A study of express bus entrance system for wheelchair users

고속버스용 휠체어 탑승 전용 승강구 개조부 연구

Abstract

In the rapidly aging society, the number of wheelchair users is increasing steadily. On the other hand, it is almost impossible for a disabled person using a wheelchair to use express buses. Therefore, it is necessary to develop an express bus that can secure the rights of wheelchair users. For these special types of express buses, it is required to develop a special entrance and lift system. The development of a wheelchair entrance system for the express buses requires design modification, retrofit, and reinforcement of the bus frame. This study evaluated the structural integrity of an entrance system for wheelchair users using a finite element method. Torsional stiffness and modal analysis were performed through structural analysis. Through sensitivity analysis, optimization was performed to reduce the weight of the frame. These results on the wheelchair entrance system are expected to be utilized in the vehicle modification and welfare industries.

우리나라는 고령화 사회로 급속하게 진입함에 따라 휠체어 사용 교통약자는 지속적으로 증가하고 있다. 그러나, 휠체어를 사용하는 교통약자가 고속버스를 이용하는 것은 거의 불가능하다. 따라서, 휠체어 사용자의 이동권 확보를 위한 고속버스의 개발이 필요하다. 이러한 휠체어 사용자를 위한 버스는 측면부에 휠체어 승객이 자유롭게 이동할 수 있는 전용 출입구, 휠체어 승객을 차실로 안전하게 이동시킬 수 있는 리프트 및 공간 활용성을 고려하여 휠체어 사용자가 탑승하지 않는 경우 일반 좌석으로 사용할 수 있는 가변 좌석의 개발이 필수적이다. 고속버스용 휠체어 전용 출입구의 개발은 기존 고속버스 차량에 대한 설계 변경, 개조 및 프레임 보강을 필요로 한다. 본 연구에서는 휠체어 사용자를 위한 승강구 시스템 개조부 설계와 유한 요소 모델을 이용한 구조 건전성을 평가하였다. 구조 해석을 통해 비틀림 강성 및 고유 모드 해석이 수행되었으며, 개조부 프레임에 대한 민감도 평가를 수행하고 개조부에 대한 최적화를 통해 경량화를 수행하였다. 휠체어 출입구 개조부에 대한 본 연구결과는 차량 개조 및 복지산업에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 1. Door types(a) Hinge type (b) Gliding type

Fig. 2. Structure model of bus for wheelchair users

Fig. 3. Finite element models(a) Base (b) Side Part removal(c) After modification

Fig. 4. Boundary condition of torsional stiffness analysis

Fig. 5. Displacement contour of torsional stiffness analysis(a) Base (b) Side Part removal(c) After modification

Fig. 6. Displacement contour of torsional mode(a) Base (b) Side Part removal(c) After modification

Fig. 7. Displacement contour of breathing mode(a) Base (b) Side Part removal(c) After modification

Fig. 8. Sensitivity analysis parameter

Fig. 9. Sensitivity analysis results of torsional stiffness

Fig. 10. Displacement contour of final model(a) Torsional stiffness (b) Torsional mode(c) Breathing mode

Table 1. Torsional stiffness results

Table 2. Frequency of modes

Table 3. Stiffness sensitivity per unit mass

Table 4. Formulation of optimum design

Table 5. Result of optimization