The Korean Society Of Automotive Engineers

Transaction of the Korean Society of Automotive Engineers - Vol. 27 , No. 2

[ Article ]
Transaction of the Korean Society of Automotive Engineers - Vol. 27, No. 2, pp.101-108
ISSN: 1225-6382 (Print) 2234-0149 (Online)
Print publication date 01 Feb 2019
Received 07 Aug 2018 Revised 14 Sep 2018 Accepted 17 Sep 2018
DOI: https://doi.org/10.7467/KSAE.2019.27.2.101

EDR 기록정보를 활용한 다중 및 연쇄 추돌 사고 분석
임상현1) ; 박종찬1) ; 김종혁*, 1) ; 오원택1) ; 최지훈1) ; 박종진2)
1)국립과학수사연구원 교통사고분석과
2)서울과학수사연구소 이공학과

Analysis of Multi-Car Rear-End and Chain Reaction Collision Using EDR
Sanghyeon Lim1) ; Jongchan Park1) ; Jonghyuk Kim*, 1) ; Wontaek Oh1) ; Jihun Choi1) ; Jongjin Park2)
1)Traffic Accident Analysis Division, National Forensic Service, 10 Ipchun-ro, Wonju-si, Gangwon 26460, Korea
2)Seoul Institute, National Forensic Service, 139 Jiyang-ro, Yangcheon-gu, Seoul 08036, Korea
Correspondence to : *E-mail: jhkim11@korea.kr


*This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium provided the original work is properly cited.
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Abstract

Careless driving on the highway, where vehicles are traveling in high speeds, can lead to multiple car, rear-end, or chain reaction collisions. When these accidents occur, the sequence of collision, the bullet vehicle’s speed, and whether or not the braking function worked become major issues. In this study, a multiple car, rear-end, and chain reaction collision test was performed with vehicles that were equipped with EDR function. Based on EDR data, the sequence of collision and the bullet vehicle’s speed were analyzed. To supplement the limitation of the analytical method in which EDR data were used, theoretical rigid body dynamics and collision reconstruction simulation through PC-Crash was also conducted. Through such a series of processes, this article proposed a reliable method of analysis for multiple car, rear-end, and chain reaction collisions.


Keywords: Multi-car rear-end collision, Chain reaction collision, Sequences of rear-end collision, Event data recorder, Accident reconstruction
키워드: 다중 추돌, 연쇄 추돌, 추돌 순서, 사고기록장치, 사고 재구성

1. 서 론

고속도로나 자동차전용도로와 같이 차량이 연이어 고속으로 주행하는 곳에서 핸드폰 사용 및 졸음운전과 같은 운전자의 부주의에 의해 다중 또는 연쇄 추돌 사고가 빈번하게 발생하고 있다. 여기서 다중 추돌이란, Fig. 1과 같이 차량 A, B, C가 순서대로 진행하는 상황에서 B가 A를 추돌하고 이후 C가 B를 추돌한 상황이고 연쇄 추돌이란, Fig. 2와 같이 C가 B를 추돌하고 이후 B가 충격에 의해 밀려 정차한 A를 충격하는 상황이다.1) 이러한 다중 및 연쇄 추돌사고의 경우 다수의 인명피해를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 심각한 경우에는 차량 내 다수의 탑승자를 사망에 이르게까지 하는 대형사고로 이어져 사회적으로 크게 이슈화 되곤 한다. 이와 같은 추돌 사고에서는 추돌 순서 및 선추돌 여부 그리고 속도 및 제동여부 등과 같은 쟁점이 존재하며, 사고원인 및 과실 관계를 명확히 파악하기 위해서 과학적이고 전문적인 분석이 필요하다.


Fig. 1 
Multi-car rear-end collision


Fig. 2 
Chain reaction collision

기존에 다중 및 연쇄 추돌 사고에서 적용된 일반적인 분석 방법은 다양하다. 첫 번째로 사고차량들의 범퍼 형상 및 폭, 지상고, 그리고 전・후면 충돌 부위의 손상 형태 등을 이용하여 분석하는 방법이 있으나 사고의 정도가 심하거나 충격 후 진로에서 차량이 이탈 하였을 경우에는 적용되기 어렵다는 한계점이 있고, 두 번째는 차량 탑승자 및 사고 목격자의 증언을 이용하는 방법이지만, 사고 충격에 의한 혼란, 기억오류와 같은 인적오류를 포함하고 있기 때문에 명확한 분석방법으로 보기 어렵다. 세 번째는 사고 현장 부근의 고정형 CCTV 혹은 차량 내 블랙박스를 이용한 분석 방법이 있지만, CCTV의 촬영범위를 벗어나거나 블랙박스가 미설치된 차량의 경우에는 적용하는데 어려움이 있다.2,3)

북미에서는 1990년대 후반부터 EDR(Event Data Recorder)에 관한 실험 및 기록정보에 관한 신뢰성 연구가 수행되었으며, 2012년도에는 법률이 시행되어 모든 차량에 EDR 기능이 장착되었다.4-6) 국내의 경우, 최근 자동차관리법 시행규칙(2015. 12. 시행)에 의해 2016년도 이후 출시된 차량에 대해서 사고기록장치(EDR)의 기록정보 공개 의무화가 이뤄졌다. 이후 충돌 실험을 통한 EDR 기록정보에 대한 신뢰성 평가 및 EDR 기록정보를 이용한 사고 재구성에 관한 연구가 수행되었고, EDR 기록정보는 교통사고의 발생 원인을 밝혀낼 수 있는 중요한 단서로 활용되고 있다.7-9)

EDR은 ACU(Air-bag Control Unit)에 탑재된 일종의 기능으로 사고 발생 시 가속도 한계 및 속도변화량누계(Delta-V, V)값 등 사고기록 조건을 충족하게 되면 사고발생 5초 전부터 사고 발생 시(Time zero: T0)까지 차량 속도(km/h), 엔진회전수(RPM), 엔진 스로틀밸브 열림량(%), 제동페달 작동여부(ON/OFF), 바퀴잠김방지식제동장치(ABS) 작동여부(ON/OFF), 자동차 안정성 제어장치(ESC) 작동여부(ON/OFF/engaged), 조향핸들 각도(°) 등의 정보를 0.5초 단위로 기록하며, 그 외 운전자 및 조수석 에어백 전개 시간, 진행방향 및 측면방향의 가속도(g, 0 ~ 250 ms) 및 속도변화 누계(kph, 0 ~ 250 ms), 자동차 전복경사각도(degree, -1 ~ 5 s)등의 정보를 기록한다.4)

본 연구에서는 EDR 기록정보를 이용한 다중 및 연쇄 추돌 상황에 대한 분석방법을 제시한다. 하지만 EDR 기록정보를 이용한 사고 분석의 경우에는 경험이 많지 않은 사람에게는 사고 상황을 오인할 수 있는 가능성이 존재한다. 그러므로 이를 보완하기 위해 강체역학 범위의 이론식 및 교통사고분석 프로그램인 PC-Crash를 추가적으로 이용하여 다중 및 연쇄 추돌 사고에 대한 하나의 신뢰할만한 분석 방법을 제시하고자 한다. 충돌 실험은 다중 및 연쇄 추돌 상황으로 진행하였고, 피 추돌 차량의 EDR 기록정보(Delta-V, 가속도 데이터의 방향성, 다중사고간격)를 이용하여 추돌 순서를 확인하였다. 또한 EDR 기록정보의 Delta-V 값과 강체역학 범위의 이론식을 이용하여 추돌 순서 분석 및 추돌 속도를 추정하는 방법을 제시하였고, 교통사고분석 프로그램인 PC-Crash를 이용하여 추돌 실험을 재구성을 수행하였다. 본 연구에서는 이러한 일련의 과정을 통해 다중 및 연쇄 추돌 사고에 대한 신뢰할만한 분석 방법을 제시하고자 한다.


2. 실험 준비

Fig. 3과 같이 실험 차량은 국내 자동차 시장에서도 높은 점유율을 가지고 있는 Avante MD(2013연식, 가솔린), Sonata Hybrid(2013연식, 하이브리드), Prius(2013연식, 하이브리드), EF Sonata(2008연식, 가솔린)으로 선정하였다.


