KR100977249B1 - 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당접지하중 계측 시스템 및 그 계측 방법 - Google Patents

주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당접지하중 계측 시스템 및 그 계측 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템 및 그 방법에 관한 것으로 차로에 직접 설치된 피에죠센서 또는 별도의 판에 설치된 피에죠센서를 이용하여 주행중인 차량의 차로에서의 위치별 단위면적당 접지하중을 계측하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 차량이 달리는 도로에 고정 설치되는 고정 접지하중 계측시스템으로서,
차량의 하중을 측정하고자 하는 위치의 차로(1);
차량의 진행방향과 수직이 되게 상기 차로(1)를 가로질러 동일간격(W)으로 설치되는 다수개의 수평피에죠센서(10); 및
상기 수평피에죠센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 차로(1)를 가로질러 사선으로 설치되는 사선피에죠센서(20); 로 이루어지되,
상기 수평피에죠센서(10)는 차로(1)의 폭과 동일한 길이로 설치되고,
상기 사선피에죠센서(20)는 상기 수평피에죠센서(10)보다 차량진행방향으로 앞쪽에 위치하며,
상기 사선피에죠센서(20)의 우측단(右側端)은 상기 다수개의 수평피에죠센서(10) 중 차량 진행방향으로 가장 앞쪽 것의 우측단(右側端)과 접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 제공한다.
차량, 바퀴, 접지면적, 피에죠센서, 도로포장 위치, 접지하중, 차로, 단위면적, 포장설계

Description

주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측 시스템 및 그 계측 방법{A unit tread weighing system for moving vehicles and its methodology}
본 발명은 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템 및 그 방법에 관한 것으로 차로에 직접 설치된 피에죠센서 또는 별도의 판에 설치된 피에죠센서를 이용하여 주행중인 차량의 차로에서의 위치별 단위면적당 접지하중을 계측하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이에 의해 도로포장에 작용하는 하중의 분포를 알 수 있고, 이를 활용하여 포장설계에 필요한 자료의 획득이 가능하여 도로포장 설계시 활용하여 더욱 내구성 있는 도로포장설계가 가능하다.
일반적으로 도로포장설계 과정에서는 도로포장(콘크리트 또는 아스팔트 포장) 후 사용되는 년수를 가정하여 도로에 작용하는 총 하중을 계산한 후 포장의 두께 설계시 사용하고 있다. 하지만 도로에 작용하는 총 하중을 산정하는 과정에서 총 통과 차량의 수를 산정하고 이를 기초로 각 차로별 통과 차량의 수를 산정하여 이에 따라 각 차로에 가해지는 하중을 계산하게 된다.
즉, 상기 하중 산정과정에서는 각 차로의 하중을 합산하여 산정하고 있어 차로 내에서 각 부분에 작용하는 하중을 산정할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 실제로 포장도로면에 작용하는 하중은 바퀴의 접지면적에 따라 달라짐에도 불구하고 이를 반영하지 못하고 있는 실정이었다.
포장도로에 작용하는 하중은 차량바퀴의 접지면적과 주행중인 차량의 각 바퀴축하중에 의해 결정되므로 이를 이용하여 차로의 각 부분에 작용하는 하중을 산정하여 도포포장설계에 이용함으로써 더욱 정확한 하중자료를 바탕으로 내구성, 경제성, 현실성 있는 도로포장설계를 가능하게 한다.
본 발명은 차량이 달리는 도로에 고정 설치되는 고정 접지하중 계측시스템으로서,
차량의 하중을 측정하고자 하는 위치의 차로(1);
차량의 진행방향과 수직이 되게 상기 차로(1)를 가로질러 동일간격(W)으로 설치되는 다수개의 수평피에죠센서(10); 및
상기 수평피에죠센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 차로(1)를 가로질러 사선으로 설치되는 사선피에죠센서(20); 로 이루어지되,
상기 수평피에죠센서(10)는 차로(1)의 폭과 동일한 길이로 설치되고,
상기 사선피에죠센서(20)는 상기 수평피에죠센서(10)보다 차량진행방향으로 앞쪽에 위치하며,
상기 사선피에죠센서(20)의 우측단(右側端)은 상기 다수개의 수평피에죠센서(10) 중 차량 진행방향으로 가장 앞쪽 것의 우측단(右側端)과 접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 제공한다.
