R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201717CTAP-C115109-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 자율주행 및 군집주행 기반의 차세대 차량 기술이 교통 흐름 및 에너지 소모에 미치는 영향도를 분석하기 위한 교통 시뮬레이션 해석 플랫폼 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2016-06-24 ~ 2018-06-23 | |||||
| 연구책임자 | 김남욱 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 한양대학교 에리카산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | 978-89-7218-579-6 | |||||
| 주요 내용 |
본 연구를 통해 얻게 될 핵심적인 성과는 자율주행과 군집주행 차량 전용차선 적용이 가능한 고속도로 교통류 해석 모델과 에너지 분석이 가능한 차량 상세 모델이 될 것임. 먼저, 다양한 도로 운용 기술을 적용할 수 있는 고속도로 교통 흐름 해석 모델의 경우 다음과 같은 특징을 갖추게 됨. ● 자율주행, 군집주행, 그리고 특정 차량을 위한 전용차선 운용 등의 기술 적용이 가능하고, 지리 정보를 기반으로 구축된 교통류(교통 흐름) 해석이 가능한 모델 ● Mesoscopic 기반의 교통류 해석 모델을 통해 개별 차량의 주행 속도를 출력하고 이를 바탕으로 교통 시스템의 물류 능력 및 에너지 소모량을 정량적으로 평가할 수 있는 프로세스 확보 궁극적으로는 미시적(Microscopic) 기법을 기반으로 대단위 시뮬레이션을 수행하는 교통 시뮬레이션이 가능하여 차량의 개별 제어와 교통 관제 시스템 제어의 상호작용을 연구할 수 있는 플랫폼을 구축할 수 있는데, 본 과제에서는 그 기술적 진보의 중간 단계 확보하게 됨. 기존의 경우, 미시적(Microscopic) 기법을 통해 개별 차량의 상세 성능 모델 적용이 가능하여 소규모 네트워크(수십 대 이하)의 해석만 가능하였으나 본 연구를 통해 중시적(mesoscopic) 기법을 활용하여 개별차량의 해석이 1만대 수준, 혹은 그 이상이 가능한 교통류 해석 및 차량 성능 해석 프로세스 확보하게 됨. 한편, 연비를 포함한 에너지 성능 평가가 가능한 상세 차량 모델의 경우 다음과 같은 특징을 갖추게 됨. ● 교통류 해석 모델을 통해 얻어진 개별 차량의 주행 속도 프로파일을 바탕으로 차량의 연비를 상세하게 분석하여 교통 시스템 전체의 에너지 소모 성능을 정량적으로 분석 ● 개별 차량의 주행 제어 전략 적용이 가능하여 추 후 개발될 수 있는 미시적(microscopic) 기법 기반의 교통 시뮬레이션 모델에 활용될 수 있는 범용 상세 차량 해석 모델 확보 ● 특정한 미래 차량 기술이 적용되었을 경우 차량의 연비 성능 영향도를 평가할 수 있는 상세 차량 모델 개발 검증된 차량 상세 해석을 확보함으로써 차량의 에너지 효율을 교통 시스템 상에서 대단위로 해석하여 평가하는 프로세스를 갖추게 됨. 기존의 경우 하이브리드 전기차 해석 모델 기준, 실제 연비 결과 대비 5% 내외에서 연비 성능을 추종하는 해석 결과를 도출하는 것이 높은 수준의 검증된 모델이 보여준 성능이었으며 본 과제에서도 해당 기준을 적용하여, 내연기관, 하이브리드 전기차, 배터리 전기차를 시험 연비 기준 5% 내로 추종하는 해석 모델을 확보하게 됨. [최종목표] 본 연구의 목표는 미래 차량 기술(자율주행차량 및 군집주행 등)과 다양한 동력 전달계 구성(내연기관 차량, 하이브리드 차량, 전기차 등)을 차량에 적용하여 대단위 교통 시뮬레이션 상에서 개별 차량의 주행 상황을 구현하고, 이에 따른 교통 흐름 및 시스템의 에너지 소모량 평가를 가능하게 하는 교통 시스템 성능 해석 플랫폼 개발하는 것임. 