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서호 오
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1 Transactions of KSAE, Vol. 24, No. 3, pp (2016) Copyright C 2016 KSAE / pissn / eissn DOI 사고분석을통한에어챔버트럭충격흡수장치의안전성능에대한연구 조휘창 *1) 박인송 2) 서일대학교스마트기계자동차과 1) 스마트에어챔버연구소 2) A Study on the Safety Performance of the Air Chamber TMA through Accident Analysis Huichang Jo *1) Insong Park 2) 1) Department of Mechanics & Automotive Engineering, Seoil University, Seoul 02192, Korea 2) Research Institute, Smart Air Chamber Co. Ltd., 208 Haean-ro, Danwon-gu, Ansan-si Gyeonggi 15611, Korea (Received 30 October 2015 / Revised 5 January 2016 / Accepted 23 February 2016) Abstract : More recently, workers and passengers of casualties has increased by rear-end collisions of unexpected while working on the road. Recently attracted air chamber TMA mounting car accidents which occurred in 3 years, and analyzed the effect of reducing the shock absorption and protection performance and casualties. There is a risk of the vehicle AIS4 more injury of high five accidents of casualties risk, also, was the analysis that there is risk of death was avoided by the air chamber TMA and SGT. Therefore, by mounting the TMA in the rear-end accident, so you can reduce the death and casualties, it must be increased this of attach rate for road construction vehicle. Key words : Air chamber TMA( 에어챔버트럭충격흡수장치 ), Rear-end collision( 후면충돌 ), Casualties risk( 상해위험 ), SGT( 트럭후부안전장치 ), AIS( 약식상해등급 ), Death and casualties( 사망및사상자 ) 1. 서론 1) 최근 10년간총 114건의도로보수원안전사고가발생하였고이로인한사고피해는부상 76명, 사망 10명으로나타났다. 이에관련한교통사고는 2003 년 3건에서 2012년 10건으로증가하여고속도로및일반도로상에서사고처리나유지보수작업중에불의의후면추돌사고로인하여작업자및탑승객의사상자가발생하고있는실정이다. 1) 이는 2012년 12월기준으로최근 10년간부상자 142명, 사망자 10명으로약 24 % 의도로유지보수원이부상을당하고약 2 % 의보수원이사망하여전체적으로약 26 % 의사상자가발생하는것으로나타나평균적으로치사율도약 10 % ~ 12 % 정도로서 * Corresponding author, johui@seoil.ac.kr 도로작업자에대한안전대책이시급한것으로나타났다. 또한이러한사고는주로견인식싸인카에서발생하며그비율이전체건수의 85 % 이상차지하였다. 미국의경우도우리나라의경우와같이이러한사고로인한피해우려를개선하기위하여미국고속도로안전보험협회 (IIHS, Insurance Institute for Highway Safety) 는 2010년세계자동차수리위원회 (RCAR, Research Council for Automobile Repairs) 회의에서후부안전판의구조및강도개선필요성을제안한바있다. 한편이러한유형의사고는일반교통사고에비해치사율이높아이를예방하고자에어챔버트럭충격흡수장치 (TMA, Truck Mounted Attenuator) 및후부안전판 (SGT, Safety Guard of Truck) 이개발보급되고있다. 2) 특히상기와같이활용되고있는에 352

