[논문]컴퓨터 시뮬레이션 방법을 이용한 휠체어 탑재 차량의 전방/측방충돌 시 휠체어 탑승자의 위험도 분석

김성민; 이만표; 박성윤

doi:10.9718/jber.2006.27.6.365

컴퓨터 시뮬레이션 방법을 이용한 휠체어 탑재 차량의 전방/측방충돌 시 휠체어 탑승자의 위험도 분석
Analysis of Criteria Regarding Frontal and Side Impacts of Wheelchair Occupant in Vehicle by Computer Simulation Method 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.27 no.6, 2006년, pp.365 - 369

김성민 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부) , 이만표 (건국대학교 의료생명대학 의학공학부) , 박성윤 (건국대학교 일반대학원 의학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

According to the IIHS (Insurance Institute fur Highway Safety), side impacts are made up 30% of all accidents (reported 1998). In the case of auto accidents, head and neck injuries were most common as 58%, injuries to the body's trunk equaled 32%, and injuries to the abdomen were 21%. Therefore in this study, injury of wheelchair occupant in frontal and side impact of wheelchair loaded vehicle was analyzed using computer simulation method. The occupant was restrained at the rear of wheelchair by the lap belt. The detailed fixation and restrain conditions of the wheelchair occupant are referred to SAR J2249's recommendation. We estimated HIC(Head Injury Criteria) and HNIC (Head and Neck Injury Criteria) based on measured data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 휠체어의 전방/측방 충돌 시 차량에 탑승하는 휠체어 탑승자의 안전성을 평가하기 위해, 시뮬레이션을 이용하여 위험도 분석을 하고자 한다.
본 연구는 휠체어의 전방과 측방 충돌 시 위험도 분석에 대한 시뮬레이션 방법의 가능성을 확인하기 위해 수행되었다. 재활공학연구소에서 시 행한 실험 변수와 결과를 시뮬레 이션을 통해 산출한 결과와 비교하는 방법을 사용하였다.
측정 가능한 데이터의 수에 비하여 평가할 수 있는 관련 규격이나 기준에 관한 정 량적인 연구가 부족하여, 본 연구에서는 전방충돌의 안전성 평가방법으로 측방충돌의 안전성 평가 분석에 접근하고자 한다.

가설 설정

실험에서는 측방충돌로 인한 휠체어의 파손과 각 연결부의 훼손이 있었지만 시뮬레이션에서는 휠체어의 파손이 없다는 가정하에 해석하였고, 신체의 운동역학적인 부분에만 초점을 두어 결과값을 산출하였다.

제안 방법

MSC. ADAMS 로 휠체어를 모델링한 후, LifeMOD 2005를 통하여 성인 남성 Hybrid III Dummy를 플러그인하여 휠체어 탑승자를 구현하였다.
MSC. ADAMS로 휠체어를 모델링한 후, LifbMOD 2005를 통하여 성 인 남성 Hybrid III Dummy를 플러그인하여 휠체어 탑승자를 구현하였다.
결과를 도출하기 위하여 MSC. ADAMS의 결과를 토대로 시뮬레이션 값을산출해 냈고, 그 값들을통해 휠체어 탑승자의 안전도를 해석하기 위 한 방법으로 HIC(Head Injury Criteria)를 산출하였다. HUC는 충돌 시 머 리 에 가해지는 충격 을 정 량화하여 머 리 의위해도를 측정하는 기준으로 사용된다.
사용되고 있으며, 각각의 장 . 단점이 있으나 본 연구에서는 재활공학연구소에서 실시 한 Sled test 결과를 사용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 휠체어의 전방과 측방 충돌에 따른 위험도 분석을 시행하였다.
본 연구에서는 FMVSS에서 제안하는 충격펄스를 사용하였으며, 시뮬레이션은 Sled Test를 기본으로 하는 충돌시험을 기준으로 하였고, Sled Test의 충격펄스는 Sine 반파로 속도는 48km/h, 가속도 13g이었다.(그림 3)
본 연구의 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 충돌 시뮬레이션은 두부와 경부를 중심으로 전방충돌에서는 HUC, 측방충돌에서는 HNIC를 정 량화 하여 휠체어 탑승자의 상해도를 분석하였다. 해석과 실험 평균값은 약 12.
이것은측방충돌에 의해 경부의 상해가더 크다는 것을 의미한다. 이에 따라충돌에 의해 일어나는경추부의 관성으로 인한 변수와 HPC를 곱하여 HNIC를 산출한다.(표 3)
재활공학연구소에서 시 행한 실험 변수와 결과를 시뮬레 이션을 통해 산출한 결과와 비교하는 방법을 사용하였다. 선행 연구로 실험결과에 대한위험도 분석을 이미 시행하여 발표한 바 있다.
휠체어는 경 량 휠체어 중 가장 보편화 된 Standard 휠체어를 기준으로 하였으며, 탑승자의 고정은 휠체어 후방을 고정시킨 고정벨트에 랩벨트를 고정시킨 3점 고정방식을 사용하였고, SAE J2249에서 권고하는 WTORS 규격 방식을 사용하였다.

대상 데이터

시뮬레이션에서는 동양인 성인남성을 dummy로 사용하였다. 하지만 성인남성 뿐만이 아니라 여성과 아이의 체형에 맞는 안전벨트의 고정구 위치의 수정이 필요할 것으로 판단된다.