본 발명을 사용하면,
첫째, 차로의 각 부분에 작용하는 하중의 산정이 가능하므로 더욱 정확한 통계자료의 획득이 가능하여 도로포장의 성능이 향상된다.
둘째, 장기적으로 도로포장의 수명이 향상될 뿐 아니라, 하자보수 등의 문제도 줄어들 것이어서 비용절감이 가능하다.
셋째, 단위면적당 작용하중을 산정하므로 도로포장에 작용하는 재하 하중을 매우 상세하게 산정가능하다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 주행중인 차량의 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템과 이를 이용한 계측방법에 관한 것이므로 이를 나누어서 설명한다.
1. 주행중인 차량의 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템
도1은 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스 템 중 고정식을 도시한 것이고, 도2는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템 중 이동식을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 계측시스템은 상기 도면에서 보듯이 차로(1) 또는 차로(1) 위에 놓여질 판(3), 수평피에죠센서(10) 및 사선피에죠센서(20)로 이루어지며 고정식과 이동식이 가능하다.
[실시예1] 고정식 접지하중 계측시스템
고정식 접지하중 계측시스템은 피에죠센서를 도로에 영구적으로 매설하는 방법에 의한 것으로 도로를 컷팅한 후에 도1과 같은 모양으로 피에죠센서를 설치하는 방법이다.
본 발명은 차량이 달리는 도로에 고정 설치되는 고정 접지하중 계측시스템으로서, 차량의 하중을 측정하고자 하는 위치의 차로(1);와 차량의 진행방향과 수직이 되게 상기 차로(1)를 가로질러 동일간격으로 설치되는 다수개의 수평피에죠센서(10); 및 상기 수평피에죠센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 차로(1)를 가로질러 사선으로 설치되는 사선피에죠센서(20); 로 이루어진 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 제공한다. 본 실시예에서는 다수 개의 수평피에죠센서(10)가 차로(1)를 가로질러 일정 간격으로 설치되고, 사선피에죠센서(20)는 수평시에죠센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 차로(1)를 가로질러 설치되기만 하면 되며 그 위치는 문제되지 않는다.
다만, 본 발명의 바람직한 실시를 위해서는 상기 수평피에죠센서(10)는 차로(1)의 폭과 동일한 길이로 설치되고, 상기 사선피에죠센서(20)는 상기 수평피에 죠센서(10)보다 차량진행방향으로 앞쪽에 위치하되, 상기 사선피에죠센서(20)의 우측단(右側端)은 상기 다수개의 수평피에죠센서(10) 중 차량 진행방향으로 가장 앞쪽 것의 우측단(右側端)과 접하게 설치되는 것이 좋다.
또한 본 발명에서 수평피에죠센서(10)는 설치되는 갯수에 제한은 없으나 동일 간격으로 설치되어야 하며, 설치 간격이 좁고 그 갯수가 많아질수록 계산 결과의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 수평피에죠센서(10)는 차량바퀴 접지면의 세로성분(H)을 산정하는데 사용되므로, 그 갯수(W)에 설치간격(N)을 곱한 값은 최소한 바퀴 접지면의 세로성분(H)보다는 커야한다. 그리고 바퀴접지면의 네모성분(40)이 바퀴접지면의 둥근성분(30)보다 먼저 사선피에죠센서(20)에 접할 수 있어야 하므로 수평피에죠센서(10)와 사선피에죠센서(20) 사이의 각(θ)은 충분히 큰 것이 바람직하다.
