KR100806929B1 - 차량의 하중 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량에 화물 적재시 차량의 하중을 실시간으로 측정하여 차량의 운전자 또는 화물 적재자에게 출력하는 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명의 차량의 하중 측정 방법은, 차량의 차체와 차축을 연결하도록 설치되어 차체와 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 센서를 이용하여 차량의 하중을 측정하는 방법으로서, (a) 차량의 공차시 및 만차시의 센서의 전압 측정값 및 하중값을 이용하여 기준값들을 설정하여 저장하는 단계; 및 (c) 차량에 하중이 인가됨에 따라서 차체와 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 생성하고, 전압 측정값 및 기준값들을 이용하여 차량에 인가된 하중값을 생성하는 단계를 포함하므로써, 차량의 현가장치의 종류와 상관없이 차량의 하중을 측정하여 차량의 운전자 또는 화물 적재자에게 실시간으로 출력할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량의 하중 측정 방법 및 장치{Method and apparatus for measuring the load weight of the vehicle}
도 1 및 도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 하중 측정을 위한 센서부의 설치예를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4 는 센서부(600)의 상세 구성을 도시하는 도면으로서, 전압 측정부(604)가 제 1 고정부(601)에 설치된 경우를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 하중 인가에 따른 센서부(600)의 동작을 설명하는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 하중 측정 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도이다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 하중 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8 은 이러한 센서 기준값과 실제 센서값들의 차이를 설명하는 도면이다.
삭제
도 9 는 동일한 하중을 재하 또는 적재하는 경우, 하중이 마찰없이 에어스프링 자체에 직접적으로 인가될 때 측정되는 전압 측정값의 변위량과 프레임의 고정핀과 축을 통해 마찰이 존재하는 상태에서 에어스프링의 압력 변화에 따라서 측정되는 전압 측정값의 변위량을 시간에 따라서 도시한 그래프이다.
본 발명은 차량의 하중 측정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 본 발명은 외부 환경에 의한 측정 오차를 최소화할 수 있는 차량의 하중 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
과적차량의 운행은 도로 및 교량 구조물 등에 손상 요인으로 작용하므로 도로의 내구연한을 단축시켜 이에 따른 유지보수 비용을 증가시키고 과중한 무게로 인하여 조종 및 제동 능력이 떨어지므로 대형 교통사고의 원인이 되기도 한다.
또한 과적차량은 주행 성능이 상대적으로 떨어지므로 해당 도로의 용량을 저하시키며, 운행시 소음과 진동의 유발, 배기가스 배출 등으로 도로 주변의 환경 오염 요인으로도 작용한다.
이러한 과적의 폐해를 막기 위해 여러 가지 시스템들을 도입한 단속방법과 측정방법들이 나타나고 있다. 이러한 방법들 중 대부분이 도로면의 바닥에 센서를 설치하여 차량의 무게를 측정하는 고정식 축중 측정 시스템을 도입하고 있으며, 화물운송이 잦은 공사현장과 물류창고, 수출입항만 등에도 사설 계근대를 도입하고 있다.
하지만, 많은 예산과 장비운영의 문제점 때문에 전국적으로 확산되어 운영되지 못하고 있는 실정으로서 현재 도입되고 있는 대부분의 과적측정방법은 상차지점 에서 멀리 떨어져 있는 계근대에서 이루어지고 있다.
이러한 현재 차량 중량측정의 구조상 문제는 화물차량의 이동중 과적으로 인한 도로 및 구조물의 파손이 불가피하게 이루어지는 경우가 발생할 뿐 아니라, 원거리에 위치한 계근대에서 측정한 적재량이 기준 초과시 다시 상차지까지 이동후 짐을 내려 재검사를 해야하는 문제점을 안고 있다.
이러한 구조상의 문제는 수출을 주목적으로 하는 항만이나, 공항에서도 빈번하게 발생하여 물류비의 상승을 초래하며, 화물차 운전자에게는 고의성이 없는 상태에서 법을 위반하게 하는 문제점과 도로 및 구조물의 파손을 일으키게 한다.
한편, 이러한 문제를 해결하기 위해서 제안된 종래 기술에 따른 차량의 자체 중량을 측정할 수 있는 장치로서는 판스프링에 스트레인 게이지를 부착하여 그 변위량을 측정함으로써 차량의 무게를 측정하는 판스프링 방식의 차량에 적용하는 시스템과, 에어 스프링의 공기압력을 이용하여 차량의 무게를 측정하는 압력방식 시스템, 그리고 로드셀을 적용하여 차량의 무게를 측정하는 로드셀방식 시스템과 차량의 적재함의 무게만을 측정할 수 있는 유압게이지 방식 시스템으로 구분할 수 있다.
상술한 종래의 차량 중량을 측정하는 방법들은 차량에 설치된 현가장치에 따라서 측정방법이 결정되어야 하고, 차량에 설치된 현가장치의 종류에 상관없이 범용으로 적용될 수 있는 자차 하중 측정 방법 및 시스템은 제안되지 못하였다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차량에 설치된 현가장치의 종류에 상관없이 차량의 하중을 측정할 수 있는 차량 하중 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차량의 적재 중량을 화물 차량의 운전자 또는 화물의 적재자가 직접 현장에서 알 수 있도록 하여, 과적으로 인해 발생되고 있는 상술한 문제점을 개선할 수 있는 차량 하중 측정 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 차량 하중 측정 장치는, 차량의 차체와 차축을 연결하도록 설치되어 차체와 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 센서부; 센서부로부터 입력된 아날로그 전압 측정값을 디지털로 변환하여 디지털 전압 측정값을 출력하는 A/D 변환부; 차량의 공차시 및 만차시에 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값, 및 외부로부터 입력된 하중값을 이용하여 기준값들을 생성하여 저장하고, 차량에 실제로 하중이 인가됨에 따라서 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값 및 기준값을 이용하여 차량에 인가된 하중값을 생성하여 출력하는 제어부; 기준값 및 하중값을 저장하는 데이터 저장부; 및 제어부로부터 차량의 하중값을 실시간으로 입력받아 차량의 운전자 또는 화물의 적재자에게 출력하는 사용자 출력부를 포함한다.
또한, 상술한 제어부는, 차량에 하중을 인가하기 직전에, A/D 변환부로부터 입력된 전압 측정값을 이용하여 차량 외부의 환경 변화로 인한 측정 오차에 대한 오차 보정값을 생성하여 데이터 저장부로 출력하여 저장하고, 오차 보정값을 이용 하여 하중값을 보정하여 최종 하중값을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 기준값들은 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 포함하고, 제어부는 차량의 만차시의 하중값 및 공차시의 하중값간의 차와, 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 비례상수를 결정할 수 있고, 이 경우, 상술한 제어부는 전압 측정값에 비례 상수를 승산하여 하중값을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 차량 하중 측정 장치는, 상술한 제어부는, 실제 하중의 인가전에, 차량의 현가 장치의 마찰이 해지된 상태에서 충격을 가하면서 하중을 인가할 때 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값의 동적 변위량을 측정하여 마찰해지 충격 에너지를 생성하여 데이터 저장부에 저장하고, 현가 장치의 마찰이 존재하는 상태에서 충격없이 하중을 인가할 때 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정량값의 정적 변위량을 측정하여 데이터 저장부에 저장하며, 실제 하중의 인가시에, A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값을 이용하여 차량의 상차시 충격 에너지를 계산하고, 상차시 충격 에너지와 마찰해지 충격 에너지의 비율과, 정적 변위량을 이용하여 하중값을 계산할 수 있고, 이 경우, 상술한 제어부는, 차량의 만차시의 하중 및 공차시의 하중간의 차와, 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 기준값으로서 결정하고, 비율과 정적 변위량을 승산한 결과에, 비례 상수를 승산하여 하중값을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 차량 하중 측정 장치의 센서부는 차량의 차체에 설치된 제 1 고정부; 차량의 차축에 설치된 제 2 고정부; 제 1 고정부 또는 제 2 고정부에 설치되고, 차체와 차축간 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 전압 측정부; 및 서로 피벗 연결된 제 1 암 및 제 2 암으로 구성되고, 제 1 암은 전압 측정부의 회전축에 회전 가능하도록 연결되고, 제 2 암은 전압 측정부와 대응되는 제 2 고정부 또는 제 1 고정부에 피벗 연결된 연결부를 포함하고, 전압 측정부는 그 내부에 저항체, 및 저항체와 접촉하여 접점을 형성하고 제 1 암과 수평 방향으로 제 1 암에 결합되어 제 1 암이 회전축을 중심으로 회전할 때 연동되어 회전함으로써 접점의 위치가 변경되는 프로브를 포함할 수 있고, 이 경우에, 저항체에는 항상 일정한 전압이 인가되고, 저항체에 인가되는 전압 측정의 기준점과 접점 간의 전압이 전압 측정값으로서 출력될 수 있다.
한편 상술한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 차량 하중 측정 방법은, 차량의 차체와 차축을 연결하도록 설치되어 차체와 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 센서를 이용하여 차량의 하중을 측정하는 방법으로서, (a) 차량의 공차시 및 만차시의 센서의 전압 측정값 및 하중값을 이용하여 기준값들을 설정하여 저장하는 단계; 및 (c) 차량에 하중이 인가됨에 따라서 차체와 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 생성하고, 전압 측정값 및 기준값들을 이용하여 차량에 인가된 하중값을 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 상술한 기준값들은 센서 기준값을 포함하고, (a) 단계와 (c) 단계 사이에, (b) 차량에 하중을 인가하기 직전에, 센서에서 측정된 전압 측정값을 센서 기준값과 비교하여 차량 외부의 환경 변화로 인한 측정 오차에 대한 오차 보정값을 생성하는 단계;를 더 포함하고, (c) 단계 이후에, (d) 오차 보정값을 이용하여 (c) 단계에서 생성된 하중값을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 차량 하중 측정 방법에서, 기준값들은 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 포함하고, (a) 단계는, 차량의 만차시의 하중값 및 공차시의 하중값간의 차와, 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 비례상수를 결정할 수 있고, 이 경우, 상술한 (d) 단계는, 전압 측정값에 비례 상수를 승산하여 하중값을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 (a) 단계는, 차량의 현가 장치의 마찰이 해지된 상태에서 충격을 가하면서 하중을 인가할 때의 전압 측정값의 동적 변위량을 측정하여 마찰해지 충격 에너지를 생성하여 저장하고, 현가 장치의 마찰이 존재하는 상태에서 충격없이 하중을 인가하여 전압 측정량값의 정적 변위량을 측정하여 저장하며, (c) 단계는 측정된 전압 측정값을 이용하여 차량의 상차시 충격 에너지를 계산하고, 상차시 충격 에너지와 마찰해지 충격 에너지의 비율과, 정적 변위량을 이용하여 하중값을 계산할 수 있고, 이 경우에, 기준값들은 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 포함하고, (a) 단계는 차량의 만차시의 하중 및 공차시의 하중간의 차와, 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 비례상수를 결정하고, (d) 단계는 비율과 정적 변위량을 승산한 결과에, 비례 상수를 승산하여 하중값을 생성할 수 있다.
또한, 상술한 센서는 차량의 차체에 설치된 제 1 고정부; 차량의 차축에 설 치된 제 2 고정부; 제 1 고정부 또는 제 2 고정부에 설치되고, 차체와 차축간 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 전압 측정부; 및 서로 피벗 연결된 제 1 암 및 제 2 암으로 구성되고, 제 1 암은 전압 측정부의 회전축에 회전 가능하도록 연결되고, 제 2 암은 전압 측정부와 대응되는 제 2 고정부 또는 제 1 고정부에 피벗 연결된 연결부를 포함하고, 전압 측정부는 그 내부에 저항체, 및 저항체와 접촉하여 접점을 형성하고 제 1 암과 수평 방향으로 제 1 암에 결합되어 제 1 암이 회전축을 중심으로 회전할 때 연동되어 회전함으로써 접점의 위치가 변경되는 프로브를 포함할 수 있고, 이 경우에, 저항체에는 항상 일정한 전압이 인가되고, 저항체에 인가되는 전압 측정의 기준점과 접점 간의 전압이 전압 측정값으로서 출력될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 하중 측정 장치 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 하중 측정을 위한 센서부의 설치예를 도시한 도면이다. 일반적인 차량에 하중이 인가됨에 따라서 차체(200)에 실린 하중은 현가장치로 전달되고, 인가된 하중에 비례하여 현가장치의 변형이 발생하면 현가장치에 의해서 지지되는 차체(200)는 아래쪽으로 이동하게 된다. 따라서, 차량에서 하중이 인가되어도 위치에 변함이 없는 차축(100)과 하중이 인가됨에 따라서 위치가 변화하는 차체(200)간의 거리는 차량에 인가된 하중에 따라서 변화하게 된다.
즉, 차량에 하중이 인가되지 않았을 때의 차축(100)과 차체(200)간의 거리는 차량에 하중이 인가됨에 따라서 줄어들게 되고, 차축(100)과 차체(200)간의 거리를 측정함으로써 차량에 인가된 하중을 측정할 수 있다.
본 발명의 차량 하중 측정 방법은 상술한 개념에 기초하여 차축(100)과 차체(200)의 거리를 측정함으로써 차량에 인가된 축하중 및 총하중을 측정한다.
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 차축(100)과 차체(200)간의 거리를 측정하는 센서부(600)는 차체(200)에 설치되는 제 1 고정부(601), 차축(100)에 설치되는 제 2 고정부(602), 제 1 고정부(601) 또는 제 2 고정부(602)에 설치된 전압 측정부(604), 및 제 1 고정부(601) 또는 제 2 고정부(602)와 전압 측정부(604)를 연결하는 연결부(603)를 포함하여 구성된다.
도 3 및 도 4 는 센서부(600)의 상세 구성을 도시하는 도면으로서, 전압 측정부(604)가 제 1 고정부(601)에 설치된 경우를 도시한다.
먼저, 도 3 을 참조하면, 제 2 고정부(602)가 차축(100)에 설치되고, 제 1 고정부(601)가 차체(200)에 설치되면, 제 1 고정부(601)에 의해서 전압 측정부(604)는 제 1 고정부(601)에 설치되어 차체(200)에 고정된다. 연결부(603)는 서로 피벗 연결된 2개의 암으로 구성되고, 제 1 암(603-1)은 전압 측정부(604)의 회전축에 연결되고, 제 2 암(603-2)은 제 2 고정부(602)에 피벗 연결된다.
도 4 를 참조하면, 전압 측정부(604)는 그 정면이 원형으로 구현되고, 그 내부에는 저항체(604-1)가 원호를 따라서 설치되며, 제 1 암(603-1)은 전압 측정부(604)의 중심에 형성된 회전축에 연결되고, 제 1 암(603-1)의 말단에는 저항체(604-1)와 접속되는 프로브(605)가 제 1 암(603-1)과 수평 방향으로 설치된다. 프로브(605)는 제 1 암(603-1)과 일체로 형성될 수 있고, 각각 형성되어 소정의 결합 수단에 의해서 제 1 암(603-1)에 결합될 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 하중 인가에 따른 센서부(600)의 동작을 설명하는 도면이다. 도 5a 및 도 5b를 더 참조하여 센서부(600)의 동작을 설명하면, 먼저, 차량에 인가된 하중에 의한 차축(100)과 차체(200)간의 거리 변화를 측정하기 위해서, 전압 측정부(604)의 내부에 설치된 저항체(604-1)로 일정한 전류가 공급되고, 따라서, 저항체(604-1)에는 일정한 전압(Vinput)이 걸리게 된다.
차량에 하중이 인가되지 않은 상태에서, 차축(100)과 차체(200)간의 거리는 D1 이고, 전압 측정부(604) 내부의 저항체(604-1)와 프로브(605)간의 접점과 전압 측정의 기준점(A)과 대응되는 저항체(604-1) 말단(B)과의 각도는 a1과 같다.
차량에 하중이 인가됨에 따라서 차체(200)가 차축 방향으로 이동하여 차축(100)과 차체(200)간의 거리가 D2 로 감소된다. 차체(200)가 이동함에 따라서 제 1 암(603-1)은 전압 측정부(604)의 회전축을 따라서 이동하게 되고, 제 1 암(603-1)에 수평방향으로 설치된 프로브(605)는 전압 측정부(604) 내부에서 회전축을 중심으로 회전하게 되어, 저항체(604-1)와의 접점의 위치가 변경되어 접점과 저항체(604-1) 말단(B)간에 이루는 각은 a2 로 감소되고, 저항체(604-1)의 접점과 기준점(A) 사이의 길이는 증가한다.
따라서, 프로브(605)와 저항체(604-1)의 접점과 기준점(A)간에는 차축(100)과 차체(200)간의 거리에 반비례하고, 차량에 인가된 하중에 비례하는 전압(Voutput)이 걸리게 되고, 센서부(600)는 측정된 전압(Voutput)을 출력하게 된다. 이 때, 제 1 암(603-1) 및 제 2 암(603-2)의 길이를 조절하여 측정값의 정밀도를 조절할 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.
지금까지 도 1 내지 도 5b 를 참조하여, 본 발명의 따른 차량 하중 측정 개념을 설명하였다. 이하에서는 도 6 내지 도 9 를 참조하여 본 발명의 차량의 하중 측정 장치와 방법을 설명한다.
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 하중 측정 장치의 전체 구성을 도시하는 블록도이다. 도 6 을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 하중 측정 장치는 상술한 전원 공급부(670), 전압 조정부(680), 센서 그룹부, 채널 선택부(610), 신호 증폭부(620), A/D 변환부(630), 제어부(650), 데이터 저장부(640), 및 사용자 출력부(660)를 포함한다.
먼저, 데이터 저장부(640)는 사전에 입력된 센서부(600)의 측정 기준값(센서 기준값) 및 후술하는 비례 상수를 저장한다. 또한, 데이터 저장부(640)는 차량에 하중을 인가하기 직전에 제어부(650)에서 생성된 오차 보정값을 저장하고, 차량에 하중을 인가할 때 제어부(650)에서 생성된 센서값 및 차량의 하중값을 시간별로 저장한다.
전원 공급부(670)는 명확하게 도시되지는 않았지만, 상술한 각각의 구성 요소들에 전원을 공급하는 기능을 수행하고, 전압 조정부(680)는 전원 공급부(670)로부터 전원을 공급받아, 센서부(600) 내부의 저항체(604-1)에 항상 일정한 전압이 인가되도록 일정한 전류를 센서부(600)로 출력한다.
센서 그룹부는 각 차축(100)과 차체(200)에 설치된 복수의 센서부(600)를 포 함하여 구성되고, 센서 그룹부의 각 센서부(600)는 전압 조정부(680)로부터 일정한 전류를 공급받아 내부에 설치된 저항체(604-1)를 통해서 전류를 흘림으로써 저항체(604-1)에 항상 일정한 전압이 인가되도록 하고, 차축(100)과 차체(200)간의 길이의 변화에 따라서 변경되는 저항체(604-1)와 프로브(605)의 접점에 따라서 기준점과 접점간의 전압을 채널 선택부(610)로 출력한다.
채널 선택부(610)는 제어부(650)로부터 입력되는 제어신호에 따라서 각 차축(100)에 설치된 센서부(600)를 하나씩 선택하여, 선택된 센서부(600)로부터 입력된 전압 측정값을 신호 증폭부(620)로 출력한다.
신호 증폭부(620)는 채널 선택부(610)로부터 입력된 전압 측정값을 일정한 레벨로 증폭하여 A/D 변환부(630)로 출력한다.
A/D 변환부(630)는 아날로그 신호인 전압 측정값을 디지털 신호로 변환하여 제어부(650)로 출력한다.
제어부(650)는 차량에 하중을 인가하기 직전에 공차상태에서 차량의 센서값들을 측정하여 데이터 저장부(640)에 저장된 센서 기준값과 비교하여 오차 보정값을 생성하여 데이터 저장부(640)로 출력하여 저장한다.
또한, 제어부(650)는 각 채널별로 A/D 변환부(630)로부터 입력된 센서 측정값(전압 측정값)을 이용하여 해당 센서가 설치된 차축(100)의 축하중값을 생성하고, 생성된 축하중값을 오차 보정값을 이용하여 보정하여 최종 축하중값을 생성하며, 각 센서부(600)의 최종 축하중값을 이용하여 차량 전체의 총하중을 계산하여 데이터 저장부(640) 및 사용자 출력부(660)로 출력한다.
사용자 출력부(660)는 차량의 운전석에 설치되어 제어부(650)로부터 입력된 축하중값 및 차량 전체의 하중값을 운전자에게 표시하고, 차량의 외부에 설치되어 차량에 화물을 적재하는 적재자에게 표시한다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 하중 측정 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7 을 참조하면, 차량의 하중을 측정하기 위해서는 먼저 공차 상태 및 만차 상태에서 기준값을 설정한다(S700). 제 S700 단계를 구체적으로 설명하면, 먼저, 기준값 설정을 위해서, 공차상태에서 계근대에서 차량의 축하중을 측정하고, 이 때의 각 센서부(600)의 센서값(전압 측정값)을 센서 기준값으로서 데이터 저장부(640)에 저장한다(S702).
그 후, 차량에 하중을 인가하여 만차 상태로 다시 계근대에서 차량의 축하중을 측정하고, 이 때의 각 센서부(600)의 센서값(전압 측정값)을 측정한다(S704).
그 후, 제어부(650)는 만차시의 센서값 및 공차시의 센서값을 이용하여, 일반적인 상황에서 측정값을 이용하여 비례적으로 차량의 하중을 계산할 때 이용되는 비례식의 기울기 값(비례 상수)을 결정한다(S706).
예컨대, 차량의 하중에 따라서 측정값인 전압값이 비례적으로 증가하거나 감소한다고 가정할 때, 센서부(600)가 설치된 차축(100)의 축하중값(Y)은 전압 측정값(X)에 따라서 선형적으로 비례관계가 성립되어, Y=AX 와 같은 수식으로 나타낼 수 있고, 이 때의 비례상수 A 는 다음의 수학식 1 에 의해서 구할 수 있다.
Figure 112006001778700-pat00001
한편, 제 S700 단계가 수행된 후, 시간과 장소를 달리하여 차량에 하중을 인가하는 경우에, 변화된 외부 환경으로 인한 측정 하중값의 오차 보정을 위해서 차량에 하중을 인가하기 직전에 오차 보정값을 생성한다(S710). 제 S710 단계에 대해서 설명하면, 각 센서부(600)는 일정한 시간 주기(예컨대, 채널 선택부(610)에서 해당 센서부(600)를 선택하는 시간 주기)로 소정 회수만큼 전압 측정값을 생성하고(S712), 각 센서부(600)의 전압 측정값은 순차적으로 채널 선택부(610)를 통해서 신호 증폭부(620)로 출력되어 증폭된 후, A/D 변환부(630)에서 디지털로 변환되어 제어부(650)로 출력된다(S714).
제어부(650)는 각 센서부(600)의 전압 측정값들을 순차적으로 데이터 저장부(640)에 저장한 후, 저장된 각 센서부(600)의 전압 측정값들에 대한 평균값을 생성한다(S716). 이렇게 동일한 센서부(600)로부터 복수의 전압 측정값들을 입력받은 후, 이들을 평균하여 출력함으로써, 전압 측정값의 오차를 최소화할 수 있게 된다.
그 후, 제어부(650)는 전압 측정값의 평균값을 이용하여 오차 보정값(B)을 생성한다(S718). 오차 보정값은 전압 측정값의 평균값과 상술한 제 S702 단계에서 측정된 기준값간의 차에 상술한 수학식 1 에 의해서 얻어진 비례상수를 곱하여 구할 수 있다.
도 8 을 참조하여, 오차 보정값에 대해서 부연하여 설명하면, 실제로 차량에 하중인 인가되는 순간의 센서값들은 상술한 제 S700 단계에서 설정된 센서 기준값들과 차이가 있다. 도 8 은 이러한 센서 기준값과 실제 센서값들의 차이를 설명하는 도면이다. 이러한 센서값들의 차이는 차량에 하중이 인가되는 시점에서의 온도 등의 외부 환경이 센서 기준값을 설정할 때와 다르기 때문에 발생한다. 따라서, 이러한 외부 환경의 차이로 발생하는 측정값의 오차를 보정함으로써, 보다 정확한 차량의 하중을 측정할 수 있게 된다.
이를 위해서, 측정된 전압 측정값이 상술한 제 S702 단계에서 측정된 기준 측정값보다 큰 경우에는 음의 오차 보정값을 생성하고, 전압 측정값이 기준 측정값보다 작은 경우에는 양의 오차 보정값을 생성한다.
한편, 각 센서부(600)에 대한 오차 보정값의 생성이 완료되면, 차량에 하중을 인가하기 시작하고, 하중이 인가됨에 따라서 측정된 센서 측정값(전압 측정값)은 실시간으로 채널 선택부(610), 신호 증폭부(620), 및 A/D 변환부(630)를 거쳐서 제어부(650)로 입력된다(S720).
제어부(650)는 각 센서부(600)로부터 입력된 전압 측정값을 이용하여 각 센서부(600)가 설치된 차량축의 축하중값을 계산한다(S730), 구체적으로, 제어부(650)는 상술한 제 S700 단계에서 수학식 1 에 의해서 얻어진 비례상수 A 에 입력된 전압 측정값(X)을 곱하여 현재의 축하중값(Y)을 생성한다. 즉, 제어부(650) Y=AX 의 수식에 압력 측정값을 대입하여 축하중값을 생성한다.
그 후, 제어부(650)는 해당 센서부(600)의 오차 보정값을 이용하여, 계산된 축하중값의 오차를 보정함으로써 해당 차축(100)의 최종 축하중값을 생성하고, 차 량의 전체 하중값을 생성하여 사용자에게 출력한다(S740). 이 때, 제어부(650)는 상술한 제 S710 단계에서 생성된 오차 보정값(B)을 제 S730 단계에서 계산된 축하중값에 더하여 최종 축하중값을 생성할 수 있다.
결국, 제어부(650)는 다음의 수학식 2 에 전압 측정값(X) 및 오차 보정값(B)를 대입하여 센서부(600)가 설치된 축하중값(Y)을 계산하고, 이들을 합산하여 차량의 총하중값을 계산한다.
Figure 112006001778700-pat00002
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 하중 측정 방법 및 장치에 대해서 설명하였다. 이러한 실시예를 적용함으로써 종래 기술의 차량 측정 방법의 오차를 획기적으로 개선할 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다.
다만, 상술한 실시예에 따른 하중 측정 방법에 의하더라도 약간의 측정 오차가 존재하는데, 이는 차량에 화물을 적재할 때 상차시 상태에 따라서 현가장치에서 발생하는 마찰력에 기인한다.
차량 상판 프레임에 하중이 인가되면, 인가된 하중은 각 축별 고정핀에 전달되고, 지렛대 원리에 의해 에어스프링에 그 하중에 의한 변화 값이 발생된다.
프레임 상판에 하중이 인가되면 고정핀과 각 차축 사이에 마찰력이 발생하고, 이로 인해 각 에어스프링에 유발되는 공기압력의 변형률은 하중이 직접 에어스프링에 인가되었을 때와 다르게 오차를 발생시킨다.
도 9 는 동일한 하중을 재하 또는 적재하는 경우, 하중이 마찰없이 에어스프링 자체에 직접적으로 인가될 때 측정되는 전압 측정값의 변위량과 프레임의 고정핀과 축을 통해 마찰이 존재하는 상태에서 에어스프링의 압력 변화에 따라서 측정되는 전압 측정값의 변위량을 시간에 따라서 도시한 그래프이다.
도 9 를 참조하면, 이상적인 상태에서의 측정 변위량은 고정핀에 의한 고정방법을 이용하지 않고, 에어 스프링 자체로 가정하여 충격을 주지 않고 하중을 인가하였을 때, 센서부(600)에서 측정되는 측정 변위량(거리 또는 전압 측정값)을 얻어내는 경우를 말한다.
동적 변화란 샘플링 간격을 적어도 초당 20회 이상(>20Hz)으로 측정하여 화물을 적재할 때 충격에 의해 진동하는 에어 스프링의 영향에 의해 변화되는 변위량 측정하는 것을 의미하며 고정핀의 핀 마찰에 의해 감쇄되어 궁극적으로는 마찰과 충격이 없는 이상적인 상태의 압력 값과 동일하게 수렴한다.
정적 변화란 고정핀의 핀 마찰이 존재하는 상태에서 충격을 주지 않고 하중을 재하하는 경우에 에어스프링의 압력 변화에 따라서 측정되는 변위량을 의미하며 충격에 의한 동적효과가 반영되지 않아 하중에 의해 곧바로 최대 변위량에 도달하나 마찰에 의한 변위량의 감소로 이상적인 상태에서의 변위량보다 다소 적게 측정됨을 알 수 있다.
도 9 의 이상적인 상태에서의 상차시 변위량을 보면, 시간의 경과에 따라 변위량 커지다가 일정한 크기로 유지되는 것을 볼 수 있다. 그러나 실제로 정적 변형측정, 즉 차량이 평탄한 곳에 정차된 상태에서 화물이 적재되고 난 후의 정적인 변화를 보면 시간이 경과하더라도 이상적인 상태의 값에 못 미치는 것을 볼 수 있다. 이러한 이유는 에어 스프링의 고정핀 사이의 마찰에 의해 적재된 화물의 무게가 압력 변화로 정확히 전달되지 못하여, 전압 측정값도 이에 따라서 적재된 하중을 정확하게 나타내지 못하기 때문이다.
따라서, 정적인 변위량 측정만으로는 화물 적재에 따른 축중을 과소 평가하게 되어 적재즉시 정확한 축중의 계측이 불가능하며, 이러한 과소 평가는 실제 무게의 5% 이상까지 차이가 발생될 수 있어 차량 운전자에게 큰 부담이 될 수 있다.
반면, 차량에 화물을 적재할 때 그 충격에 따른 변위량의 시간적 변화를 고려하게 되면 상차시 에어스프링의 고정핀 마찰에 의한 영향을 반영할 수 있어, 실제 축중을 정확히 구할 수 있다.
이러한 마찰력의 영향은 현가장치가 겹판 스프링으로 구현되는 경우에는 현가장치가 에어스프링으로 구현되는 경우보다 심각함을 당업자는 알 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 바람직한 다른 실시예는 상술한 실시예에서 현가장치에서 발생하는 마찰에 의한 영향을 고려하여 축하중을 계산한다. 본 실시예는 화물 적재시의 차량의 현가장치에 가해지는 화물의 무게로 인한 차축(100)과 차체(200)간의 길이의 변화(이에 따른 전압값)를 동적으로 측정하여 충격에너지를 구하고, 이 를 이상적인 상태, 즉, 현가장치의 마찰이 해지된 상태에서의 충격에너지와 비교하여 정적 상태의 변위량을 보정한다.
차량에 화물을 적재할 때 현가장치를 통해서 본 발명의 센서부(600)에 가해지는 충격에너지(Impact Energy)는 도 9에서 도시된 동적 변위량(εv)과 시간(ΔT)의 곱으로서, 아래의 수학식 3 과 같이 표현된다.
Figure 112006001778700-pat00003
상술한 수학식 3에서 동적 변위량(εv)는 최대 동적 변위량과 최소 동적 변위량간의 차를 나타내고, 시간(ΔT)는 하중인가 시점부터 첫 번째 최소 동적 변위량까지의 시간을 각각 나타낸다.
이 때, 동적 변위량, 즉 시간에 따른 동적인 변화는 초당 20회 ~ 200회의 범위로 측정하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 초당 50회 ~ 100회 정도로 측정한다.