데이터처리

미 국연 방자동차안전규격 (Federal Motor Vehicle Safety Standards, FMVSS 208)에 따른 두부상해지수를 근거로 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 표 1은 휠체어 탑승자의 동작/운동역학적 응답에 대하여 FMVSS 208에 해당하는 두부상해지수와 흉부가속도의 허 용값을 나타내고 있다.

이론/모형

이 실험에 사용한 시뮬레이션 프로그램은 MSC.ADAMS 2005r2(MSC.Software, USA)이고, 인체형상을 불러들이기 위한 프로그램으로 BRG.LifeMOD 2005(Biomechanics Research Group, Inc, USA) 를 사용하였다. MSC.
이 실험에 사용한 시뮬레이션 프로그램은 MSC.ADAMS 2005r2(MSC.Software, USA)이고, 인체형상을 불러들이기 위한 프로그램으로 BRG.LifeMOD 2005(Biomechanics Research Group, Inc, USA) 를 사용하였다. MSC.
휠체어는 미국자동차공학회(SAE J2249)에서 규정하고 있는 규격과 방법을 통하여 모델링을 하였으며, 더미를 구속하기 위한 안전벨트 시스템은 FMVSS 208, SAE J2249(그림 1), ANSI / RESNA WC-19에서 제안하고 있는 3점 고정 방식을 적용하여 구성하였다.(그림 2)

성능/효과

시뮬레이션 값은 435.35로 실험값과 허용값을 비교했을 때 6.3%의 차이가 나는 것을 확인 할 수 있었다.
실제 시행한6 차례의 실험(표4) 중시뮬레이션과 동일한조건, 즉 탑승자의 이탈이 일어나지 않으며 경량휠체어를 사용한 1차, 탑승자의 이탈이 일어나지 않으며 안전벨트의 고정방법이 동일한 5차, 6차 실험 평균 HIC는 498.3로 허용값 1000을 넘지 않는다.
3이다. 실제 실험에서 주요 변수들의 조합을 통해 얻은 시뮬레이션 값은위해도가 약 10이 크게 나왔고, 기존 전방충돌에서 기준으로 하는 허용값 1000으로 측방충돌을 평가할 때 약 0.1%의 오차가 발생한다.
충돌 시 일어나는 두부의 각가속도보다 경부에서의 각가속도가 큰 것으로 나타났다. 이 결과 측방 충돌 시 두부의 위험도 보다 경부에서의 위해도가훨씬 더 크다는 것을 알수 있었다.

후속연구

한다. 본 연구에서는 휠체어 파손을 고려하지 않은 점에서 휠체어에 대한 구조해석을 병행해야 할 것이다. 휠체어의 파손에 따른 위해도의 차이는 보다 정 확한 결과를 얻기 위 해 고려 해야 할 환경변수이기 때문에 휠체어의 구조 해석은 보다 정확하게 안전성 평가를 할 수 있는 보완방법 이다.
한 정 량적 인 프로토콜은 정 립되 지 않은 상태 이 다. 시 뮬레 이 션방법을 이 용하여 차량의 전방 및 측방 충돌 실험을 함으로써 경제적 비 용을 최소화 하고, 더 나아가 충돌에 의한 정 확한 데이터를 얻음으로 안전성 평 가를 하기 위 한 프로토콜의 방향을 제시할 수 있을 것이다.
선행 연구로 실험결과에 대한위험도 분석을 이미 시행하여 발표한 바 있다. 시뮬레이션을 통한 평가 방법은 충돌실험 시 소요되는 경비의 경제적 절감 효과를 가져 올 것으로 예상되 며, 다수의 시뮬레 이션 결과를 통해 새로운 평 가방법을 모색 할 수 있을 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

Ministry of Health and Welfare, 2005 Registration of Status Physically Handicapped Person, 2005
SAE, SAE J2249, Wheelchair Tiedown and Occupant Restraint Systems for Use in Motor Vehicles, Society of Automotive Engineers(SAE), 1999
S.M.Kim, S.J.Kim, T.G.Kang, B.H.Jun, KH.Kim, M.S.Moon, 'A Safety Assessment by Risk Analysis Method on Wheelchair Occupant in Frontal & Side Impact of Wheelchair Loaded Vehicle,' Journal of the Korean Society of Precision Engineering, vol. 21, no. 6, 2004
DOT, FMVSS 'crash protection systems', Department Of Transportation(DOT), 49CFR part 571.208, Department of transportation, 1993
Baudrit, Pascal., Domont, Alian., Trosseille, Xavier., Tarriere, Claude., 'Influence of test conditions on protection criteria in side impact,' SAE paper, no.962420, pp.1813-1818, 1996
Andrew Morris, Ahamedali Hassan, Murray Mackay and Julian Hill, 'Head injuries in lateral impact collisions,' Accident Analysis & Prevention, vol. 27, issue 6, pp749-756, 1995

상세보기
Dagmar G.Buzeman, David C.Viano, Per Lovsund, 'Car occupant safety in frontal crashes : A parameter study of vehicle mass, impact speed, and inherent vehicle protection,' Accident Analysis & Prevention, vol.31, no.6, pp.713-722, 1998
Narayan Yoganandan, Frank A Pintar, Vrian D. Steper, Thomas A.Gennarelli, John A Weigelt, 'Biomechanics of side impact:Injury criteria, aging occupants, and airbag technology,' Journal of Biomechanics, accepted 5 january 2006
Narayan Yoganandan, Frank A. Pintar, 'Responses of side impact dummies in sled tests,' Accident Analysis and Prevention, vol. 37, pp.495-503,2005

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Road Traffic Safety Authority, Study of Traffic Accident, National Police Agency, 2006

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