고속도로 하이패스 이용률은 59.4%(2013년말 기준)로서 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 고속도로 영업소를 이용하는 승용차의 연료소모량을 측정하기 위해서 4개 차종을 대상으로 차대 동력계를 이용한 탄소균형법을 적용하였고, 일반 영업소와 하이패스 영업소의 주행 모드 18개를 설정하여 실험하였다. 그 결과 폐쇄식 구간의 경우 차종에 따라 21.0~56.4ml/veh, 개방식 구간의 경우 10.5~28.1ml/veh의 연료소모 절감효과가 있는 것으로 분석되었다. 또한, 하이패스 이용률에 따른 연간 연료비용 절감효과는 이용률 70%일 경우 282~573억원, 80%일 경우 322~655억원, 90%일 경우 362~737억원, 100%일 경우 403~819억원으로 산정되었다.
고속도로 하이패스 이용률은 59.4%(2013년말 기준)로서 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 고속도로 영업소를 이용하는 승용차의 연료소모량을 측정하기 위해서 4개 차종을 대상으로 차대 동력계를 이용한 탄소균형법을 적용하였고, 일반 영업소와 하이패스 영업소의 주행 모드 18개를 설정하여 실험하였다. 그 결과 폐쇄식 구간의 경우 차종에 따라 21.0~56.4ml/veh, 개방식 구간의 경우 10.5~28.1ml/veh의 연료소모 절감효과가 있는 것으로 분석되었다. 또한, 하이패스 이용률에 따른 연간 연료비용 절감효과는 이용률 70%일 경우 282~573억원, 80%일 경우 322~655억원, 90%일 경우 362~737억원, 100%일 경우 403~819억원으로 산정되었다.
The high-pass(brand name of Electronic Toll Collection System) utilization trend on the highway continues to grow as 59.4% (by the end of 2013). In this study, we applied the carbon balance method using a fuel chassis dynamometer with the four passenger car classes in order to measure the fuel consu...
The high-pass(brand name of Electronic Toll Collection System) utilization trend on the highway continues to grow as 59.4% (by the end of 2013). In this study, we applied the carbon balance method using a fuel chassis dynamometer with the four passenger car classes in order to measure the fuel consumption of the car using the expressway tollgate. We experimented 18 driving mode at general tollgate and high-pass tollgate. As a result, in case of entry/exit toll there were 21.0~56.4ml/veh fuel consumption savings, in case of open toll fuel consumption savings was analyzed as 10.5~28.1ml/veh. In addition, the annual fuel cost savings by virtue of high-pass was 28.2~57.3 billion won at 70% utilization rate, 32.2~65.5 billion won at 80%, 36.2~73.7 billion won at 90% and 40.3~81.9 billion won at 100%.
The high-pass(brand name of Electronic Toll Collection System) utilization trend on the highway continues to grow as 59.4% (by the end of 2013). In this study, we applied the carbon balance method using a fuel chassis dynamometer with the four passenger car classes in order to measure the fuel consumption of the car using the expressway tollgate. We experimented 18 driving mode at general tollgate and high-pass tollgate. As a result, in case of entry/exit toll there were 21.0~56.4ml/veh fuel consumption savings, in case of open toll fuel consumption savings was analyzed as 10.5~28.1ml/veh. In addition, the annual fuel cost savings by virtue of high-pass was 28.2~57.3 billion won at 70% utilization rate, 32.2~65.5 billion won at 80%, 36.2~73.7 billion won at 90% and 40.3~81.9 billion won at 100%.
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문제 정의
본 연구에서는 고속도로에서 운영되고 있는 하이패스 시스템을 이용하는 승용차의 연료소모 및 연료비용 절감효과를 산출하였다.
실제 고속도로 폐쇄식 구간과 개방식 구간의 하이패스 연료소모 절감 및 하이패스 이용률에 따른 연료비용 절감효과를 추정해 보고자 한다.
가설 설정
3) 본 연구에 이용된 진입 및 진출속도 뿐만 아니라 통과속도는 실측속도를 사용한 것이 아니라 여러 가지 속도를 가정하여 사용하였다.
일반 영업소 폐쇄식 진입 모드는 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도로 각각 진입하여 고속도로 통행권 수령시 정차(서비스 시간 6초) 후 출발하여 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도에 도달하는 경우로 가정하였다. 또한, 진출 모드는 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도로 각각 진입하여 통행요금 지불시 정차(서비스 시간 13초) 후 출발하여 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도에 도달하는 경우로 가정하였다.
일반 영업소 폐쇄식 진입 모드는 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도로 각각 진입하여 고속도로 통행권 수령시 정차(서비스 시간 6초) 후 출발하여 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도에 도달하는 경우로 가정하였다. 또한, 진출 모드는 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도로 각각 진입하여 통행요금 지불시 정차(서비스 시간 13초) 후 출발하여 40km/h, 60km/h, 80km/h 속도에 도달하는 경우로 가정하였다.
