전기 자율차와 내연기관 자율차의 가속패턴 차이에 따른 신호교차로 교통운영특성 분석

Abstract

자율주행 기술의 발전 및 전기차 보급률의 확대에 따라 자율주행환경에서 전기차와 내연기관차가 함께 운행될 것으로 예상된다. 한편 전기차와 내연기관차는 가속 특성이 서로 다르며, 이로 인해 가속이 잦은 신호교차로에서 교통운영특성에 유의미한 차이가 발생할 것으로 판단된다. 그러나 전기차와 내연기관차의 가속특성을 반영하여 교통운영특성을 정량적으로 분석한 연구는 미비한 상황이다. 따라서 본 연구는 100% 자율주행환경인 신호교차로에서 전기차와 내연기관차의 가속특성 차이에 따른 교통운영특성을 분석하고자 한다. 본 연구에서는 특정속도에서 차량이 발휘할 수 있는 가속도인 가속 성능 곡선을 제시한 문헌을 고찰하였다. 이후 미시 교통류 시뮬레이션인 VISSIM을 활용하여 자율주행환경에서 전기차 및 내연기관차의 가속 행태를 적용하였다. 가상의 신호교차로를 분석 대상으로 설정하여 전기차 및 내연기관차 비율에 따른 통과교통량을 산출하였으며, 비율별 결과 차이를 정량적으로 확인하기 위해 비모수 검정을 수행하였다. 또한 제한속도별 통과교통량 분석을 통해 제한속도별 결과 차이에 따른 시사점을 제시하였다. 분석 결과, 전기차의 비율이 증가할수록 통과교통량이 증가하는 경향을 보였다. 내연기관차가 일정 비율 이상이면 통과교통량의 변화가 크지 않으며, 내연기관차가 일부라도 혼입되는 경우에는 통과교통량이 큰 폭으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한 신호교차로의 제한속도가 높을수록 전기차의 비율에 따른 통과교통량이 증가하는 경향이 있음을 확인하였다. 본 연구는 100% 자율주행환경에서 전기차 및 내연기관차의 가속행태를 반영하여 전기차 및 내연기관차의 비율에 따른 교통운영특성 차이를 정량적으로 분석하였다는 점에 의의가 있다. |Two of the most significant trends in automobile industry are autonomous vehicles and electric vehicle. With the development of autonomous vehicle technology and electric vehicle technology, more and more vehicles are expected to be electric and have autonomous driving capability. It is believed that electric vehicles allow for simpler integration of the advanced technologies required for the cleaner and safer operation of autonomous vehicles. Although electric autonomous vehicles have many advantages over their gasoline-powered counterparts, not all autonomous vehicles are manufactured as electric vehicles. Therefore, it is expected that electric autonomous vehicles and internal combustion engine autonomous vehicles would be operated in a mixed environment. Even though autonomous vehicles operate without human inputs, electric autonomous vehicles and internal combustion engine autonomous vehicles are expected to follow their respective characteristics including acceleration profiles. Their different acceleration profiles would lead to differences in traffic operation characteristics at signal intersections. This study investigates the traffic operational characteristics based on different acceleration profiles between electric vehicles and internal combustion engine vehicles at a signalized intersection in a fully autonomous driving environment. Acceleration potential curves for electric autonomous vehicles and internal combustion engine autonomous vehicles are identified and modeled in a simple traffic network with an intersection in VISSIM, a microscopic traffic simulation model. It is demonstrated that more vehicles can pass with electric autonomous vehicles, compared with internal combustion engine autonomous vehicles. Also, the impact of different speed limits and market penetration rates of electric autonomous vehicles and internal combustion engine autonomous vehicles are investigated.