2 사고분석을통한에어챔버트럭충격흡수장치의안전성능에대한연구 어챔버트럭충격흡수장치 (TMA) 가실질적으로시장에서안전성능을발휘하고있는지를평가하기위해작업안전차및청소차등도로유지관리차량에장착이후발생한다양한사고들을집적하여후면추돌사고유형과사고유형별사고심도및사고정도를파악한후에어챔버트럭충격흡수장치장착차량의사망자및사상자등인명피해감소효과를조사하고개선사항을분석하여이를향후연구개발자료로활용하는데연구목적이있다. (a) Head-on centre impact (b) Head-on, 1/3Vehicle 2. 에어챔버트럭충격흡수장치의구조및시험조건 에어챔버트럭충격흡수장치의구조특성을비교하여보면기존후부안전판의구조는사각형빔 (beam) 단면으로구성되어있고, 에어챔버충격흡수장치는열가소성폴리우레탄수지 (TPU, Thermoplastic Poly Urethane) 소재의에어챔버에에어 (air) 를채운형태로충격후추돌차량의리바운드를막기위한제어판 (control case) 과천공관 (borer) 에브래킷이부착되어있는 Fig. 1과같은구조 3) 로충돌력흡수를위해압축후압축된공기를적정한시기에배출하는기술적특성을가지고있다. 트럭에부착하여사용되는트럭탈부착용충격흡수장치 (TMA) 는도로상의공사구간, 사고처리및청소등의긴급자동차간에설치하며, 위험구간을인지하지못한차량이충돌할경우차량의충격에너지를흡수하여추돌차량을안전하게멈추게하거나주행방향으로복귀시켜주는기능을하게된다. (c) Nose1/4 Offset, at 10 Fig. 2 Test standard for TMA Table 1 Class of TMA 등급충돌속도 (km/h) 차량중량 (kg) 900 TMA1 60 1, TMA2 80 1, TMA ,300 Fig. 2는각충돌방법에따른충돌차량의충돌위치및충돌방향을나타낸것이고 Table 1은시험등급별충돌시험조건을나타낸것이다. 4,5) 트럭탈부착용충격흡수시설의성능은실물차량충돌시험후탑승자보호성능, 트럭탈부착용충격흡수시설의거동, 충돌후충돌차량 (impact vehicle) Fig. 1 Structure of the air chamber TMA Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 24, No. 3,

Huichang Jo Insong Park Table 2 Occupant safety evaluation criteria 기준항목단위한계값탑승자충돌속도 ( 종, 횡방향 ) THIV km/h 44

이중에탑승자보호성능은탑승자의안전성능을평가하기위하여탑승자충돌속도 (THIV, Theoretical Head Impact Velocity) 와가속도지수 (ASI, Acceleration Severity

6) 아울러트럭탈부착용충격흡수시설의거동은충격흡수장치의부재가차량의내부공간을관통하지말아야하고탑승자에게큰부상을줄수있는차량내부공간의변형이없어야하며차량충돌시에 2

인명피해위험도비교를위해약 17건의사고사례중에심도가매우높은상위위험도 30 % 에해당하는사고사례 (5건)

한편사고자료조사를위해트럭용에어챔버후부안전판장착차량은사고후현장에입회하여사고후추돌차량과피추돌차량의손상형태와최종거동위치등을촬영하였고,

Table 3은에어챔버트럭충격흡수장치의종류를나타내었다. Table 3 The type of air chamber TMA & SGT 제품명이미지모델명규격 (mm) 3.

1 분석내용및방법 후부안전판 (SGT) 장착차량은사고후현장에입회하여사고후추돌차량과피추돌차량의손상형태와최종거동위치등을촬영하고에어챔버트럭충격흡수장치 (TMA)

