Despite the movement of safe traffic by the Korean government to reduce deaths in traffic accidents, the casualties increase year by year. In particular, more and more accidents and casualties are reported from car collisions from the back of the vehicles parked for managing traffic accidents on the...
Despite the movement of safe traffic by the Korean government to reduce deaths in traffic accidents, the casualties increase year by year. In particular, more and more accidents and casualties are reported from car collisions from the back of the vehicles parked for managing traffic accidents on the road, cleaning main roads and medial strips, repairing roads. In order to response to these accidents, the government should take protective measures for road users. In the last decade, seventy-one cases have been reported to occur during highway repair and maintenance. As a result, eight persons were killed and seventy-six were injured, showing the high death rate of 11.3 percent. Therefore, it seems urgent to take some actions against it. The United States and European countries legislate that vehicles of road repair and maintenance should be mandatorily equipped with shock absorber at the back. Korea, however, does not have such legislative measures, which are needed at this time to protect workers on the road. This study compares the performance of the traditional shock absorber for road maintenance vehicles with that of the rear safety guard using air bag, manufactured in accordance with related laws in Korea. Based on the results of the 60km/h rear collision test, this paper proposes improvements in related laws and regulations in an attempt to reduce casualties.
Despite the movement of safe traffic by the Korean government to reduce deaths in traffic accidents, the casualties increase year by year. In particular, more and more accidents and casualties are reported from car collisions from the back of the vehicles parked for managing traffic accidents on the road, cleaning main roads and medial strips, repairing roads. In order to response to these accidents, the government should take protective measures for road users. In the last decade, seventy-one cases have been reported to occur during highway repair and maintenance. As a result, eight persons were killed and seventy-six were injured, showing the high death rate of 11.3 percent. Therefore, it seems urgent to take some actions against it. The United States and European countries legislate that vehicles of road repair and maintenance should be mandatorily equipped with shock absorber at the back. Korea, however, does not have such legislative measures, which are needed at this time to protect workers on the road. This study compares the performance of the traditional shock absorber for road maintenance vehicles with that of the rear safety guard using air bag, manufactured in accordance with related laws in Korea. Based on the results of the 60km/h rear collision test, this paper proposes improvements in related laws and regulations in an attempt to reduce casualties.
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문제 정의
본 연구에서는 에어백 충격흡수 후부안전판과 기존 후부안전판을 충돌속도 60km/h 후면충돌 성능평가 실험을 통하여 데이터를 비교 분석하고 탑승자 상해를 감소시킬 수 있는 관련법규 보안 필요성과 에어백 충격흡수 후부안전판의 상해 예방 특성을 제시하였다.
제안 방법
4의 (a), (b)에 본 연구에 사용된 충돌시험장비와 시험방법을 나타내었고 시험기준은 Fig. 5의 (a) 정면 전폭충돌(Head-on Centre Impact)을 선택하여 실시하였다.2,7,8)
또한 시험 차량의 내부에 데이터 집적기를 설치하였고 시험차량의 무게중심에 가속도계를 X, Y, Z(3축) 방향에 대해 설치하고 요우(Yaw) 센서를 설치하였다. 그리고 충돌 순간을 감지하기 위하여 충돌위치에 조명용 테이프 스위치를 설치하였다.
시험은 기존 후부안전판이 장착된 피추돌차량의 후면을 중형 승용차가 추돌한 후 손상된 후부안전판을 탈거하고 에어백 충격흡수 후부안전판을 장착하고 재차 후면 추돌시험을 실시하였다. 또한 시험 차량의 내부에 데이터 집적기를 설치하였고 시험차량의 무게중심에 가속도계를 X, Y, Z(3축) 방향에 대해 설치하고 요우(Yaw) 센서를 설치하였다. 그리고 충돌 순간을 감지하기 위하여 충돌위치에 조명용 테이프 스위치를 설치하였다.
