본 연구는 차량의 도로이탈을 방지하고, 충격량을 흡수하여 차량 탑승자 및 도로주변의 인도를 횡단하는 보행자를 보호하기 위한 차량용 방호울타리에 관한 연구로서 LS-DYNA를 이용해 탑승자 보호성능 평가시험을 시뮬레이션하였으며, 다양한 속도와 각도를 변경하여 반복 시뮬레이션을 하여 충돌조건에 따른 탑승자 보호성능을 고찰하였다. 시뮬레이션을 위한 변수의 설정은 국내차량 판매대수에 따른 평균차량의 중량을 구하고, 미국 NHTSA의 NASS를 분석하여 실제 사고가 발생하는 속도와 충돌각도구간을 검출하였다. 그 결과로 충돌속도와 충돌각도가 커질수록 THIV(탑승자 충격속도)와 PHD(탑승자 가속도) 값이 증가하는 것을 확인하였으며, 차량이 가드레일의 지주에 걸리는 현상이 발생할 때 탑승자보호성능이 크게 저하되는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 한국도로공사 도로교통기술원에서 수행한 충격흡수시설의 충돌시험 결과 데이터를 분석하여 충격흡수시설 설계법 개발을 위한 유용한 결과를 얻고자 하였다. 분석에 사용된 CC1등급 충격흡수시설 10회, CC2등급 충격흡수시설 24회 총34회의 충돌시험 결과데이터들을 이용하여 국내 지침에 따라 탑승자 충돌속도(THIV)와 탑승자 가속도(PHD)를 계산하였고 총34회의 충돌시험데이터에서 Y축 가속도와 Yaw 각속도를 무시하고 X축 가속도 충돌시험데이터만을 이용해 탑승자 충돌속도(THIV)와 탑승자 가속도(PHD)를 계산하였다. 비교분석 결과 충격흡수시설의 탑승자 안전도가 오차율 2% 미만으로 나타나 X축 가속도 충돌시험데이터만을 이용한 탑승자 안전도 계산의 유효성이 증명되었다. 충돌시험 데이터 중 X축 가속도를 적분하여 얻은 흡수에너지와 초기 충돌차량의 충돌에너지를 비교분석한 결과, 거의 정확히 일치하여 X축 가속도만을 사용한 충격흡수시설의 충돌거동 분석이 가능하였다. 본 논문에서는 충격흡수시설의 실물차량 충돌시험데이터를 이용해 탑승자의 안전도 및 충돌거동을 분석함으로써 일차원을 적용한 충격흡수시설의 설계법 개발의 근간을 마련하였다.
The performance of crash cushion systems is certified through the full scale crash tests by the standard for installation and maintenance guidelines for roadside safety appurtenance. The impact severities of impacting vehicles in collision with crash cushion systems are rated by indices THIV and PHD. Crash test results are considered to study the performance of three crash cushion systems. In case of the frontal impact or the offset frontal impact, the results show that THIV values of three systems are very close to the threshold limit for the occupant protection. Also, the results show that PHD would be improper for the occupant protection performance index. In order to improve the occupant protection performance of crash cushions, ASI needs to be included in the impact severity index.
본 연구에서는 복합소재 교량용 방호울타리를 개발하여 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 강재 교량용 방호울타리와 복합소재 교량용 방호울타리의 성능을 비교하였다. 구조적 강도 성능 측면에서 복합소재 교량용 방호울타리의 경우 교량용 방호울타리의 변형이 31.7%로 감소하여 강재 교량용 방호울타리 보다 강도 성능이 우수하였다. 탑승자 보호 성능 측면에서, 복합소재 교량용 방호울타리는 THIV 47.1%, PHD 49.0%로 감소하여 강재 교량용 방호울타리 보다 탑승자 보호성능이 우수하였다. 충돌 후 차량의 거동 측면에서, 복합소재 교량용 방호울타리는 이탈속도가 증가하고 이탈각도가 감소하여 강재 교량용 방호울타리 보다 충돌 후 차량의 거동이 우수하였다. 교량용 방호울타리의 비산 측면에서, 강재 및 복합소재 교량용 방호울타리는 비산이 발생하지 않았다.
