Ⅰ. 서 론

최근 세그웨이(Segway, 이하 세그웨이)와 같은 전동휠, 전기자전거, 전동킥보드 등의 퍼스널 모빌리티 (Personal Mobility, 이하 PM)가 각광을 받고 있다. PM은 ‘근거리 및 중거리를 주행할 수 있는 전기 구동 방식 의 개인용 이동수단’으로 정의(Lim, 2016)되며, PM의 장점은 근거리 도심정체를 피할 수 있으며 주차가 간편 하다는 점과 환경친화적이라는 것을 꼽을 수 있다. 또한 센서 기술의 발달로 PM에 스마트한 기능(따라가기 기능, 위험물인지 기능, 자율주행 기능 등)이 추가되면서 PM시장은 성장일로에 있다. IRS(2015)는 차세대 PM 중에 세그웨이류인 전동 직립 이륜차의 생산규모를 2030년 800만대로 예측하고 있다. 이는 2014년 대비 약 55배 이상으로 매년 시장규모가 급증할 것을 전망하였다. 이러한 급속한 시장 확대와 더불어 안전사고도 급증(KICT. 2018)하고 있다. 국내 H 보험사에 따르면, PM사고건수는 2012년 10건에서 2016년 110건으로 약 11배 늘었다. 이는 국내 PM 보급량이 2012년에 비하여 2016년 약 6.9배 성장하였음을 감안하더라도 매우 가 파르게 증가하고 있는 것이다. 이러한 이유로 PM의 성능뿐만 아니라 제품 출시 전에 전복방지 등의 주행 시 의 안전을 종합적으로 평가해야한다는 주장(Woo, 2016)이 점차 설득력을 얻고 있다. 하지만, PM의 안전성을 종합적으로 판단하는 지표와 기준 등의 정립이 아직은 부재한 실정이다. PM 성능평가는 주행안전성 보다는 배터리 등의 PM 구성용품의 단위 모듈별 성능시험과 제품의 최고속도, 등판 및 가속 능력 등의 제품 주행성 능 평가에 그치고 있다(KICT, 2018). 또한 장애인들이 많이 사용하는 전동스쿠터(의료용 스쿠터)는 운전성능 시험이 제정되어 있으나, 이를 그대로 PM에 적용하기에는 제품의 모양과 제작 목적 등이 상이하다. 2004년 대표적인 PM인 세그웨이를 대상으로 캐나다에서 수행한 주행안전성 평가는 운전자가 실제로 주행 경험을 마친 후, 제품에 대한 수용성과 주행성능에 대한 확인이 주요 조사항목 이었다(Centre for Electric Vehicle Experimentation in Quebec, 2006).

이에 본 논문에서는 PM 제품의 안전성을 평가한 국내외 사례를 모아 정리하여 시사점을 도출해보았으며, PM 제품의 성능외의 실제 주행 시 안전성을 평가할 수 있는 정량적인 지표를 알아보고 이를 실제로 동작분 석시스템을 통하여 각 PM 제품군별로 조사·분석하였다. 이를 통하여 실제로 주행 안전성이 높은 제품이 시 장에서 통용되게 유도하며 전복 등의 주행 중 안전사고를 실질적으로 예방할 수 있게 하는 정량적 평가지표 를 마련할 수 있을 것으로 기대된다.

