본 논문은 샌드위치 복합재 틸팅열차의 충돌안전도 평가 및 성능 향상방안에 대해 서술하고 있다. 차체 구조물에 적용된 샌드위치 복합재는 알루미늄 하니컴 심재와 유리섬유 및 카본/에폭시 적층 복합재 면재로 이루어져있다. 충돌해석은 외연유한 요소 해석 프로그램인 LS-DYNA3D를 이용하였다. 이때, 유한요소모델링과 충돌해석 계산시간의 절약을 위하여 3차원 유한요소모델과 1차원 등가 모델을 적용하였다. 틸팅열차의 충돌 조건은 철도안전법에 명시하고 있는 4가지 충돌사고 시나리오를 고려하여 해석을 수행하였다. 충돌해석 결과 시나리오-2를 제외한 나머지 충돌 시나리오에서 성능 요구조건을 만족하였다. 충돌 시나리오-2의 충돌안전도 요구조건을 충족하기 위하여 전두부의 적층복합재 커버와 금속프레임의 강성 향상방안을 제안하였으며, 결과적으로 충돌 시나리오-2의 요구조건을 만족하였다.
자율주행 차량은 ICT 기술의 도움으로, 운전자의 개입 없이 운행되는 차량을 의미하며 스마트 차량의 한 종류이다. 차량 안전 통신 기술(V2X)이 적용된 차량은 다양한 센서 혹은 타 차량/인프라에서 감지된 정보를 이용하여 운전자의 잠재적 위험 상황을 스마트 차량 스스로가 확실하고 빠르게 예측하도록 하여 보다 안정한 자율주행이 가능하도록 하는데 기여한다. 본 논문에서는 이러한 V2X 통신 기술 중 차량 대 차량 통신(V2V) 모사 통신 기술을 이용하여 자율주행 차량의 충돌 방지 활용 시나리오를 제시하고자 한다. V2V 모사 통신 기반 차량 충돌방지 시스템을 구현하였고 이를 이용하여 제시한 충돌 방지 활용 시나리오를 시연하였다. 제시된 충돌 방지 활용 시나리오는 현재에도 개발/적용을 위해 노력 중인 V2V 통신 기술의 하나의 응용 사례로 고려될 수 있을 것이다.
COLREGS의 규칙 17에는 피항선박만의 충돌회피동작으로 충돌을 피할 수 없을때 유지선박은 충돌을 피하기 위한 협력 행동을 취해야 한다고 명시되어 있다. 이 연구에서는 두 선박 간 충돌 시 각도별 거리(CDC)를 통해서 유지선박이 언제 충돌회피 협력 동작을 취해야 하는 시점을 제시하였다. 두 선박 간 충돌평가는 다양한 시나리오에 기반한 시뮬레이션을 통해 수행되었고, 시뮬레이션은 MMG 모델에 의해 설계되었다.
첨단 디지털기술이 적용된 자율운항선박과 같이 인간의 개입을 획기적으로 줄인 첨단 시스템의 운용은, 대상 시스템의 운용 중 시스템에 영향을 미치는 다양한 변수들의 변화를 실시간으로 검토하여 안전한 시스템 운용을 위한 의사결정을 지원할 수 있는 위험도평가 방법론의 적용이 요구된다. 본 논문은, 자율운항선박의 충돌 사고 위험도를 실시간으로 분석하기 위한 위험도 모델의 개발을 목적으로, 자율운항선박 충돌 사고 시나리오에 대한 위험도분석 작업 수행 내용과 실시간 충돌 위험도를 표현하기 위하여 검토한 간략한 위험도 모델 개념들을 제시하고 있다. 위험도 모델 개발을 위하여, 먼저 자율운항선박의 항해, 통신, 비상대응 기능들을 분석하고, 기능분석 결과를 바탕으로 충돌 사고 빈도 산출을 위한 Fault Tree Analysis와 충돌 사고로 인한 영향 산출을 위한 Event Tree Analysis를 수행하였다. 또한, Fault Tree와 Event Tree의 입력값 중 외부 조건에 따라 변화하는 변수들을 식별하였고, 각 변수들에 입력값은 자율운항선박의 운항 조건에서 발생할 수 있는 가상 데이터를 만들어 사용하였으며, 식별된 각 변수들의 변화로 인한 자율운항선박 충돌 위험도 변화량을 검토하였다.