Fig. 3 
Test vehicle

추돌 실험은 Fig. 4에 나타낸 바와 같이 국립과학수사연구원의 문막 차량충돌실험장에서 진행되었다. 충돌 및 운행 시 실험장에서의 이탈을 방지하기 위해 차량 진행경로를 따라 방호벽을 설치하였으며, 차량 진행 경로를 확인하기 위해 바닥에 1 m 간격으로 구획선을 표시하였다.


Fig. 4 
Test ground environment


3. 다중 추돌 및 연쇄 추돌 실험

본 연구에서는 EDR 기록요건에 명시된 바와 같이 전면방향으로 0.15초 이내 속도변화 8 km/h를 만족하는 조건에서 충돌 실험을 수행하였다. 차량 운전석에는 Fig. 5와 같이 본 연구팀에서 개발한 무인조종로봇(Vehicle Driving Robot System)을 장착하여 운전자가 무선컨트롤러를 통해 차량의 조향 및 가속 그리고 제동과 같은 운동변화를 할 수 있게 실험 준비를 하였고, 에어백 전개 시 발생할 위험을 줄이고자 에어백이 전개되지 않은 상태로 실험을 수행하였다.


Fig. 5 
Vehicle driving robot system

다중 및 연쇄 추돌 실험은 사고가 발생함에 따라 중요한 쟁점이 되는 추돌 순서 및 선추돌 여부에 대한 판별을 위해 일반적으로 많이 발생하는 추돌 상황을 선정하였고, 다중 추돌 실험은 Fig. 6의 왼쪽과 같이 Sonata Hybrid 차량이 EF Sonata 차량을 1차 추돌한 후, Prius 차량이 Sonata Hybrid 차량을 2차 추돌을 하는 상황으로 진행하였으며, 연쇄 추돌 실험은 Fig. 6의 오른쪽과 같이 EF Sonata 차량이 Avante MD 차량을 1차 추돌한 후, Avante MD 차량이 충격에 의해 앞으로 진행하여 고정벽(Barrier)과 충격(2차 추돌)하는 상황으로 실험을 진행하였다. 다중 및 연쇄 추돌 실험에 대한 차량의 제동여부 및 추돌 속도에 대한 정보는 Table 1Table 2에 나타낸 바와 같다.


Fig. 6 
Multi-car rear-end collision / Chain reaction collision

Table 1 
Vehicle conditions of multi-car rear-end collision
Multi-car rear-end EF Sonata Sonata
Hybrid
Prius
Collision 1 Gear
(P/N/R/D)
N D -
Brake
(ON/OFF)
OFF OFF -
Speed (km/h) 0 32 -
Collision 2 Gear
(P/N/R/D)
N D D
Brake
(ON/OFF)
OFF ON OFF
Speed (km/h) 0 0 42

Table 2 
Vehicle conditions of chain reaction collision
Chain reaction Barrier Avante
MD
EF Sonata
Collision 1 Gear
(P/N/R/D)
- N D
Brake
(ON/OFF)
- OFF OFF
Speed (km/h) - 0 15
Collision 2 Gear
(P/N/R/D)
- N -
Brake
(ON/OFF)
- OFF -
Speed (km/h) - 6 -

Table 1Table 2에서 색칠된 부분은 차량 간의 충돌을 의미한다. 충돌 이후에는 EDR 기록정보 취득 장비인 VCI(Vehicle Communication Interface)장비를 이용하여 차량의 OBD-II(On Board Diagnostic-II)단자를 통해 EDR 기록정보를 추출하였다.


4. 추돌 상황 분석
4.1 EDR을 이용한 추돌 상황 분석

EDR을 이용한 추돌 상황에 대한 분석은 각 추돌 상황에서 Sonata Hybrid와 Avante MD 차량의 EDR 기록정보의 Delta-V, 가속도 데이터와 다중사고간격을 이용하였다. 또한 단일 방향으로 충격이 작용하도록 실험 상황을 구성하였으므로 종방향 데이터만을 이용하여 추돌 순서를 분석하였다. 각 데이터의 기록정보 방향은 EDR 보고서에 명시된 바와 같이 (+)값은 차량 진행 방향을 의미한다.

