[논문]태양광을 이용한 자율주행 자동차의 능동적 자가 충전 및 운행 제안

허현우

doi:10.5392/jkca.2022.22.09.085

태양광을 이용한 자율주행 자동차의 능동적 자가 충전 및 운행 제안
Proposal on Active Self Charging and Operation of Autonomous Vehicle Using Solar Energy 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.22 no.9, 2022년, pp.85 - 94

허현우 (홍익대학교 산업디자인학과 대학원)

초록
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현대 시대는 환경 및 에너지 문제로 인해 자동차를 친환경 에너지로 대체하는 움직임이 생겨났다. 내연기관 자동차는 석유 에너지를 사용하여 미세먼지, 오존과 같은 환경 문제로 지구 오염에 영향을 주는 요인 중 하나이다. 또한 자동차의 에너지원으로 사용되는 자원이 고갈되고 있다. 이 한정된 에너지를 대체함으로 문제 해결방법을 찾는다. 문제를 해결하기 위해 대체 에너지로써 친환경 에너지를 사용하는 방법 및 전기 에너지를 사용하는 방법 등을 해결책으로 내놓고 있다. 본 논문은 친환경 에너지 중 태양광 에너지를 이용한 자율주행 자동차의 자가 충전 및 운행을 제안하여 환경오염 및 자동차의 대체 에너지로의 사용 가능성을 연구하였다. 발표된 문헌 자료들과 국토교통부 및 자동차 회사들의 연구자료들을 고찰하였으며, 전기자동차 및 태양광 에너지를 이용한 프로토타입 자동차 사례 또는 근 미래의 기술들의 이론을 바탕으로 연구하였다. 현재 많은 자동차 회사들은 전기 자동차를 대체 에너지로 사용하고 있다. 또한 태양광 에너지로 전기를 보완하는 방식으로 사용하고 있으며, 태양광 에너지를 대체 에너지로 사용하고자 하는 노력을 하고 있다. 연구 결과 태양광 에너지만을 사용하여 자율주행 자동차를 운전이 아닌 운행할 수 있는 실현성이 있다고 보인다. 더 나아가 자동차를 능동적으로 사용하며 태양광 에너지의 사용 및 공급 가능할 것이며 자동차 산업의 미래에 기여할 수 있는 가능성을 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In modern society, environmental and energy problems have caused to replace cars with environment friendly energy. Vehicles with internal combustion engine which use petroleum are one of the factors that influence global pollution due to environment problems such as fine dust and ozone layer destruction. In addition use of energies for automobile making resources to become depleted. To solve this limited oil energy problem by using other energy sources. To the problem using electric energy and green energy as alternative for a solution. Among environment friendly energies this paper studies the possibility of drive service for autonomous vehicles that self-charges using only solar energy and whether they can be used as pollution free and alternative energy for automobiles. Studies was researched based on published literature review, data from ministry of transportation and automobile companies. Also case of electric vehicle and prototype automobile using only solar energy and the theory of near future technologies. Many automakers are using electric cars as alternative energy. Also making efforts to use solar energy as an substitute energy source and as a way to supplement electricity. Results show that there is a potential on operating autonomous vehicle using only solar energy. Furthermore, it will be possible to use automobiles actively, also use and supply solar energy. This paper suggest the possibility of contributing to the future of the automotive industry.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