선박과 방호구조물 충돌시 구조물의 동적 특성들을 분석하기 위하여 항로상에 위치한 교량의 방호구조물인 강관파일그룹에 대한 선박충돌해석을 수행하였다. 해석은 선박과 파일의 유한요소 모델링, 비선형성 재료의 모델링, 강성충돌해석, 변위기반해석 그리고 충돌시나리오에 대한 연성충돌해석 등을 포함하고 있다. 강체벽에 대한 강성충돌해석을 통하여, 선수부의 충돌유형에 따른 충돌하중을 산정하였다. 변위기반 해석에서 방호시스템이 최대 수평 이격거리 내에서 흡수할 수 있는 대략적인 에너지의 범위를 산정할 수 있었다. 충돌시나리오별 연성충돌해석에서는 충돌시 거동을 방호시스템 설계를 고려하면서 검토하였다. 파일지지구조물의 에너지소산 메카니즘 분석을 통해 방호구조물의 최적 설계를 도출할 수 있다.
본 논문에서는 SCADE를 사용하여 항공기 안전필수 시스템인 공중충돌회피시스템(TCAS-II)을 위한 통합 시뮬레이터를 설계한다. 이 TCAS-II시뮬레이터는 기존의 충돌회피 알고리즘의 문제점을 분석하고 실제 공중충돌 상황을 더욱 현실성 있게 시스템 평가에 반영할 수 있도록 편리한 통합시뮬레이션 환경을 반영하여 구현한다. 또한 안전 필수요건인 소프트웨어 국제표준 신뢰성 요건을 만족하면서 실제로 실험할 수 없는 상황에 대한 TCAS-II의 성능분석 및 새로운 충돌회피 로직 연구를 위한 시나리오 편집기를 제시하고 이를 사용하여 전형적인 공중충돌 시나리오에 대한 시뮬레이션을 통해 그 성능을 검증한다.
장교는 공공성이 매우 높은 사회기반시설물로 운용 중 안전성 확보가 필수적이며, 붕괴 또는 파손 시 신속한 대처가 필요하다. 사장교의 붕괴 또는 파손을 야기시킬 수 있는 원인은 크게 자연재난과 사회재난으로 분류할 수 있다. 이 중 사회재난에 속하는 충돌사고는 차량이 교량 하부구조인 교각에 충돌하는 사고, 항공기의 결함으로 인한 추락사고 등이 있을 것이며, 해상교량의 경우 주탑 하단에서의 선박 충돌사고가 있을 것이다. 본 연구에서는 수치해석적 접근법을 기반으로 항공기 충돌에 대한 사장교의 구조거동을 평가하는 절차를 제안하고, 충돌해석을 수행하여 절차의 타당성을 보였다. 제안된 절차에는 1) 적절한 항공기 충돌 시나리오 설정, 2) 사장교의 복잡한 거동 메커니즘을 고려한 구조 모델링, 3) 충돌해석을 통한 구조거동 평가가 포함된다. 해석 결과, 본 연구에서 설정한 시나리오는 대상 교량에 큰 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났지만, 향후 다양한 시나리오를 통한 충돌해석을 수행한다면 교량에 심각한 손상을 일으키는 하중 위치 및 임계 하중 수준을 결정할 수 있을 것으로 판단한다. 본 연구에서 수행한 충돌해석 절차를 바탕으로 사장교에서 발생하는 항공기 충돌에 대한 간접적인 평가가 가능할 것으로 기대된다.
