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문제 정의
- 본 연구에서는 차량에 탑승하는 휠체어 탑승자의 전방충돌 시 안전성을 평가하는 기준을 제공하기 위하여 본 연구는 전방 충격실험과 휠체어와 탑승자의 위험을 평가할 수 있는 동작분석지수를 이용하여 안전성을 평가하였다.
- 차량 충돌시 휠체어 탑승자의 안전성평가를 위한 다양한 방법들이 있는데 본 연구에서는 전방충돌 시 휠체어 탑승자에 대한 운동학적 응답과 생체역학적 하중을에 대하여 위험도를 평가하였다.
제안 방법
- 경량휠체어를 사용하는 차량탑승 장애인의 선방중돌에 대한 안전성 평가를 동작기준(MC)과 복합상해기준(CIC)을 이용하여 위험도 발생확률을 정량적으로 나타내었다. 휠체어의 안선성 평가에 있어서 동작기준지수와 복합상해기준지수에 의한 위험도 발생확률을 기준으로 개별적인 상해 기준이 초과하지 않는 한, 낮은 CIC와 MC 지수 값들이 바람직하며, 상해위험을 줄여간다는 것을 나타낸다.
- 표 1에서는 휠체어 탑승자의 동작/운동역학적 응답에 대하여 해외 규격을 근거로 인체 및 휠체어의 상해기준 및 허용치를 나타내었다. 두부상해기준(HIC)과 흉부가속도(a)는 미연방 자동차 안전규격[7]을, 목부위에 가해지는 굴전 모멘트, 축인장력, 압축력 전단럭은 미국 제너럴 모터스 사의 자게 규격인 상해 평가 기준값(GM-IARV)[6]을, 전방충돌시 인체 및 휠체어의 전방쏠림량은 SAEJ2249I3]에서 규정한 생체역학적 한계기준을 근거로 위험도 분석을 한다.
- 슨레드 충격 실험은 총 6회 시행하였으며 충격파;: 6 Sine 반파로 속도는 48 * 2 km/h 였고, 가속도는 20g( 15msec이상), 15g(40msec이상), 지속시간은 75msec 이상이었다.
- 차량내의 휜체어탑승자의 전방충돌 시 위험노를 분석하기 위하여 Sled 충돌실험을 하였다. 실험에는 50th percentile 성인 hybrid ffl 인체더미가 재활공학연구소에서 개발한 경량휠체어에 탑승하였으며 휜체어 고정은 4점식 고정방법을 사용하 였다(사진 1, 그림 1, 표 2 참조). 탑승자의 고정은 휜체어 후방을 고정시킨 고정벨트에 랩밸트를 고정시켰으며 팔걸이 밑으로 하여 더미를 구속하였고 어깨벨트의 차량부 고정점은 SAE J2249의 최저 권장높이에(표 3 참조) 차량부 고정점을 두었고 좌측 랩밸트 부위에 연결부가 있는 어깨벨트를 사용하였다.
- 실험을 통하여 CIC와 MC지수를 계산하기 위한 휠체어와 탑승자에 대한 전방쏠림 이동치, HIC값, 두부가속도, 목에 걸리는 힘과, 모멘트와 흉부가속도 등이 측정되었다.
- 차량내의 휜체어탑승자의 전방충돌 시 위험노를 분석하기 위하여 Sled 충돌실험을 하였다. 실험에는 50th percentile 성인 hybrid ffl 인체더미가 재활공학연구소에서 개발한 경량휠체어에 탑승하였으며 휜체어 고정은 4점식 고정방법을 사용하 였다(사진 1, 그림 1, 표 2 참조).
- 총 6회의 슬레드 충격 실험이 이루어졌으며 첫 번째 실험에서는 랩밸트의 고정방식을 휠체어 팔걸이 위쪽으로 하여 고정 하였으며 휠체어의 좌석폭은 400mm였는데 랩벨트와 탑승자 사이의 유격으로 인하여 충돌후 2차반동에 의한 탑승자의 거동이 과도하였다.
- 실험에는 50th percentile 성인 hybrid ffl 인체더미가 재활공학연구소에서 개발한 경량휠체어에 탑승하였으며 휜체어 고정은 4점식 고정방법을 사용하 였다(사진 1, 그림 1, 표 2 참조). 탑승자의 고정은 휜체어 후방을 고정시킨 고정벨트에 랩밸트를 고정시켰으며 팔걸이 밑으로 하여 더미를 구속하였고 어깨벨트의 차량부 고정점은 SAE J2249의 최저 권장높이에(표 3 참조) 차량부 고정점을 두었고 좌측 랩밸트 부위에 연결부가 있는 어깨벨트를 사용하였다.
대상 데이터
- 2차 3차 4차 테스트에서는 랩벨트를 팔걸이 밑으로 하여 골반 부위와 밀착하여 고정하였고 휠체어의 좌석폭은 2차실험용 휠체어가 400mm, 3, 4차 실험용 휠체어가 420mm였다. 2~4차 실험결과는 충돌후 랩벨트의 좌측 고정부위의 연결 리벳이 파손되어 탑승자가 이탈하는 결과를 나타내었다(사진.
