교통수단의 발전은 이동이 불편한 장애인들의 이동권 보장을 실현하였지만 차량사고시 발생할 수 있는 장애인 탑승객의 안전 향상은 일반 승객좌석에 비해 낮다고 할 수 있다. 특히 갑자기 발생할 수 있는 후방 추돌 사고의 경우 장애인 탑승객의 머리와 목 부상에 취약한 것이 현실이다. 이에 본 연구에서는 휠체어 운송 차량의 후방 추돌 시 차량내 장애인 탑승객의 머리와 목 상해지수 개선을 위해 headrest를 관상면으로 3등분한 multi-layer headrest foam이 제안되었다. 간이 모델을 통한 저속 후방 추돌 해석을 통해 foam의 다양한 압축 특성을 부여하기 위한 stress scale factor의 범위가 선정되었으며, 해당 범위를 parameter로 지정하여 GA최적화가 수행되었다. 최적화결과를 통해 layer의 압축 특성에 따른 HIC와 NIC간의 상간관계 분석이 이뤄졌으며, HIC는 Front layer, NIC는 Mid layer의 압축 특성에 가장 민감하게 반응하였고 Rear layer의 압축 특성은 가장 낮게 나타났다. Validation model에 일반headrest와 최적화된 multi-layer headrest를 각각 배치하여 저속 후방 추돌 sled test 해석을 수행하였으며, 일반headrest대비 multi-layer headrest에서의 HIC와 NIC가 낮게 도출되었다. multi-layer headrest에서의 압축 거동 역시 명확하게 나타나 multi-layer headrest가 일반headrest대비 머리와 목의 상해지수 개선에 효과적인 것이 검증되었다.
교통수단의 발전은 이동이 불편한 장애인들의 이동권 보장을 실현하였지만 차량사고시 발생할 수 있는 장애인 탑승객의 안전 향상은 일반 승객좌석에 비해 낮다고 할 수 있다. 특히 갑자기 발생할 수 있는 후방 추돌 사고의 경우 장애인 탑승객의 머리와 목 부상에 취약한 것이 현실이다. 이에 본 연구에서는 휠체어 운송 차량의 후방 추돌 시 차량내 장애인 탑승객의 머리와 목 상해지수 개선을 위해 headrest를 관상면으로 3등분한 multi-layer headrest foam이 제안되었다. 간이 모델을 통한 저속 후방 추돌 해석을 통해 foam의 다양한 압축 특성을 부여하기 위한 stress scale factor의 범위가 선정되었으며, 해당 범위를 parameter로 지정하여 GA최적화가 수행되었다. 최적화결과를 통해 layer의 압축 특성에 따른 HIC와 NIC간의 상간관계 분석이 이뤄졌으며, HIC는 Front layer, NIC는 Mid layer의 압축 특성에 가장 민감하게 반응하였고 Rear layer의 압축 특성은 가장 낮게 나타났다. Validation model에 일반headrest와 최적화된 multi-layer headrest를 각각 배치하여 저속 후방 추돌 sled test 해석을 수행하였으며, 일반headrest대비 multi-layer headrest에서의 HIC와 NIC가 낮게 도출되었다. multi-layer headrest에서의 압축 거동 역시 명확하게 나타나 multi-layer headrest가 일반headrest대비 머리와 목의 상해지수 개선에 효과적인 것이 검증되었다.
Although the development of transportation means has realized the right to mobility for the disabled who have difficulty in moving, it can be said that the improvement of the safety of passengers with disabilities that can occur in a car accident is lower than that of ordinary passenger seats. In pa...
Although the development of transportation means has realized the right to mobility for the disabled who have difficulty in moving, it can be said that the improvement of the safety of passengers with disabilities that can occur in a car accident is lower than that of ordinary passenger seats. In particular, in the case of a rear-end collision that can occur suddenly, it is a reality that disabled passengers are vulnerable to head and neck injuries. Therefore, in this study, a multi-layer headrest foam that divides the headrest into three parts in the coronal plane was proposed to improve the head and neck injury index of disabled passengers in the vehicle in the event of a rear-end collision of a wheelchair transport vehicle. A range of stress scale factors was selected to give various compressive characteristics of the foam through low-speed rear-end collision analysis through a simple model, and GA optimization was performed by specifying the range as a parameter. Through the optimization result, the phase relationship between HIC and NIC was analyzed according to the compression characteristics of the layers. HIC responded most sensitively to the compression characteristics of the front layer and NIC responded to the compression characteristics of the mid layer, and the compression characteristics of the rear layer showed the lowest. A normal headrest and an optimized multi-layer headrest were placed in the validation model to analyze the low-speed rear-end collision sled test, and HIC and NIC were derived lower in the multi-layer headrest than in the general headrest. The compression behavior of the multi-layer headrest was also clearly shown, and it was verified that the multi-layer headrest was effective in improving the injury index of the head and neck compared to the general headrest.