[실시예2] 이동식 접지하중 계측시스템
이동식 접지하중 계측시스템은 피에죠센서를 도로포장에 직접 매설하지 않고 별도의 판(3)에 설치하여 필요한 경우에 차로(1)에 설치하고 계측이 완료된 후에 회수하여 다른 장소에서 재사용이 가능하다.(도2참조)
본 발명은 필요시 차로에 설치할 수 있는 이동식 접지하중 계측시스템으로서, 가로의 길이가 차로(1)의 폭과 동일한 사각형 모양의 판(3);과 상기 판(3)의 상부를 가로방향으로 가로질러 동일간격으로 설치되는 다수개의 수평피에죠센서(10); 및 상기 판(3)의 상부를 가로방향으로 가로질러 설치되되 상기 수평피에죠 센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 사선으로 설치되는 사선피에죠센서(20); 로 이루어진 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 제공하며,
특히 본 발명은 바람직한 실시를 위해서는 상기 판(3)을 차로(1)에 설치시, 차량진행방향을 기준으로 가장 앞쪽에 상기 사선피에죠센서(20)가 위치하고 그 뒷쪽으로 연속하여 다수개의 수평피에죠센서(10)가 설치되되, 상기 사선피에죠센서(20)의 우측단(右側端)은 상기 다수개의 수평피에죠센서(10) 중 차량 진행방향으로 가장 앞쪽 것의 우측단(右側端)과 접하게 설치되는 것이 좋다.
또한 상기 피에죠센서가 설치되는 판(3)은 내구성이 확보되는 폴리비닐재질로 하는 것이 바람직하나 주행중인 차량의 하중을 버틸 수 있는 재질이라면 어느 것이나 가능하다.
또한 본 발명에서 수평피에죠센서(10)는 설치되는 갯수에 제한은 없으나 동일 간격으로 설치되어야 하며, 설치 간격(N)이 좁고 그 갯수(W)가 많아질수록 계산 결과의 정확도를 높일 수 있다. 또한, 수평피에죠센서(10)는 차량바퀴 접지면의 세로성분(H)을 산정하는데 사용되므로, 그 갯수(W)에 설치간격(N)을 곱한 값은 최소한 바퀴 접지면의 세로성분(H)보다는 커야한다.
그리고 바퀴접지면의 네모성분(40)이 바퀴접지면의 둥근성분(30)보다 먼저 사선피에죠센서(20)에 접할 수 있어야 하므로 수평피에죠센서(10)와 사선피에죠센서(20) 사이의 각(θ)은 충분히 큰 것이 바람직하다.
2. 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측방법.
본 발명은 상기 1.의 시스템을 이용한 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측방법도 제공한다.
도3은 주행중인 차량의 바퀴가 도로와 접하는 바퀴접지면을 도시한 것이고, 도4는 주행중인 차량의 바퀴가 도로와 접하는 바퀴접지면의 넓이 산출을 위해 면적을 구분해 놓은 것이며, 도5는 차량의 바퀴가 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템의 사선피에죠센서(20)를 통과할 때의 모습을 도시한 것이고, 도6은 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위 면적당 접지하중 계측시스템을 사용하여 도로포장 위치별 단위 면적당 접지하중을 계측하는 방법의 순서를 도시한 것이고, 도7은 단위면적당 총 접지하중(U.L)과 도로포장 위치(A)와의 관계를 나타낸 그래프의 일 예이다.
상기 도6에서 보듯이 본 발명에 따른 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위 면적당 접지하중 계측방법은,
상기 1.에서 살핀 시스템의 설치 및 접지하중 측정기간의 확정단계(S1), 주행중인 차량바퀴의 접지면 성분 산정단계(S2), 주행중인 차량바퀴의 접지면적 산정단계(S3), WIM(Weigh-In-Motion)장비를 사용하여 주행중인 차량의 각 바퀴의 축하중 측정단계(S4), 주행중 차량의 단위면적당 접지하중 계측시 차량 바퀴의 위치(A) 산정단계(S5), 차로(1)의 각 위치(A)별 단위면적당 총 재하하중(U.L) 산정단계(S6) 및 차로(1)의 각 위치(A)와 그에 따른 단위면적당 총 재하하중(U.L) 관계를 그래 프로 도시하는 단계(S7)로 이루어진다.
