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문제 정의
- 그래서 역의 여객유동 상태와 그곳에서의 걷기어려움 정도의 관계를 조사하기 위하여 교착(交錯)한 흐름이 있는 콩코스, 혼잡한 계단, 긴 승차대기 행렬이 형성된 플랫폼 등, 역의 다양한 혼잡을 재현하는 피험자 실험을 하였다.
- 마지막으로 단시간의 진동에 MSDV-y를 적용할 수 있도록 하는 가능성에 대하여 논의한다.
- 본고에서는 역의 쾌적성에 크게 영향을 미치는 여객유동, 온열환경, 음 환경의 쾌적성 평가기술에 대하여 소개한 후에 상기의 개량 승차감 평가방법 및 승차감 평가방법에 관한 국제기준의 동향을 소개하고, 마지막으로 차멀미 평가법의 개량에 대하여 소개한다.
- 안전성이나 정확성, 속달성이 높은 철도에서의 부가가치로서 향후에 더욱 레벨향상이 요구되는 것은 이편(利便)성과 쾌적성일 것이다. 쾌적성에는 여러 가지 요소가 있지만, 본고에서는 역사 내의 쾌적성, 승차감, 열차멀미 등의 평가방법에 관하여 논의 한다.
제안 방법
- (a)의 흑색실선→청색점선)은 전체로 가중이 내려져 0.5 Hz까지 확장하기는 하였으나 거의 구(舊)ISO를 답습하였다.
- 1회 10분 전후의 평가구간을 복수 설정하여 피험자가 5초 간격으로 승차감을 5단계척도([1] : 문제없음∼[5] : 대단히 불쾌)로 평가하였다.
- 표준식은 상면 3축의 가속도 계측으로 구해진다. 5분간의 평가구간을 5초씩 구획지어 방향별로 실효치를 계산하여 그 95% 타일값(tile-value)을 다음 식과 같이 구성하여 구한다.
- 그래서 실내시험에서는 전후 가속도의 주파수를 0.05Hz로 한정시킨 경우와 0.1∼0.2 Hz의 범위로 넓게 분산시킨 경우의 2종류의 조건을 검토하였다.
- 그리고 배의 상하동요로 생기는 멀미(배 멀미)를 평가하기 위하여 개발된 지표인 MSDV (motion sickness does value ; motion sickness는 멀미, does value는 폭로 량의 의미)를 철도에 적용하기 위하여 열차의 좌우 진동용의 주파수 가중필터[☞ 참조]를 제안하였다(그림5(a)). 이에 따라 철도차량의 좌우 진동으로부터 열차멀미를 평가하는 것이 가능하게 되었다.
- 또한, 이 경향은 좌석종별뿐만 아니라 자세나 개안상태, 성별이 달라도 같았기 때문에 상기의 여러 가지 실험결과를 기반으로 그림 중의 적색 선의 근사 선을 구하였다. 그리고 이것을 기반으로 승차감필터의 개량 안(그림 3의 적색 점선)을 제안하였다.
- 실험결과로부터 고주파역에서는 현행의 등감각 곡선은 보다 작은 가속도에서 승차감으로서의 허용한계에 달하여 있고 변화의 기울기도 완만하다는 점을 알 수 있었다. 또한, 이 경향은 좌석종별뿐만 아니라 자세나 개안상태, 성별이 달라도 같았기 때문에 상기의 여러 가지 실험결과를 기반으로 그림 중의 적색 선의 근사 선을 구하였다. 그리고 이것을 기반으로 승차감필터의 개량 안(그림 3의 적색 점선)을 제안하였다.
- 2 Hz의 범위로 넓게 분산시킨 경우의 2종류의 조건을 검토하였다. 또한, 전후 가속도의 강도에 대하여도 실물차량에서 일어나는 범위로 한정한 경우(실효치는0.51 m/s2)와그것을 넘는 경우(실효치는 0.85 m/s2), 그리고 전후 가속도가 일어나지 않는 경우(좌우 진동만 폭로) 등 3 종류의 조건을 검토하였다.
- 실험결과에서 콩코스, 계단, 플랫폼 위 등 장소에 따른 걷기 어려움 정도를 지표화한 ‘걷기어려움 정도 평가지표’를 작성하였다.
- 승차감필터의 개량 안은 상기와 같은 사인파 진동을 이용한 실험결과에 의거하였지만, 실제의 주행진동에서도 적용가능한가를 확인할 필요가 있다. 이 때문에 고속차량을 이용한 주행시험과 진동대를 이용한 일반선로와 고속선로 주행진동의 관능평가 실험을 하였다.
