자율주행자동차는 더 이상 미래의 기술이 아닌 현재 가장 화제의 중심에 놓여있는 기술로서 자동차, 전자, 전기, 교통, 도로 등 다양한 분야가 융합된 분야이다.
세계 주요 국가에서 자율주행자동차에 대한 기술개발에 투자를 아끼지 않고 있으며, 국내 또한 산업통상지원부, 미래창조과학부, 국토교통부를 중심으로 자동차, 교통, 도로 등 각 분야의 산학연이 협업하여 자동차 기술, 통신 기술, 법제도 및 표준화 마련, 도로 인프라 구축 등 2020년 자율주행자동차 상용화를 목표로 기술개발에 힘쓰고 있다. 2020년 국내 자율주행자동차 상용화 목표로 SAE 기준 2∼3단계를 대상으로 하고 있으며, 이때의 자율주행자동차의 가장 큰 도입 목적 및 기대효과로 주행안정성 향상, 용량 증대, 교통혼잡 개선, 교통사고 감소를 들고 있다.
본 연구는 자율주행자동차가 현 도로교통에 도입되었을 때의 개선 효과를 이러한 도입 목적 및 기대효과를 고려하여 주행안정성, 교통흐름, 안전성 세 가지 측면에서 분석하였다. 분석 툴로 행위자기반모형에 최적화 되어있는 시뮬레이터 Netlogo를 사용하였다.
첫 번째로 주행안정성 측면에서, 자율주행자동차에 jerk의 개념을 반영하여 jerk에 따른 주행속도 변화 분석을 수행하였다. jerk는 가속도의 미분 값으로 승차감과 주행안정성에 영향을 주는 개념으로 주로 승강기나 열차에 활용된다. 자율주행자동차는 스스로 속도제어 및 가감속을 수행하므로 jerk의 제한을 낮춰서 승차감을 향상 시키거나 반대로 주행속도와 주행성을 고려하여 jerk의 제한을 높일 수도 있다. 자율주행자동차의 jerk로 인해 일반 자동차와 전체 교통류의 흐름에 어떤 영향을 주는지 분석하였다.
두 번째로 자율주행자동차 도입으로 인한 용량 증대 및 교통 흐름 변화를 분석하였다. 자율주행자동차는 짧은 인지반응시간과 군집주행, CACC 기능 등으로 인해 차간거리가 감소하고 가감속 빈도수가 감소하여 전체 교통류의 평균주행속도가 높아지고 교통류가 안정화 될 것으로 기대되고 있다. 또한 기존 도로교통의 차로 당 용량이 크게 증대될 것으로 기대되고 있다. 시뮬레이션 분석을 통해 자율주행자동차의 도입으로 인한 교통 흐름 변화 및 용량 증대 효과를 분석하였다.
세 번째로 안전성 측면에서, 자율주행자동차의 윤리적 선택에 의한 교통사고비용을 분석하였다. 자율주행자동차는 인간의 판단 및 본능을 프로그램이 대신하게 된다. 자율주행자동차는 기본적으로 기존의 교통사고 원인의 대부분을 차지하는 ‘운전자부주의’로 인한 사고가 발생되지 않지만, 차량 결함, 도로 결함 등으로 인한 돌발 상황으로 인해 사고를 피할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 상황에서 자율주행자동차는 짜여진 프로그램에 따라 판단하게 되며, 이 때 윤리적 선택이 따른다. 본 연구는 이러한 상황에서 세 가지 윤리 적 선택을 적용하였다. 탑승자를 최우선으로 보호하는 개인주의, 인명피해를 최소화하는 의무론, 혼잡비용을 고려한 교통사고비용을 최소화하는 공리주의로 분류하여 각 윤리적 선택에 따른 교통사고비용을 분석하였다.
주행안정성 측면에서 분석 결과, 일반구간에서는 저혼입율일수록 고밀도일 때 낮은 jerk의 평균주행속도가 높게 분석되었고, 진입출구간에서는 혼입율과 상관없이 저밀도일 때 낮은 jerk의 평균주행속도가 높게 분석되었다. 즉, 승차감이나 주행안정성을 고려하여 jerk를 반영하여도 일반자동차나 전체 교통류에 큰 영향을 미치지 않으며, 경우에 따라서는 평균주행속도가 높아질 수도 있다. 따라서 자율주행자동차에 jerk를 반영하여 주행안정성을 향상시킬 수 있으며, 반대로 jerk의 제한을 여유 있게 두어 주행성을 향상시킬 수도 있을 것으로 판단된다.
교통흐름 측면에서 분석 결과, 혼입율 50%일 때는 혼입율 0%일 때와 비교했을 때 용량이 약 40% 증대되었고, 혼입율 100%에서는 용량이 최대 120%까지 증대되었다. 또한 혼입율이 높아질수록 교통류가 안정화되고 밀도가 증가할수록 교통량이 증가하여 최대밀도에서 최대교통량(용량)이 되는 것으로 분석되었다. 이에 자율주행자동차는 기존의 도로교통의 교통혼잡 문제와 수요관리 측면에서의 혁신적인 기대효과가 예상된다.