하이패스 영업소의 연료절감 효과를 비교하는 방법은 진입·진출 속도별로 구분하였는데 이 때 통과속도별로는 구분하지 않고 여러 통과속도의 평균 연료소모량을 적용하였다. 즉, 하이패스 이용차량들은 다양한 통과속도로 통행하며 그 분포는 균일할 것이라는 가정을 한 것이다.
하이패스 영업소의 경우 진입 속도는 40km/h, 60km/h, 80km/h이고, 통과 속도는 30km/h 이상부터 진입 속도 이하(10km/h 간격)이며, 진출 속도는 진입 속도와 동일한 경우로 가정하였다.
제안 방법
4) 본 연구는 현장실험 대신에 실험장비를 이용하여 결과를 도출하였다.
가장 많이 판매된 승용차 4개 등급별 차종을 대상으로 일반 영업소와 하이패스 영업소의 톨게이트 주행모드 18개 시나리오에 대한 실험을 진행하였으며, 진입속도는 40km/h, 60km/h, 80km/h으로 진출속도와 동일하며, 통과 속도는 일반 영업소인 경우는 정지한 후 출발하였으며, 하이패스 구간인 경우는 30km/h 이상으로 10km/h 간격으로 증가시키면서 연료 소모량을 측정하였다.
고속도로 영업소 광장 진입부와 진출부의 최소 길이가 각각 380m인 점을 고려하여 톨게이트 진입부 400m, 진출부 400m를 시험 구간으로 결정하였으며, 연료소모량 측정을 위해 실험모드별로 총 2회를 실시하여 평균값을 사용하였다.
실험 방법은 동일한 외부조건(온도, 풍향 등)을 설정하고, 차대 동력계 위에 실험자동차를 위치시켜 각 실험 모드로 주행한다. 주행 후 자동차에서 배출되는 가스를 포집하여 그 중에 포함되어 있는 탄화수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 양을 측정하여 소모된 연료량을 산출하였다.
이 방법은 국토교통부의 ‘자동차안전기준에 관한 규칙’과 지식경제부의 ‘자동차의 에너지소비효율 및 등급표시에 관한 규정’에 의해서 수행하는 연료 소비율 측정시 사용되는 실험방법으로 국내·외에서 가장 많이 사용되는 점을 감안하여 본 연구에 적용하였다.
이를 위해 먼저 실험 대상 승용차, 실험장비, 실험구간 등을 결정한 후, 톨게이트 진입·통과·진출 속도 등을 고려한 시나리오에 따른 승용차의 연료소모량을 실험하는 방법으로 수행하였다.
실험 방법은 동일한 외부조건(온도, 풍향 등)을 설정하고, 차대 동력계 위에 실험자동차를 위치시켜 각 실험 모드로 주행한다. 주행 후 자동차에서 배출되는 가스를 포집하여 그 중에 포함되어 있는 탄화수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등의 양을 측정하여 소모된 연료량을 산출하였다.
일반 영업소의 폐쇄식 구간과 개방식 구간을 1회 통과시 실험자동차별 연료소모량은 <표 5>와 같이 나타났다. 폐쇄식 구간의 경우 입구 및 출구의 서비스 시간을 각각 6초와 13초를 적용한 결과이며, 개방식 구간의 경우는 폐쇄식 구간의 입구 서비스 시간 6초를 적용한 연료소모량과 6초부터 13초간 정지시 2초에 해당되는 평균연료소모량을 더해 산출하였다. 하이패스 영업소 구간의 진입 및 진출 속도는 폐쇄식 구간과 개방식 구간 모두 동일하게 적용하였으며, 1회 통과시 실험자동차별 연료소모량은 <표 6>과 같이 나타났다.
하이패스 영업소의 연료절감 효과를 비교하는 방법은 진입·진출 속도별로 구분하였는데 이 때 통과속도별로는 구분하지 않고 여러 통과속도의 평균 연료소모량을 적용하였다.
대상 데이터
1) 연구에 사용된 차종은 승용차(경형, 소형, 중형, 대형) 위주로 되었으며 버스나 트럭을 포함하지 않았다.
2) 사용연료는 휘발유를 대상으로 하였으며 디젤이나 LPG 차량은 포함시키지 않았다.
연료소모량을 측정하기 위하여 본 연구에서는 가장 많이 판매된 등급별 승용차를 대상으로 경형(기아 모닝), 소형(현대 아반떼), 중형(현대 쏘나타), 대형(제너시스) 각 1대씩 총 4대를 선정하였다.
이론/모형
본 연구에서는 연료 소모량을 측정하기 위하여 차대동력계 장비를 이용하였으며, 탄소균형법 산출방식을 적용하였다. 차대 동력계는 가·감속, 정속, 정지 등의 반복 과정을 대표화할 수 있는 장점이 있으며, 연료소비율 측정시 사용되는 대표적인 실험 장비이다.
연료소모량을 측정하기 위해서 연료소비율 측정시 국내·외에서 가장 많이 사용되는 탄소균형법을 적용하여 실험을 실시하였다.
성능/효과
둘째, 2013년 하이패스 시스템 이용시 승용차 연료비용 절감 효과는 289~486억원으로 산출되었다.