Ⅱ. 문헌고찰

국내 H보험회사에서는 PM 보험상품 개발을 위하여 PM의 안전성과 조작 편의성을 조사하였다(KICT, 2017). 자전거와 세그웨이, 전기삼륜차를 대상으로 10명의 실험참가자가 주행 전·후의 안전성과 편의성을 10 점 척도로 비교·조사하였다. 자전거는 주행 전에 비하여 주행 후의 안전성과 편의성이 떨어지는 것으로 조사 되었지만, 세그웨이와 전기삼륜차는 오히려 주행 전 보다 주행 후의 안전성과 편의성이 상승하였다. 또한 조 향성을 조사한 콘컵을 일정하게 배치하여 지그재그로 통과하는 슬라럼(Slalom, 이하 슬라럼)테스트에서는 자 전거의 조향성이 가장 떨어지는 것으로 조사되었다. 하지만 특정한 지표를 가지고 정량적으로 조사를 수행 한 사례가 아니고 제품을 타고 주행 전 느낀 점과 주행 후의 느낀 점을 조사하는 전형적인 운전자의 정성적 만족도 조사로 PM의 주행 안전성을 객관적으로 비교하기 힘든 것으로 판단된다. 비슷한 국외사례로 캐나다 에서는 세그웨이를 대상으로 하여 주행 안전성 실험을 하였다(Centre for Electric Vehicle Experimentation in Quebec, 2006). 50명의 실험참가자가 4시간의 운전 훈련 후 통제된 조건에서 실험을 하였다. 실험결과 세그웨 이가 자전거보다 안전성 측면에서 긍정적인 평가가 많은 것으로 조사되었다. 국내에서 수행한 실험과 마찬 가지로 PM의 주행 안전성을 주행 후에 실험자들이 느끼는 정성적 평가에 그쳤으며, 정량적인 평가는 최대 가속도, 등판등력, 최고속도 등의 제품 성능을 확인하는 평가 위주였다. 주행 안전성을 가장 면밀히 살펴본 사례는 독일 BASt(독일연방도로공단, 이하 BASt)에서 진행한 세그웨이 실험연구가 있다(Bundesanstalt fur strabnwesen, 2006). 세그웨이가 도로를 주행할 때 얼마나 안전한지를 집중적으로 연구한 사례로 주행 안전성 을 시험주행, 제동실험, 영상촬영, 주행기록계와 인터뷰 등으로 다양하게 관찰하였으며, 슬라럼 테스트, 좁은 도로 커브돌기를 하는 영상을 직접 촬영하여 촬영자료를 바탕으로 COG(Center of the gravity, 이하 COG)의 변화도 분석하였다. COG는 PM의 무게중심이 중력방향에서 벗어난 정도로 정의되며 운동역학에서 보행을 분석할 때 사용되는 지표이다. 이를 바탕으로 BASt는 세그웨이가 교통시스템으로 적합하며, 오히려 자전거 나 인라인스케이트 보다 충돌 잠재성이 낮다고 평가하였다. 상기 조사는 세그웨이 한 제품만을 평가하여 최 근 다양하게 출시되는 PM의 제품군 전부의 주행 안전성을 일반화하기 어려우나 PM의 주행안전성을 COG라 는 지표를 활용하여 정량적으로 평가한 사례이다. Woo(2016)는 현재 ISO(International Organization for Standardization)에서 규정하는 전기이륜차의 표준시험방법론을 정리하였으며 세그웨이, 전동휠 등의 다양한 PM의 주행 안전성 평가와 충돌 안전성 평가 등의 정량화 지표를 갖춘 시험표준개발이 필요함을 주장하였다. KCL은 한국건설기술연구원과 ‘고령자 자립지원 PM 연구’를 공동으로 진행하면서 PM의 성능을 평가하는 표준화된 품질인증을 연구하고 있다(KICT, 2017). 하지만 주행 안전성 평가보다는 제품의 품질과 성능을 평 가하는 것을 위주로 개발하고 있는 실정이다.

PM의 안전성 평가사례로 본 시사점은 다음과 같다. 교통수단의 안전성 평가는 제품 자체의 성능평가, 주 행 중의 안전성 평가, 운전자의 만족도 평가로 구분할 수 있다. PM 제품군 중 가장 널리 알려져 대중화된 제 품인 세그웨이의 안전성 평가는 국내외적으로 비교적 많이 수행된 사례가 존재하지만 다양하게 쏟아져 나오 는 PM의 제품군을 구분하여 평가한 사례는 많지 않다. 또한, 대부분의 평가는 정성적으로 이루어지며, 정량 화된 지표로 제품을 평가한 사례는 적은 것으로 판단된다. 또한 이들의 평가도 제품을 구성하는 배터리, 모 터별로 품질을 평가하고, 제품에 대한 등판능력, 최고속도 등의 성능기준 만족여부를 확인하는데 그치고 있 어, 실질적인 주행의 안전성을 가름하는 횡경사 주행시 혹은 회전시의 전복방지 성능 등을 정량적으로 평가 하는 방법과 지표 등은 부재하다.