3 Huichang Jo Insong Park Table 2 Occupant safety evaluation criteria 기준항목단위한계값탑승자충돌속도 ( 종, 횡방향 ) THIV km/h 44 탑승자최대가속도 ( 종, 횡방향 ) PHD g 20 가속도지수 ( 삼축가속도 ) ASI 및트럭탈부착용충격흡수시설장착차량 (support vehicle) 의거동등으로크게 4가지로구분된다. 이중에탑승자보호성능은탑승자의안전성능을평가하기위하여탑승자충돌속도 (THIV, Theoretical Head Impact Velocity) 와가속도지수 (ASI, Acceleration Severity Index), 탑승자최대가속도 ( 종, 횡방향 ) (PHD, Post-impact Head Deceleration) 를계산하여 Table 2의평가기준한계값에만족하여야한다. 6) 아울러트럭탈부착용충격흡수시설의거동은충격흡수장치의부재가차량의내부공간을관통하지말아야하고탑승자에게큰부상을줄수있는차량내부공간의변형이없어야하며차량충돌시에 2 kg이상의구성부재가이탈과어떠한부재라도인접차선을침범해서는안되는것으로되어있다. 인명피해위험도비교를위해약 17건의사고사례중에심도가매우높은상위위험도 30 % 에해당하는사고사례 (5건) 를선별하여추돌차량의손상정도를파악하고다른사고차종과의분석내용연계성이있는대표적인차종으로승용차와트럭차종인사고사례 2건에대해심층비교분석한후에어챔버트럭충격흡수장치의사망사고예방성능을평가하였다. 한편사고자료조사를위해트럭용에어챔버후부안전판장착차량은사고후현장에입회하여사고후추돌차량과피추돌차량의손상형태와최종거동위치등을촬영하였고, 에어챔버트럭충격흡수장치장착차량은블랙박스를설치하여실시간차량운행을영상으로기록한후추돌사고순간을추출하여사고분석에필요한추돌위치, 추돌속도등기초정보로활용하였다. Table 3은에어챔버트럭충격흡수장치의종류를나타내었다. Table 3 The type of air chamber TMA & SGT 제품명이미지모델명규격 (mm) 3. 에어챔버트럭충격흡수장치탑재차량사고사례분석 TMA60A 분석내용및방법 후부안전판 (SGT) 장착차량은사고후현장에입회하여사고후추돌차량과피추돌차량의손상형태와최종거동위치등을촬영하고에어챔버트럭충격흡수장치 (TMA) 장착차량은본제품상단에블랙박스를설치하여실시간차량운행을영상으로기록 에어챔버트럭충격흡수장치 (TMA) TMA60Aa Trailer- TMA60A 하고추돌사고순간을추출하여사고분석에필요한추돌위치, 추돌속도등의기초정보로활용하여 2011 년부터 2014 년현재까지약 3 년간발생한에어 TMA80C 챔버트럭충격흡수장치장착차량의운행중발생한사고사례를집적하여사고순간에어챔버의고유기 Trailer- TMA80C 능인충격흡수및방호성능에대해분석하였다. 사고로인한인명피해감소효과를분석하고자사고처리및도로유지보수작업차량의후면추돌사고유형, 사고유형별사고심도및사고정도, 사고유형별에어챔버트럭충격흡수장치장착차량의인명피해감소효과등을파악하였다. 트럭후부안전에어장치 (SGT) a 한국자동차공학회논문집제 24 권제 3 호, 2016