후부안전판에 대한 이론적 고찰과 에어백 충격흡수 후부안전판과 기존 후부안전판의 충돌속도 60km/h 후면충돌 성능평가시험을 분석한 결과는 다음과 같다. 본 연구에서 활용한 평가기준은 탑승자 충돌속도를 나타내는 THIV값 44km//h, 탑승자 가속도를 나타내는 PHD 20g, 가속도지수를 나타내는 ASI 1.9G이다. 본 연구의 시험결과는 Fig.
시험은 기존 후부안전판이 장착된 피추돌차량의 후면을 중형 승용차가 추돌한 후 손상된 후부안전판을 탈거하고 에어백 충격흡수 후부안전판을 장착하고 재차 후면 추돌시험을 실시하였다. 또한 시험 차량의 내부에 데이터 집적기를 설치하였고 시험차량의 무게중심에 가속도계를 X, Y, Z(3축) 방향에 대해 설치하고 요우(Yaw) 센서를 설치하였다.
충돌장면을 상세 기록하기 위하여 상우, 좌측면, 우측면에 500f/s (초당 500프레임) 고속디지털카메라와 일반 동영상 카메라를 설치하였다. Fig.
현재 안전기준에 만족한 후부안전판의 충격흡수 성능 및 충돌 후 추돌차량의 거동을 알아보기 위해 기존 후부안전판의 구조와 에어백 충격흡수 후부안전판의 구조를 피추돌차량의 조건에 맞게 설계하여 적용하였다. Table 1은 시험편의 종류를 나타낸 것이다.
대상 데이터
그리고 본 논문에 사용된 에어백 소재는 인장강도는 440 kgf/cm2 이고, 인장응력은 연신율 300% 에서 260kgf/cm2 이다.
본 연구에 사용된 충돌시험 장비의 구성은 ① 고정 충돌벽 ② 주행로 ③ 주행 모터 ④ 조명장치 ⑤ 데이터 집적기 ⑥ 조정장치 등으로 되어 있다.
본 연구에서 활용하고 있는 에어백 충격흡수 후부안전판은 압축성 기체를 용용한 것으로서 Fig. 1, 2, 및 3과 같이 이것에 기인하는 인자는 힘과 시간사이의 관계로서 sin곡선임을 알 수 있으며 몇 가지 변수에 대해 고려해 볼 수 있다.
시험은 NCHRP Report 350 및 한국도로공사 시험 방법에 따라 2003년식 10톤 트럭인 피추돌차량에 기존 후부안전판과 에어백 충격흡수 후부안전판을 장착하였고, 피추돌차량의 중량을 10,340kg으로 하고, 추돌차량은 중형 승용차량으로서 량은 1,320kg 으로 하였다.
이론/모형
후면 고속충돌시험 성능 평가 기준은 미국의 NCHRP Report 350 기준에 차량장착용 충격흡수장치관련시험과 영국 Design Manual for Roads and Bridges (TD49/07, Volume8 Section4, Part7), Requirements for Mounted Crash Cushions 기준을 준용하였고, 에어백 충격흡수 후부안전판의 충돌성능을 알아보기 위해 충돌속도 60km/h 후면충돌 성능평가시험을 실시하였다.
성능/효과
두 번째로 에어백 충격흡수 후부안전판을 장착한 경우는 요우(Yaw)센서에 검출된 결과 0.160초에서 최대 -50°이고 0.450초에서 최소 +19°가 나타났으며, 가속도지수(ASI)는 0.020 ~ 0.061초에서 최대 0.9(G'S)를 나타내었다.
둘째, 충돌 순간 추돌차량의 거동 역시 에어백 충격흡수 후부안전판을 장착할 경우 피추돌차량 하부로 밀려들어가는 언더라이드 현상이 적게 발생하여 추돌차량의 탑승자 상해를 크게 줄여줄 수 있는 것으로 분석되었다.