본 논문에서는 주행 중 전복가능성이 낮은 PM이 주행 안전성이 좋은 것으로 판단하고 이를 정량적으로 알아볼 수 있는 지표를 자동차, 휠체어, 로봇, 보행 등의 분석 사례에서 찾아보고 평가해보았다.

Ⅲ. 안전성 평가 지표

1. 주행안전성 평가 지표

1) 자동차의 주행안전성 평가

자동차공학에서는 PM과는 다르게 오래전부터 안전성을 미리 검증하여 사고를 줄이고, 차량의 성능과 주 행안전성을 향상시키기 위하여 연구를 활발히 진행하고 있다. 일반적으로 차량의 안전성은 충돌안전성, 주행 안전성(주행전복안전성, 제동안전성), 보행자 안전성으로 구분된다. 이에 KNCAP(Korea New Car Assesment Program, 이하 KNCAP)에서도 ‘충돌안전성’, ‘보행자안전성’, ‘사고예방안전성’을 구분하여 종합등급을 부여 하고 있다. 이들 중 ‘사고예방안전성’을 다시 ‘주행전복안전성’, ‘제동안전성’, ‘사고예방안전성’으로 다시 구 분한다. 본 연구에서 다루는 주행 안전성은 KNCAP의 ‘주행전복안전성’과 가장 유사한 것으로 판단되며 ‘주 행전복안전성’은 정적안전성인자(Sustainable Safety Factor, 이하 SSF)시험과 동적주행전복안전성시험으로 평 가한다. SSF는 차량의 윤거를 차량무게중심높이로 나눈 값으로 차량의 안전성을 정적으로 평가하는 지표이 다. 또한 임계미끄럼속도(Critical Sliding Velocity), 경사비(Tilt Table Ratio) 등도 자동차의 주행 안전성을 평가 하는 지표이다(Lee et al., 2012). 또한 동적주행전복안전성시험은 실제 자동차 트랙을 주행하면서 타이어의 들림 정도를 테스트하는 방식으로 주로 고속주행시 안전성을 평가하는 것이다. 하지만, Jeong(2015)은 국내외 적으로 아직 자동차관리법에 준하여 PM을 인증한 사례는 전무하며, 자동차에서 수행하는 안전성 평가 지표 를 PM에 활용하기에는 PM의 무게, 크기, 최고속도 등이 자동차에 비하여 턱없이 작은 측면을 고려하였을 때 일정부분을 응용할 수는 있지만 그대로 적용하기에는 한계가 있음을 언급하였다.

2) 장애인 이동기기의 주행안전성 평가

이동불편 장애인들의 사용하는 PM개념의 이동기기는 장애인용 전동휠체어와 전동스쿠터가 있다. 이들 모 두 운전성능기준을 법에서 정하고 있다. 전동휠체어는 식품의약품안전청의 ‘의료기기 기준규격’이 마련되어 있으며, 전동휠체어도 식품의약품안전청에서 ‘의료용 스쿠터 운전성능시험 기준 및 방법’을 통하여 운전성능 을 검증하고 있다. 하지만 의료용으로 지정되어 있는 전동휠체어와 스쿠터는 현재 논의하고 있는 PM과 제 작 목적이 크게 차이나며, 운전성능으로 규정되어있는 것으로 짐작할 수 있듯이 주행 안전성보다는 속도와 가속, 장애물 등판능력, 회전폭 등의 성능여부에 중점을 두고 있다. 이에 Jang et al.(2016)은 현존하는 전동휠 체어 시험규격은 회전안전성 시험평가 항목이 없기 때문에 전동휠체어의 안전성을 명확히 평가할 수 없음을 언급하고, 힘-모멘트 안전성(Force-Moment Stability Measure) 측정법을 제시하여 전동휠체어가 이동시 계산되 는 모멘트를 정규화하여 모든 전도축(Tipover축)에 대해서 정규화된 최소값을 취해서 안정도값(Stability Metric, SM지수)을 만들었다. 전도축은 PM이 주행 중 전복되지 않는 무게중심과 경사지의 최대각도를 의미 하며, 통상적으로 주행 중 일정 각도가 넘으면 전복의 위험이 큰 것으로 판단한다.