- 이 실험을 좌석종별, 팔걸이 이용, 리클라이닝(reclining)의 정도, 개안(開眼) 폐안(閉眼)의 차이 등, 여러 가지 조건에서 반복 실시하였으며, 여기서는 대표적인 결과(좌석종별의 차이)를 그림 4에 나타낸다(청색: 일반좌석, 녹색: 특실좌석).
- 그래서 흔들림의 지속시간을 길게 하기도 하고, 피험자에게 일부러 독서하게도 하여 멀미가 일어나기 쉬운 상황을 만들어냈다. 이러한 상황 하에서 차내 쾌적성 시뮬레이터를 이용하여 좌우 가속도를 60분간에 걸쳐 피험자에게 폭로시키고 그 동안 2분마다 앙케트 형식의 멀미 평가를 반복하였다.
- 1회 10분 전후의 평가구간을 복수 설정하여 피험자가 5초 간격으로 승차감을 5단계척도([1] : 문제없음∼[5] : 대단히 불쾌)로 평가하였다. 이에 대하여 상면(床面) 가속도에서 각종 가중필터를 이용하여 5초마다의 승차감레벨 값을 계산하여 주관(主觀)평가와의 상관을 구하였다. 이용한 필터는 ① 개량 승차감필터, ② 현행 승차감필터, ③ ISO 2631의 가중곡선 등 3 종류이다.
- 차내 진동소음 평가시뮬레이터를 이용하여 일반선로와 고속선로의 주행진동을 재현하여 피험자가 평가하는 실험을 하였다. 피험자(126 명)는 자격(刺激)진동을 전술의 주행시험과 같이 5초 간격으로 5단계로 평가하였다.
- 철도용 좌석을 설치한 차내 진동소음평가 시뮬레이터를 이용하여 진동에 대한 감도를조사하였다. 평가대상은 1∼50 Hz의 14 종류의 진폭이 증감하는 사인파 진동으로 하고 피험자는 진동마다로 ‘고속철도의 승차감으로서 불쾌’ 하게 느껴진다면 평가버튼을 누른다.
- 평가버튼의 ON·OFF시의 진동대 상면(床面)의 가속도를 측정하여 이 평균을 자격(刺激) 주파수에 대한 허용한계치로 하였다.
- 차내 진동소음 평가시뮬레이터를 이용하여 일반선로와 고속선로의 주행진동을 재현하여 피험자가 평가하는 실험을 하였다. 피험자(126 명)는 자격(刺激)진동을 전술의 주행시험과 같이 5초 간격으로 5단계로 평가하였다.
대상 데이터
- 이에 대하여 상면(床面) 가속도에서 각종 가중필터를 이용하여 5초마다의 승차감레벨 값을 계산하여 주관(主觀)평가와의 상관을 구하였다. 이용한 필터는 ① 개량 승차감필터, ② 현행 승차감필터, ③ ISO 2631의 가중곡선 등 3 종류이다.
- 평가대상은 1∼50 Hz의 14 종류의 진폭이 증감하는 사인파 진동으로 하고 피험자는 진동마다로 ‘고속철도의 승차감으로서 불쾌’ 하게 느껴진다면 평가버튼을 누른다.
성능/효과
- 동시에 불쾌도에 관한 질문도 하여 소음레벨이 60 dB에서‘ 불쾌하지않다’, 70 dB에서‘약간 불쾌’ 라는 결과가 얻어졌다.
- 또한 소음레벨이 65 dB 이하일 경우에 어느 쪽이냐면‘ 조용하다’로 판단되며, 불쾌도도 그만큼 높게 되지 않는 것도 알 수있었다.
- 또한, 앙케트 평가를 실시한 타이밍에 맞추어 60분간까지의 임의의 시간에 MSDV-y를 산출하여 불쾌감과의 대응관계를 조사하였더니 MSDV-y와 불쾌감 간에 극히 높은 상관이 보이고 게다가 실물차량으로 얻어진 데이터도 이 블록과 정합되는 것을 확인하였다(그림 7).
- 이들의 시험결과로부터 고속선로 조건에서는 개량 승차감필터를 이용한 쪽이 주관평가와의 상관이 높고, 상기의 주행시험과 같은 결과이었다. 또한, 일반선로 조건에서는 승차감레벨이 현행과 개량 어느 쪽의 필터를 이용하여도 거의 같은 값으로 되어 일반선로와 같이 고주파성분의 기여도가 낮은 경우는 개량 필터를 이용하여도 값이 변하지않음, 즉 사용에 문제가 없음을 알 수 있었다.
- 승차감레벨과 현행ISO 2631의 평가방법은 필터뿐만이 아니라 그 후의 계산방법도 다르기 때문에 필터만을 이용한 이번 검토는 참고로만 하여야 하지만 진동의 방향이나 고속선로·일반선로의 차이에도 불구하고 개량필터를 이용한쪽이 주관평가와의 상관이 높다는 것이 확인되었다.
