 인지거리등에 대한 추가적 연구는 야간교통사고 감소에 더욱 도움이 되리라 기대한다.
- 11) 이러한 장점으로 시뮬레이션을 이용한 방법이 사용되고 있다. 본 연구에서는 과거 10년 동안 국내 자동차에 적용된 전조등의 조사거리를 분석하여 야간 시인성 개선효과를 분석하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
- 2002년부터 10년 동안 전조등의 제작 연도별 평균 조사거리를 분석하였다. 조사거리는 Fig.
- 전조등 조사거리 측정장치는 독일 LMT사에서 제작한 ‘GO-H 1600’을 사용하였고, 난반사를 줄이기 위해 암실(Dark room)에서 시험을 실시하였다. Fig. 2와 같이 전조등을 상 하 좌 우로 회전시킬 수 있는 회전가대(Goniometer)와 광도를 측정할 수 있는 센서, 그리고 전조등의 빔패턴을 조준할 수 있는 스크린을 설치하여 25m 거리에서 광도를 측정하였다. 여기서 회전가대, 센서(Sensor), 스크린(Screen)의 제원은 Table 1과 같다.
- 따라서 표준광원을 점등시켜 명암한계선을 조준하여, 회전가대 좌·우±30°, 상·하±10° 범위 이내의 광도를 측정하였다.
- 인지거리는 전조등을 점등하여 전방에 위치한 물체, 즉 색상 및 대비(contrast) 조건별 물체를 인지하는 거리를 측정하며, 조사거리는 전조등이 비추는 빛의 도달거리를 측정한다. 본 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 5lx 등조도 곡선(Isolux-line)을 도출하여 변환빔 전조등의 조사거리를 분석하였다. 5lx 등조도 곡선은 도로상의 물체를 인지할 수 있는 최소조도로 보고되고 있다.
- 전조등에 대한 인지 및 조사거리는 서로 다른 방법으로 측정된다. 인지거리는 전조등을 점등하여 전방에 위치한 물체, 즉 색상 및 대비(contrast) 조건별 물체를 인지하는 거리를 측정하며, 조사거리는 전조등이 비추는 빛의 도달거리를 측정한다. 본 연구에서는 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 5lx 등조도 곡선(Isolux-line)을 도출하여 변환빔 전조등의 조사거리를 분석하였다.
- 전조등 조사거리 측정장치는 독일 LMT사에서 제작한 ‘GO-H 1600’을 사용하였고, 난반사를 줄이기 위해 암실(Dark room)에서 시험을 실시하였다.
- 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 조사거리를 측정하기 전, 실제도로에서의 조사거리와 시뮬레이션에 의한 조사거리를 비교하기 위하여 예비시험을 실시하였다. Table 4와 같이 8개의 전조등을 이용하여 실제도로에서 5lx 등조도 곡선을 측정하였고, 시뮬레이션을 통해 조사거리를 비교하였다.
대상 데이터
- 정확한 자료 입력을 위해 자동차 제작사에서 제시한 설치자료를 사용하였다. 그리고 광분포 측정은 전조등에 사용된 광원(H1, H4, H7, D1S, D2R) 의 표준광원(standard bulb)을 사용하였다. 표준광원을 사용한 이유는 양산광원을 사용할 경우 광원의 산포로 인해 전조등의 정확한 조사거리 측정이 곤란하기 때문이다.
- 시험샘플은 Table 2와 같이 교통안전공단 자동차안전연구원에서 2002년부터 2011년까지 10년간 자기인증적합조사에 적용되었던 98대의 자동차 전조등을 사용하였다. 98개의 전조등에는 할로겐, 가스 방전식, LED 전조등이 포함되어 있다.
- 따라서 변수들에 대한 정확한 자료 입력이 필요하고, 광분포의 정확한 측정이 필요하다. 정확한 자료 입력을 위해 자동차 제작사에서 제시한 설치자료를 사용하였다. 그리고 광분포 측정은 전조등에 사용된 광원(H1, H4, H7, D1S, D2R) 의 표준광원(standard bulb)을 사용하였다.
데이터처리
- 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 조사거리를 측정하기 전, 실제도로에서의 조사거리와 시뮬레이션에 의한 조사거리를 비교하기 위하여 예비시험을 실시하였다. Table 4와 같이 8개의 전조등을 이용하여 실제도로에서 5lx 등조도 곡선을 측정하였고, 시뮬레이션을 통해 조사거리를 비교하였다. 그 결과 시뮬레이션 상황에서의 조사거리보다, 실제도로에서의 조사 거리가 약 1.
성능/효과
- 1) 2002년부터 10년 동안 98개 변환빔 전조등에 대한 조사거리를 분석한 결과, 약 10m 정도 증가하였다. 1년에 평균 1m 정도 조사거리가 증가되는 경향을 보였다.
- 2) 전조등용 광원별 조사거리를 비교한 결과, HID 〉H1, H7 〉H4, LED 순서로 조사거리가 길었다.
- 3) 대부분의 운전자들은 먼 거리를 확인할 수 있는 밝은 전조등을 원하지만, 밝은 전조등은 상대적으로 대향차 운전자에게 눈부심(Glare)을 유발할 가능성이 높기 때문에 전방 시인성 증가와 대향차 운전자의 눈부심 감소를 동시에 고려한 전조등이 필요하다.4) 일반적인 주행조건에서 운전자들은 대부분변환빔전조등(Passing Beam)을사용하고있으며, 대향차가 없는 도로에서는 주행빔 전조등(Driving Beam)으로 전방 시인성을 확보하기도 한다.
