<사진. UC Riverside에서 생성된 자동차 내비게이션 도구가 전기 자동차 에너지 사용을 51%까지 절감시킬 수 있다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

전기 자동차 에너지 사용 51% 삭감

캘리포니아 주립대학 리버사이드 캠퍼스(UC Riverside; University of California, Riverside) 번스 공과대학(Bourns College of Engineering) 소속의 연구진은 연구진이 생성한 자동차 내비게이션 도구(vehicle navigation tool)가 전기 자동차 에너지 사용(electric vehicle energy use)을 51%까지 감축할 수 있다는 사실을 보여주었다.

연구진은 리버사이드 캠퍼스 인근 세 가지 경로에 대하여 실시간 교통 정보, 도로 유형 및 도로 경사도 등을 고려한 에코-경로 내비게이션 시스템(eco-routing navigation system)을 테스트했다. 도로 테스트와 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여, 연구진은 ① 가장 짧은 거리, ② 최단 시간 및 ③ 최소 에너지 등 세 가지 유형의 내비게이션 시스템을 연구했다.

연구 결과는 다음과 같다.

1. 내비게이션 시스템이 최단 시간이 소요되는 경로를 주행할 때, 에너지 절감(energy saving)은 25~51%를 나타냈다. 트레이드오프는 주행 거리가 3~19% 사이의 범위에서 증가했다는 점이다.

2. 내비게이션 시스템이 최단 거리의 경로를 주행할 때, 에너지 절감은 5~15%로 나타났다. 그러나 시간 트레이드오프는 때때로 상당했으며, 8~96% 범위로 나타났다.

3. 그러나 주행 시간에 대한 제약이 없는 경우 최소 에너지 경로는 일부 사례에서 합리적이지 않았다. 그 이유는 시간에서 증가가 186%만큼 높아질 수 있기 때문이다. 동시에 주행 거리는 약 16% 가까이 증가할 수 있다.

번스 공과대학 환경 연구 및 기술 연구소 일원인 연구진은 캘리포니아 에너지 위원회(California Energy Commission)에 연구 결과를 보고하여 95,000달러의 연구비 후원을 받았다. 보조 연구 공학자인 Guoyuan Wu, 연구소 책임자 Matthew Barth, 보조 연구 공학자 Kanok Boriboonsomsin 등이 동 연구에 참여했다.

UC Riverside 공학자가 수행한 최근 연구는 에코-경로 내비게이션 시스템이 연료 소비를 감축시킬 수 있는 가능성이 있으며, 5~15%의 상용 화석 연료로 동력을 공급하는 자동차로부터 배출되는 온실가스 배출을 억제할 수 있다는 것을 보여주었다.

전기 자동차에 대하여, 에코-경로 내비게이션 시스템의 장점은 에너지와 온실가스 배출 절감 이상을 가진다. 소위 주행거리 불안(range anxiety, 전기 자동차를 운전하면서 배터리가 다 될까 봐 걱정하느라 발생한 정신적 피로 및 불안)을 줄일 수 있다.

지난 10년 동안 운전자에게 운행할 경로를 지원해주는 GPS가 안내하는 내비게이션 시스템이 확산됐다. 대부분의 시도는 운행할 거리를 최소화하는 데 있다. 그러나 심각한 도로 체증을 겪는 도로 구획과 같은 요인을 이유로, 최단 거리는 항상 최소 에너지 소비와 가장 적은 배기가스 배출을 의미하지는 않는다.

차세대 내비게이션 시스템은 속도 제한을 고려하고, 심지어 실시간 교통 상황까지 고려하여, 운전자에게 비록 도로 위 체증이 덜하지만 자동차가 보다 더 긴 거리를 주행할 수 있는 가장 짧은 지속 경로(shortest-duration route)를 제공한다. 그러나 더 긴 거리에 대하여 높은 속도에서 운행은 더 낮은 속도에서 직행 경로를 주행하는 것과 비교하여 더 많은 에너지를 소비하고, 더 많은 배기가스를 배출하는 결과로 이어질 수 있다. 이것은 더 높은 속도와 가파른 도로 경사에서 더 강력한 공기역학적 주행 저항(aerodynamic drag force)과 같은 요인에 기인한다.

포드 포커스(Ford Focus)와 혼다 피트(Honda Fit) 등과 같은 자동차에서 소수의 전기 자동차 내비게이션 시스템(electric vehicle navigation system)은 에코-경로 기능을 제공한다. 그러나 이러한 시스템에서 에코-경로 계산 이면에 있는 알고리듬은 전매특허 대상이며, 공개적으로 이용할 수 없다. 부가적으로 UC Riverside 연구팀이 아는 한, 연구팀은 실시간 교통 정보, 도로 유형 또는 도로 경사도 등을 통합하는 능력을 보유하지 않았다.

캘리포니아 에너지 위원회의 후원에 따라, UC Riverside 연구진은 2013산 니산 리프(Nissan Leaf)를 이용하여 2013년 3월부터 2013년 7월까지 도로 위에서 100회 이상의 주행을 수행했다. 연구진은 실시간 교통 조건과 도로 경사도와 도로 유형 등과 같은 변수 때문에, 다른 주행 경로 선택 사항을 제공하도록 고안된 세 가지 기원의 도착지 쌍을 선택했다. 경로는 18.6~23.2 마일의 범위로 다양했다.

도로 테스트로부터 얻은 자료를 에코-경로 내비게이션 시스템 알고리듬과 통합한 후, 연구진은 동일한 목적지에 대하여 수치 시뮬레이션을 이용하여 4,000회 이상의 주행을 수행했다. 상용 내비게이션 시스템과 비교했을 때, 일부 미래 조정에 따라 에너지 소비에서 상당한 절감은 상용화를 위한 상당한 가능성을 가진다고 이 프로젝트의 주조사관인 Wu는 밝혔다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr