1. 서 론
1.1. 미래 교통사고 발생 패턴 변화에 따른 인체손상
1.2. 후방추돌 사고연구의 필요성
2. 연구 방법
2.1. 연구 자료원 소개 및 자료 선정 기준
2.2. 후방추돌 및 충돌모드 구분방법
2.3. 탑승자 손상분류 체계
2.4. 연구에 포함된 변수
2.5. 통계분석 방법론
3. 연구결과 및 고찰
3.1. 후방추돌 탑승자의 ISS 점수에 따른 일반적 특성
3.2. 탑승자 인체 부위별 손상발생 위험도 분석
3.3. 충돌모드에 따른 인체손상 고찰
3.4. 후방추돌 영향요인에 따른 인체손상 고찰
4. 결 론
1. 서 론
1.1. 미래 교통사고 발생 패턴 변화에 따른 인체손상
세계보건기구의 보고에 따르면 교통사고 발생과 사망자는 매년 감소하는 것으로 보고되고 있지만, 2021년 전체 사망자는 119만 명으로 집계되어 여전히 인적 손실이 큰 주요 공중 보건 문제로 다뤄지고 있다.(1) 국내에서는 세계적인 변화의 흐름과 유사하게 과거 10년 동안 교통사고 발생, 사망자, 부상자의 수는 감소하였다.(2) 그러나 교통사고는 여전히 국내에서 주요한 사망 원인으로 전체 사망률 중 6.4%로 높은 비율을 차지하고 있기에 교통사고로 인한 인명피해 감소를 위한 노력이 요구되고 있다.(3)
교통사고의 발생 요인으로는 인적, 차량, 도로환경적 요인이 포함되며, 대부분의 교통사고의 90%는 인적요인으로 인해 발생한다. 이러한 인적요인으로 인한 교통사고를 줄이기 위해 차량 안전 기능 개발에 대한 수요는 지속적으로 요구되고 있으며, 최근에 이를 해결하기 위한 노력의 일환으로 인적요인으로 인한 사고를 줄이고자 자율주행 기술이 개발되고 있다.(4)
자율주행 기술이 완전히 상용화되기 전까지는 도로 위에서 자율주행차와 비자율주행차가 혼재되어 운행될 수밖에 없다. 그러나 아직 완벽하지 않은 자율주행 기술의 한계와 인간 운전자의 주행 특성과의 차이로 인해 후방추돌 사고의 발생 빈도가 증가하는 변화가 나타나고 있기에 이에 따른 손상을 줄일 수 있는 안전 연구가 요구된다. 또한, 완전자율주행 시대에는 탑승자의 운전자 역할의 감소와 함께 편의성과 안락함을 위해 탑승자는 다양한 형태의 차량 내부 공간의 변화에 맞춰 탑승자세의 변화가 있을 것으로 판단된다. 이는 기존 차량 내부 구조와 다른 새로운 내부 구조 개발과 안전성 검증의 필요성으로 연계된다.
1.2. 후방추돌 사고연구의 필요성
다양한 교통사고 유형 중 후방추돌은 현재 도로에서 빈번하게 발생하는 유형의 사고이다. 미국의 후방사고는 모든 충돌 사고 중 28%를 차지하고 있으며,(5) 한국도 후방 추돌사고가 차대차 교통사고의 20.6%를 차지하고 있으며, 그 중에서 19.3%가 중상 또는 사망으로 이어지는 결과를 보였다.(2)
또한, 캘리포니아 도로국의 내용에 따르면 현재 자율주행차의 갑작스런 제동으로 인하여 후방에서 차량이 충돌하는 후방추돌 사고가 기존보다 증가하고 있으며,(6) 미래에는 차량의 후방부를 바라보게 회전된 상태의 착좌환경이 개발 예정이므로, 탑승자의 후방방향에서 발생된 충격량이 인체손상 중증도와 부위에 미치는 영향력을 세부적으로 파악할 필요가 있다.
또한, 탑승자의 손상을 경감하기 위해 진행하는 충돌 테스트에서 정면충돌의 경우, 다양한 겹침량과 충돌각도를 반영하여 진행하고 있으나, 후방추돌은 겹침량과 충돌각도를 고려한 테스트가 일부 국가에서만 한정적으로 진행되고 있어, 실사고 데이터를 활용하여 이러한 요인들이 손상 특성에 미치는 차이를 확인하고자 한다.
본 연구는 세 단계에 걸쳐 진행되었으며, 후방추돌의 겹침량과 충돌각도 발생 정도에 따라 충돌모드를 분류하였으며, 충돌모드 간 손상 심각도의 차이를 확인하고, 회귀분석 기법을 사용하여 인체 부위별 손상 심각도에 충돌모드가 영향을 미치는지를 확인하였다.
2. 연구 방법
2.1. 연구 자료원 소개 및 자료 선정 기준
본 연구는 한국형 교통사고-인체손상 심층분석(Korean In-Depth Accident Study, KIDAS) 데이터베이스를 활용하여 실사고 후방추돌에서 충돌모드에 따른 탑승객의 손상 특성을 확인하였다. KIDAS는 한국의 5개 지역에 있는 외상센터에서 교통사고로 인하여 의료기관을 방문한 탑승자를 대상으로 조사 동의를 받아 교통사고 관련 정보를 수집한 데이터베이스이다. 데이터베이스는 2011년 1월부터 2024년 6월까지 5,107명의 탑승자의 자료로서 차량 정보, 도로환경 정보, 인적 정보, 손상 정보 등 12개의 대항목과 297개의 세부지표로 구성되어 있다.
본 연구에서는 전체 5,107명의 탑승객 중 만 18세 이상 성인, 후방추돌 사고로 내원한 1-2열 탑승자, 차량 파손량, 탑승자 손상정보의 확인이 가능한 환자를 분류하여 총 472명을 선정하였다.
2.2. 후방추돌 및 충돌모드 구분방법
후방추돌과 충돌모드를 구분한 기준은 미국 자동차공학회에서 제시한 충돌 변형 분류 코드인 CDC(Collision Deformation Classification)를 활용하였다.(7) CDC는 7개의 코드로 구성되어 있으며 각각의 코드는 교통사고로 인한 파손범위와 심각도를 표현한다. 본 연구에서는 CDC의 3번째 코드인 파손위치 구분 코드 중 후방 방향인 B코드를 활용하여 실사고 후방추돌을 분류하였다.
Fig. 1과 같이 3개의 겹침량과 2개의 충돌각도를 조합하여 6개의 충돌모드를 구분하였다. 겹침량에 대한 구분은 CDC의 네 번째 코드인 수평방향 파손범위를 활용하였으며, 좌측, 우측, 중앙부의 파손인 L, R, C 코드에 해당하는 적은 겹침량, 좌측 혹은 우측 파손이 중앙부까지 이어진 파손범위는 Y, Z 코드에 해당하는 큰 겹칩량, 전체면적이 모두 파손된 D 코드에 해당하는 전체 겹칩량의 세 유형을 분류하였다. 충돌각도는 CDC의 1, 2번 코드에 해당하는 힘의 방향 분류 범위가 차량 후방 6시를 기준으로 15도를 넘지 않는 충돌은 직각충돌로 분류하였으며, 15도를 초과하여 5시 이하 혹은 7시 이상인 경우 경사충돌로 분류하였다.
2.3. 탑승자 손상분류 체계
후방추돌로 탑승자한테 발생한 인체 손상은 미국 자동차의학진흥협회에서 개발한 약식손상척도(Abbreviated Injury Scale, AIS)를 기반하여 손상부위와 심각도를 분류하였다. AIS는 인체 손상 부위를 두경부, 얼굴, 흉부, 복부, 상하지, 화상이나 동상과 같은 외부요인의 6개의 유형으로 분류하고 있으며, 손상 심각도는 1점에서 6점까지 분류한다.
본 연구에서는 두경부, 경추, 흉부, 복부의 손상 발생에 대한 차이를 확인하였다. 또한, AIS 2점을 기준으로 손상 심각도를 분류하여 중등도 손상에 대한 위험도 차이를 확인하였다.
손상중증도점수(Injury Severity Score, ISS)는 손상의 심각도가 높은 3곳의 인체 부위의 AIS 점수를 우선순위에 따라 선택하여 식 (1)과 같이 계산한다. 본 연구에서는 중등도 손상에 해당하는 ISS 9점 이상의 손상 발생에 대한 위험을 확인하였다.
2.4. 연구에 포함된 변수
Table 1은 연구에 활용된 변수이며 충돌모드와 더불어, 선행된 후방추돌 연구들의 손상 영향요인을 고려하여 성별, 연령, 탑승위치, 안전벨트 착용여부, 차량종류, 충돌모드, 충돌물체, 차량파손심각도를 활용하였다. 연령은 OECD의 고령자 분류 기준에 따라 65세를 기준으로 두 그룹으로 구분되었다.(8) 충돌물체는 차량과 고정물체를 고려하였으며, 차량은 중량이 3.5톤 미만인 경·소형차량군과 3.5톤 이상인 중·대형차량군으로 구분하였다. Fig. 2와 같이 차량파손심각도는 CDC의 일곱 번째 코드를 기준으로 세 가지 유형으로 구분하였다. Zone 1은 파손도가 2 이하인 경미한 파손영역, Zone 2는 파손도가 3-5인 중간 파손 영역, Zone 3는 파손도가 6 이상의 심각한 파손영역이다.
Table 1.
Variables used in the study
2.5. 통계분석 방법론
본 연구는 통계분석을 통하여 변수 간의 상관성과 탑승자의 손상에 미치는 영향도를 확인하였다. 통계분석은 IBM SPSS Statistics Package 25를 활용하였다. 교차분석에서 카이제곱 검정을 시행하였고, 위험도 분석에서 이분형 로지스틱 회귀분석을 시행하였다.
각 지표 값의 유의성을 확인하기 위해 통계적 유의수준은 0.05 미만으로 확인하였다.
3. 연구결과 및 고찰
3.1. 후방추돌 탑승자의 ISS 점수에 따른 일반적 특성
Table 2는 ISS에 따른 변수들의 일반적 특성을 나타낸다. 연구에 활용된 472명의 대상자 중에서 ISS 9점 이상의 중등도 손상이 발생한 대상자는 62명으로 전체 대상자의 13%를 차지하였다. 중등도 손상 유형에서, 전체 겹침량의 직각충돌, 큰 겹침량의 경사충돌, 전체 겹침량의 경사충돌 충돌모드의 비율이 증가하였다(전체 겹침량 & 직각충돌; 39.5% vs 51.6%, 큰 겹침량 & 경사충돌; 6.6% vs 11.3%, 전체 겹침량 & 경사충돌; 2.4% vs 6.5%, p=0.026). 안전벨트를 미착용한 대상자는 착용한 대상자보다 중등도 손상 발생비율이 높았으며(32.3% vs 19.5%, p=0.029), 중·대형차량군의 충돌물체의 비율이 중등도 손상 유형에서 증가하였다(51.9% vs 24.8%, p<0.001). 또한, 중등도 손상에서 Zone 2와 Zone 3의 파손심각도의 비율이 증가하였다(Zone 2; 27.3% vs 33.9%, Zone 3; 12.0% vs 37.1%, p<0.001).
Table 2.
General characteristics of occupants injury in rear-end collisions
3.2. 탑승자 인체 부위별 손상발생 위험도 분석
Table 3은 인체 부위별로 ISS 9점 이상 혹은 AIS 2점 이상 손상 발생 위험도를 분석한 결과이다. ISS를 기반하였을 때, 경트럭은 세단보다 4.01배, 전체 겹침량의 경사충돌 유형은 적은 겹침량의 직각충돌보다 5.40배, 중·대형차량군의 충돌물체는 경·소형차량군보다 2.17배, 파손심각도가 증가할수록 2.61배, 5.61배 씩 위험도가 유의하게 증가하였다. 두경부에서는 조수석 탑승자가 운전자보다 0.46배, 안전벨트 미착용 시 4.12배, 경트럭은 세단보다 5.55배, 파손심각도가 증가할수록 2.83배, 8.82배 씩 위험도가 유의하게 증가하였다. 경추에서는 큰 겹침량의 경사충돌 유형이 적은 겹침량의 직각충돌보다 3.44배, 중·대형차량군의 충돌물체는 경·소형차량군보다 0.60배 위험도가 유의하게 증가하였다. 흉부에서는 안전벨트 미착용 시 6.87배, 전체 겹침량의 경사충돌유형은 적은 겹침량의 직각충돌보다 23.09배, 중·대형차량군의 충돌물체는 경·소형차량군보다 4.11배, Zone 3 파손 영역은 Zone 1보다 4.12배 위험도가 유의하게 증가하였다. 복부에서는 고령자가 비고령자보다 2.83배, 안전벨트 미착용 시 2.95배, 중·대형차량군의 충돌물체는 경·소형차량군보다 3.04배, 파손심각도가 증가할수록 2.87배, 3.86배 씩 위험도가 유의하게 증가하였다.
Table 3.