- 승차감레벨의 값과 주관평가 간의 상관계수가 1에 가까울수록 주행시험 결과가 주관평가와 잘 일치하고 있음을 의미한다. 실제차량 시험을 하고 각 필터를 이용하여 산출한 승차감레벨의 값과 주관평가 간의 상관계수의 그림으로부터 개량 승차감필터가 좌우, 상하진동 모두 모든 평가구간에서 주관평가와의 상관이 타 필터보다 높거나 동등함을알 수 있었다. ISO의가중곡선을 이용한 경우와 비교하면, 상하진동에서는 그다지 차이가 없지만, 좌우 진동에서는 개량 승차감필터가 양호한 결과로 되었다.
- 실험결과로부터 고주파역에서는 현행의 등감각 곡선은 보다 작은 가속도에서 승차감으로서의 허용한계에 달하여 있고 변화의 기울기도 완만하다는 점을 알 수 있었다. 또한, 이 경향은 좌석종별뿐만 아니라 자세나 개안상태, 성별이 달라도 같았기 때문에 상기의 여러 가지 실험결과를 기반으로 그림 중의 적색 선의 근사 선을 구하였다.
- 여객유동 시뮬레이션 결과에서 역의 걷기어려움 정도 평가지표를 산출하여 그것을 가시화한 여객유동평가 시뮬레이션의 일례를 보면 개찰구 부근, 플랫폼 위의 에스컬레이터 앞이나 계단 앞에서 혼잡으로 인해 걷기 어렵게 되어있는 것을 알 수 있었다. 이와 같이 역구내에서 여객이 보다 걷기 어렵다고 느끼는 개소를 타 개소와는 다른 색으로 나타냄으로써 역이 가진 여객유동 상의 과제를 한층 알기 쉽게 표현할 수가 있다.
- 열차멀미 평가방법의 개량에 대하여 2가지의 가능성을 검토한 결과, 곡선구간의 전후에 생기는 전후 가속도가 멀미를 촉진할 가능성에 대하여 부정적인 결과가 얻어졌다. 향후에 평가 정밀도의 향상을 목적으로 하면, 시각의 영향 등 진동 이외의 요인에도 눈을 향할 필요가 있다고 생각된다.
- 이들의 시험결과로부터 고속선로 조건에서는 개량 승차감필터를 이용한 쪽이 주관평가와의 상관이 높고, 상기의 주행시험과 같은 결과이었다. 또한, 일반선로 조건에서는 승차감레벨이 현행과 개량 어느 쪽의 필터를 이용하여도 거의 같은 값으로 되어 일반선로와 같이 고주파성분의 기여도가 낮은 경우는 개량 필터를 이용하여도 값이 변하지않음, 즉 사용에 문제가 없음을 알 수 있었다.
- 이들의 시험으로부터 소음레벨이 높게 됨에 따라서 시끄러움 정도나 불쾌감이 높게 되는 것이 확인되었다. 또한 소음레벨이 65 dB 이하일 경우에 어느 쪽이냐면‘ 조용하다’로 판단되며, 불쾌도도 그만큼 높게 되지 않는 것도 알 수있었다.
- 즉, 열차멀미의 주파수 의존성은 실내시험에서도 마찬가지로 보이고 실물차량의 조사에서 도출된 MSDV-y가 실내시험에도 잘 적합되는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 점에서 실내시험에서 일어난 멀미는 열차멀미와 정합한다고 생각된다.
후속연구
- 일반적으로 실물차량 시험과 실내시험은 자전거의 양륜과 같은 것으로 각각 장점과 단점이 있다. 이 연구는 시험조건의 조작성이나 재현성의 면에서 메리트가 큰 실내시험으로 행하였지만, 그 때문에 얻어진 결과가 실물차량의 현상(열차멀미)에 정합하고 있는 것을 확인할 필요가 있다.
- 열차멀미 평가방법의 개량에 대하여 2가지의 가능성을 검토한 결과, 곡선구간의 전후에 생기는 전후 가속도가 멀미를 촉진할 가능성에 대하여 부정적인 결과가 얻어졌다. 향후에 평가 정밀도의 향상을 목적으로 하면, 시각의 영향 등 진동 이외의 요인에도 눈을 향할 필요가 있다고 생각된다. 또한, 단시간의 진동에 MSDV-y를 적용할 수 있도록 하는 가능성에 대해서는 MSDV-y가 20초 이상임의 길이의 진동에 대하여 적용 가능함이 사람에 따른 평가데이터에 의하여 뒷받침되었다.
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