본 연구에서는 경량휠체어 탑승자의 차량 전방충돌시 안전성 평가를 위하여 동적 슬래드 충격실험을 하였다. 실험은 총 6회 시행하였으며 충격속도는 20g/48 $\pm$2km/h 였고, Hybrid III 50%ile 성인남자 인체모형을 사용하여 두부손상기준(Head Injury Criteria), 목의 굴전모멘트, 축 인장력, 전단력, 흉부 가속도. 두부, 휠체어, 무릎의 전방 쏠림량을 측정하였으며 미국자동차학회 규격인 SAE J2249에서 제안한 동작기준 (Motion Criteria)과 미국 제너럴모터스사의 자체기준(GM-IARV)인 복합상해기준(Combined Injury Criteria)을 이용하여 안전성평가를 하였다. 실험결과는 경량 휠체어 탑승자의 전방 충돌 시 최대 상해치를 100%로 봤을 때 휠체어와 탑승자 거동의 위험도지수 MC는 52%, 탑승자의 상체 위험도지수 CIC는 60.1% 였다.
충돌사고시 스마트하이웨이의 정시성과 안전성의 손상정도를 최소화 하도록 스마트하이웨이의 종방향 방호울타리 충돌조건으로 기존의 충돌조건보다 상당히 상향된 충돌조건이 결정되었다. 충돌조건은 충돌차량, 충돌속도, 충돌각도로 구성된다. 가능한 많은 승용차의 탑승자 안전을 고려할 수 있도록 충돌시 피해가 크게 나타나는 작은 차량을 충돌차량으로 선정 하였다. 가능한 많은 사고 충돌속도를 포함하도록 기존의 충돌속도보다 20% 큰 충돌속도가 결정되었다. 충돌각도는 예상되는 사고 충돌각도를 거의 모두 포함하도록 결정되었다. 기존의 국내 최고성능등급의 종방향 방호울타리에 대하여 다양한 충돌조건을 적용한 시뮬레시션을 수행하고 그 결과를 분석하여 제시된 스마트하이웨이 충돌조건이 탑승자 안전에 미치는 영향을 파악하였다. 기존의 국내 최고성능등급의 종방향 방호울타리는 제시된 스마트하이웨이 충돌조건을 만족하지 못하였다. 충돌사고시 스마트하이웨이의 정시성과 안전성의 손상정도를 최소화 하기 위해서 새로운 고성능의 종방향 방호울타리가 필요하다고 판단된다.
도로변에 노출된 지주는 충돌 시 탑승자 안전에 치명적인 위험물이다. 노출된 지주에 충돌하는 차량의 탑승자 안전을 도모하기 위하여 차량과 지주가 소성충돌로 일체화 되는동안 충돌차량의 선형운동량이 지주로 전달되어 충돌에너지의 일부가 1차적으로 소산되고 감소된 속도로 이동하는 지주의 베이스가 기초에 매입된 충격에너지 흡수용 모듈을 충격하여 변형시킴으로써 나머지 에너지가 소산되는 감충지주를 개발하였다. LS-DYNA프로그램을 이용한 충돌 해석을 실시하여 강결된 지주의 문제점을 보이고 개발 단계별 감충지주와 차량의 거동을 분석하여 최종 설계된 감충지주가 노출상태에서 0.9ton-80km/h의 속도로 정면충돌하는 경우에 안전하게 대응할 수 있음을 확인하였다.