- 3) 전조등 형식별로 비교한 결과, 반사기 형식과 프로젝션 형식에서 조사거리 차이는 없었다.
- 3) 대부분의 운전자들은 먼 거리를 확인할 수 있는 밝은 전조등을 원하지만, 밝은 전조등은 상대적으로 대향차 운전자에게 눈부심(Glare)을 유발할 가능성이 높기 때문에 전방 시인성 증가와 대향차 운전자의 눈부심 감소를 동시에 고려한 전조등이 필요하다.4) 일반적인 주행조건에서 운전자들은 대부분변환빔전조등(Passing Beam)을사용하고있으며, 대향차가 없는 도로에서는 주행빔 전조등(Driving Beam)으로 전방 시인성을 확보하기도 한다. 변환빔 전조등은 대향차 운전자의 눈부심이 감소되도록 명암한계선(Cut-off line)을 형성하기 때문에 전방인지 및 조사거리가 주행빔 전조등보다 짧다.
- 4) 차종별로 비교한 결과, 승용 및 승합자동차의 조사거리와 비교하여 화물자동차 전조등의 조사거리가 다소 길었다. 그러나 승용 및 승합자동차의 조사거리는 차이가 없었다.
- 5) 전조등 설치높이별로 비교한 결과, 설치높이에 따른 조사거리의 차이는없었다.
- 8개 샘플에 대한 반사기 반사율 및 렌즈투과율 측정결과를 Schmauder의 연구와 비교한 결과, 최근 생산되고 있는 전조등의 반사율과 투과율이 상대적으로 높은 경향을 보였다. 즉, 설계 및 생산기술의 발전과 더불어 품질관리 수준의 증가로 인해 전조등의 반사율 및 투과율이 증가되어 전조등의 조사거리가 증가된 것으로 판단할 수 있었다.
- Table 4와 같이 8개의 전조등을 이용하여 실제도로에서 5lx 등조도 곡선을 측정하였고, 시뮬레이션을 통해 조사거리를 비교하였다. 그 결과 시뮬레이션 상황에서의 조사거리보다, 실제도로에서의 조사 거리가 약 1.02배 높게 나타났다. 그리고 광분포를 포함한 변수들간 자료를 입력하여 조사거리를 비교한 결과, 광분포 세기와 전조등 설치높이가 많은 영향을주고 있음을 확인할 수있었다.
- 02배 높게 나타났다. 그리고 광분포를 포함한 변수들간 자료를 입력하여 조사거리를 비교한 결과, 광분포 세기와 전조등 설치높이가 많은 영향을주고 있음을 확인할 수있었다.
- 본 논문의 연구 결과, 과거 10년 동안 10m의 조사 거리가 증가하였다. 이는 식 (1)을 통해 증가된 조사 거리가 야간교통안전에 긍정적인 효과를 제공하고 있다고 예상할 수 있었다.
- 13과 같이 기존 원 필라멘트(one-filament) 광원으로 사용되던 H4보다투필라멘트(two-filament) 광원인H7과HID 광원의 사용이 2004년 이후 증가되는 경향을 보이고 있다. 본 연구에 사용된 전조등 광원의 광출력은 H1(1,550lm), H4(1,000lm), H7(1,500lm), HID(2,880~3,200lm)로 2등식 전조등에 사용되는 광원인 H4보다, 4등식 전조등에 사용되는 광원인 H1, H7, HID의 광출력이 높았다.12,13)
- 연도별 광원의 적용추세를 보면, Fig. 13과 같이 기존 원 필라멘트(one-filament) 광원으로 사용되던 H4보다투필라멘트(two-filament) 광원인H7과HID 광원의 사용이 2004년 이후 증가되는 경향을 보이고 있다. 본 연구에 사용된 전조등 광원의 광출력은 H1(1,550lm), H4(1,000lm), H7(1,500lm), HID(2,880~3,200lm)로 2등식 전조등에 사용되는 광원인 H4보다, 4등식 전조등에 사용되는 광원인 H1, H7, HID의 광출력이 높았다.
- 8개 샘플에 대한 반사기 반사율 및 렌즈투과율 측정결과를 Schmauder의 연구와 비교한 결과, 최근 생산되고 있는 전조등의 반사율과 투과율이 상대적으로 높은 경향을 보였다. 즉, 설계 및 생산기술의 발전과 더불어 품질관리 수준의 증가로 인해 전조등의 반사율 및 투과율이 증가되어 전조등의 조사거리가 증가된 것으로 판단할 수 있었다. 장기적인 관점에서 전조등의 조사거리를 연구할 경우, 품질관리 수준에 대한 정보도 확보할 수 있을 것으로 예상할 수 있었다.
- 9와 같이 승용 80%, 승합 4%, 화물자동차16%의분포였다. 차종별대응표본T-검정 결과, Table 6과 같이 유의수준 10%에서 승합과 화물자동차에서 차이가 나타났고, 승합자동차보다 화물자동차의 조사거리가 약간 길게 나타났음을 Fig. 10을통해 확인할 수있었다.
후속연구
- 본 연구는 연도, 광원, 형식, 차종 등의 분류에 의한 전조등의 조사거리를 분석하였다. 향후 전조등 조사거리에 따른 제동거리, 색상에 따른 인지거리등에 대한 추가적 연구는 야간교통사고 감소에 더욱 도움이 되리라 기대한다.
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