3) 로봇 등의 이동기기의 주행안전성 평가

Woo(2016)는 전기자전거, 전기스쿠터, 세그웨이 등의 PM이 향후 로봇자동차 및 개인형 이동로봇으로 발 전할 것으로 예상하고 일본의 탑승 로봇에 대한 성능시험 항목과 시험평가 방법을 조사하였다. 시험 항목은 평지와 경사도의 최고속도시험 정도의 초보적인 수준이며 성능시험뿐만 아니라 주행중 안전성과 주행내구 에 대한 시험표준개발이 시급하다고 주장하였다. Jeong(2015)은 PM을 본 연구에서 다루는 세그웨이류는 PMD(Personal Mobility Device), 자동차회사에서 최근 발표하는 고속 1인용 자동차류는 PMV(Personal Mobility Vehicle)로 나누어 각각의 관계법령을 정비해야할 것이라고 하였다. Baek and Lee(2010)은 로봇의 주행안전성 을 정적으로 판단하기 위하여 힘-각도 안정성(Force-Angle Stability Measure, FASM) 방법을, Peter(2006)는 움 직이는 자동차의 안전성을 힘-모멘트(force-momont) 안전성 측정법으로 제시한바 있다. 두 가지 방법 모두 Tipover축을 활용한 방법으로 PM의 안전성 측정에 바로 활용할 수 있으나, 로봇 등으로 분류되는 이동기기 는 실제로 제품을 출시하여 활용되는 기기가 많지 않은 관계로 주행안전성은 아직 정비되지 않아 이를 측정 하는 정량적인 지표는 아직 부재한 것으로 판단된다.

4) 자전거 및 보행 안전성 평가

이륜자전거는 국가기술표준원의 고시에 ‘안전확인 안전기준’ 정의가 마련되어있으며 자전거의 모든 구성 용품을 규격화하여 표준화하고 있다. 하지만 주행 중에 안전성 평가와 정량적인 지표 등은 제시되어 있지 않 으며, 전기자전거의 경우만 배터리와 모터의 안전성을 확인하기 위하여 주행성능만 확인하는 실정(국가기술 표준원 고시 제 2018년-069호)이다. 또한 이륜자전거는 운전자의 운전능력에 주행안전성이 크게 의존되며 PM과는 모양이 많이 상이한 것으로 판단된다.

보행은 오랜 시간 운동역학 분야에서 다루어지고 있다. 보행은 교통계획 측면에서도 하나의 이동수단으로 정의되는바 본 논문에서도 보행에서 낙상과 관련 있는 균형 지표 등을 조사하였다. 또한 BASt의 사례에서 COG의 변화로 주행안전성을 시험한 적이 있는 것에 착안하여 보행분석에서 사용되는 균형지표를 알아보았 다. Roh et al.(2016), Roh and Park(2017)는 <Table 1>에서와 같이 보행과 관련된 정량적인 지표를 조사하고 이를 걷기요소(Walking Factor), 균형요소(Balance Factor), 근육요소(Muscles Factor)로 구분하였다. 이중 보행 중 낙상방지 등의 보행 안전성과 관련된 지표는 균형요소로 제시하였으며, 구체적인 정량적인 지표로 COM, COG, COP, Pelvic Frontal Move, Tilt, Ground Reaction Force등을 설명하였다. 지표들은 몸의 중심에서 흔들림 의 정도를 측정하는 지표들이며, 이 중 COG는 BASt에서 세그웨이의 주행안전성을 평가하기 위하여 사용한 사례(Bundesanstalt fur strabnwesen, 2006)가 있다.