따라서 기존의 후부안전판을 장착한 피추돌차량의 경우 후부안전판이 충돌력을 흡수하지 못해 추돌차량이 충돌 순간 언더라이드 현상으로 피추돌차량의 후미 하부로 앞 유리 부위까지 밀려들어가 탑승자 상해를 예방하기 어려운 구조로 분석되어져 정적 단품충격시험 평가 뿐 아니라 차량장착용 충격흡수장치(TMA) 관련 충돌시험을 통한 탑승자 상해 평가 방법 즉 THIV, PHD, ASI 값을 평가하는 기준이 보완된다면 보다 현실적인 안전성이 확보 될 수 있음을 알았다.
따라서 에어백 충격흡수 후부안전판이 기존 후부안전판과 구조적으로 다른 점은 기존 후부안전판은 설치강도를 만족하는 시험하중만 견딜 수 있도록 사각형의 빔(Beam)만 있는 구조이지만 에어백 충격흡수 후부안전판은 뒷부분의 브라켓트가 시험하중을 견딤과 동시에 에어백 속의 에어를 이용하여 저속 충돌 시 에어백의 연신율과 컨트롤 케이스로 인한 1차적 충격흡수가 이루어지고, 고속충돌 시 공기 노즐을 통하여 공기를 배출하므로 2차적으로 충격흡수가 이루어짐과 동시에 추돌차량의 리바운드도 최소화 할 수 있는 구조이다.
상기 데이터를 차량의 충돌 거동으로 표현하면 충돌순간 z축을 기준으로 요우(Yaw) 현상이 기존 후부안전판의 경우에는 0.15 ~ 0.25초 구간에서 급격히 +방향으로 약 100 ~ 150° 회전하는 동일한 현상을 보여주었고, 에어백 충격흡수 후부안전판을 장착한 경우에는 반대로 0.15 ~ 0.25초 구간에서 -방향으로 약 11 ~ 50° 정도 회전하는 동일한 현상을 보여 주었다.
첫째, 기존 후부안전판과 에어백 충격흡수 후부안전판의 후면충돌 성능평가를 비교시험 한 결과 에어백 충격흡수 후부안전판이 기존 후부안전판 보다 탑승자충돌속도(THIV)가 약 12%, 탑승자가속도 (PHD)는 49%, 가속도지수(ASI)는 약 69%로 우수한 것으로 나타났다.
첫째로 충돌체의 질량이 증가하면 작용하는 힘과 주기도 증가하며, 둘째로 탄성계수가 증가하면 힘은 증가하고 주기는 짧아지고, 셋째 초기속도가 증가하면 힘은 증가하지만 주기는 동일함을 알 수 있다.
충돌속도 60km/h 후면충돌 성능평가시험을 통한 탑승자 보호성능 지수 데이터를 분석한 결과는 첫 번째로 피추돌차량에 기존의 후부안전판을 장착하고 시험한 경우 요우(Yaw)센서에서 검출된 결과값은 0.230초에서 최대 +112.5°이고, 0.24초에서 최소 -51°가 나타났으며, 0가속도지수(ASI)는 x, y, z 방향 합성한 값으로서 50msec구간의 값으로 나타내며 0.189 ~ 0.239 초 구간에서 최대 1.3(G'S)를 나타내었다.
탑승자 충돌속도(THIV)는 x,y 요우 방향의 합성 값으로 나타내며 0.215초에서 35.1km/h를 나타냈고, 충돌 후 탑승자가속도(PHD)는 x, y 방향의 10msec 평균 합성값으로 나타내며 0.227 ~ 0.237초에서 17.1 (G'S)를 나타냈다.