이에 따른 세부적인 목표로, 교통 시스템에서 요구되는 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 해석 프로세스를 개발하기 위해 다음 세 가지의 결과를 도출하고자 함. 1. 교통 흐름(교통류) 해석 모델: 도로 상황 및 주행 환경에 따른 개별 차량 속도 도출이 가능한 교통 흐름 해석 모델. 2. 차량 상세 모델: 내연 기관, 전기차, 하이브리드 자동차 등의 차량 적용 기술에 따른 개별 차량의 상세 연비 성능 해석 모델 및 제어 알고리듬. 3. 고성능 연산 시스템: 대단위의 차량 상세 모델을 해석할 수 있는 병렬형 연산 기반의 고성능 시뮬레이션 해석 환경. 개발된 해석 프로세스를 활용하여 구축된 고속도로 모델에서 다음의 세 가지 기술 적용 상황에 따라 얼마나 교통의 흐름을 증대시킬 수 있는지, 얼마나 에너지를 절약할 수 있는지를 각각 정량적으로 산출하여 교통 시스템 성능 비교 평가 연구 결과를 도출하고자 함. 1. 기본 모델: 전용차선 적용이 되지 않은 일반 자율주행 차량의 운행 상황 모델 2. 1단계 기술 적용 모델: 자율주행차량 전용차선이 운용되는 교통 상황 시뮬레이션 3. 2단계 기술 적용 모델: 자율주행차량 전용차선 및 군집주행 혹은 속도 동조화(Speed harmonizing) 기술이 적용된 교통 상황 시뮬레이션 세부적인 목표로 언급된 세 가지의 결과(교통류 해석 모델, 차량 상세 모델, 고성능 연산 환경)를 바탕으로 다양한 조건의 입력이 가능한 교통 시스템을 모델링하고 성능을 평가하는 해석 플랫폼을 개발하는 것이 최종 목표이며, 그 활용성을 입증하기 위해 고속도로 모델을 구축하여 제시된 세 가지의 기술의 영향도를 평가하여 각각의 기술이 미치는 교통 흐름 및 에너지 소모량을 정량적으로 평가하고자 함. [연구내용 및 범위] 커넥티드 카를 포함한 미래 차량 기술 활용도를 극대화하기 위해서는 궁극적으로 교통 시스템 전체를 안전하고 효과적으로 통제 및 제어할 수 있는 기술을 확보해야 함. 이러한 기술 개발 과정에서 해당 기술의 성능을 가상공간에서 구현하고 이를 평가하여 최적화하는 기술이 전제되어야 하고, 이는 교통 시스템의 통합 시뮬레이션을 통해 가능하게 됨. 본 과제는 크게 세 가지의 연구 개발 내용으로 진행되며 첫 번째는 지리 정보를 활용하여 교통류 해석을 수행할 수 있는 시뮬레이션 모델을 개발하는 내용임. 개발될 교통 시뮬레이션 모델은, 개별 차량의 속도 프로파일 생성이 가능하며 다음과 같은 특징과 해석 능력을 갖출 수 있도록 개발함. ● 맵 기반의 정보를 활용하여 차선 등의 상세한 도로 정보를 입력할 수 있고, 해당 도로 상에서 사용자가 설정한 차량의 운용 조건에 따라 주행 상황을 구현함. ● 개별 차량의 출발지 목적지 설정을 통해 세부적인 주행 경로를 설정할 수 있고, 시스템의 입출력 차량의 경계 조건을 개별적으로 혹은 일관된 값으로 정의할 수 있음. ● 임의 지점에서 신호 및 기타 중앙 통제 시스템에서 설정된 룰에 따라 개별 차량이 반응하는 기능을 적용할 수 있어, 교통 통제 상황을 구현할 수 있음. 한편, 다양한 차종 구성 및 미래 차량 기술이 적용되는 성능 해석용 상세 차량 모델이 개별 차량의 에너지 효율 성능을 평가하는데 활용하기 위해 개발됨. (Matlab Simulink 기반 툴 활용). 