4.1.1 다중 추돌(EDR)

Fig. 6에서 볼 수 있듯이, Sonata Hybrid 차량에는 두 번의 충격이 발생하였으며, 1차 충격은 차량 진행반대방향(-), 2차 충격은 차량 진행방향(+)으로 가해짐을 볼 수 있다. 하지만 Sonata Hybrid 차량의 EDR 기록정보에는 이벤트 1과 2의 Delta-V 방향이 Table 3과 같이 반대 방향으로 기록이 되었고, 충돌 5초전부터 충돌 시점(Time zero: T0)까지의 차량 속도, 엔진 회전수(RPM), 제동여부 등과 같은 기록정보는 이벤트 1과 2가 동일하였으며, 다중사고간격은 100 ms로 기록되었다.

Table 3 
Collision direction
Collision 1 Collision 2
Test (Collision_Dir) (-) (+)
EDR (Delta-V_Dir) (+) (-)

우선, 다중 추돌의 경우에는 선 추돌한 두 대의 차간 거리가 아주 가까운 경우(혹은 붙어 있는 경우)가 발생하게 되고, 이후 2차 충격이 발생하게 되면 선 추돌한 두 대의 차량 간에 반동이 발생하여 2차 충격이 발생하는 동안(약 250 ms 내외) 추가적으로 3차 충격이 발생하게 된다. 일반적인 추돌 사고에서는 EDR 기록정보의 Delta-V만을 이용하여 추돌 상황을 분석한다. 하지만 본 실험의 경우에는 실제 확인한 추돌 방향과 EDR 기록정보의 Delta-V방향이 반대로 기록됨을 확인하였고 이러한 경우 선추돌 차량이 바뀌게 되어 사고 상황이 변하게 된다. 그러므로 이러한 경우에는 EDR 기록정보의 Delta-V뿐만 아니라, 다중사고간격과 가속도 데이터를 이용하여 발생한 충격이 어느 시점에서 작용했는지를 확인한 후 사고 분석을 해야 한다.

Fig. 7은 Sonata Hybrid 차량의 EDR 기록정보의 종방향 가속도 데이터를 그래프로 표현한 그림이다. EDR 기록정보에는 다중사고간격을 고려하였을 때, Fig. 7의 검은 점선부분과 같이 중복구간이 확인된다.


Fig. 7 
EDR acceleration of Sonata Hybrid

위에서 언급한 다중 추돌의 경우(“2차 충격이 발생하는 동안(약 250 ms 내외) 추가적으로 3차 충격이 발생”)를 보았을 때, Sonata Hybrid 차량의 이벤트 1은 2차 충격으로 고려할 수 있으며, 이벤트 2는 반동에 의해 추가적으로 발생하는 충격인 3차 충격으로 고려할 수 있다.

이벤트 1과 2의 차량 속도, 엔진회전수(RPM), 제동여부 등과 같은 EDR 기록정보가 동일하게 기록된 이유는 보고서에 데이터를 기록하는 시간 간격과 관련이 있다. 우선, 차량 속도, 엔진 회전수(RPM), 제동여부 등과 같은 기록정보들은 500 ms간격으로 데이터 기록을 한다. 하지만 EDR 기록정보에 기록된 다중사고간격의 경우에는 500 ms보다 작은 100 ms가 기록되면서 이벤트 1과 2의 데이터가 동일하게 기록된 것으로 판단할 수 있다.

본 충돌 실험은 에어백 전개로 인한 위험을 줄이고자, 에어백 미전개 조건으로 실험을 수행하였다. EDR 보고서에는 “에어백 미전개시 데이터 덮어쓰기(Overwrite)가 허용됨”이라고 명시된다. 그러므로 Sonata Hybrid 차량에는 EF Sonata를 충격한 이벤트 데이터가 정상적으로 기록되었지만, Prius에 의해 2차 충격이 발생하고 EF Sonata와 Sonata Hybrid 간의 반동에 의한 충격이 추가적으로 발생하면서 EF Sonata를 충격한 가장 처음에 발생한 이벤트 데이터가 덮어쓰기 된 것으로 판단된다.