2. 안전성 평가 지표 선정

본 논문에서는 PM의 주행 안전성향상을 위하여 PM의 성능평가와는 다른 주행안전성을 정량적으로 평가 할 수 있는 지표를 타 교통수단의 사례를 통하여 찾아보았다. 오랜 기간 발전되어온 수단인 자동차는 많은 지표가 존재하나, 이를 PM의 적용하기는 주행속도나 크기 및 이를 측정하는 거대한 장비의 부재 등의 이유 로 본 논문에서 시도하기에는 적합하지 않은 것으로 판단되었다. 이에 휠체어, 세그웨이, 로봇 등의 사례에 서 적용한 바 있는 COG와 Tipover축을 활용한 힘-모멘트(Force-Moment)측정방법을 활용하여 PM의 주행 안 전성 평가를 시도하고자 한다. 이를 측정하기 위해서 최근 애니메이션 등에 활용되며 의학 및 운동역학 분야 에서 오래전부터 사용 중인 동작분석시스템을 활용하였다.

1) COG의 움직인 거리

COG는 어떤 물체의 무게중심의 움직임(the vertical projection of the center of mass to the ground)이다. 본 논문에서는 PM에 타고 있는 사람의 주행 시 무게중심이 움직인 거리(mm)을 조사하였다. 예를 들면 사람이 보행할 때의 무게중심은 <Fig. 1>의 오른쪽 사람의 화살표 만큼 움직이며 원래 무게중심에서 움직인 무게중 심 값은 변화한다.

2) 힘-모멘트 측정방법과 지표

힘-모멘트 전도 안전성은 내부힘, 각운동량, 지면반발력으로 측정된다. 내부힘은 모터의 힘 등에 의한 가 속도로 측정되며, 각운동량에 영향을 미치는 요소는 관성모멘트, 각속도, 가속도, 회전반경등이 있다. 본 논 문에서는 Jang et al.(2016)이 식(1)과 같이 제시한 SM(Stability Metric, 이하 SM)값을 활용하였다. 만일 PM이 정지되어 안전하게 멈춰있다면 지면반발력만 작용하여 안정성 측정값은 항상 양(+)의 값을 가지게 된다. 하 지만 안정성 측정값이 음(-)의 값을 가지게 되면 각 운동량 항의 영향으로 인한 것이며 이런 경우에는 PM이 전도된 것으로 간주한다. 이는 PM은 지면반발력에 의해서 항상 안정성을 유지하지만 전동휠체어의 동적 움 직임으로 인하여 안정성을 잃을 수 있다고 설명할 수 있다. 하지만 안정성 측정값이 음(-)의 값을 가진다고 해서 항상 PM이 전도된다는 의미는 아니며 순간적인 불안정 모멘트에 의해서 순간적으로 영향을 받았다고 볼 수도 있다.

여기서,

Ⅳ. 동작분석시스템 결과

1. 동작분석시스템 개요

1) 분석시스템 소개

본 논문에서는 PM의 주행 안전성을 평가할 수 있는 지표, COG의 거리와 SM을 측정하기 위해서 동작분 석시스템(Motion Analysis System)을 사용하였다. 동작분석시스템은 운동역학·의학 및 재활공학 분야에서 이 미 치료와 재활의 목적으로 널리 이용되고 있으며, 최근에는 영화나 애니메이션 제작에도 활용되고 있다. <Fig. 2>는 본 연구에서 PM에 탑승한 운전자의 COG-Pelvic을 조사하기 위하여 활용한 동작분석시스템의 구 성품이다. 카메라는 4대의 Raptor-E 및 8대의 Eagle-4 적외선 카메라를 사용하였다. 카메라의 촬영속도는 120frames/sec으로 하였으며, 셔터속도는 1/1000sec로 하였다. 지면반발력은 KISTLER사의 힘측정판(Force plate, Type 9260AA6) 2대(600m × 500mm × 50mm)를 계단의 3단 및 4단의 중앙부에 설치하여 측정하였으며, 취득률은 1200Hz로 설정 하였다. 영상장비와 지면반력기의 동조는 전기적 동조(electrical sync.)를 이용하여 두 장비의 시작 시점을 동일화 하였다. 영상에서 추출된 좌표 데이터는 2차 Butterworth 저역통과 필터를 이 용하여 평활화를 하였으며 사용된 차단주파수는 6Hz이었다.