4 A Study on the Safety Performance of the Air Chamber TMA through Accident Analysis 3.2 사고현황및분석 Table 4와같이사고사례분석은최근 3년간우리나라고속도로및국도에서에어챔버트럭충격흡수장치를장착한차량에발생한총 21건사고중분석가능한 17건의사례에대해인명피해위험예방효과를분석하였다. 에어챔버트럭충격흡수장치를장착한모든차량의사고사례에대해서조사한결과사망사고가능성이매우높은충돌사고에있어서도사망자는한명도발생하지않았다. 그러나병원치료를요하지않는가벼운부상자 5명이있었으며, 이중에통원치료및입원자치료자는 2~3명에불과하였고사고사례중에인명피해위험도가가장높은사고는 5건으로분석되었다. 또한충돌속도와의연관성분석을위해추돌차및피추돌차그리고장착된트럭탈부착용충격흡수시설의파손정도와집적된사고동영상자료를분석하였으며 Table 5에서는추돌차량에대한사고유형과충돌속도를보여준다. 추돌차량에대한분석결과후면추돌사고유형은후면 100 % 겹침사고, 후면겹침사고, 후면경사사고등으로 3가지로분류되었으며후면 100 % 겹침사고는 3건 ( 약 5.8%), 후면겹침사고는 13건 ( 약 71%), 후면경사사고는 1건 ( 약 5.8%) 으로나타났다. 추돌속도 30 km 이하 1건 ( 약 5.8 %), 추돌속도 60 km 이하 5건 ( 약 29.2 %), 추돌속도 80 km 이하 7건 ( 약 41.2 %), 추돌속도 80 km 이상 4건 ( 약 24 %) 로서사망사고위험성이높은 60 km 이상사고건은 17건중에 11건으로전체사고의약 63 % 에해당하였고이중에사망위험성이매우높다고판단되는고위험성사고즉 80 km ~ 120 km 이상의충돌속도로추정되는사례는 5건으로분석되었다. 또한추돌사고는사고예측을인지하지못하는착각추돌 ( 주위태만, 졸음운전등 ) 에의해발생하는하는것으로분석되었으며추돌사고직전에제동장치를밟지못하고추돌하는것으로나타났다. 사고사례와도로환경및주행패턴과의인과관계는피추돌차량전부가도로유지보수작업을수행하는도중에추돌사고를입는사고임을알수있었다. 이것은도로유지보수는도로의갓길에서모두이루어지기때문인것으로나타났으며, 이때의사고유형은후면겹침추돌사고로서전체사고의약 94.2 % Table 4 Accidents case of air chamber TMA equipped car NO 추돌차량 피추돌차량 충격흡수장치 1 승용차싸인카 TMA60A 2 트럭 (25t) 노면청소차 3 승합차노면청소차 4 승용차작업차량 TMA60Aa 5 트럭 (1t) 작업차량 TMA60A 6 승용차작업차량 TMA60Aa 7 승용차싸인카 TMA80C 8 승용차작업차량 TMA60Aa 9 SUV 10 트럭 (1t) 노면청소차 노면청소차 11 승용차작업차량 TMA80C 12 승용차작업차량 TMA60Aa 13 승용차작업차량 14 승합차작업차량 Tralier-TMA 80C, 15 승용차작업차량 Tralier-TMA 80C 16 SUV 작업차량 TMA60Aa 17 승용차작업차량 TMA60Aa Table 5 The impact velocity of the accident type 충돌속도 사고유형후면 100 % 겹침 ~ 30 km 31 ~ 60 km 61 ~ 80 km 사상자 가해차량뒷좌석 2명경상피해차량없음 80 km ~ 1 건 5 건 7 건 4 건 소계 2 건 1 건 3 건 (17 %) 후면겹침 1 건 2 건 6 건 4 건 12 건 (71 %) 후면경사 1 건 1 건 (5.8 %) Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 24, No. 3,

3 충돌안전시험평가와사고사례의비교분석 실차충돌시험결과와비교분석을위해충돌안전시험평가는세계적으로통용되는약식상해등급 (AIS, Abbreviated Injury Scale) 과미국고속도로안전보험협회 (IIHS)

상해위험도분석은약식상해등급을적용하여 AIS 4 ( 머리 : 의식불명 6 ~ 24시간, 소혈종, 흉부늑골양쪽 3개이상골절, 흉부손상 ) 이상의상해를입을수있는사고사례즉사망률 10.6 % ~ 58.

이에대한충돌평가시험기준은 64 km 정면 40 % 겹침충돌재현시험으로서충돌안전도평가결과는탑승자의머리, 목부상위험이높게나타났고, 오른쪽종아리의부상인자와포터의좌측대퇴부, 오른쪽 /

4는승용차의시험장면으로승용차에대한상해위험도분석을위해안전도평가결과대형승 Table 6 Occupant injury risk of truck 구분머리와목가슴왼쪽다리와발오른쪽다리와발차체구조구속장치종합 포터 3등급 1등급 4

