Vbox와 PC-Crash를 활용한 EDR 기록정보의 신뢰성 평가

1. 서 론

최근 자동차관리법에 의해 EDR(Event Data Recorder) 기록정보의 공개 의무화가 시행됨에 따라 EDR 기록정보에 대한 관심과 활용도가 점차 증가되고 있다. EDR은 ACM(Airbag Control Module) 또는 ACU(Airbag Control Unit) 등에 포함된 에어백 전개 또는 특정 조건에 대하여 사고 당시 정보들을 저장하는 기능으로 ACU에서 EDR 기록정보를 취득하기 위해서는 CDR(Crash Data Retrieval) 혹은 VCI(Vehicle Communication Interface) 등의 장비를 이용하여야 한다.^1-4)

EDR 기록정보는 차량에 물리적인 충격이 가해졌을 때, 즉 이벤트가 발생한 시점(Time zero)을 기준으로 5초 전까지의 차량 속도, 엔진 회전수(rpm), 스로틀 열림량(%), 제동페달 작동 여부(on/off), 가속페달 위치(%), ABS(Anti-lock Brake System) 작동 여부, ESC(Electronic Stability Control) 작동 여부, 조향핸들 각도(deg) 등의 정보를 확인할 수 있으며, 차종 혹은 제작사에 따라 더 구체적인 정보들이 저장되기도 한다. 따라서 EDR 기록정보를 교통사고의 원인 분석에 활용함으로써 보다 객관적인 사고 조사 및 분석이 가능하다.^5,6)

미국의 경우, 1990년대 후반부터 EDR에 관한 연구를 실시하여 차량 상태를 기록하는 법을 제정하였고 2012년 9월에 시행하였으며, 차량에 대한 소유자가 직접 EDR의 기록정보를 검색하거나 확인할 수 있도록 자동차 제작사 등이 EDR 검색 도구나 방법을 자체 생산하여 보급하고 있으며, 외부 업체에서 자유롭게 서비스 받을 수 있도록 하고 있다. 또한 미국교통연구위원회(Transportation Research Board) 및 자동차실험연구센터(VRTC : Vehicle Research and Test Center)등에서 EDR 신뢰성에 대한 실험 및 연구를 수행하고 있다.^7-10)

국내의 경우, EDR 기록정보에 대한 활용 및 신뢰성 검증에 대한 다각적이고 심도 있는 연구가 거의 이뤄지지 않은 실정으로 본 연구에서는 실제 충돌실험을 통해 얻어진 EDR 기록정보에 대하여 Vbox와 PC-Crash를 활용하여 신뢰성 평가를 수행하고자 한다.

2. 차량 충돌 실험

2.1 충돌 실험 준비

실제 차량 충돌 실험에 앞서 EDR 기능이 탑재되어 있는 차종 중 국내 자동차 시장에서 높은 점유율, 다양한 엔진타입(가솔린, 디젤, 하이브리드), 국립과학수사연구원에 교통사고로 의뢰된 차종 비율 등을 충분히 고려하여 Fig. 1 ~ Fig. 3에 나타낸 바와 같이 Santafe DM(2013연식, 디젤), Sonata Hybrid(2013 연식, 하이브리드), Avante MD(2013연식, 가솔린) 3대의 차종을 선택하였다.

Fig. 1

Santafe DM & ACU

Fig. 2

Sonata Hybrid & ACU

Fig. 3

Avante MD & ACU

Santafe DM의 경우, 오토리브에서 생산된 ACU가 장착되어 있으며, Sonata Hybrid와 Avante MD의 경우, 모비스에서 생산된 ACU가 각각 장착되어 있다.

충돌 실험은 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 국립과학 수사연구원의 문막 차량충돌실험장에서 진행되었다. 충돌 및 운행 시 실험장에서의 이탈을 방지하기 위해 실험장 주변 및 충격 위치에 방호벽을 설치하였으며, Fig. 5와 같이 실험차량의 조향핸들 각도 변화에 따른 이동 경로의 변화를 확인하고자 도로 상에 격자무늬를 폭 1 m 간격으로 표시하였다.

Fig. 4

Crash testing environment

Fig. 5

Grid of crash testing ground

EDR 기록정보에 대한 신뢰성 평가를 위해서 Fig. 6에 나타낸 바와 같이 항공촬영장비인 중국의 DJI사에서 개발한 인스파이어를 이용하여 실험차량들의 주행상황 및 경로를 분석하였으며, Fig. 7과 Fig. 8에 나타낸 바와 같이 실험차량들의 운행정보를 기록하기 위해 영국의 RACELOGIC사에서 개발된 Vbox를 이용하여, 20 Hz의 주파수로 GPS 정보를 기반으로 한 실험차량들의 진행경로, 속도, 가속도 등을 실시간으로 취득하였다.