본 연구와 타 연구의 하이패스 연료소모량 절감을 과 같이 비교해본 결과, 속도 60km/h인 경우 폐쇄식 구간에서는 26.8㎖/veh와 31.3㎖/veh로서 유사한 값을 보였으며, 개방식 구간에서는 13.3㎖/veh, 13.2㎖/veh로서 거의 동일한 결과를 보였다.
셋째, 하이패스 이용률에 따른 연간 연료비용 절감효과는 이용률 70%일 경우 282~573억원, 80%일 경우 322~655억원, 90%일 경우 362~737억원, 100%일 경우 403~819억원으로 산출되었다.
첫째, 하이패스 시스템을 이용하는 승용차는 폐쇄식 영업소의 경우 21.0~56.4㎖/veh, 개방식 영업소의 경우 10.5~28.1㎖/veh의 연료소모 절감효과가 있는 것으로 분석되었다.
평균 가속도 2.9m/s2, 평균 감속도 4.6m/s2, 소요시간 36~92초로 설정하였는데, 이는 시점과 종점에서 속도 안정화를 위해 최소 5초간 일정한 속도로 유지하고, 진입·통과·진출 속도를 고려하여 설정한 값으로 실제 영업소에서 발생하는 다양한 가·감속은 반영하지 않았다.
승용차가 진입·진출 속도 40km/h인 경우 289억원, 60km/h인 경우 379억원, 80km/h인 경우 486억원으로 산출되었다. 폐쇄식 구간 연료비용 절감 효과는 239~402억원으로 개방식 구간의 50~84억 보다 약 4.8배 높은 것으로 분석되었다.
하이패스 이용률이 70%일 경우 진입·진출 속도에 따라 282~573억원의 연료비용이 절감될 것으로 산출되었으며, 80%일 경우 322~655억원, 90%일 경우 362~737억원, 100%일 경우 403~819억원의 연료비용 절감 효과가 있을 것으로 기대된다.
후속연구
향후 연구로는 화물차 등 다양한 차종 및 디젤, LPG 등 가솔린 이외 연료에 대한 추가 실험, 톨게이트 평균통과속도와 다양한 가·감속 및 지체시간을 고려한 실험, 통과속도 제한이 없는 스마트 톨링시스템의 효과 분석 등이 필요할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고속도로 하이패스 이용시 연료소모 절감효과는 얼마나 되는가?
첫째, 하이패스 시스템을 이용하는 승용차는 폐쇄식 영업소의 경우 21.0~56.4㎖/veh, 개방식 영업소의 경우 10.5~28.1㎖/veh의 연료소모 절감효과가 있는 것으로 분석되었다.
통행료자동지불시스템이란 무엇인가?
4%에 달한다. 하이패스(Hi-Pass)라고 불리는 통행료자동지불시스템(ETCS, Electronic Toll Collection System)은 자동차가 고속도로 등의 톨게이트를 통과할 때 게이트와 자동차 내 단말기 간의 통신으로 자동적으로 요금을 지불하는 시스템으로 일단 정지할 필요가 없어 이용자의 연료비용을 절감할 수 있다.
고속도로 하이패스 이용률 추세는 어떠한가?
고속도로 하이패스 이용률은 59.4%(2013년말 기준)로서 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 본 연구에서는 고속도로 영업소를 이용하는 승용차의 연료소모량을 측정하기 위해서 4개 차종을 대상으로 차대 동력계를 이용한 탄소균형법을 적용하였고, 일반 영업소와 하이패스 영업소의 주행 모드 18개를 설정하여 실험하였다.
참고문헌 (7)
S. K. Lee, K. Y. Lee, Y. H. Choi, J. H. Kwak, and J. N. Sung, "Evaluation on the Fuel Efficiency of Hi-Pass System", Journal of Korean Institute of Intelligent Transport Systems, vol 9, no. 3, pp.59-66, June. 2010.
I. K. Yoo, J. W. Kim, S. H. Lee, and K. H. Ko, "Comparison of Fuel Consumption Estimation for Passenger Cars", Journal of the Korean Society of Road Engineers, vol. 13, no. 4, pp.167-175, Dec. 2011.
K. H. Ko, "The Change Rate of Fuel Consumption for Different IRI of Paved Roads", Journal of the Korean Society of Road Engineers, vol. 12, no. 1, pp.55-59, Mar. 2010.
M. S. Do, S. H. Choi, "Effect of Road Gradient on Fuel Consumption of Passenger Car", Journal of Korean Institute of Intelligent Transport Systems, vol. 13, no. 4, pp.48-56, Aug. 2014.
S. G. Lee, Y. S. Lee, S. C. Oh, "Performance Analysis for Electronic Toll Collection System, Hi-Pass", Journal of the Korean Society of Transportation, vol. 19, no. 4, pp.59-69, Aug, 2001.
J. S. Kang, S. G. Baek, and S. Y. Jung, "Evaluation on Fuel Consumption and Amount of money of Expressway Vehicles", Transportation Technology and Policy, The Korean Society of Transportation, vol. 6, no. 1, pp.97-106, 2009.
Korea Expressway Corporation, Expressway Design Manual, 2009.
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