Risk analysis of occupant injury in rear-end collisions
3.3. 충돌모드에 따른 인체손상 고찰
선행연구에서는 70%의 겹침량과 30도의 충돌각도, 80 km/h의 속도의 후방추돌 시뮬레이션을 진행하여 더미에 발생한 손상을 분석하였다. 해당 연구의 손상 발생율은 겹침량과 충돌각도의 세부조건에 따라 다른 결과를 보였으며, 머리부위는 겹침량이 큰 원위방향의 경사충돌 유형에서(HIC=2,862), 경추부위는 겹침량이 큰 근위방향 경사충돌 유형에서 가장 위험하였다(NIJ=0.47). 본 연구에서도 큰 겹침량의 경사충돌 유형에서 두경부의 손상발생 위험도가 1.91배로 나타났으나 통계적인 유의성은 확인되지 않았다. 또한, 본 연구에서 경추부위는 큰겹침량의 경사충돌에서 3.44배 높은 손상 위험도를 보였으며, 인체 더미를 활용한 기존 연구의 결과와 손상기전이 유사하였다.(9)
3.4. 후방추돌 영향요인에 따른 인체손상 고찰
후방추돌 사고의 손상 심각도는 연령, 성별, 차량 유형 및 안전장치의 영향을 받는다.(10) 고령의 승객은 경추손상에 더 취약하고 여성은 경추손상을 입을 위험이 더 높다.(11) 다만, 본 연구에서는 경추손상의 위험도는 연령과 성별의 요인에서 확인되지 않았으며, 복부손상에서만 한정적으로 유의성이 나타났다. 그러나, 본 연구에서의 경추손상은 영상자료를 기반하여 경추부위의 골격 및 신경 손상이 직접적으로 판독된 경우만 포함하였으나, 선행연구에서는 목 부위 전체에서 단순 통증이 발생한 경우도 경추손상으로 포함하였기에 연구 간의 경추손상 판별기준 차이가 있었다. 세단에 탑승한 승객은 손상 발생률이 높고 충돌한 차량의 무게가 높을수록 승객의 손상이 증가한다.(12) 본 연구에서도 충돌물체의 중량에 따른 손상위험도는 중·대형차량군에서 2.17배 높았다. 탑승객을 보호하기 위한 안전장치인 안전벨트와 에어백은 탑승자의 거동을 제한하여 후방추돌로 인한 손상 발생이 경감되는 결과를 보였다.(13) 본 연구에서도 안전벨트 미착용 시 두경부, 흉부, 복부의 손상위험도가 4.12배, 6.87배, 2.95배 증가하여 안전벨트의 손상 저감효과가 확인되었다.
후방추돌로 인한 손상 부위 중에서 목 부위의 손상이 다양한 연구에서 주요하게 활용되고 있다.(9,11,13,14) 선행연구들은 차량속도, 안전장치, 겹침량과 충돌각도 등의 요인이 목 손상의 심각도에 미치는 영향을 연구하였으나, 본 연구는 심각도가 아닌 분석요인들의 구성에 따라 목 손상 발생위험도의 변화 여부를 확인한 차이점이 있으며, 큰 겹침량에 경사충돌 유형이 다른 후방추돌 유형보다 높은 손상 위험도가 나타남을 확인하였다.
4. 결 론
본 연구는 실사고 후방추돌에서 차량 특성과 겹침량, 충돌각도와 같은 충돌 형태가 탑승자의 손상위험도와 손상 부위에 미치는 영향을 확인하였으며. 이 외의 인적, 차량, 도로환경 등의 다양한 요인들을 분석에 포함하여 도출되는 손상위험도를 확인하였다.
손상중증도점수(ISS)를 기반한 탑승자의 종합적인 손상 특성에서는 차량종류, 충돌물체, 파손심각도, 겹침량과 충돌각도에 따라 손상심각도가 변화하였다. 다만, 인체손상 부위별로 손상심각도에 영향을 주는 요인들은 세부적인 차이가 있었다. 그러나 겹침량이 크고 경사진 방향으로 충돌이 발생했을 때 손상심각도가 증가하였다.
본 연구는 실사고 손상 데이터를 기반으로 하여 후방추돌 사고의 충돌특성을 고려하여 탑승자의 손상을 확인하고 손상 영향요인과 위험도를 제시한 점에서 의미가 있다. 해당 결과는 차량의 후방추돌 안전도 개선과 향후 다양하게 변화할 미래 모빌리티 탑승환경에서 탑승자의 후방에서 충격량이 발생하는 사고기전 발생시에 예상되는 손상특성을 예측하기 위한 자료로의 활용을 기대하고 있다.
다만 통계적인 자료 특성상, 특정한 차량형태나 사고상황, 탑승자의 손상기전을 일대일로 직접적으로 대변하기 어렵기에 실차충돌, 충돌 테스트 더미(ATD)를 활용한 손상기전 분석 등과 같이 직접적으로 사고를 매칭할 수 있는 연구기법과 연계를 통하여 언급된 한계를 극복하기 위한 노력이 필요하겠다.