Table 4 
EDR record information
Collision 1 Collision 2 Collision 3
Target EF Sonata Sonata Hybrid EF Sonata & Sonata
Hybrid
Bullet Sonata Hybrid (Rebound) Prius
EDR (Rebound) Overwrite (Rebound) Event 1 (Rebound)(Record) Event 2 (Record)

4.1.2 연쇄 추돌(EDR)

Fig. 6에서 볼 수 있듯이, Avante MD 차량에는 두 번의 충격이 발생하였으며, 1차 충격은 차량 진행방향(+), 2차 충격은 차량 진행반대방향(-)으로 가해졌다. Avante MD 차량의 EDR 기록정보를 확인하였을 때, 다중사고간격은 1100 ms로 기록되었으며, 이벤트 1과 2의 충돌 5초전부터 충돌 시점(T0)까지의 운행정보 데이터는 약 1초의 간격 차이를 가지고 있다. 또한 Delta-V의 방향은 아래 Table 5에서 볼 수 있듯이, 실제 충격 방향과 EDR 기록정보의 속도변화량 방향은 동일한 것을 확인 할 수 있다.

Table 5 
Collision direction
Collision 1 Collision 2
Test (Collision_Dir) (+) (-)
EDR (Delta-V) (+) (-)

이처럼 다중사고간격이 250 ms 이상으로 기록된 데이터에서는 이벤트 1을 발생시킨 충격이 완벽하게 끝난 후에 이벤트 2가 발생되었다고 고려할 수 있으며, 단순하게 Delta-V만을 가지고 추돌 순서 분석이 가능한 것으로 보인다.

4.2 이론식을 이용한 추돌 상황 분석

4.1절에서는 EDR 기록정보만을 이용한 추돌 상황 분석을 수행하였다. 하지만 EDR 기록정보만 이용하였을 때, 사고 상황을 오인할 수 있으며 추돌 차량의 속도는 추정 할 수 없다는 한계점이 존재한다. 그러므로 본 연구에서는 강체역학 범위의 이론식을 추가적으로 이용하여 차량의 무게 및 피 추돌 차량의 EDR 보고서에 기록된 Delta-V를 이용하여 추돌 순서를 분석하고, 추돌 차량의 속도를 추정하는 방법을 제안하고자 한다.

비탄성충돌의 충돌 전과 후의 상대속도의 비율을 나타내는 반발계수는 식 (1)과 같이 표현된다. 충격에 의해 소실되는 에너지를 제외할 경우 운동량은 보존되므로 차량의 질량이 고려된 운동량 공식은 식 (2)와 같고, 추돌 차량의 속도를 구하는 공식은 식 (3)과 같다.10)

e=vB'-vA'vA-vB(1) 

where,

vA : 추돌 차량의 충돌 전 속도(km/h) : the striking vehicle's initial velocity (km/h)
vA' : 추돌 차량의 충돌 후 속도(km/h) : the striking vehicle's velocity after impact (km/h)
vB :피추돌 차량의 충돌 전 속도(km/h) : the struck vehicle's initial velocity (km/h)
vB' :피추돌 차량의 충돌 후 속도(km/h) : the struck vehicle's velocity after impact (km/h)

VB=vB'-vB=mAmA+mB1+evA-vB(2) 
vA=vB+vB'-vBmA+mBmA1+e(3) 

where,

mA : 추돌 차량의 무게(kg) : the striking vehicle's weight (kg)
mB : 피추돌 차량의 무게(kg) : the struck vehicle's weight (kg)

다양한 범퍼 타입(Rigid, Isolator, Foam)에 대한 실험결과를 리뷰한 Antonetti의 연구를 참고하였을 때, 반발계수는 차량의 속도변화누계와 지수함수 관계로 반비례하며 추정식은 아래 식 (4)와 같다.11)

e=0.6726exp-0.5288V+0.1020V2-0.009117V3(4) 

where,

V :피추돌 차량 속도변화누계 (km/h) : the struck vehicle's delta-V (km/h)

4.2.1 다중 추돌(EDR+이론식)