본 연구는 한국인이 보이는 욕구-현실 충돌에서 나타나는 극복 노력 현상(불굴의 의지)을 한국인의 문화적 특성으로 설명하고자 하였다. 구체적으로 자신의 욕구와 현실 간의 충돌이 발생한 상황에서 개인의 주체성 정도에 따라 그 상황을 대하는 행동 양식이 달라지는지를 살펴보았다. 이를 위해 총 217명의 참여자가 온라인 실험에 참여하였고, 최종적으로 156명의 데이터가 분석되었다. 참여자는 주체성 척도에 응답한 뒤, 상충적 요소가 존재하는 의사결정 시나리오에 노출되었다. 시나리오는 집 구매와 결혼식장 계약 시나리오였고, 각 시나리오에서는 중요하게 여겨지는 두 개의 가치가 시장에서 서로 상충되도록 설정되었다. 참여자는 해당 시나리오를 읽고 각 가치에 대해 스스로가 원하는 수준을 입력하였다. 그 뒤, 시나리오 속 대리인이 참여자가 원하는 수준의 후보지를 찾지 못한 상황을 접하게 된다. 이후, 참여자는 스스로 자신이 직접 나서 추가적인 노력을 할 의향에 대해 응답하였다. 연구 결과, 참여자의 주체성 정도는 추가적인 노력 정도에 정적인 관계를 나타냈다. 또한 현실 한계를 초과하여 원하는 수준(기대 불일치)의 정도는 주체성을 통제한 상태에서 추가적인 노력 정도에 대해 비선형(역 U형)의 영향력을 나타냈다. 나아가 주체성과 기대 불일치 간의 상호작용효과가 유의하였다. 구체적으로 주체성이 낮은 개인은 기대 불일치 정도와 종속변인 간의 관계가 유의하지 않았으나, 주체성이 높은 개인은 기대 불일치 정도와 종속변인 간의 비선형 관계가 유의하였다. 연구 결과를 바탕으로 욕구-현실 충돌 장면에서의 한국인의 심리적 특성(주체성)의 역할과 기능에 대해 논하였다.
가상현실에서의 사운드는 충돌이나 접촉 등의 인터랙션을 전달함에 있어서 그래픽 영상보다도 효과적인 경우가 많다. 그러나, 기존 연구에서는 발생 가능한 충돌음을 임의적으로 녹음한 후 실시간에서 단순 재생하는 방법으로 재현하고 있는 것이 대부분이다. 그러나, 가상환경은 미리 주어진 시나리오에 의해 플레이되는 것이 아니기 때문에 실시간으로 주어지는 인터랙션에 대해 적합한 충돌음을 실시간에 합성해야 한다. 본 논문에서는 녹음된 음의 단순재생을 피하고 실시간 가상환경의 충돌음 발생 요인을 바탕으로 유사한 물질의 충돌음을 하나의 대표 모델로서 표현하는 방법을 제안한다. 즉, 모든 샘플들을 저장하는 대신 하나의 고유음과 필요한 속성 표현을 제공하는 것이다. 이러한 고유음 표현은 실시간에 속성 요소의 변형에 의해 다양한 상황에 적응적인 음을 생성하게 된다. 이러한 충돌음 표현의 생성과 타당성을 파악하기 위해 충돌음을 방생시키는 물질들에 대한 진동음의 스펙트로그램 분석을 행하였고, 유사 물질별로 하나의 고유음 표현을 생성하여 해당 물질의 실제 충돌음과 비교함으로써 주요 주파수 패턴의 유사함을 확인하였다.
자율주행의 핵심기술인 첨단 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assistance Systems) 중 대표기술인 전방충돌경보(Forward Collision Warning)를 대상기술로 선정하여, 주행시뮬레이션 실험 기반의 교통사고 예방효과를 추정하였다. 효과척도로 ①인지반응시간(s) ②감속도(m/s2) ③충돌여부(회)로 선정하여, 전방충돌경보 미설치시와 설치시의 변화량 측정하였다. 실험 시나리오는 운전자 전방의 차량의 급정거하는 시나리오(1)과 옆차로에서 차량이 끼어드는 시나리오(2)를 진행하였으며, 주간/야간으로 구분하였다. 분석결과, 전방충돌경보장치를 설치하였을 경우, 인지반응시간(s)이 감소하였으며, 감속도(m/s2)는 감소하였다. 운전자의 위험상황을 빠르게 감지하여 여유로운 감속을 할 수 있게 되었으며, 그에 따른 전방충돌횟수도 감소한 것으로 분석되었다. 향후 운전자의 운전성향을 반영하고 실험 시나리오를 다양화하면, ADAS의 설치효과를 증대시키고 다른 기술의 효과추정에도 활용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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