특히 중요한 것은 충돌 후 차량의 거동으로서 기존 후부안전판의 경우는 추돌차량의 운전석이 피추돌차량 하부로 심하게 밀려들어가는 언더라이드 현상이 나타나 탑승자가 상해를 크게 입을 수 있는 것으로 분석되어 졌으나, 에어백 충격흡수 후부안전 판은 충격흡수가 충돌초기에 이루어져 언더라이드 현상이 적게 나타나 기존 후부안전판에 비해 탑승자 상해를 크게 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
따라서 현재 자동차안전기준에 관한 규칙 제19조 4항에 규정되어 있는 후부안전판 설치 기준 즉 후부안전판은 다른 자동차가 추돌할 경우 그 자동차의 차체 앞부분이 들어오는 것을 방지하기 위한 목적이며 충돌 시 상해를 감소시키기 위한 아닌 것에 목적을 두고 단품시험을 통한 구조 강성 성능으로 인증하도록 규정되어 있어 실차 충돌시험을 통해 개발된 에어백 형식에 비해 탑승자 상해를 예방하는데 다소 취약한 것으로 판단된다. 특히 후면 추돌사고에서의 탑승자의 상해는 충돌순간 추돌차량의 언더라이드로 인한 서브마린(Submarine)현상으로 인해 발생하는데 기존의 후부안전판의 경우 후부안전판 거치대의 구조물 강성 개선이 요구될 뿐만 아니라 충격으로 인한 탑승자의 상해를 감소시킬 수 있는 충격흡수 성능 기준이 미흡하여 이로 인한 인명 피해가 우려되므로 후부안전판의 구조와 평가방법의 개선이 요구되는 것으로 분석되었다.
후속연구
또한 폴리우레탄 소재의 에어백 충격흡수 후부안 전판은 이론공식에서 증명된 것과 같이 에어쿠션의 체적과 소재의 탄성계수 그리고 에어쿠션의 공기압 등의 요소를 효과적으로 제품에 응용 할 경우 본 연구의 충돌시험에서 나타난 바와 같이 후면 추돌사고 뿐만 아니라 다양한 사고의 탑승자 및 보행자 상해를 크게 줄일 수 있는 것으로 판단되며, 향후 제품에 대한 품질 개선 연구가 지속적으로 이루진다면 교통사고 사망자를 크게 감소시킬 수 있을 것으로 판단한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
언더라이더 현상을 방지하기 위해 의무적으로 설치되는 것은?
이와 같은 언더라이더 현상을 방지하기 위하여 후부안전판을 의무적으로 설치하게 되어 있다. 하지만 후부안전판의 설치강도기준에 따라 설치 할 경우 언더라이더 현상은 막을 수 있겠지만 후부안 전판에 대한 충격흡수기능이 없어 추돌차량의 탑승자는 치명적인 충격을 받게 될 것이다.
후부안전판의 설치강도기준에 따라 설치 시 발생할 수 있는 문제점은?
이와 같은 언더라이더 현상을 방지하기 위하여 후부안전판을 의무적으로 설치하게 되어 있다. 하지만 후부안전판의 설치강도기준에 따라 설치 할 경우 언더라이더 현상은 막을 수 있겠지만 후부안 전판에 대한 충격흡수기능이 없어 추돌차량의 탑승자는 치명적인 충격을 받게 될 것이다.
후부안전판의 구조특성을 비교했을 때 에어백 충격흡수 후부안전판과 기존 후부안전판의 구조적인 다른점은?
따라서 에어백 충격흡수 후부안전판이 기존 후부 안전판과 구조적으로 다른 점은 기존 후부안전판은 설치강도를 만족하는 시험하중만 견딜 수 있도록 사각형의 빔(Beam)만 있는 구조이지만 에어백 충격 흡수 후부안전판은 뒷부분의 브라켓트가 시험하중을 견딤과 동시에 에어백 속의 에어를 이용하여 저속 충돌 시 에어백의 연신율과 컨트롤 케이스로 인한 1차적 충격흡수가 이루어지고, 고속충돌 시 공기 노즐을 통하여 공기를 배출하므로 2차적으로 충격 흡수가 이루어짐과 동시에 추돌차량의 리바운드도 최소화 할 수 있는 구조이다.
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