2) 분석 개요

실험에 참여한 PM은 여러 제품군을 대표할 수 있는 형태로 현재 판매 중인 제품 위주로 선정하였다. 실 험에 활용한 PM의 모양과 성능은 <Table 2>와 같다. 각각의 제품은 4륜, 3륜, 2륜을 대표할 수 있는 제품으 로 선정하여 실험을 진행하였으며 속도는 실내시험을 감안하여 4(km/h)로 진행하였다. 하지만, 실제 시장에 는 너무나 많은 제품군이 판매되고 있어 모든 제품을 실험하는 데는 한계가 있었음을 밝힌다. <Fig 3>은 실 험에 활용한 PM별로 테스트하는 사진과 이를 분석한 S/W의 동작분석 영상의 예이다. <Fig. 3>에서와 같이 10m × 2m의 주행로를 3개의 콘(회전점)을 둔 슬라럼 환경을 왕복하였다.

2. 분석결과

1) COG 움직임

전복 위험성 등의 안전도 결과 해석을 위해 탑승자의 무게중심의 움직임을 3축(X-Y-Z 축) 기준으로 분석 하는 COG(Center of Gravity)를 측정하였으며, 그 결과는 <Fig. 4>와 같다. 본 연구에서는 안전성 측면에서 COG를 해석하는 방법으로 COG 움직임의 평균값과 최대값에 대해 분석하는 것과 COG 움직임 값의 편차로 안전성을 해석하는 방법 등 2가지가 있다. 각 방법에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 첫 번째는 COG 움직임의 평균값과 최대값을 관찰하는 것이다. 탑승자가 주행시 무게중심의 움직임이 크다는 것은 PM 의 흔들림이 크다는 것을 의미하며, 이론적으로는 흔들림이 가장 큰 값을 가질 때는 전복이 발생되는 시점이 다. 따라서 COG 움직임의 최대값과 평균값이 크면 클수록 전복으로 이어질 확률이 크다는 것이다. 두 번째 는 COG 움직임 값의 편차를 관찰하는 것이다. COG의 움직임 평균값이 크지만 편차가 작은 경우는 움직임 이 반복적으로 원활하게 이루어진다는 것으로 안전하게 주행되고 있다고 해석되어진다. 예를 들어 <Fig. 4> 의 walking(보행)은 wheel chair에 비하여 COG 움직임의 평균값은 크지만 편차는 0.45mm로 작다. 사람이 walking(보행)할 시에는 반복적으로 비슷한 움직임으로 어색하지 않게 이동하여 안정적이다.

본 논문에서는 상기 두 가지 측면에서의 순위를 알아보았다. 첫 번째 COG 움직임의 평균값과 최대값으로 PM의 안전성을 평가한다면, 10m×2m의 주행로를 3개의 콘(회전점)을 둔 슬라럼환경을 1회 왕복하였을 때 1 순위 kickboard 31.93mm, 2순위 walking(보행) 23.52mm, 3순위 scooter(chair, 좌식) 12.97mm, 4순위 scooter(stand, 입식) 10.61mm, 5순위 wheel chair 6.54mm이다. 무게중심의 움직임이 작다는 것은 주행할 때 탑 승자의 움직임이 적다는 것을 의미하므로 당연히 전복에 대한 안전성이 좋은 것이다. 따라서 wheel chair가 가장 안전한 PM으로 볼 수 있다.

두 번째 COG 움직임 값의 편차로 안전성을 평가한다면 1순위 walking(보행) 0.45mm, 2순위 scooter(stand, 입식) 0.82mm, 3순위 wheel chair 1.88mm, 4순위 scooter(chair, 좌식) 2.49mm, kickboard 5.84mm이다.