현가장치에 마찰이 없는 이상적인 상태에서의 마찰해지충격에너지를 미리 산정해 두고, 실제 상차시의 충격에너지와의 비율을 구하면 정적 상태에서의 변위량의 오차를 가늠할 수 있으며, 상기 비율로 아래의 수학식 4 에 의하여 정적 변위량을 보정함으로써 상차시 실제 무게를 환산할 수 있다.
Figure 112006001778700-pat00004
여기서, α는 축하중 환산계수로서, 상술한 실시예의 제 S700 단계에서 얻어진 A 와 동일한 값을 나타내고, vs 는 정지상태에서의 적재하중에 의한 전압 측정값의 변위량을 나타낸다.
먼저, 상술한 제 S700 단계에서, 현가장치의 마찰이 해지된 상태(예컨대, 고정핀과 에어 스프링이 설치된 차축간의 마찰이 해지된 상태)에서, 충격을 가하면서 하중을 인가할 때의 전압 측정값의 동적 변위량을 구하고, 상술한 수학식 4를 이용하여 동적 변위량으로부터 마찰해지 충격에너지를 구하여 데이터 저장부(640)에 저장한다.
또한, 제 S700 단계에서, 상술한 마찰이 존재하는 상태에서 충격없이 하중을 인가하여 정적 변위량을 구하여 데이터 저장부(640)에 저장한다.
한편, 축하중 환산계수 α는 상술한 수학식 1 에 의해서 구해진다.
그 후, 차량에 하중을 인가할 때, 제 S730에서 센서부(600)는 초당 20회 이상으로 거리를 측정하여 전압 측정값을 출력함으로써 상차시 현가장치로 인한 전압 측정값의 동적 변위량을 구하고, 제어부(650)는 상술한 수학식 3을 이용하여 동적 변위량으로부터 상차시 충격에너지를 구한다.
제어부(650)는 상술한 수학식 4 에 의해서 축하중값을 계산하고, 계산된 축하중값에 상술한 제 S740 단계와 동일한 방식으로 오차 보정값을 합산함으로써 축 하중값의 오차를 보정하고, 보정된 각각의 축하중값을 합산함으로써 차량 전체의 하중값을 생성한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 차량 하중 측정 방법 및 장치는 차량의 현가장치의 종류와 상관없이 차량의 하중을 측정하여 차량의 운전자 또는 화물 적재자에게 실시간으로 출력할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 차량 하중 측정 방법 및 장치는 사전에 기준값을 설정하고, 시간과 장소를 달리하여 차량에 하중을 적재하기 전에, 해당 환경의 센서값을 측정하여 오차 보정값을 미리 생성하여 차량의 측정 하중을 보정함으로써, 온도의 변화 또는 차량의 기울어짐과 같은 외부 환경 변화로 인한 오차를 정확하게 보정할 수 있는 효과가 있고, 이로 인해서, 본 발명의 차량 중량 측정 방법 및 장치는 종래의 차량 하중 측정 시스템보다 정확성, 범용성, 효율성 및 신뢰성이 높은 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 차량의 차체와 차축을 연결하도록 설치되어 상기 차체와 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 센서를 이용하여 차량의 하중을 측정하는 방법으로서,
    (a) 상기 차량의 공차시 및 만차시의 상기 센서의 전압 측정값 및 하중값을 이용하여 센서 기준값을 포함하는 기준값들을 설정하여 저장하는 단계;
    (b) 차량에 하중을 인가하기 직전에, 상기 센서에서 측정된 전압 측정값을 상기 센서 기준값과 비교하여 차량 외부의 환경 변화로 인한 측정 오차에 대한 오차 보정값을 생성하는 단계;
    (c) 상기 차량에 하중이 인가됨에 따라서 상기 차체와 차축간의 거리를 나타내는 상기 전압 측정값을 생성하고, 상기 전압 측정값 및 상기 기준값들을 이용하여 상기 차량에 인가된 하중값을 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 오차 보정값을 이용하여 상기 (c) 단계에서 생성된 하중값을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기준값들은 상기 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 포함하고,
    상기 (a) 단계는, 상기 차량의 만차시의 하중값 및 공차시의 하중값간의 차와, 상기 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 상기 비례상수를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 전압 측정값에 상기 비례 상수를 승산하여 상기 하중값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    차량의 현가 장치의 마찰이 해지된 상태에서 충격을 가하면서 하중을 인가할 때의 전압 측정값의 동적 변위량을 측정하여 마찰해지 충격 에너지를 생성하여 저장하고, 상기 현가 장치의 마찰이 존재하는 상태에서 충격없이 하중을 인가하여 상기 전압 측정량값의 정적 변위량을 측정하여 저장하며,
    상기 (c) 단계는
    상기 측정된 전압 측정값을 이용하여 상기 차량의 상차시 충격 에너지를 계산하고, 상기 상차시 충격 에너지와 상기 마찰해지 충격 에너지의 비율과, 상기 정적 변위량을 이용하여 상기 하중값을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준값들은 상기 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 포함하고,
    상기 (a) 단계는 상기 차량의 만차시의 하중 및 공차시의 하중간의 차와, 상기 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 상기 비례상수를 결정하고,
    상기 (d) 단계는 상기 비율과 상기 정적 변위량을 승산한 결과에, 상기 비례 상수를 승산하여 상기 하중값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 방법.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 센서는
    상기 차량의 차체에 설치된 제 1 고정부;
    상기 차량의 차축에 설치된 제 2 고정부;
    상기 제 1 고정부 또는 상기 제 2 고정부에 설치되고, 상기 차체와 상기 차축간 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 전압 측정부; 및
    서로 피벗 연결된 제 1 암 및 제 2 암으로 구성되고, 상기 제 1 암은 상기 전압 측정부의 회전축에 회전 가능하도록 연결되고, 상기 제 2 암은 상기 전압 측정부와 대응되는 상기 제 2 고정부 또는 상기 제 1 고정부에 피벗 연결된 연결부를 포함하고,
    상기 전압 측정부는 그 내부에 저항체, 및 상기 저항체와 접촉하여 접점을 형성하고 상기 제 1 암과 수평 방향으로 상기 제 1 암에 결합되어 상기 제 1 암이 상기 회전축을 중심으로 회전할 때 연동되어 회전함으로써 상기 접점의 위치가 변경되는 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 하중 측정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 저항체에는 항상 일정한 전압이 인가되고,
    상기 저항체에 인가되는 전압 측정의 기준점과 상기 접점 간의 전압이 상기 전압 측정값으로서 출력되는 것을 특징으로 하는 차량의 하중 측정 방법.