연구한 교통량의 조사 자료를 통해 자동차 이용자들이 현재 자동차의 이용 목적 및 사용하는 시간, 거리, 에너지양 등을 분석하여 태양광 에너지만으로 운행할 수 있는지에 대하여 파악하였다. 또한 기존의 전기 자동차의 전력 소비량과 충전 방식을 가지고 기후 변화와 다양한 상황에 따른 태양광 에너지의 자가 충전 가능성과 방법에 대해 알아보고자 하였다.
본 연구는 환경오염에 영향을 미치는 석유 에너지 대신 친환경 에너지인 태양광 에너지를 활용하고자 하였다. 또한 현재 자율주행 자동차의 기술과 접목해 자가 충전 가능성과 그에 따른 자율운행에 대하여 제시하고자 하였다. 2장에서는 태양광 에너지와 자동차의 결합 가능성을 파악하기 위하여 자동차 활용도의 연구자료를 바탕으로 자동차의 운행에 필요한 에너지를 파악하고자 하였다.
본 논문에서는 태양광 에너지를 사용하여 자율주행 자동차가 유의적으로 에너지를 충전하는 것과 사용 및 운행을 제시하고자 하였다. 현재 완전 자율주행으로 계속 발전하고 있으며 태양광 에너지만을 이용한 자동차는 프로토타입 등으로 제작되고 있어 근 미래에는 상용화될 것으로 예상한다.
또한 과학의 발달로 자율주행 자동차가 빠르게 발전하고 있다. 본 논문은 완전 자율주행으로 인간의 주의 없이 모든 시스템을 자동차 스스로 통제할 수 있는 수준을 중심으로 이야기하고자 한다. 본 논문은 해외에서도 이미 상품화를 위해 개발이 되는 것을 바탕으로, 태양광만으로 충전이 가능한 자동차와 자율주행을 결합하여, 자동차가 자율주행을 통하여 능동적으로 운행하며 태양광 에너지를 충전 및 사용을 제시하여 앞으로의 현대인들의 편리함 뿐 아니라 환경을 보존시킬 수 있는 자동차 산업의 미래에 기여할 수 있도록 가능성을 제시하고자 한다.
본 논문은 완전 자율주행으로 인간의 주의 없이 모든 시스템을 자동차 스스로 통제할 수 있는 수준을 중심으로 이야기하고자 한다. 본 논문은 해외에서도 이미 상품화를 위해 개발이 되는 것을 바탕으로, 태양광만으로 충전이 가능한 자동차와 자율주행을 결합하여, 자동차가 자율주행을 통하여 능동적으로 운행하며 태양광 에너지를 충전 및 사용을 제시하여 앞으로의 현대인들의 편리함 뿐 아니라 환경을 보존시킬 수 있는 자동차 산업의 미래에 기여할 수 있도록 가능성을 제시하고자 한다.
태양광 에너지를 사용한 자율주행 자동차의 운행 가능성을 파악하기 위해서 사람들의 자동차 활용도를 살펴보고자 하였다. [표 1]과 같이 먼저 자동차의 이용 목적을 파악하고 어떤 용도로 이용을 하는지와 선호하는 이유를 알아보았다.
세계적으로 친환경 에너지 활용을 위하여 지속적인 연구가 진행되고 있어 가까운 미래에는 태양광 에너지가 더욱 발전할 것으로 예상된다. 필자는 자율주행 자동차에 유의 행동적 시스템을 도입하여 충전뿐 아니라 자율운행의 방향성을 제시하고자 한다. 자율주행 시스템의 기능을 활용하여 능동적인 자가 충전이 가능하며 자동차가 유의적으로 스스로 운행하도록 한다.

제안 방법

2장에서는 태양광 에너지와 자동차의 결합 가능성을 파악하기 위하여 자동차 활용도의 연구자료를 바탕으로 자동차의 운행에 필요한 에너지를 파악하고자 하였다. 또한 에너지를 사용하는 현재 기술의 전기 자동차와 태양광 자동차를 조사하여 태양광 에너지와 자동차의 접목 가능성을 조사하였다. 3장에서는 자율운행 가능성을 확인하기 위하여 자율주행과 내비게이션 및 태양광 추적시스템을 조사하였으며 자율성을 가능하게 하는 통합 시스템으로 시스템들의 연동 방안을 찾고자 하였다.
본 연구는 환경오염에 영향을 미치는 석유 에너지 대신 친환경 에너지인 태양광 에너지를 활용하고자 하였다. 또한 현재 자율주행 자동차의 기술과 접목해 자가 충전 가능성과 그에 따른 자율운행에 대하여 제시하고자 하였다.
연구한 교통량의 조사 자료를 통해 자동차 이용자들이 현재 자동차의 이용 목적 및 사용하는 시간, 거리, 에너지양 등을 분석하여 태양광 에너지만으로 운행할 수 있는지에 대하여 파악하였다. 또한 기존의 전기 자동차의 전력 소비량과 충전 방식을 가지고 기후 변화와 다양한 상황에 따른 태양광 에너지의 자가 충전 가능성과 방법에 대해 알아보고자 하였다.
자율주행 시스템의 기능을 활용하여 능동적인 자가 충전이 가능하며 자동차가 유의적으로 스스로 운행하도록 한다. 이를 위하여 태양 에너지 충전 및 이용, 자율주행 시스템, 스마트 그리드의 방식을 활용한 통합 시스템을 사용하였다.
자동차의 에너지를 태양광 패널에서만 충전하는 방식이 아닌 서로 연동되는 시스템을 적용하여 차량뿐만 아니라 공공시설 또는 건축 등의 전력을 통해 에너지를 공급받을 방법들을 고안하고자 하였다. 또한 탈부착 가능한 배터리로 오래 걸리는 충전 대신 간편하게 배터리를 교환하는 서비스를 사용할 수 있을 것이다.

대상 데이터

4장에서는 스스로 태양광 에너지를 충전 및 활용하는 자율운행의 개념들을 제시하였다. 본 연구의 연구 방법은 발표된 국내 외 문헌 자료를 중심으로 고찰하고, 도서 및 국토교통부, 자동차 회사 정보 사이트 등의 인터넷 자료들을 참고하였다.

성능/효과

또한 연결선 없이 자동차 에너지를 도로에 충전하고도로에 충전된 에너지를 필요한 자동차 및 장소에 충전가능한 방법을 구상하였다. 본 논문을 통하여 자율주행자동차가 태양광 에너지를 활용하여 에너지의 폭넓은 사용과 환경 문제의 해결에 기여할 것으로 예상한다.
자동차가 에너지를 필요로 하는 건물이나 공간으로 이동하여 충전해 주는 방식을 통해 이동형 발전기와 같은 형식의 충전 방법으로 전력이 필요한 장소에 공급할 가능성을 제시하였다.