3 Reconstruction test of truck (40 % offset, frontal impact) (a) Before test (b) After test Fig.

5 조휘창 박인송 에해당하였다. 특히도로유지보수작업을수행하는관계로피추돌차량이서행또는일시정지상태에서추돌사고가발생하고이로인해충돌상대속도가높아치사율이높은사고발생위험이높음을알수있었으며이를방지하기위해서는첨단후방추돌사고방지장치의개발이필요하다고판단된다. 3.3 충돌안전시험평가와사고사례의비교분석 실차충돌시험결과와비교분석을위해충돌안전시험평가는세계적으로통용되는약식상해등급 (AIS, Abbreviated Injury Scale) 과미국고속도로안전보험협회 (IIHS) 충돌안전평가기준으로평가한실차충돌시험결과를활용하였으며 7,8) 비교사고사례는인명피해상위위험군사고사례중대표차종으로승용차와트럭을선정하였다. 상해위험도분석은약식상해등급을적용하여 AIS 4 ( 머리 : 의식불명 6 ~ 24시간, 소혈종, 흉부늑골양쪽 3개이상골절, 흉부손상 ) 이상의상해를입을수있는사고사례즉사망률 10.6 % ~ 58.4 % 에해당하는추돌차량의손상형태에대해서분석하였으며 Table 6은충돌시험평가트럭의상해위험도분석결과를나타낸것이고 Fig. 3은트럭의시험장면과손상형태를보여준다. 이에대한충돌평가시험기준은 64 km 정면 40 % 겹침충돌재현시험으로서충돌안전도평가결과는탑승자의머리, 목부상위험이높게나타났고, 오른쪽종아리의부상인자와포터의좌측대퇴부, 오른쪽 / 왼쪽발그리고왼쪽종아리의부상인자가크게나타났다. Fig. 4는승용차의시험장면으로승용차에대한상해위험도분석을위해안전도평가결과대형승 Table 6 Occupant injury risk of truck 구분머리와목가슴왼쪽다리와발오른쪽다리와발차체구조구속장치종합 포터 3등급 1등급 4 등급 4 등급 4 등급 4등급 4등급 (a) Before test (b) After test Fig. 3 Reconstruction test of truck (40 % offset, frontal impact) (a) Before test (b) After test Fig. 4 Reconstruction test of passenger car (40 % offset, frontal impact) 용차량과경승용차량의흉부가속도 (G) 와상해가능성을분석한결과 (AIS 4) 80 % 이상의상해가능성이있는것으로분석되었다. 9) 반면에 Fig. 5(a) 는 1톤트럭사고사례로서손상형태를근거하여평가한결과는에어챔버트럭충격흡수장치 (SGT, TMA) 가없었다면충돌력흡수성능 50 % 에해당하는상해위험이증가할수있어약 100 km 이내의사고로추정되며사망위험이높게나타날수있는것으로파악된다. 중형승용차상해위험성사례비교로는평가결과 1톤트럭경우와마찬가지로에어챔버트럭충격흡수장치가없었다면충돌력흡수성능 50 % 에해당하는상해위험이증가할수있는사고로서 90 km 이내의사고로사망위험이높게나타났으며 Fig. 5(b) 에서승용차의사고사례를보여준다. (a) Truck (b) Passenger car Fig. 5 Accident of truck & passenger car (with TMA) 356 한국자동차공학회논문집제 24 권제 3 호, 2016