종합적으로 여러 PM 중에 평균값과 편차가 모두 작은 형태가 운전자의 심리적 안전성도 확보되므로 wheel chair의 형태가 주행 중 가장 안전성이 높은 것으로 판단된다. 반대로 kickboard는 평균값과 편차가 모 두 크게 측정되어 가장 안전성이 낮은 것으로 판단된다. 특히 kickboard는 최대값이 평균값에서 편차를 더한 값보다도 크게 형성되어 회전시 타 수단 대비 전복의 가능성이 매우 높은 것으로 분석된다.

2) SM(Stability Metric)

앞선 장의 힘-모멘트 측정방법과 지표에서 설명한 SM(Stability Metric)지표는 음(-)에 가까울수록 전복의 위험성이 커져 안전도가 떨어지는 것으로 해석된다. <Fig. 5>는 보행시 및 PM들의 SM값을 측정한 그래프이 다. 본 슬라럼 주행 테스트는 3개의 콘(회전점)을 회전하였으므로 출발부터 도착까지 4개의 같은 주기를 갖 는다. 각 콘을 회전할 때 생성되는 4개의 주기별 SM값을 플롯한 그래프는 모두 유사한 형태로 나타나므로 <Fig. 5>는 첫 번째 주기(출발에서 첫 번째 콘(회전점)을 도는 순간이며, 약 3.5초)만을 대상으로만 표현하였 다. SM값 그래프는 다음과 같이 해석된다. <Fig. 5>의 굵은 점선으로 표현된 kickboard는 출발 후 첫 번째 콘 (회전점)에 도달하기 전까지는 1에 가까운 안전한 값을 나타내지만 2초를 지나, 첫 번째 콘(회전점)에 점차 도달하면서 그 값이 점차 켜져 0에 가까워진다. 이는 회전구간에서 안전성이 점차 떨어짐을 의미한다. 첫 번 째 콘(회전점)을 지난 후, 다시 1에 가까운 안정된 값으로 변하는 모양을 갖는다. 본 그림에서는 표현하지 않 았지만 슬라럼 테스트시 콘(회전점)을 돌때마다 주기적으로 이러한 모양이 반복된다. 참고로 Jang et al.(2016) 에서 개발한 wheel chair의 경우, 주행 시 SM값은 1과 0.5 사이에서 형성되었다.

이와 같은 방법으로 SM(Stability Metric)그래프를 해석한 결과, 안전도는 1순위 wheel chair, 2순위 scooter (좌식), 3순위 walking(보행), 4순위 scooter(입식), 5순위 kick-board(입식)로 분석되었다. wheel chair의 SM이 가 장 변동이 적으며, kickboard의 SM이 가장 크게 변동되었다. 특히 kickboard의 경우는 평지의 테스트임에도 불구하고 거의 전복수준인 0에 가까운 값이 산출되어 안전성이 매우 떨어지는 것을 알 수 있다. 또한 대체적 으로 앉아서 타는 것(좌식)보다는 서서 타는 것(입식)이 SM값이 크게 측정되는 경향이 관찰된다.

일반적인 예상과는 달리 walking(보행)보다 wheel chair와 scooter(좌식)의 SM값이 작게 측정되었다. 그러나 이와 같은 경향은 횡경사에서 슬라럼 테스트를 수행할 경우 다른 결과가 나타날 것으로 예상된다. wheel chair와 Scooter는 횡경사에서 슬라럼 테스트를 시행할 경우 SM값이 음(-)에 가까운 값 또는 전복이 발생할 것으로 예상되는 반면, walking(보행)의 경우 SM값이 감소시 본능적으로 낙상을 회피하기 위해 무게중심을 경사 반대 방향으로 이동시켜 SM값의 분포가 양(+)의 범위에서 상대적으로 작은 변화폭을 보일 것이다.