후속연구

기존의 도로에 무선 충전이 가능한 것에 더 나아가 자동차 에너지를 주행 중 도로에서 자동차로의 이동만이 아닌 자동차에서 도로로 충전이 가능할 수 있고 충전된 도로를 통해 충전이 필요한 차량에 공급이 가능할 것이다. 또한 이 방법을 통해 전력이 필요한 장소에 직접 찾아가서 에너지 제공을 하지 않고도 도로에 충전된 전력을 이용하여 에너지를 공급할 수 있게 된다.
이는 실시간으로 내비게이션에서 제공 및 공유하게 된다. 더 나아가 공공시설 혹은 건축 등 전기 에너지를 공급 가능한 장소와도 연결될 수 있으며 실시간 교통 상황과 주변 환경 정보를 제공하여 교통 체증에 대비할 수 있고 에너지를 능률적으로 이용할 수 있을 것이다. 이 시스템을 SETN(Solar Energy Tracking Navigation)이라고 할 수 있다.
이 시스템을 통하여 자율주행 자동차들의 운행이 이루어질 수 있을 것으로 전망된다. 또한 다양한 장소 및 제품과 연동이 되어 다양하게 에너지를 활용할 수 있을 것이다. 이러한 활용은 전기 자동차의 배터리 한 개의 에너지보다 여러 개의 에너지가 주는 효과는 더욱 클 것이다.
자동차의 에너지를 태양광 패널에서만 충전하는 방식이 아닌 서로 연동되는 시스템을 적용하여 차량뿐만 아니라 공공시설 또는 건축 등의 전력을 통해 에너지를 공급받을 방법들을 고안하고자 하였다. 또한 탈부착 가능한 배터리로 오래 걸리는 충전 대신 간편하게 배터리를 교환하는 서비스를 사용할 수 있을 것이다.
또한 연결선 없이 자동차 에너지를 도로에 충전하고도로에 충전된 에너지를 필요한 자동차 및 장소에 충전가능한 방법을 구상하였다. 본 논문을 통하여 자율주행자동차가 태양광 에너지를 활용하여 에너지의 폭넓은 사용과 환경 문제의 해결에 기여할 것으로 예상한다.
자동차의 활용도가 높아짐에 따라 자동차를 이용하지 않을 시에는 무인 택시와 같은 형태로 운행이 가능할 것이다. 설정된 허용 범위의 거리 안에서 이용객들을 목적지로 이동시켜 주는 형태 또는 물건만을 운반하는 무인 택배 형식으로 이용이 가능할 것이다. 인간이 운전하는 것이 아니므로 편리하며 안전하고 실용적일 것이며 더 나아가 개인 소유의 자동차를 대중교통의 개념으로 이용하여 자동차들의 수요 또한 줄어들 수 있으며 환경 문제도 개선될 것이다.
설정된 허용 범위의 거리 안에서 이용객들을 목적지로 이동시켜 주는 형태 또는 물건만을 운반하는 무인 택배 형식으로 이용이 가능할 것이다. 인간이 운전하는 것이 아니므로 편리하며 안전하고 실용적일 것이며 더 나아가 개인 소유의 자동차를 대중교통의 개념으로 이용하여 자동차들의 수요 또한 줄어들 수 있으며 환경 문제도 개선될 것이다.
자동차의 활용도가 높아짐에 따라 자동차를 이용하지 않을 시에는 무인 택시와 같은 형태로 운행이 가능할 것이다. 설정된 허용 범위의 거리 안에서 이용객들을 목적지로 이동시켜 주는 형태 또는 물건만을 운반하는 무인 택배 형식으로 이용이 가능할 것이다.
[표 5][2][8-12]와 같이 전기차 사례를 통해 전기 자동차의 에너지양과 이에 따른 주행 가능한 거리 및 현 상황과 특징을 알 수 있다. 추후 어떤 특징을 부과해야 하는지 알 수 있을 것이며, 태양광 자율주행 자동차의 운행 가능성을 파악할 수 있을 것이다. 또한 필요한 에너지양과 디자인 및 충전 방법 등을 고려할 수 있다.
비록 많은 에너지가 회수되기 어려움이 있지만 멈추는 힘으로 에너지가 충전되는 것에 의미가 있을 것이다. 추후 에너지 회수량이 증가하면 에너지의 사용에 도움이 될 수 있을 것이며 자동차 운행에 있어 사용시간이 늘어날 것이다.
태양광 에너지를 활용한 자율주행 자동차에 [그림 4]와 같이 V2G 방식에 더 나아가 ACV(All connect with vehicle)를 활용하여 에너지가 필요한 장소에 공급해 줄 수 있을 것이다. 태양광 에너지 사용으로 자원 문제 해결뿐만 아니라 전력 공급의 해결이 급하게 필요할 때 감당할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 태양광 에너지를 사용하여 자율주행 자동차가 유의적으로 에너지를 충전하는 것과 사용 및 운행을 제시하고자 하였다. 현재 완전 자율주행으로 계속 발전하고 있으며 태양광 에너지만을 이용한 자동차는 프로토타입 등으로 제작되고 있어 근 미래에는 상용화될 것으로 예상한다. 따라서 이 연구의 가능성 역시 크다고 본다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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