본 연구에서는 지방부 간선 또는 지선 축에서 효과적으로 사용 가능한 연동형 반감응 신호제어 알고리즘을 개발하고 이를 평가하였다. 연동형 반감응 신호제어에 대한 모의실험 결과를 살펴보면, 주 부 도로의 교통량 차이가 커질수록 연동형 반감응 신호제어의 지체가 최적화된 고정식 신호제어에 비해 감소하는 것을 확인하였다. 그러나 주부도로의 교통량이 같거나 전체 교통량이 많아지면 최적화된 고정식 신호제어의 지체가 더 낮게 나타났으며, 횡단 보행량이 많아질수록 차량 지체가 증가하는 것으로 확인되었다. 따라서 연동형 반감응 신호제어는 차량 교통량이 일정수준 이하인 곳에 적용하되, 횡단 보행량을 고려하여 적용지역을 선별해야 할 것이다.
국내에 교통량의 변동을 고려하기 위하여 영상검지기를 이용한 반감응 신호제어시스템의 설치가 증가하고 있지만 그러한 반감응 신호제어시스템의 도입효과 및 성능을 평가하기 위한 절차 및 방법론은 아직까지 수립되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 효과분석 및 성능평가를 위한 방법론을 수립하였다. 개발된 방법론에서는 반감응 신호제어시스템의 특성을 고려하여 교통환경 개선 파악에 유용한 효과척도와 조사항목이 우선 설정되었고, 현장조사와 평가를 통해 시스템의 성능 및 도입에 따른 교통환경의 개선효과를 파악할 수 있는 방법을 제시하고 있다. 또한 본 연구에서는 개발된 방법론을 파주시 반감응 신호제어시스템에 대해서 사례 분석을 실시하였다. 단일교차로와 간선축으로 구분된 사례분석에서 교통량, 통행속도 항목과 신호효율측면의 현시이용효율, 연동효율 등 선정된 효과척도 분석결과 시스템 도입에 따라 일정수준의 개선효과가 있는 것으로 나타났다.
기존 루프검지기를 이용한 반감응 신호제어는 한정된 검지영역으로 인해 대기 차량수에 따른 초기녹색시간의 산정이 불가능하며, 좌회전 베이 측면에서 진입하는 차량과 중차량 및 U턴 차량으로 인해 비합리적인 현시 조기종결문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 감응현시의 초기녹색시간을 대기 차량수에 맞게 최적화하고, 검지영역 내 차량소거 여부를 파악함으로써 현시의 연장 및 조기종결을 결정하는 좌회전 감응식 신호제어전략을 개발하였다. 차량의 검지를 위해 영상검지기의 Video Image Tracking기술을 이용하였으며, 영상검지영역은 목적에 맞게 Zone in Zone방식의 3개 영역으로 구분하여 Zone1은 차량의 존재유무 파악, Zone2는 대기 차량수 파악, Zone3는 통과 차량수 파악의 기능을 수행하도록 설계하였다. CORSIM을 이용한 본 좌회전 감응제어의 현장 적용성 평가 결과, 정주기 제어, 반감응 제어(1), 반감응 제어(2)에 비해 Control delay가 각각 23.10%, 15.06%, 4.34% 감소하였으며, Queue time은 36.24%, 20.10%, 7.42%, Total time은 14.36%, 7.02%, 2.96% 감소하여 운영효율이 향상된 것으로 나타났다. 또한, 직진과 좌회전 v/c비에 따른 적용성 평가 결과, 직진교통량이 포화상태에 근접할수록, 좌회전 교통량이 적을수록 개선효과 큰 것으로 나타났다.