6 사고분석을통한에어챔버트럭충격흡수장치의안전성능에대한연구 차량의손상형태분석을통한상해위험도분석을위해실차충돌시험차량의손상특성을분석하였다. 1톤트럭및승용차의충돌시험의경우는손상부품이범퍼, 앞패널, 앞유리, 도어등이손상되었고, 전체적으로는캐빈전체가비틀려진손상형태를나타내고있는데이러한손상형태에서는 IIHS 종합등급 4등급에해당하는것으로 AIS 4이상의상해위험이해당할수있다고판단할수있다. 사고사례중고위험군추돌차량의손상특성결과분석을위해 5건의사례차량의손상정도가실차충돌시험차량과유사한손상심도를가지고있어 IIHS 종합등급 4등급이상에해당하며약식상해등급 AIS 4이상의상해위험성이있는것으로분석되었다. 특히에어챔버트럭충격흡수장치의충격흡수를위한파손정도를감안하면실제추돌차량의손상정도는약 1.5 ~ 2배이상추돌사고충돌속도가높았을것으로분석되어져추돌차의탑승자사망위험은에어챔버충격흡수장치를장착하지않을경우사망위험성이더욱높아질수있음을알수있다. 또한트럭용에어챔버충격흡수장치는충돌속도 60 km 및 80 km 충돌안전시험을통과한것으로실제충돌사고에서에어챔버및프레임이정상적으로손상되었으며, 천공관역시정확하게전개되어추돌차량의탑승자사망위험을크게감소시켰다. 4. 결론사고사례를통한에어챔버트럭충격흡수장치의안전성능에대해연구하고자사고처리및도로유지보수작업차량의후면추돌사고유형파악하고사고유형별사고심도및사고정도를분석하였다. 그결과손상정도가심한추돌차량의손상정도가실차충돌시험차량과유사한손상심도를가지고있어이는 IIHS 종합등급 4등급이상에해당하며약식상해등급 AIS 4이상의상해위험성이있는것으로이는에어챔버트럭충격흡수장치의안전성능으로인해사망위험성이회피된것으로분석되었다. 추돌차량의사고유형은주위태만이나졸음운전등으로유발되는착각운전에의해발생하는후면겹침추돌사고로사고형태는후면 100 % 겹침, 후면겹침, 후면경사사고유형으로나타났으며, 약식상 해등급 AIS 4이상상위사망위험사고사례예측비율은약 63 %, 고상해위험사고비율은약 30 % 로추정되었다. 아울러후면추돌사고시사망및사상자감소를위해서는에어챔버트럭충격흡수장치를장착차량구조및작업환경에맞추어장착해야하며추돌시고시언더라이더현상을막고충격흡수를최대한효과적으로해야만사상자를줄일수있으므로도로유지보수및사고차처리작업시에어챔버트럭충격흡수장치의장착율을높여야할것으로판단됐다. 후 본논문은 2016년도서일대학교학술연구비에의해연구되었음. 기 References 1) 교통사고통계분석, 경찰청, ) K. H. Ahn, A Study on the Crash Motion of Polyurethane TPU Airbag, Ph. D. Dissertation, Seoul University, Seoul, pp.20-32, ) H. C. Jo and I. S. Park, A Study on the Damageability and Repairability of the Car Bumper Systems with Gas Tube, Transactions of KSAE, Vol.11, No.5, pp , ) 도로안전시설설치및관리지침방호울타리편, 국토해양부, ) 차량방호안전시설실물충돌시험업무편람, 국토해양부, ) G. H. Kim and I. S. Park, Evaluation of Occupant Protection of Van and Light Truck Vehicle, Transactions of KSAE, Vol.20, No.3, pp.13-19, ) H. C. Jo and I. S. Park, A Study on the Occupant Protection Performance in 25% Offset High-speed Frontal Impact, Journal of the KSMTE, Vol.16, No.2, pp , ) Small Overlap Frontal Crashworthiness Evaluation Rating Protocol(Version II), Insurance Institute for Highway Safety, ) H. C. Jo and I. S. Park, An Experimental Study on the Independent Fixed Object Crash Accident by Reconstruction Test, Journal of the KSMTE, Vol.14, No.3, pp , Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, Vol. 24, No. 3,

Ⅱ. 국내 교통사고 발생 현황 2011년 경찰청 집계 교통사고 발생건수 221,701건 중 교통사고 종류별 비율을 살펴보면, <그림 1>과 같이 차대차 사고는 72.9%(161,681건), 차대인 사고는 22.4%(49,701건), 차량단독 사고는 4.7%(10,319

Ⅱ. 국내 교통사고 발생 현황 2011년 경찰청 집계 교통사고 발생건수 221,701건 중 교통사고 종류별 비율을 살펴보면, <그림 1>과 같이 차대차 사고는 72.9%(161,681건), 차대인 사고는 22.4%(49,701건), 차량단독 사고는 4.7%(10,319 차대차 사고현황 분석 및 사고방지 첨단안전장치(AEB) 실증연구 이재원 선임연구원 Ⅰ. 서론 과학기술의 발전으로 자동차 첨단 안전장치의 개발이 가속화되면서 탑승객 및 보행자의 안전성이 개 선되어 교통사고 사상자 감소에 크게 기여할 것으로 예측된다. 전통적으로 자동차 안전장치는 안전벨트, 에어백 등으로 대표되는데 이들은 차량이 실제 사고가 발생 했을 때 탑승객을