Ⅳ. 결 론

본 논문에서는 PM의 안전성 평가를 위해 기존 정량적 안전성 평가 연구를 진행한 자동차, 장애인용 휠체 어, 로봇, 보행 등 분야의 정량적 지표를 검토하였다. PM 안전성을 타 이동수단(자동차)의 안전성 평가제도 에서와 같이 나눈다면, 첫째 충돌안전성, 둘째 보행자 안전성, 셋째 사고예방안전성으로 나눌 수 있으며, 본 논문의 안전성은 셋째 사고예방안전성에서 다룰 수 있는 여러 지표(MOE)들을 자동차, 장애인 이동기기, 로 봇, 자전거 및 보행에서 찾아보고 구체적인 사례가 있으며 PM에 적용이 가능한 지표 2개(COG와 SM)을 도 출하였다.

다양한 지표 중 활용사례 및 PM 적용성을 기준으로 COG(무게중심의 움직임)와 SM(주행안정 지수)를 선 별하였으며, 총 3종의 PM에 대해 평지의 슬라럼 주행으로 평가를 시행하였다. PM 중 Scooter의 경우 탑승형 태를 입식과 좌식으로 구분하여 시행하였으며, 대조군으로 보행에 대해 측정하여 함께 분석하였다.

평가결과는 COG의 움직임으로 평가하였을 경우, 4개의 바퀴를 가진 wheel chair가 평균 6.54mm로 가장 안 전하며 2개의 바퀴를 가진 kickboard가 평균 31.93mm로 가장 불안전한 것으로 분석되었다. 또한 좌식의 형태 가 입식보다 안전한 것으로 분석되었으나, 보행의 경우와 같이 움직임은 크지만 편차가 일정한 경우는 좀 더 많은 테스트를 통하여 안전성지표를 연구해야 할 것으로 판단된다.

이와 함께 본 논문에서는 평가를 제외했으나 가장 대표적인 PM으로 인식되고 있는 세그웨이는 운전시 자 이로센서의 도움을 받으므로 COG 움직임의 평균값은 큰 값을 갖는 반면에 값의 편차는 크지 않을 것으로 예상된다. 이와 같은 기기적 특성으로 인해 건강한 신체를 갖는 사람에게 세그웨이는 여러 문헌에서 주장하 듯이 안전한 PM일수 있지만, 운전자의 움직임이 원활하지 않고 반복적으로 일정한 움직임을 할 수 없는 사 람(고령자 및 장애인 등)이 운전할 경우 전복의 위험성이 매우 높아질 것으로 예상된다. 이와 같은 특성은 이용자의 안전을 보장하기 위해 본 논문에서 제시한 COG 측정을 통해 검증이 필요하다고 판단된다.

SM을 기준으로 평가한 결과 또한 COG 움직임으로 평가했을 경우와 동일하게 wheel chair가 가장 SM값의 변화가 작아서 안전하며, 탑승형태 간 비교시 좌식의 형태가 입식보다 안전한 것으로 평가되었다. 본 연구에 서는 탑승자의 안전도를 비교하기 위해 SM값을 운전하는 사람 기준으로 측정하였다. 그러나 기기자체의 안 전성에 대한 검증 또한 필요하다고 판단되며, 향후 연구 중 하나로 기기의 SM값의 측정 및 이를 이용한 다 각도의 안전성 평가를 제시하고자 한다.

자동차공학에서는 이미 많은 연구를 통하여 객관화된 안전성 측정지표들이 정립되어 있으나 최근 등장한 PM의 경우는 그렇지 못하다. PM의 안전성을 평가하기 위해 자동차공학의 안전성 지표를 그대로 차용하기 에는 차체의 크기 및 중량 등의 차이 등으로 인해 극명한 한계가 있다. 특히 PM은 자동차와는 다르게 PM 자체의 무게가 운전자의 탑승전과 탑승 후에 크게 차이가 나므로 자동차공학의 측정지표와는 다른 PM만을 위한 안전성 평가 지표가 반드시 필요하다. 특히 PM이 갖는 장점과 판매의 증가세를 감안한다면 본 연구에 서 제안한 주행안전성 평가 지표 외에도 실제로 PM의 안전사고 예방을 위해서는 PM기기 자체의 성능평가 와 정기적인 유지관리, PM 기기를 사용하는 운전자의 안전교육, PM기기의 이동환경의 조성이 모두 복합적 으로 검토되어야 할 시점으로 판단된다.