본 연구는 반감응 신호제어 적용에 따른 정량적인 효과를 현장에서 수집된 자료를 활용하여 평가하였다. 이를 위하여 지방부도로에 현장을 선정하여 반감응 신호제어 시스템을 대규모로 설치하였다. 또한 이러한 시스템을 현장에서 구현하기 위한 신호제어 전략을 개발하고, 표준제어기의 내부 기능을 수정하여 교차로에 구현하였다. 그리고 교통량, 통행시간, 지체차량수의 3가지 효과척도를 이용하여 효과를 제시하였다. 분석결과로부터, 반감응 신호제어시스템 적용시 주방향의 용량이 증대되어 오전 및 오후 첨두시 평균적으로 9.4%, 11.3%의 통과교통량 증가가 각각 나타났다. 그리고 직진 차량에 대한 녹색시간 폭이 확대되어 평균적인 주행시간이 오전 첨두시에는 6.3%, 오후 첨두시에는 7.8% 감소하였다. 지체차량의 수도 오전 첨두시에는 36.4%, 오후 첨두시에는 23.9% 감소되어 반감응 도입에 따른 제어 효과가 큰 것으로 확인되었다. 따라서 주도로와 부도로 교통량의 편차가 크고, 횡단보도 보행자가 적은 특성이 있는 도로에는 반감응제어가 매우 효과적인 것으로 판단된다.
본 연구는 기존 정주기식 신호제어로 인하여 비효율적으로 운영되고 있는 3지 교차로의 문제점을 보완하는 방안으로써 반감응 신호제어를 기본으로 하고 보행자작동신호기를 사용하는 신호운영방식의 효율성을 분석하였다. 반감응 신호제어의 경우 부도로에 교통량이 적을 때 주도로의 교통소통을 원활히 하여 교차로 내 지체를 감소시킬 수 있으며, 보행자작동신호기는 보행자가 없음에도 불구하고 보행자 신호를 작동시켜 발생하는 불필요한 대기시간을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 위의 두 가지의 장점을 모았을 경우 기존의 정주기식 신호제어와 반감응식 신호제어에 비하여 얼마나 효과가 있는지 미시적 시뮬레이션 프로그램인 VISSIM을 사용하여 정량화된 차량당 평균지체 감소의 정도를 분석하고자 하였다. 본 연구는 인천의 1개 3지 교차로를 대상으로 현장조사를 실시하였고 각각의 신호제어 방식에 따라서 보행자 교통량을 변화시켜 민감도 분석을 실시하였다. 시나리오 별 분석을 통하여 차량당 평균지체시간을 비교한 결과, 대상교차로는 정주기식 신호제어에 비하여 보행자작동신호기를 이용한 신호제어방식이 최소 3.7초(10%), 최대 6초(16%)의 감소효과를 나타내었으며 반감응식 신호제어와의 비교에서는 보행자교통량이 측정교통량의 20% 이하일때보다 효율적인 것으로 나타났다.
In this paper, a new semi-analytical solution for estimating the pull-in parameters of electrically actuated functionally graded (FG) nanobeams is proposed. All the bulk and surface material properties of the FG nanoactuator vary continuously in thickness direction according to power law distribution. Here, the modified couple stress theory (MCST) and Gurtin-Murdoch surface elasticity theory (SET) are jointly employed to capture the size effects of the nanoscale beam in the context of Euler-Bernoulli beam theory. According to the MCST and SET and accounting for the mid-plane stretching, axial residual stress, electrostatic actuation, fringing field, and dispersion (Casimir or/and van der Waals) forces, the nonlinear nonclassical equation of motion and boundary conditions are obtained derived using Hamilton principle. The proposed semi-analytical solution is derived by employing Galerkin method in conjunction with the Particle Swarm Optimization (PSO) method. The proposed solution approach is validated with the available literature. The freestanding behavior of nanoactuators is also investigated. A parametric study is conducted to illustrate the effects of different material and geometrical parameters on the pull-in response of cantilever and doubly-clamped FG nanoactuators. This model and proposed solution are helpful especially in mechanical design of micro/nanoactuators made of FGMs.
In this paper, we present an exoskeletal haptic device named SKK Hand Master. This device is directly driven linkages actuated with small ultrasonic motors. By adopting ultrasonic motors that have advantageous features useful for cybernetic actuators, a compact haptic device containing whole driving packages can be established without additional power transmissions such as tendons. Methods for measuring joint postures and joint torques are developed and a new control strategy called PWM/PS is proposed to overcome intrinsic disadvantages such as hysteresis. Issues regarding design and construction of the device are addressed and several results of experiments for the evaluations of performance are included.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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