  9. 삭제
  10. 차량의 차체와 차축을 연결하도록 설치되어 상기 차체와 상기 차축간의 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 센서부;
    상기 센서부로부터 입력된 아날로그 전압 측정값을 디지털로 변환하여 디지털 전압 측정값을 출력하는 A/D 변환부;
    상기 차량의 공차시 및 만차시에 상기 A/D 변환부로부터 입력되는 상기 전압 측정값, 및 외부로부터 입력된 하중값을 이용하여 기준값들을 생성하여 저장하고, 상기 차량에 실제로 하중이 인가됨에 따라서 상기 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값 및 상기 기준값을 이용하여 상기 차량에 인가된 하중값을 생성하여 출력하는 제어부;
    상기 기준값 및 상기 하중값을 저장하는 데이터 저장부; 및
    상기 제어부로부터 차량의 하중값을 실시간으로 입력받아 상기 차량의 운전자 또는 화물의 적재자에게 출력하는 사용자 출력부를 포함하고,
    상기 제어부는
    차량에 하중을 인가하기 직전에, 상기 A/D 변환부로부터 입력된 전압 측정값을 이용하여 차량 외부의 환경 변화로 인한 측정 오차에 대한 오차 보정값을 생성하여 상기 데이터 저장부로 출력하여 저장하고, 상기 오차 보정값을 이용하여 상기 하중값을 보정하여 최종 하중값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량의 하중 측정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기준값들은 상기 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 차량의 만차시의 하중값 및 공차시의 하중값간의 차와, 상기 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 상기 비례상수를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 전압 측정값에 상기 비례 상수를 승산하여 상기 하중값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는
    실제 하중의 인가전에, 차량의 현가 장치의 마찰이 해지된 상태에서 충격을 가하면서 하중을 인가할 때 상기 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값의 동적 변위량을 측정하여 마찰해지 충격 에너지를 생성하여 상기 데이터 저장부에 저장하고, 상기 현가 장치의 마찰이 존재하는 상태에서 충격없이 하중을 인가할 때 상기 A/D 변환부로부터 입력되는 상기 전압 측정량값의 정적 변위량을 측정하여 상기 데이터 저장부에 저장하며,
    실제 하중의 인가시에, 상기 A/D 변환부로부터 입력되는 전압 측정값을 이용하여 상기 차량의 상차시 충격 에너지를 계산하고, 상기 상차시 충격 에너지와 상기 마찰해지 충격 에너지의 비율과, 상기 정적 변위량을 이용하여 상기 하중값을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차량의 만차시의 하중 및 공차시의 하중간의 차와, 상기 차량의 만차시의 전압 측정값 및 공차시의 전압 측정값간의 차를 이용하여, 전압 측정값에 따른 차량의 하중값을 결정하는 비례상수를 상기 기준값으로서 결정하고,
    상기 제어부는, 상기 비율과 상기 정적 변위량을 승산한 결과에, 상기 비례 상수를 승산하여 상기 하중값을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 센서부는
    상기 차량의 차체에 설치된 제 1 고정부;
    상기 차량의 차축에 설치된 제 2 고정부;
    상기 제 1 고정부 또는 상기 제 2 고정부에 설치되고, 상기 차체와 상기 차축간 거리를 나타내는 전압 측정값을 출력하는 전압 측정부; 및
    서로 피벗 연결된 제 1 암 및 제 2 암으로 구성되고, 상기 제 1 암은 상기 전압 측정부의 회전축에 회전 가능하도록 연결되고, 상기 제 2 암은 상기 전압 측정부와 대응되는 상기 제 2 고정부 또는 상기 제 1 고정부에 피벗 연결된 연결부를 포함하고,
    상기 전압 측정부는 그 내부에 저항체, 및 상기 저항체와 접촉하여 접점을 형성하고 상기 제 1 암과 수평 방향으로 상기 제 1 암에 결합되어 상기 제 1 암이 상기 회전축을 중심으로 회전할 때 연동되어 회전함으로써 상기 접점의 위치가 변경되는 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 하중 측정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 저항체에는 항상 일정한 전압이 인가되고,
    상기 저항체에 인가되는 전압 측정의 기준점과 상기 접점 간의 전압이 상기 전압 측정값으로서 출력되는 것을 특징으로 하는 차량의 하중 측정 장치.
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