안전성 측면에서 분석 결과, 개인주의의 교통사고비용이 가장 높게 분석되었으며, 인명피해를 최소화하는 의무론의 교통사고비용이 가장 낮게 분석되었다. 자율주행자동차의 상용화에 있어서 윤리적 문제와 관련된 다양한 교육 및 제도 마련이 필요할 것으로 판단된다.
본 연구는 자율주행자동차의 도입으로 인한 기대효과를 주행안정성, 교통흐름, 안전성 측면에서 공학적으로 분석한 연구이다. 연구를 수행하는 과정에서 많은 가정과 주관적인 판단 기준이 포함되어 있으나 자율주행자동차의 다양한 측면에서의 기대효과를 검토한 시험적 연구로서 의의를 가진다고 판단된다.
본 연구의 분석 결과는 향후 자율주행자동차의 기술개발 및 인프라 구축, 법제도 마련을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Automated vehicles is a technology in the center of the top issue now, not a future technology any more and is combined with diverse fields, such as vehicles, electricity, electronics, transportation and road.
Global major countries are making heavy investments in automated vehicles technology development and focusing on the Department of Trade, Industry and Energy, the Department of Science, ICT and Future Planning, and the Department of Land, Infrastructure and Transport, the domestic government is also putting much effort into developing automobile technology and communication technology, establishing legal systems and standard regulations, and constructing road infrastructure for commercialization of automated vehicles in 2020, in cooperation with automobile, traffic and road-related industries, universities and institutes.
In order to commercialize domestic automated vehicles in 2020, the government is aiming to reach the Level 2 or 3 of SAE, and the biggest purpose and expected effect of automated vehicles introduction is to enhance driving stability, to increase capacity, to improve a traffic congestion and to reduce traffic accidents.
This study analyzed driving stability, traffic flow and stability, which are regarded to be improvement effects of automated vehicles on railroad traffic, in consideration of the purpose and expected effect of automated vehicles introduction. As an analytic tool, Netlogo, a simulator optimized for the agent-based model, was used.
Firstly, in relation to driving stability, the concept of jerk was applied to automated vehicles and the changes in driving speed were analyzed depending on jerk. Jerk is a derivative of acceleration and influences ride comfort and driving stability. This is mainly used in elevators and trains.
Automated vehicles control speed and accelerate and accelerate themselves. Therefore, it is possible to improve ride comfort by reducing the limit of jerk, or to increase the limit of jerk, in consideration of driving speed and mobility. This study analyzed the effects of jerk on the flow of general vehicles and the whole traffic flow.
Second, this study analyzed the increase in capacity and the changes in traffic flow due to automated vehicles. Automated vehicles are expected to improve the mean driving speed of the whole traffic and to stabilize the traffic flow by reducing the distance between cars and the frequency of acceleration and deceleration because of short cognitive response time, platooning, and CACC function. In this study, the effects of automated vehicles on the change in traffic flow and the increase in capacity were analyzed by analyzing the simulation.
Third, when it comes to stability, this study analyzed traffic accident costs, based on ethical choices of automated vehicles. For automated vehicles, the program replaces human judgment and instinct. Fundamentally, automated vehicles do not generate accidents caused by ‘driver’s carelessness’, which occupies the majority of causes for traffic accidents, but they may fail to avoid accidents due to unexpected situations, such as vehicle defects and road defects.
In this situation, automated vehicles make a judgment according to the designed program and this time, ethical choices are required. This study applied three ethical choices to this situation. The ethical choices applied are individualism for giving top priority to protecting passengers, deontology for minimizing human damages, and utilitarianism for minimizing traffic accident costs considering congestion costs, and traffic accident costs for each ethical choice were measured.
In relation to driving stability, the average velocity of low jerk was high when the mix rate of automated vehicles was low and the density was high in a general section. In an entry-exit section, the average velocity of low jerk was high when the density was low, regardless of the the mix rate of automated vehicles.
In other words, jerk considering driving stability does not have negative effect on general vehicles, or the whole traffic flow, and as circumstance require, the mean driving speed may rise. Therefore, it is considered that it is possible to improve driving stability by applying jerk to automated vehicles, or to improve mobility by allowing a margin for the limit of jerk.
In connection with the traffic flow, compared to the congestion ratio of 0%, the capacity increased to nearly 40% when the the mix rate of automated vehicles was 50%, and the capacity increased to 120% when thethe mix rate of automated vehicles reached 100%. Also, the traffic flow became stable and the volume of traffic increased when the the mix rate of automated vehicles was high and the density was high, respectively. As a result, the maximum density was involved in the maximum volume of traffic. Based on these findings, it is anticipated that automated vehicles will exert epoch-making effect on improvement in traffic congestion and demand management of existing road traffic.
When it comes to stability, individualism had the highest traffic accident costs and deontology for minimizing human damages had the lowest traffic accident costs. For commercializing automated vehicles, a variety of educational programs and systems on ethical issues will be needed.
This study was conducted to ergonomically analyze the expected effects of automated vehicles from the perspectives of driving stability, traffic flow and stability. It is thought that this study has significance as an experimental research to analyze the expected effects of automated vehicles from different perspectives, although the process of doing the research contains a lot of assumptions and subjective judgment. The analysis findings of this study would serve as basic data for automated vehicles technology development, infrastructure construction and legal system establishment in future.