Although the development of transportation means has realized the right to mobility for the disabled who have difficulty in moving, it can be said that the improvement of the safety of passengers with disabilities that can occur in a car accident is lower than that of ordinary passenger seats. In particular, in the case of a rear-end collision that can occur suddenly, it is a reality that disabled passengers are vulnerable to head and neck injuries. Therefore, in this study, a multi-layer headrest foam that divides the headrest into three parts in the coronal plane was proposed to improve the head and neck injury index of disabled passengers in the vehicle in the event of a rear-end collision of a wheelchair transport vehicle. A range of stress scale factors was selected to give various compressive characteristics of the foam through low-speed rear-end collision analysis through a simple model, and GA optimization was performed by specifying the range as a parameter. Through the optimization result, the phase relationship between HIC and NIC was analyzed according to the compression characteristics of the layers. HIC responded most sensitively to the compression characteristics of the front layer and NIC responded to the compression characteristics of the mid layer, and the compression characteristics of the rear layer showed the lowest. A normal headrest and an optimized multi-layer headrest were placed in the validation model to analyze the low-speed rear-end collision sled test, and HIC and NIC were derived lower in the multi-layer headrest than in the general headrest. The compression behavior of the multi-layer headrest was also clearly shown, and it was verified that the multi-layer headrest was effective in improving the injury index of the head and neck compared to the general headrest.
본 연구에서는 WAV의 후방 추돌 시 차량 내 휠체어 탑승객의 상해지수 개선을 목적으로 하는 multi-layer headrest foam을 제안하였다. 제안된 multi-layer headrest는 총 3개의 다른 압축특성을 가지는 foam이 적층되는 구조로 이루어져 있다.
제안 방법
제안된 multi-layer headrest는 총 3개의 다른 압축특성을 가지는 foam이 적층되는 구조로 이루어져 있다. 각기 다른 압축특성을 나타내는 foam이 각 layer에 적용되며 GA(Genetic Algorithm)를 통해 HIC(Head injury criteria)와 NIC(Neck injury criteria)를 최소화하는 최적화가 수행되었다. 이를 통해 각 layer별 압축특성과 HIC와 NIC간의 상관관계를 분석하였으며 분석을 통해 얻은 layer 별 압축특성을 multi-layer headrest에 적용하여 후방 추돌 sledtest 해석을 통해 비교 검증되었다.
각기 다른 압축특성을 나타내는 foam이 각 layer에 적용되며 GA(Genetic Algorithm)를 통해 HIC(Head injury criteria)와 NIC(Neck injury criteria)를 최소화하는 최적화가 수행되었다. 이를 통해 각 layer별 압축특성과 HIC와 NIC간의 상관관계를 분석하였으며 분석을 통해 얻은 layer 별 압축특성을 multi-layer headrest에 적용하여 후방 추돌 sledtest 해석을 통해 비교 검증되었다.
일반 headrest와 최적화를 통해 도출된 multi-layer headrest를 비교 검증하기 위해 각각 validation model에 배치하여 저속 후방 추돌 sled test 해석이 진행되었다. 두 headrest 모두 동일한 시간에 첫 접촉이 이뤄졌으며 multi-layer headrest에서의 HIC와 NIC 최대값이 일반headrest대비 낮게 나타난 것을 통해 multi-layer headrest가 일반headrest대비 상대적으로 우수한 것이 검증되었다.
대상 데이터
본 연구에서는 WAV의 후방 추돌 시 차량 내 휠체어 탑승객의 상해지수 개선을 목적으로 하는 multi-layer headrest foam을 제안하였다. 제안된 multi-layer headrest는 총 3개의 다른 압축특성을 가지는 foam이 적층되는 구조로 이루어져 있다. 각기 다른 압축특성을 나타내는 foam이 각 layer에 적용되며 GA(Genetic Algorithm)를 통해 HIC(Head injury criteria)와 NIC(Neck injury criteria)를 최소화하는 최적화가 수행되었다.
