산악지역이나 해안지역을 통과하는 도로의 경우 강한 바람이 부는 지점이 있고, 이러한 지점에서 차량이 바람에 의해 전도하거나 옆으로 방향이 바뀔 수 있다. 현행 도로 설계 기준에서 강한 바람의 영향은 무시하고 있지만, 향후 고속도로 설계속도가 높아지게 되면 강한 바람의 영향은 더욱 커지게 된다. 본 연구에서는 초고속 주행 상태로 주행하는 차량에 강한 바람이 부는 경우 차량의 전도와 이탈의 관계식을 통해 그 가능성에 대해 분석했다. 이 분석에서 차량의 종류, 곡선반경, 운전자들의 강한 바람에 대응하는 소요 시간, 차량 주행속도 그리고 풍속을 달리하면서 수식적으로 전도와 이탈량을 산출했다. 그 분석 결과 차량의 전도 측면에서는 풍속 50m/s 이내에서 곡선반경이 600m 이상이면 전도 위험은 없는 것으로 나타났다. 차량의 이탈 측면에서는 풍속이 15.0m/s 이상일 경우 차량의 속도를 제한 할 필요가 있으며 풍속이 25.0m/s 이상일 경우 통행제한을 할 필요가 있는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 향후 도로 설계 기준을 조정하는 경우 참고할 만하며, 특히 강한 바람이 자주 부는 지역을 통과하는 고규격 고속도로를 건설하는 경우 매우 유용한 결과가 될 것이다.
산악지역이나 해안지역을 통과하는 도로의 경우 강한 바람이 부는 지점이 있고, 이러한 지점에서 차량이 바람에 의해 전도하거나 옆으로 방향이 바뀔 수 있다. 현행 도로 설계 기준에서 강한 바람의 영향은 무시하고 있지만, 향후 고속도로 설계속도가 높아지게 되면 강한 바람의 영향은 더욱 커지게 된다. 본 연구에서는 초고속 주행 상태로 주행하는 차량에 강한 바람이 부는 경우 차량의 전도와 이탈의 관계식을 통해 그 가능성에 대해 분석했다. 이 분석에서 차량의 종류, 곡선반경, 운전자들의 강한 바람에 대응하는 소요 시간, 차량 주행속도 그리고 풍속을 달리하면서 수식적으로 전도와 이탈량을 산출했다. 그 분석 결과 차량의 전도 측면에서는 풍속 50m/s 이내에서 곡선반경이 600m 이상이면 전도 위험은 없는 것으로 나타났다. 차량의 이탈 측면에서는 풍속이 15.0m/s 이상일 경우 차량의 속도를 제한 할 필요가 있으며 풍속이 25.0m/s 이상일 경우 통행제한을 할 필요가 있는 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 향후 도로 설계 기준을 조정하는 경우 참고할 만하며, 특히 강한 바람이 자주 부는 지역을 통과하는 고규격 고속도로를 건설하는 경우 매우 유용한 결과가 될 것이다.
Despite vehicle instability problems caused by gusts of wind on freeways located in mountain or seaside areas, current national highway design standards overlook their detrimental effects, and if higher design speed freeways being proposed now by the government are in operation, the strong effect of...
Despite vehicle instability problems caused by gusts of wind on freeways located in mountain or seaside areas, current national highway design standards overlook their detrimental effects, and if higher design speed freeways being proposed now by the government are in operation, the strong effect of the gust of wind becomes a highway alignment design issue. This paper presents the vehicle movements and their resulting safety effects by checking vehicle sliding and overturn based on vehicle dynamic analysis for the case when a gust of wind blows to vehicles negotiating curves on higher speed freeways. In this analysis, vehicle types, curve radii, motorist responsive time to vehicle driving path changes, and vehicle speeds are systematically arranged to get vehicle sliding and overturn values in each different conditions. The results showed that there were little overturn possibilities when wind speed would stay in 50m/sec with higher than 600 meter curve radii. Interestingly it was also found in sliding checks that, although being safe at less than 15.0m/sec wind speed levels, there appeared the need of vehicle travel prohibitions when the wind speed could exceed 25.0m/sec level. The findings in this research is of information in future higher speed freeway designs, and particularly useful when designing freeways passing frequent gust wind areas.