Fig. 6

Inspire(Unmaned aerial system)

Fig. 7

Vbox setting in testing vehicle

Fig. 8

Vbox of RACELOGIC Co.

2.2 주행 및 충돌 실험

본 연구에서의 차량 충돌 실험은 에어백이 전개되지 않으면서 EDR의 기록 요건을 충족하는 0.15초 이내에 속도 변화가 8 km/h 이상이 되는 조건 내에서 충돌 실험을 수행하였다.¹⁾

실험차량의 고정벽 충돌 시 운전자가 받는 충격을 최소화하기 위해 운전자는 헬멧 및 별도의 안전벨트 등의 각종 보호 장구를 착용하였다.

충돌 전 주행 상황은 운전자가 자유롭게 가감속 및 조향하다가 EDR 기록정보가 기록되는 조건 내에서 저속으로 Fig. 9와 같이 고정벽을 충돌함으로써 EDR에 다양한 기록정보가 저장될 수 있도록 하였다.

충돌 이후에는 EDR 기록정보 취득 장비인 VCI 장비를 이용하여 실험차량들의 OBDⅡ(On Board DiagnosticsⅡ) 단자를 통해 EDR 기록정보를 취득하였다.

Fig. 9

Vehicle crash test

3. EDR 기록정보에 대한 신뢰성 평가

앞서 수행한 충돌실험을 통해 얻어진 EDR 기록 정보 중 충돌 전 5초에 해당되는 기록정보는 Table 1에 나타낸 바와 같으며, 충돌 시점(Time zero)에서부터 충돌 전 5초까지 0.5초 간격으로 자동차 속도(km/h), 엔진 회전수(rpm), 엔진 스로틀 열림량(%), 가속페달 변위량(%), 제동페달 작동 여부(on/off), 바퀴잠김방지제동장치 ABS 작동 여부(on/off), 자동차 안정성 제어장치 ESC 작동 여부(on/off/engaged), 조향핸들 각도(deg)의 기록이 저장되어 있는 것을 알 수 있다.

Table 1

EDR data of Santafe DM

본 연구에서는 이러한 EDR 기록정보 중 충돌 전 5초 동안의 속도 데이터와 Vbox를 통해 얻어진 GPS 기반의 속도 데이터를 비교 및 분석함으로써 EDR 상에 기록되는 속도 데이터에 대한 신뢰성을 평가하였다.

또한 PC-Crash를 이용하여 실험차량에 대한 주행 및 충돌 상황을 재구성하고, 실험 당시 인스파이어를 통해 촬영된 항공 영상과 비교함으로써 EDR 기록정보에 대한 신뢰성 평가와 향후 교통사고분석에 있어 EDR 기록정보의 활용성을 확인하고자 하였다.

본 연구에서 사용된 PC-Crash는 상용화되어 있는 교통사고 해석 및 재구성 프로그램으로 오스트리아 Graz 대학의 Dr. Hermann Steffan에 의해 개발되었으며, 뉴턴 역학(운동량보존법칙 및 에너지보존법칙)을 기반으로 충돌 전 차량의 초기속도, 진행경로, 충돌자세, 차량의 감가속도 및 타이어와 노면 간 마찰계수 등의 다양한 변수들을 고려하여 사고에 대한 역학적 해석 및 3차원의 사고 재구성이 가능한 프로그램이다.^11-13)

3.1 EDR 기록정보

EDR 기록정보 중 충돌 전 5초 동안의 속도 데이터와 Vbox를 통해 얻어진 GPS 기반의 속도 데이터를 비교한 결과, Fig. 10 ~ Fig. 12에 나타낸 바와 같이 실험차량 3대의 경우 모두 속도 변화의 경향이 매우 유사하게 나타나는 것을 알 수 있으며, EDR 속도 데이터와 Vbox 속도 데이터 간의 편차는 2 km/h 내외로 확인되었다. 반면에 이러한 편차가 발생된 원인은 연속적으로 진행하는 실제 차량의 주행 상황과는 달리 EDR에는 1 km/h의 분해능을 지니면서 0.5초 간격으로 기록되고, Vbox 상에서도 GPS 수신 과정에서 정확도의 한계로 인해 약 0.3 km/h의 오차를 지님에 따라 발생된 것으로 보인다.^14,15)

Fig. 10

Comparison of EDR & Vbox velocity [Santafe DM]

Fig. 11

Comparison of EDR & Vbox velocity [Sonata Hybrid]

Fig. 12

Comparison of EDR & Vbox velocity [Avante MD]

3.2 PC-Crash를 이용한 주행 및 충돌 상황 재구성

EDR 기록정보 중 충돌 전 데이터를 PC-Crash의 시퀀스 테이블(Sequence table)을 이용하여 충돌 전 실험차량들의 주행속도 및 조향핸들의 각도 변화를 입력하여 재구성하였다.