국내에서 발생하는 교통사고에 의한 인적피해의 정도는 꾸준히 감소하고 있으나 경상자와 부상신고자수는 증가하는 추세이다. 그러나 도덕적 해이로 인한 허위 과다 치료와 입원으로 발생하는 사회적 비용은 전 세계적으로 사회, 경제적 문제로 대두되는 실정이다. 경미한 교통사고의 유형 중, 추돌사고의 경우 피해차량 즉, 피추돌차량 탑승자가 주로 호소하는 질병은 해부학적, 방사선학적 근거가 없는 임상적 추정에 의한 목 상해(경추염좌)이다. 그러나 국제적인 상해 분류기준인 AIS(Abbreviated Injury Scale)와 경추염좌를 비교했을 때 임상적 추정에 의한 목 상해는 상해라 보기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 추돌사고에 연루된 추돌차량과 피추돌 차량의 중량과 충돌속도가 탑승자의 목 상해에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위해, MADYMO를 활용하여 중량과 충돌속도를 다양하게 반영한 총 100가지 시나리오의 추돌사고를 재현하였다. 그리고 결과 값인 피추돌차량의 속도변화량과 충격가속도 값을 상해역치와 비교하였다. 그 결과 동일한 중량 간의 추돌사고에서 충돌속도 15km/h 이상일 때 상해가 발생할 가능성이 큰 것으로 나타났으며, 중량을 고려하지 않을 경우 충돌속도 15km/h 일 때 36%, 20km/h이상일 때 약 84%의 상해 발생 가능성이 나타났다.
콘크리트 중앙분리대 방호울타리(이하 중분대 시설)는 대표적인 강성 방호울타리로 사고차량의 중앙선 침범으로 인한 대형차량과의 충돌사고 방지를 위해 설치된다. 중앙분리대 폭을 충분히 할 수 없는 우리나라의 도로여건상 콘크리트 중앙분리대 방호울타리의 설치는 불가피하게 받아드려 지고 있으며 특히 유지관리 비용 측면에서 현실적인 대안으로 받아들여지고 있어 널리 사용되고 있다. 기존의 중분대 시설은 일반적으로 810mm 높이의 콘크리트 구조 위에 596mm 높이의 방현망을 추가하는 구조를 가지고 있으나 차량의 대형화 추세로 인해 현재 중분대 시설을 승월하는 교통사고가 빈번히 일어나고 중분대 상단의 방현망이 파괴되면서 2차 사고를 유발하는 경우가 발생하여 최근 들어 중분대 시설의 형식 개선이 요구되었다. 이러한 요구에 의해 가장 일반적이고 널리 사용되고 있는 F형과 NJ형, 약 80도의 단일경사면을 사용한 단일 경사형, 방현망을 없애고 순수한 콘크리트 방호울타리의 높이를 1,270mm로 높인 개선형 중분대 시설 형식에 대해 적정 대안을 찾아내고자 컴퓨터를 이용하여 모의 차량충돌시험을 수행하였다. 모의충돌시험에서는 구조적 안전성을 측정을 위해 대형차량의 롤(Roll)각을 측정하였고 소형차량의 경우 탑승자보호성능평가를 위해 차량이 받는 종, 횡방향 가속도 및 탑승자의 충돌속도(THIV), 탑승자의 가속도(PHD)를 측정하고 이들을 비교 검토하였다. 각 형식에 대한 컴퓨터 모의충돌시험 결과들을 종합적으로 비교 분석한 결과 차량의 안정성과 탑승자보호 성능에서 개선형 중분대 시설이 가장 안전한 것으로 나타났다.
본 연구는 도로시설물에 적용될 수 있는 복합재료 지주구조에 대하여 실차 차량 충돌 시뮬레이션을 통한 동적 특성을 다룬다. 다양한 차량 충돌 속도에 대한 서로 다른 복합재료 물성의 영향을 LS-DYNA 유한요소 프로그램을 사용하여 분석하였다. 본 연구에서는 LS-DYNA 프로그램을 적용하여 기존의 강재 지주구조에 대한 유한 요소해석을 다양한 복합재료로 구성된 지주구조로 확장하여 적용하였다. 탑승자 안전성 평가를 기반으로 다양한 매개변수에 대한 수치해석 결과는 지주와 차량에서 발생하는 내부에너지를 비교 분석하여 규명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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