이론/모형
- 휠체어탑승자의 전방 충돌시 머리, 휠체어, 무릎의 전망이 동량에 의한 차량내부와의 2차 충돌에 대한 위험도를 정량화 시키기 위하여 SAE J2249에서 세안한 농작기준지수(Motion Criteria)늘 적용하였는데 식은 다음과 같다.
성능/효과
- 네 번째, 대부분의 휠체어 사용자는 차량 탑승 시 보호자에 의해서 차량에 탑승하며 차량에 고정되고 안전벨트가 매여진다. 휠체어와 탑승자의 차량 탑승시 차량에 고정하는 과징과 안전벨트를 매는 과정은 시간이 걸리므로 때로는 부주의하게 고정할 수 있는 가능성을 가지고 있으며 이에 따른 위험요소를 내포하고 았다.
- 두부 상해기준치 인 HIC는 허용치가 1000으로써 실험에서 나온 결과값은 랩벨트가 파손된 2~4차 실험값을 제외한 나머지 실험의 평균값은 489.33에 표준편차는 + 75.87였으며 실험 결과치 모두 허용치보다 낮은 수치를 보인다(그림 4).
- 머리, 무릎, 휠체어 이동량은 5, 6차 실험에서 측정되었으며 각기 머리이동량 평균값 318mm(표준편차±10.61) 무릎이동량 평균값 255mm(표준편차±21.22), 휠체어이동량 핑균값 71mm (표준편차±1.41)이었으며 휠체어와 무릎이동량의 비는 평균값 0.28(표준편차±0.03)으로써 모두 허용치 보다 낮은 결과를 나타내었다.
- 목의 축인장력 Ftens는 GM에서 제안한 허용치느 충돌반 생후 45msec까지 1100N이며 실험에서는 5차, 6차 실험에서 각각 914N, 1.279N 이었으며 평균 1,096N으로 허용치를 초과 하지는 않았으나, 6차 실험값의 수지가 허용치를 넘는 것은 충돌 후 등받이부분의 재봉선 파단으로 인한 반동 시 탑승자의 과도한 거동으로 나타나 실제 상황에선 등받이 부분의 파손은 탑승자의 목에 심각한 상해를 입힐 수 있는 위험요소를 가지고 있음을 알 수 있었다.
- 복합상해기순지수(CIC)는 FMVSS나 제너빔모터스사에서 두부, 목, 흉부의 측정값을 허용치와 비교하여 생체역학적 허용 수준을 판단하기 위하여 제안한 위험도 측정 방정식으로써 두부, 목 흉부의 위험도 가중치를 각각 두부 58% 목 14%, 흉무 29%로 주었다. CIC 지수는 다음과 간다.
- 위의 결과값을 이용하여 MC 지수를 계산한 결과 평균 0.52에 표준편차±0.1 이었다. 즉 휠체어와 탑승자의 거동에 따른 최대 위험도를 100%로 봤을 때 본 실험에서 나타난 상대적인 위험도는 52% 였다(그림 3).
- 위의 실험결과를 이용하여 CIC 지수를 구할 수 있는데 탑승자의 머리, 목, 가슴부위의 상해정도를 나타내는 CIC 지수는 최대 상해치 100%를 기준으로 하여 최대 66%, 최소 55%, 평균 60.5% 상해 확률을 가지고 있는 것으로 나타났다(그림 7).
- 경량휠체어를 사용하는 차량탑승 장애인의 선방중돌에 대한 안전성 평가를 동작기준(MC)과 복합상해기준(CIC)을 이용하여 위험도 발생확률을 정량적으로 나타내었다. 휠체어의 안선성 평가에 있어서 동작기준지수와 복합상해기준지수에 의한 위험도 발생확률을 기준으로 개별적인 상해 기준이 초과하지 않는 한, 낮은 CIC와 MC 지수 값들이 바람직하며, 상해위험을 줄여간다는 것을 나타낸다.
- 흉부가속도는 a는 FMVSS 허용치가 60 g 로써 실험에서 나온 결과값은 랩벨트가 파손된 2~4차 실험값을 제외한 나머지 실험의 평균값은 47.43-g에 표준편차는 -0.85였으며 실험 결과치 모두 허용치보다 낮은 수치를 보인다(기림 5).
후속연구
- 국내에서 휟체어의 안선성평가를 위한 연구가 극히 미미하여 위험도 시수의 값들이 얼마의 값을 가질 때 탑승자가 안선 한지에 대한 최적 추정치를 얻기가 어려웠다. 따라서 향후 지속적인 연구를 통하여 안전성 평가를 위한 평가 기준치를 제안하는 것이 남은 과제이며, 또한 휠체어 및 탑승자의 다양한 고정방법의 비교를 통하여 최적화 고정방법을 얻어야 하겠다.
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