다중 추돌 실험의 경우, 실험차량의 질량 및 Sonata Hybrid 차량의 EDR 보고서에 기록된 Delta-V 값은 Table 6과 같으며, Prius 차량의 추돌 속도는 42 km/h이다. 추돌 순서에 대한 분석은 CASE 1(다중 추돌 상황) / CASE 2(연쇄 추돌 상황)으로 나누었으며, CASE 1 : Sonata Hybrid 차량이 EF Sonata 차량을 선 추돌한 후에 Prius 차량이 추돌하는 경우이고, CASE 2 : Prius 차량이 Sonata Hybrid 차량과 선 추돌한 경우이다.

Table 6 
Test vehicle mass(kg) and Delta-V(km/h)
Vehicle Mass (kg) Delta-V(km/h)
Prius / EF Sonata 1395 / 1445 -
Sonata Hybrid 1560 15

Table 7에서 볼 수 있듯이, 식 (2)를 이용하여 Sonata Hybrid 차량의 Delta-V 값을 계산하면 CASE 1의 경우 16.32 km/h, CASE 2의 경우 24.30 km/h으로 계산된다. EDR 기록정보의 Delta-V 값과 비교하였을 때, CASE 1의 경우가 1.32 km/h, CASE 2의 경우는 9.30 km/h의 편차가 계산되었다. 편차의 정도를 비교하였을 때, CASE 1의 경우가 EDR 보고서의 Delta-V값에 근접한 값을 보이므로 다중 추돌 실험의 추돌 상황은 CASE 1의 경우로 추돌 순서 분석이 가능하다. 이 결과는 다중 추돌 실험의 실제 추돌 순서와도 동일하다.

Table 7 
Multi-car rear-end collision test theoretical analysis
Vehicle List Value
Sonata
Hybrid
(1) EDR, Delta-V (ΔV) 15 km/h
(2) Calculated Delta-v(ΔV) CASE 1 : 16.32 km/h
CASE 2 : 24.30 km/h
Deviation of (1), (2) CASE 1 : 1.32 km/h
CASE 2 : 9.30 km/h
Restitution coefficient (e) 0.23
Prius (3) EDR, speed 42 km/h
(4) Calculated speed 38.60 km/h
Deviation of (3), (4) 3.60 km/h

식 (3)을 이용하여 Prius 차량의 추돌 속도를 계산하면 38.60 km/h가 계산되고, Prius 차량의 속도와는 3.60 km/h의 차이가 나는 것을 확인하였다.

4.2.2 연쇄 추돌(EDR+이론식)

연쇄 추돌 실험의 경우, 실험차량의 질량 및 Avante MD 차량의 EDR 보고서에 기록된 Delta-V값은 Table 8와 같으며, EF Sonata 차량의 추돌 속도는 15 km/h 내외이다. 추돌 순서에 대한 분석은 다중 추돌 분석과 동일하게 CASE 1(다중 추돌 상황)과 CASE 2(연쇄 추돌 상황)로 구분하였으며, CASE 1 : Avante MD 차량이 고정벽과 선 추돌 한 후에 EF Sonata가 추돌하는 경우, CASE 2 : EF Sonata 차량이 Avante MD 차량을 선 추돌한 경우이다.

Table 8 
Test vehicle mass(kg) and Delta-V(km/h)
Vehicle Mass (kg) Delta-V (km/h)
EF Sonata / Barrier 1445 / 5000 -
Avante MD 1190 9

Table 9와 같이, Avante MD 차량의 Delta-V 값을 계산하면 CASE 1의 경우 15.74 km/h, CASE 2의 경우 10.65 km/h 으로 계산된다. EDR 기록정보의 Delta-V 값과 비교하였을 때, CASE 1의 경우가 6.74 km/h, CASE 2의 경우가 1.65 km/h의 편차가 계산되었다. Avante MD 차량의 EDR 보고서의 Delta-V 값과 비교하였을 때 CASE 2의 값이 근접한 값을 보이므로, 본 실험의 경우에는 CASE 2의 경우로 분석이 가능하다. 이 결과는 연쇄 추돌 실험의 실제 추돌 순서와도 동일하다.

Table 9 
Chain reaction collision test theoretical analysis
Vehicle List Value
Avante
MD
(1) EDR, Delta-V (ΔV) 9 km/h
(2) Calculated Delta-v (ΔV) CASE 1 : 15.74 km/h
CASE 2 : 10.65 km/h
Deviation of (1), (2) CASE 1 : 6.74 km/h
CASE 2 : 1.65 km/h
Restitution coefficient (e) 0.29
EF
Sonata
(3) Speed 15 km/h
(4) Calculated speed 12.68 km/h
Deviation of (3), (4) 2.32 km/h

다중 추돌에서 수행한바와 같이 식 (3)을 이용하여 EF Sonata 차량의 속도를 계산하면 12.68 km/h가 계산되고 EF 차량의 추돌 속도와 2.32 km/h의 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.

4.3 추돌 상황 재구성

교통사고재구성 프로그램인 PC-CRASH를 이용하여 다중 및 연쇄 추돌 실험을 재구성하였다. PC-CRASH는 교통사고분야에서 사용되는 상용화된 프로그램으로 오스트리아 Dr.Hermann Steffan에 의해 개발되었으며, 뉴턴역학을 기반으로 충돌 전 속도 및 충돌 자세 등과 같은 다양한 변수들을 고려하여 차량의 충돌 후 거동을 모사할 수 있으며 사고에 대한 해석 및 3차원 사고 재구성이 가능한 프로그램이다.12)

4.3.1 다중 추돌

Fig. 8에는 다중 추돌 실험 데이터를 바탕으로 실험 차량의 움직임을 PC-CRASH를 이용해 재구성한 결과이다. 좌측에는 추돌 실험 장면, 우측에는 시뮬레이션 재구성 장면을 나타내었고, 우측 하단에는 시뮬레이션 시간을 표시하였다.


Fig. 8 
Reconstruction of Multi-car rear-end collision

Table 10은 EDR 기록정보의 Delta-V, 이론식 계산 및 PC-CRASH의 시뮬레이션 결과를 비교한 표이다. EDR 보고서의 Delta-V값은 15 km/h, Theory 값은 16.32 km/h 그리고 PC-CRASH 값은 16.25 km/h가 기록되었다. Delta-V 값의 편차는 EDR 기록정보와 비교하였을 때, PC-CRASH의 경우는 1.25 km/h값의 편차를 보였고 이론식을 이용하였을 때는 1.32 km/h값을 보인다.

Table 10 
Comparison of Delta-V(Sonata Hybrid)
EDR Theory PC-CRASH
Delta-V 15 km/h 16.32 km/h 16.25 km/h
Deviation with EDR (-) (1.32 km/h) (1.25 km/h)

4.3.2 연쇄 추돌

Fig. 9는 연쇄 추돌 실험 데이터를 바탕으로 충돌 장면을 PC-CRASH를 이용해 재구성한 결과이다. 좌측에는 추돌 실험 장면, 우측에는 시뮬레이션 재구성 장면을 나타내었고 우측 하단에는 시뮬레이션 시간을 표시하였다. Table 11은 EDR 기록정보의 Delta-V, 이론식 계산 및 PC-CRASH의 시뮬레이션 결과를 비교한 표이다. Avante MD 차량의 EDR 보고서의 Delta-V값은 9 km/h가 기록되었고, 이론식의 경우 10.65 km/h, PC-CRASH의 경우 10.12 km/h값이 기록된다. Delta-V값을 비교하면 이론식의 경우 1.65 km/h, PC-CRASH는 1.12 km/h의 편차가 발생한다.


Fig. 9 
Reconstruction of Chain reaction collision

Table 11 
Comparison of Delta-V(Avante MD)
EDR Theory PC-CRASH
Delta-V 9 km/h 10.65 km/h 10.12 km/h
Deviation with EDR (-) (1.65 km/h) (1.12 km/h)


5. 결 론

본 연구에서는 다중 및 연쇄 추돌 실험을 수행하였으며, EDR 기록정보(Delta-V, 가속도 데이터 및 다중사고간격)와 강체역학 이론식을 이용하여 추돌 순서 분석을 수행하였다. 또한 교통사고재구성 프로그램인 PC-CRASH를 이용한 실험 재구성의 가능성에 대해 논하였으며 다음과 같은 결론을 도출하였다.