3대의 실험차량들 중 Santafe DM에 대한 PCCrash에 입력된 주행속도 및 조향핸들의 각도 변화 데이터는 Fig. 13과 Fig. 14에 각각 나타낸 바와 같다.

Fig. 13

Velocity profile of Santafe DM

Fig. 14

Steering angle profile of Santafe DM

PC-Crash를 이용하여 실험차량들의 주행 및 충돌 상황을 재구성한 결과를 항공 영상과 함께 Fig. 15 ~ Fig. 17에 나타내었다.

Fig. 15

Comparison of experiment results(left) and PC-crash simulation results(right) [Santafe DM]

Fig. 16

Comparison of experiment results(left) and PC-crash simulation results(right) [Sonata Hybrid]

Fig. 17

Comparison of experiment results(left) and PC-crash simulation results(right) [Avante MD]

PC-Crash를 통해 재구성된 실험차량들의 주행 및 충돌 상황은 실제 실험차량들의 상황과 약간의 편차는 보이지만 시간대 별 차량의 위치 및 자세, 경로, 충돌 시점 등이 전체적으로 매우 유사한 것으로 확인된다.

반면에 진행 경로 상에서 발생하는 약간의 편차는 앞서 언급한 속도에서의 편차 원인과 더불어 EDR의 조향핸들 각도 데이터가 5 deg의 분해능을 지니면서 0.5초 간격으로 기록됨에 따라 0.5초 간격으로 기록된 속도 및 조향핸들 각도 등의 EDR 기록정보를 PC-Crash에 적용 가능한 시퀀스 테이블로 변환하는 과정에서 발생된 것으로 사료된다.^14,15)

향후 EDR 기록정보를 활용하여 차량의 주행 및 충돌 상황을 좀 더 정확하게 재구성하기 위해서는 앞서 언급한 EDR 기록정보의 분해능 및 0.5초 간격으로 기록되는 데이터들의 한계를 고려한 추가적인 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

4. 결 론

본 연구에서는 차량 충돌 실험을 통해 얻은 EDR 기록정보 중 충돌 전 5초 동안의 속도 데이터와 Vbox를 통해 얻어진 GPS 기반의 속도 데이터를 비교 및 분석함으로써 EDR 상에 기록되는 속도 데이터에 대한 신뢰성을 평가하고자 하였으며, PC-Crash의 시퀀스 테이블을 이용하여 EDR 기록정보 중 충돌 전 5초 동안의 속도 변화와 조향핸들의 각도 변화를 토대로 실험차량들의 주행상황을 재구성하고, 충돌 실험 당시 촬영한 항공 영상과 비교함으로써 EDR 기록정보에 대한 신뢰성 평가와 향후 교통사고분석에 있어 EDR 기록정보의 활용성을 확인하고자 하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.

• 1) 실험차량 3대의 경우 모두 EDR 속도 데이터와 Vbox 속도 데이터 간의 편차는 2 km/h 내외로 확인되며, 속도 변화의 경향이 매우 유사하게 나타남을 알 수 있었다.
• 2) PC-Crash를 이용한 실험차량들의 주행상황을 재구성한 결과, 재구성한 실험차량들의 주행 및 충돌 상황이 모두 실제 주행 상황과 매우 유사한 것으로 확인되었다.

향후 좀 더 복잡하고 다각적인 충돌 실험을 수행하고 PC-Crash 등을 이용하여 신뢰성 평가에 관한 연구를 진행함에 따라 EDR 기록정보에 대하여 충분한 신뢰성을 확보해나갈 수 있을 것으로 사료되며, 그에 따라 EDR 기록정보가 기존의 교통사고 분석 방법만으로는 해결하기 어려운 급발진 추정사고, 차량결함, 보험범죄 등과 같은 사건･사고에 대하여 그 원인을 명확히 밝힐 수 있는 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgments

이 논문은 행정자치부 주관 국립과학수사연구원 과학수사감정기법연구개발사업의 지원을 받아 수행한 연구임(NFS2017TAA01).

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