Despite vehicle instability problems caused by gusts of wind on freeways located in mountain or seaside areas, current national highway design standards overlook their detrimental effects, and if higher design speed freeways being proposed now by the government are in operation, the strong effect of the gust of wind becomes a highway alignment design issue. This paper presents the vehicle movements and their resulting safety effects by checking vehicle sliding and overturn based on vehicle dynamic analysis for the case when a gust of wind blows to vehicles negotiating curves on higher speed freeways. In this analysis, vehicle types, curve radii, motorist responsive time to vehicle driving path changes, and vehicle speeds are systematically arranged to get vehicle sliding and overturn values in each different conditions. The results showed that there were little overturn possibilities when wind speed would stay in 50m/sec with higher than 600 meter curve radii. Interestingly it was also found in sliding checks that, although being safe at less than 15.0m/sec wind speed levels, there appeared the need of vehicle travel prohibitions when the wind speed could exceed 25.0m/sec level. The findings in this research is of information in future higher speed freeway designs, and particularly useful when designing freeways passing frequent gust wind areas.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
다음으로는 강한 바람이 불어 고속으로 주행하는 차량이 바람의 힘에 따라 도로 한쪽으로 밀려나 도로를 이탈하는 가능성에 대해 살펴본다. 이 경우도 차량 전도 분석처럼 먼저 바람이 불지 않는 때 차량이곡선부 원심력에 의해 밀려나는 현상을 먼저 규명하고 나서, 여기에 더해져 강한 바람에 의해 밀려나는 횡 방향 변화량을 살펴 보는 것이 편리 하다.
그런데 이 과정에 적용할 기존 분석이론을 문헌을 통해 검토해보았는데 , 도로 분야에서 통상적으로 사용하는 설계이론을 직접 적용해서는 원하는 분석을 모두 수행할 수 없겠다는 판단을 하게 되었다. 따라서 본 연구에서는 차량 역학을 전문적으로 다루는 기계공학 분야에서 사용 중인분석이론을 도입해서 차량의 전도와 이탈에 미치는 강한 바람의 영향을 세밀히 검토했다. 다음은 이 분석과정을 설명하고 있다.
본 연구는 강한 바람이 부는 도로 지점에서 차량 형태를 바꿔가면서 강한 바람이 차량 주행 안전성에 얼마나 영향을 미치는지 검토했다. 본 연구의 분석 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 강한 바람이 고속으로 주행하는 차량에 불었을 때 차량 안전성에 어떤 영향을 미칠지 계산식을 통해 분석한다. 그런데 이 과정에 적용할 기존 분석이론을 문헌을 통해 검토해보았는데 , 도로 분야에서 통상적으로 사용하는 설계이론을 직접 적용해서는 원하는 분석을 모두 수행할 수 없겠다는 판단을 하게 되었다.
본 연구에서는 먼저 우리나라에서 바람이 얼마나 강하게 불 수 있는지에 대해 풍속 통계자료를 통해 살펴보고, 그 외에도 강한 바람이 차량 주행 방향에 직각으로 작용했을 때 발생하는 교통사고 유형과 이에 대한 대책 등을 살펴본다. 그 후 강한 바람에 따른 차량의 역학적 거동특성을 평면곡선에서의 차량 전도와 이탈 관계식을 통해 살펴본다.
, 1997〜 2006). 본 연구의 관점은 차량안전 주행여부를 확인하는 것이고, 이를 위해서는 바람이 순간적으로 차량주행 방향에 직각으로 작용하는 것이 매우 중요하므로 지역별 월별 최대풍속 자료를 조사했다. 우리나라에서는 연도별 최대풍속자료를 10분 단위로 집계하여 산출하기 때문에, 본 연구에서도 이들 자료를 1개월간 누적시켜 이들 중 가장 큰 값을 월별 최대풍속으로 정하고, 10년간 월별 최대풍속을 오름차순으로 정리하였다.
본 연구의 목적은 강한 바람이 고속으로 주행하는 차량에 불었을 때 차량 안전성에 어떤 영향을 미칠지 이론적으로 검토하여, 기존 도로 선형 설계이론을 SMART Highway 도로 설계 기준 정립 단계에 적용했을 때 문제가 있을 지 여부를 확인하려는 것이다.
우선 강한 바람의 영향을 고려하지 않은 상태에서 차량 전도가 발생하는 과정을 살펴보자. 다음 식 (1) 은 평면곡선을 주행하는 차량에 작용하는 원심력의 크기를 표시하고 있다.
이장에서는 우리나라에서 이들 수식에 포함한 제반 변수들의 존재 범위를 도로, 차량, 교통, 자연 상황에 맞게 설정한 후, 그 변수들을 수식에 적용하여 강한 바람이 차량 주행 안전성에 문제를 발생시킬지 여부를 면밀히 검토하고자 한다.
가설 설정
- 그 외의 상태에서는 강한 바람이 불어도 차량은 전도하지 않는다.
- 차량의 주행속도는 160km/h로 한다. 이 속도로 결정한 이유는 무엇보다도 이 속도가 최근에 우리나라에서 논의 중인 고규격 고속도로에 대한 가장 높은 속도 수준이기 때문이다.
도로선형 설계 기준을 결정할 때, 바람은 아무리 강하게 불어도 차량 주행에 전혀 영향을 미치지 않는 것으로 가정하고 결정한다. 그러나 차량이 고속으로 곡선을 주행할 때 강한 바람이 불게 되면 아무래도 차량은 횡방향으로 밀려나 사고로 이어질 수 있기 때문에 그 가능성에 대해 검토해 볼 필요가 있다.