  • 1) EDR 기록정보만을 이용하여 추돌 순서를 분석하였을 경우에는 EDR 기록정보의 Delta-V 방향성만을 이용하여 추돌 순서 분석을 할 경우에는 전체적인 사고 상황 및 선추돌 차량을 오인 할 수 있으며, 이러한 추돌 사고의 경우에는 다른 EDR 기록정보(다중사고간격, 가속도 데이터)를 추가적으로 이용해야 한다.
  • 2) 다중 추돌 상황 분석의 경우, 이론식에 의한 CASE 1(다중 추돌 상황)의 Delta-V는 16.32 km/h, CASE 2(연쇄 추돌 상황)의 경우에는 24.30 km/h가 계산되며 EDR 기록정보의 값과는 각각 1.32 km/h, 9.30 km/h의 차이가 발생한다. CASE 1의 경우에는 약 9 %의 오차율을 보이며 각 CASE 간의 오차율이 낮은 상황을 고려하였을 때, 추돌 상황에 대한 객관적인 분석이 가능하다. 또한 추돌 차량의 속도는 EDR 기록정보에 42 km/h가 기록되었으며, 이론식을 이용한 경우에는 38.60 km/h로 약 8 %의 오차율을 갖는다.
  • 3) 연쇄 추돌 상황을 분석의 경우, 이론식에 의한 CASE 1 (다중 추돌 상황)의 Delta-V는 15.74 km/h, CASE 2(연쇄 추돌 상황)는 10.65 km/h가 계산되며 EDR 기록정보에 기록된 값과 각각 6.74 km/h, 1.65 km/h의 차이가 발생한다. 이와 같은 경우에도 오차율이 낮은 CASE를 통하여 추돌 상황에 대한 객관적 분석이 가능하다. 또한 추돌 차량의 속도는 15 km/h이지만, 이론식에 의해 계산된 속도는 12.68 km/h로 약 15 %의 오차율을 갖는다. 이처럼 이론식을 이용할 경우 사고 상황에 대한 객관적인 분석뿐만 아니라, 추돌 차량의 속도까지 추정하여 사고 재구성시에 보다 객관적이며 신뢰성 있는 사고 재구성이 가능하다.
  • 4) PC-CRASH를 이용한 실험 재구성하였을 때, 다중 추돌 실험의 경우에는 Sonata Hybrid 차량의 Delta-V 값은 16.25 km/h 값으로 시뮬레이션 되었고, EDR 기록정보의 Delta-V 값과는 약 8 %의 오차를 차이를 보였다. 또한 연쇄 추돌 실험의 경우에는 Avante MD 차량에 계산된 Delta-V 값은 10.12 km/h로 EDR 기록정보의 9 km/h의 값과 약 12 %의 오차를 보인다. 이러한 결과는 PC-CRASH 프로그램 상에서 동일한 충돌 상황을 구성하여도, EDR 기록정보에 기록되는 Delta-V 값과 근접한 결과를 나타낸다는 것을 의미하며, 이를 바탕으로 추돌 상황에 대한 재구성이 가능함을 확인하였다.

이러한 결론들을 바탕으로 본 연구에서는 다중 및 연쇄 추돌 사고에 대해 다양한 분석방법을 제시하고, 추돌 차량의 추정 속도 계산을 통해 사고 재구성 시뮬레이션의 신뢰성을 보다 높일 수 있을 것으로 판단된다. 또한 향후에는 고속 주행 상황에 대한 다중 및 연쇄 추돌 실험을 수행하여 PC-CRASH를 통한 실험 재구성을 수행함으로써 본 연구에서 제시한 추돌 순서 분석 및 속도 추정에 대한 신뢰성을 계속적으로 확보해나갈 계획이다.


Acknowledgments

이 논문은 행정안전부 주관 국립과학수사연구원 중장기과학수사감정기법연구개발(R&D)사업의 지원을 받아 수행한 연구임(NFS2018TAA01).


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