친환경 차종의 경우, 동력전달계의 구성에 따라 시스템의 에너지 효율이 달라지게 되는데, 이러한 에너지 성능을 평가하는 해석 환경 구축을 위해 다음과 같은 차종에 대한 상세 연비 성능 해석 모델을 개발함. ● 일반 차량 모델: 차대 동력계 시험으로 검증된 내연기관 차량 모델 ● 친환경 전기차 모델: 현재 기술의 연비 및 주행 거리 성능을 충족하는 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 전기차 ● 미국 에너지성의 기술 발전 로드맵에 기반한 미래 자동차 기술 적용 모델 (차량 모델 개발 상황에 따라 추가적으로 진행): 미국 에너지성이 작성한 차량 기술 개발 로드맵이 적용된 2020, 2025년의 미래 차량 모델 친환경 차량의 모델의 경우, 국내외 차량 시험 기관에서 얻어진 차량 성능 시험 데이터를 확보하고 이를 바탕으로 모델을 검증하여 일반 온도 조건에서 95% 이상의 정확도로 차량의 연비를 추종하는 것을 목표로 함. 자율주행차량의 기술 상용화 시점이 미래로 설정되어 있는 만큼 모델 개발에 차량 관련 기술의 향상도를 적용할 수 있는 시뮬레이션 모델 개발을 추진함. 이를 위해, 미국 에너지성의 차량 기술 발전 로드맵을 활용함. 마지막으로, 개별 차량의 성능 해석을 수행하기 위해 대단위 시뮬레이션이 가능한 고성능 연산 환경을 구축함. 교통 시뮬레이션 모델에서 도출된 주행 프로파일을 바탕으로 수백만 대의 수준의 개별 차량의 성능 해석이 가능한 고성능 연산 해석 환경을 구축하기 위해 다음 두 가지 기술 개발을 수행함. ● 차량 모델 컴파일 기법: exe 파일로 컴파일하여 고속 연산 해석 수행 ● 병렬형 연산 능력 확보: 클러스터 구축 및 병렬형 연산 관리 프로세스 개발 Matlab Simulink 기반으로 개발되는 차량 모델의 해석 속도를 높이기 위해 차량 모델을 컴파일하여 병렬형 연산이 가능한 클러스터에 배포하고 각 클러스터가 해석을 수행하여 그 결과를 도출하고, 클러스터 구성의 경우 core 기준 가능한 많은 클러스터를 확보하여(최소 50 개 이상) 대단위 연산을 수행함. 구축된 해석 플랫폼을 활용하여 특정한 고속도로 주행 상황에서 자율주행 및 군집주행 기술과 이러한 기술이 적용된 차량들이 주행하는 전용차선 운용 기술이 미치는 교통 흐름의 영향도 및 시스템 전체의 에너지 효율 성능을 평가할 수 있는 해석 플랫폼을 개발하고 제시된 기술의 영향도 평가를 수행함. 평가하고자 하는 교통 시스템의 성능은 다음과 같이 두 가지로 정의됨. 1. 교통 흐름 성능: 고속도로 주행 조건에서 개별 차량의 속도, 정체 상황을 해석하여 얻어진 시스템 전체의 차량 수송 능력 (정체 구간 발생 빈도, 차량의 평균 속도 활용) 2. 시스템의 에너지 소모 성능: 차량 적용 기술 및 차종 구성을 고려하여, 개별 차량의 연료 및 전기 에너지 소모량을 합산한 시스템 전체의 에너지 소모량 (개별 차량 상세 해석 모델 활용) |
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| 색인어 | 한글 | 교통 시뮬레이션 | 자율주행 | 군집주행 | 전용차선 | 친환경 자동차 |
| 영문 | Traffic Simulation | Automated Driving | Platoon Driving | Dedicated Lane | Green Car | |
| 최종보고서 | 별지6 최종보고서_181002.pdf 보고서 - 하이브리드 전기차의 성능 분석_최종본.pdf | |||||