제안 방법
대한 대책 등을 살펴본다. 그 후 강한 바람에 따른 차량의 역학적 거동특성을 평면곡선에서의 차량 전도와 이탈 관계식을 통해 살펴본다. 이 과정에서 적용하는 강한 바람의 크기와 차량 제원 등은 현실적으로 나타날 수 있는 한계 값이며, 본 연구에서 검토한 차량 유형은 승용차와 Sport Utility Vehicle (SUV)로 제한했는데 그 이유는 현 시점에서 트럭 주행을 SMART Highway에 허가할지 아직 결정하지 않았기 때문이다.
본 연구의 관점은 차량안전 주행여부를 확인하는 것이고, 이를 위해서는 바람이 순간적으로 차량주행 방향에 직각으로 작용하는 것이 매우 중요하므로 지역별 월별 최대풍속 자료를 조사했다. 우리나라에서는 연도별 최대풍속자료를 10분 단위로 집계하여 산출하기 때문에, 본 연구에서도 이들 자료를 1개월간 누적시켜 이들 중 가장 큰 값을 월별 최대풍속으로 정하고, 10년간 월별 최대풍속을 오름차순으로 정리하였다. 표 1은 그 결과이다.
대상 데이터
- 차로폭의 경우 표 6과 같이 세계 각국의 고속도로 설계속도별 차로폭을 고려하여 설계속도 160km/h에 해당하는 차로폭인 3.75m을 선정했다.
본 연구에서는 우리나라 풍속 현황을 알아보기 위해 기상청에서 제공하는 10년간(1997년〜2006년) 전국 76개 기상관측소에서 제공한 풍속 자료를 수집했다(기상청 , 1997〜 2006). 본 연구의 관점은 차량안전 주행여부를 확인하는 것이고, 이를 위해서는 바람이 순간적으로 차량주행 방향에 직각으로 작용하는 것이 매우 중요하므로 지역별 월별 최대풍속 자료를 조사했다.
이론/모형
따라서 이 경우는 주로 실험에 의한 경험식을 활용해 왔다. 본 연구에서는 기존 이 검토식들 중에서 우리나라의 풍동실험 결과를 반영시켜 제시한 정(2003)의 실험식을 검토했으며(정운용 등 2003), 그 실험식은 식 (10)이다. 이 값을 구해서 식 (9)를 근거로 한 이 탈값에 더하면 최종적으로 강한 바람이 불었을 때 차량이 이탈하는 값을 구할 수 있다.
성능/효과
지금까지 본 연구에서 나타난 결과를 통해 볼 때, 승용차는 0.6초, SUV차량은 0.4초 이상이면 옆 차로를 침범하는 것으로 나타나, 승용차는 대부분 안전하지만 SUV는 위험한 것으로 나타났다. 결론적으로 곡선을 주행하는 차량에 바람이 매우 강하게 부는 경우라면 차량 속도를 제한할 필요가 있다.
후속연구
4초 이상이면 옆 차로를 침범하는 것으로 나타나, 승용차는 대부분 안전하지만 SUV는 위험한 것으로 나타났다. 결론적으로 곡선을 주행하는 차량에 바람이 매우 강하게 부는 경우라면 차량 속도를 제한할 필요가 있다. 참고로 표 8은 정 (2003)이 제안한 값들이다.
위 결과를 통해 볼 때, 강한 바람이 부는 도로 지점에서 SUV 차량과 같이 바람에 취약한 특성을 보이는 차량에 대해 속도제한을 하는 것이 필요하나, 보다 근원적 대책으로는 강한 바람이 자주 부는 도로에 대해 설계 단계부터 이를 충분히 고려한 곡선 설계가 필요하다.
참고문헌 (14)
건설교통부(2000), "도로의 구조.시설 기준에 관한 규 칙 해설및 지침", 건설교통부, p.115
기상청(1997-2006)," 기상연보_월별 기상정보", 기상청
김문겸(2008), "고규격 고속도로 건설에 따른 설계요소 의 변화", 서울시립대학교 박사학위 논문, p.57
송윤섭(2004)," 자동차설계", 청문각
이종관(2007), "강풍에 의한 차량 교통사고에 대한 연구", 관동대 석사학위 논문, p.4
일본풍공학회 풍재해조사위원회, 유호연(역) (2005)," 강풍에 의한 도로구조의 피해사례와 저감대책", 도로교통 제 103호, 한국도로교통협회, p.111
최재성(1998), "도로선형에 대한 설계일관성 평가모형의 개발", 대한교통학회지 제16권 제 4호, p.196
C.J. Baker(1986), A simplified analysis of various types of wind induced road vehicle accidents, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 22, p69-p.85
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.