[논문]횡풍에 의한 주행 차량 위험도 해석

이일근; 조병완

doi:10.7855/ijhe.2011.13.3.139

횡풍에 의한 주행 차량 위험도 해석
Risk Analysis of Travelling Vehicles by Cross Wind 원문보기

한국도로학회논문집 = International journal of highway engineering, v.13 no.3 = no.49, 2011년, pp.139 - 146

이일근 (한국도로공사 도로교통연구원, 한양대학교) , 조병완 (한양대학교 토목공학과)

초록
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도로를 주행하는 차량이 강풍구간을 지날 때 바람에 의한 횡력으로 경로를 벗어나 추돌사고를 일으킬 수 있다. 또한 높은 풍속에서는 차량이 전도하면서 대형 사고를 유발할 수 있다. 본 연구에서는 우선 횡풍에 의한 차량의 경로이탈과 전도에 대한 해석 매카니즘을 고찰하였다. 그리고 차량의 횡풍 위험도를 파악하기 위해 승용차와 트럭 등 10종의 대표 차량에 대한 위험도 해석을 실시하였다. 또한 횡풍 위험도가 차량의 주행속도와 특성 등에 따라 많은 편차가 있으며, 편차 발생 원인을 분석하였다. 본 연구 결과는 강풍이 잦은 도로환경에서 주행안전성 확보 방안을 마련하기 위한 기초자료로 활용 가능할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Travelling vehicles on roads may slip or overturn due to strong cross wind. This paper presents the path deviation equation and the overturning equation of vehicle, and the process of evaluating the cross wind risk. Case studies for cars and trucks are carried out. It explains the mechanism why the deviation occurs according to the types of vehicles. It shall help to prepare the measures for reducing the risk of travelling vehicles in high wind speeds.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 우선 횡풍 위험에 대한 정확한 이해와 차종에 따른 편차 발생 분석을 위해 횡풍에 의한 차량의 경로 이탈과 전도에 대한 위험도 정의와 해석모델을 고찰하였다. 그리고 횡풍에 의한 차량의 거동 해석 에 필요한 일반 제원과 동역학적 특성을 자동차 회사에서 해석용으로 사용하는 Mechanical Simulation Corpor&tion사의 승용차 해석용 CarSim(ver.

제안 방법

각 차량의 동역학적 공기력 계수는 CarSim과 TruckSim의 수치 데이터를 참고로 풍각을 변수로 하는 추세식으로 표현하였다.
따라서 본 연구에서는 우선 횡풍 위험에 대한 정확한 이해와 차종에 따른 편차 발생 분석을 위해 횡풍에 의한 차량의 경로 이탈과 전도에 대한 위험도 정의와 해석모델을 고찰하였다. 그리고 횡풍에 의한 차량의 거동 해석 에 필요한 일반 제원과 동역학적 특성을 자동차 회사에서 해석용으로 사용하는 Mechanical Simulation Corpor&tion사의 승용차 해석용 CarSim(ver. 7. la) 과 버스 및 트럭 해석용 TruckSim(ver. 7.1) 소프트웨 어의 라이브러리(library) 데이터베이스를 활용함으로 써 다양한 차종에 대해 위험도 해석을 실시할 수 있었다. 또한 차종에 따라 편차가 발생하는 원인을 해석 모델을 근거로 분석하여 제시하였다.
1) 소프트웨 어의 라이브러리(library) 데이터베이스를 활용함으로 써 다양한 차종에 대해 위험도 해석을 실시할 수 있었다. 또한 차종에 따라 편차가 발생하는 원인을 해석 모델을 근거로 분석하여 제시하였다.
현재 운행 중인 차량의 제원을 확보하기는 용이치 않고 차량의 공기력 계수도 별도로 풍동실험을 실시해야 얻을 수 있는 데이터들이다. 본 연구에서는 CarSim과 TruckSim에있는 데이터베이스 자료를 토대로 각 차량의 공기력 계수인 횡력계수, 요잉모멘트계수, 롤링모멘트계수 및 양력계수의 근사곡선을 구하여 표 1, 2, 3과 4절에 나타내었다.
기울기로 정의된다. 본 연구에서는 CarSim과 TruckSim의 수치 데이터를 참고로 차량에서 전륜과 후륜의 하중에 따라 타이어 선회력 특성곡선을 활용하여 보간법에 의해 해당 축하중에 대한 코너링 강성을 구하였다.
본 연구에서는 승용차 7종과 소형트럭 3종에 대한 해석을 통해 경로 이탈과 전도의 위험도를 분석하였다. 동일한 풍속일 경우 주행 속도가 증가함에 따라 경로 이탈에 대한 위험도는 커지며 이는 횡풍에 대한 저항 성분에서 관성력에 의한 모멘트가 작아짐으로써 발생함을 알 수 있었다.
승용차는 세단형 3조 해치백형 2종, SUV 2종 등 총 7종에 대해서 해석하였고, 소형트럭은 3종에 대해 분석하였다.

성능/효과

또한 차량이 가지는 제원과 동역학적 특성 차이로 차종에 따라 편차가 심하게 나타나 현장에서 위험 풍속의 정의, 안전 속도의 제시 등 적절한 관리 수준을 정하기 쉽지 않기 때문에 대표 차종의 선정이 필요함을 알 수 있었다.

후속연구

그래서 횡풍 민감도에 중요한 역할을 하는 것으로 현가 롤 조향 효과를 유발하는 롤 순응(roll compliance)은간략화된 해석모델에서는 포함되지 않아 실제 차량 거동과 차이가 있을 수 있다. 그러나 기본적인 자료만으로 차량의 사고 위험률을 정량적으로 표현할 수 있고 다양한 차종에 대한 횡풍 민감도를 비교할 수 있기 때문에 강풍 대책 방안 수립을 위한 자료로 활용할 수 있을 것이다.
본 연구에서는 CarSim과 TruckSim 프로그램 내 데이터베이스는 전형적인 승용차와 소형 트럭 모델로서 어느 정도 대표성을 가지고 있다고 볼 수 있다.
소형 트럭은 승용차 보다 경로 이탈 거 리가 크게 나타났는데 이는 조향점에서 관성력 작용점까지의 거리가 작아져 저항모멘트가 상대적으로 작아져서 발생한 것으로 보다 실제 거동과 유사하게 하기 위해선 간략화된 해석모델에 부가장치의 영향을 고려한 모델 개발이 필요하다.

참고문헌 (6)

정운용 등(2003), "고속도로 강풍지역 차량주행 안전성 확보방안 연구", 연구보고서, 한국도로공사
이일근, 조준상(2008), "고속도로 시설물 내풍설계연구", 연구보고서, 한국도로공사
권순덕, 정운용(2003) 강풍에 의한 차량 주행 안전성 평가, 대한토목학회논문집 제23권 제5A호, 2003.9, pp.977-984
C.C. MacADAM(1989) Static Turning Analysis of Vehicles Subject to Externally Applied Forces, Vehicle System Dynamics, 18, pp.345-357

상세보기
CarSim, http://www.carsim.com, Mechanical Simulation Corporation
Emmelmann, H.J.(1981) Driving stability in side winds, Aerodynamics of Road Vehicles, Hucho (ed.), Vargel Verlag, pp.201-221.

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