Multi-layer headrest의 형상은 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration)로부터 제공된 2010 Toyota Yaris Passenger sedan의 조수석 쪽 head rest FE-model이 적용되었으며 인체 모형의 관상면 방향으로 등분되었다. 생성된 layer는 후두부와 가장 가까운 쪽부터 Front, Mid, Rear layer순으로 배치되며 이렇게 형성된 Multi-layer headrest의 FE-model은 Fig.
성능/효과
일반 headrest와 최적화를 통해 도출된 multi-layer headrest를 비교 검증하기 위해 각각 validation model에 배치하여 저속 후방 추돌 sled test 해석이 진행되었다. 두 headrest 모두 동일한 시간에 첫 접촉이 이뤄졌으며 multi-layer headrest에서의 HIC와 NIC 최대값이 일반headrest대비 낮게 나타난 것을 통해 multi-layer headrest가 일반headrest대비 상대적으로 우수한 것이 검증되었다. 이를 통해 Front와 Mid layer의 상호작용이 HIC와 NIC의 감소에 효과적인 것으로 사료된다.
후속연구
본 연구에서는 headrest를 관상면 방향으로 3등분하여 layer를 형성하였지만 시상면과 횡단면 방향으로의 구획화를 통해 후두부의 충돌 위치에 따른 상해지수와 headrest간의 상관관계 분석 역시 필요할 것으로 사료된다.
참고문헌 (12)
Oh, H.S., Kim, G.S., and Cheon, S.S., "A Study on the Analysis?of Human Injury According to the Fixed Position of the Tiedown Type Wheelchair," Journal of the Korean Society of?Mechanical Technology, Vol. 19, No. 4, 2017, pp. 478-483.
Karg, P., and Sprigle, S., "Development of Test Methodologies?for Determining the Safety of Wheelchair Headrest Systems?During Vehicle Transport," Journal of Rehabilitation Research &?Development, Vol. 33, No. 3, 1996, pp. 290-304.
Simms, C., Madden, B., Tiernan, J., and FitzPatrick, D., "Development of a Wheelchair Headrest for Rear Impact Protection,"?Proceedings of the International Research Council on the Biomechanics of Injury-2008 International IRCOBI Conference on the?Biomechanics of Injury (September), 2008, pp. 425-428.
Hamzah, S.R., Izmin, N.A.N., Tardan, G., and Abdullah, A.H.,?"Design and Analysis of Adjustable Headrest for Total Body?Involvement Cerebral Palsy," International Journal of Recent?Technology and Engineering, Vol. 8, No. 1, 2019, pp. 3208-3211.
Fuhrman, S.I., Karg, P.E., and Bertocci, G.E., "Effect of Wheelchair Headrest Use on Pediatric Head and Neck Injury Risk?Outcomes during Rear Impact," Accident Analysis and Prevention, Vol. 40, No. 4, 2008, pp. 1595-1603.
Howard, J.D., Eggbeer, D., Dorrington, P., Korkees, F., and?Tasker, L.H., "Evaluating Additive Manufacturing for the Production of Custom Head Supports: A Comparison Against a?Commercial Head Support under Static Loading Conditions,"?Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H:?Journal of Engineering in Medicine, Vol. 234, No. 5, 2020, pp.?458-467.
Chou, C.C., and Nyquist, G.W., "Analytical Studies of the Head?Injury Criterion (HIC)," SAE Tech. Pap., 1974, pp. 398-410.
Bandak, F., Eppinger, R., Haffner, M., Khaewpong, N., Kuppa,?S., Maltese, M., Nguyen, T., Saul, R., Sun, E., Takhounts, E.,?Tannous, R., and Zhang, A., "Development of Improved Injury?Criteria for the Assessment of Advanced Automotive Restraint?Systems: II," Nthsa, November, 1999.
Schmitt, K.-U., Muser, M.H., and Niederer, P., "A New Neck?Injury Criterion Candidate for Rear-End Collisions Taking Into?Account Shear Forces and Bending Moments," Technology?2000, pp. 1-9.
Street, S., "National Highway Traffic Safety Administration?Laboratory Test Procedure For Fmvss No. 218," Traffic Saf.,?218, 2006.
Lee, Y.S., Lee, K. Du, and Lim, H.K., "The Safety Assessment of?Wheelchair Occupants in Road Passenger Vehicles in a Frontal?Crash: A Computer Simulation," Key Engineering Materials?353-358 (PART 4), 2007, pp. 2569-2572.
"Wheelchair Tie-downs and Occupant Restrains for Use in?Motor Vehicles," SAE J2249, 2010, pp. 143-150.
이 논문을 인용한 문헌
활용도 분석정보
상세보기
다운로드
내보내기
활용도 Top5 논문
해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다. 더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.