참고로, 본 발명의 실시는 주행중인 차량이 일정한 속도(V)와 일정한 무게로 수평피에죠센서(10) 및 사선피에죠센서(20)를 통과한다는 가정하에 가능하다.
이하, 각 단계별로 상세히 살피도록 한다.
(1)시스템의 설치 및 접지하중 측정기간의 확정단계(S1)
본 발명은 일정기간 동안에 통과하는 차량 바퀴의 축하중을 산정하기 위한 것이므로 그 기간을 확정하고, 차량 바퀴의 축하중을 산정할 위치의 차로(1)에 본 발명에 따른 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 설치한다. 시스템 중 실시예1 또는 2 어느 것을 사용하여도 무관하다.
(2)주행중인 차량바퀴의 접지면 성분 산정단계(S2)
도3에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시를 위해서는 주행중인 차량이 도로포장과 접하는 접지면적(S)을 산정해야 한다. 하지만 주행중인 차량을 일순간 정지시키고 이를 측정하는 것은 거의 불가능 하므로 별도의 방법이 요구된다. 주행중인 차량이더라도 소성을 갖는 바퀴는 일정한 변형 형태를 갖으면서 도로를 주행하므로 결국 접지면은 차량의 무게나 속도가 바뀌지 않는 한 도3과 같이 항상 일정하게 유지되며 양 끝단이 둥근 모양인 길쭉한 형태를 갖게 된다. 접지면의 면적(S) 산정을 위해 도4와 같이 접지면의 둥근성분(30)과 접지면의 네모성분(40)으로 구분하며 접지면의 네모성분(40) 중 가로는 L(=주행중인 차량의 바퀴접지면의 가로길이)로 정 의하고 접지면의 둥근성분(30)과 네모성분(40)을 모두 합친 접지면의 세로는 H(=주행중인 차량의 바퀴접지면의 세로길이)로 정의한다. 또한, 양 끝단의 둥근 반원모양은 실제로 반원은 아니나 계산의 편의를 위해 반원으로 가정하면, 양 끝단의 접지면의 둥근성분(30)을 합치면 하나의 원이 완성된다. 이 원의 지름은 상기 주행중인 차량의 바퀴 접지면의 가로길이와 같은 L이 된다.
(3)주행중인 차량바퀴의 접지면적 산정단계(S3)
도4에서의 주행중인 차량바퀴의 접지면 구분에서,
접지면적의 넓이(S)=접지면의 둥근성분(30)×2+접지면의 네모성분(40)이 된다. 그러므로 넓이 S=L×(H-L)+π×(L/2)2 가 된다.
여기서, (S: 주행중인 차량의 바퀴접지면적, L: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 가로길이, H: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 세로길이)에 해당하게 된다.
상기 S를 산정하는 식에서 L과 H는 다른 방법에 의해 산정하는 것도 가능하며 본 발명에서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.
상기 식에서 H는 수평피에죠센서(10)를 활용하게 된다. 즉, 차량바퀴가 수평피에죠센서(10)의 상부를 진행하는 임의의 순간에 동시에 ON 상태를 유지하는 센서들 사이의 총 이격거리가 바퀴접지면적에서 H 값에 해당하게 된다.
그러므로 이는,
수학식 H=N×W 을 사용하여 산정되고,
여기서, N: 주행중인 차량의 바퀴 통과시 동시에 반응하는 수평피에죠센서(10)의 갯수(정수), W: 수평피에죠센서(10)의 설치간격에 해당하게 된다.
또한 상기 식에서 L는 도5를 참조하여 산정 가능하다. 즉, 바퀴의 접지면이 사선피에죠센서(20)를 통과하는 경우에는 바퀴접지면의 둥근성분(30)이 사선피에죠센서(20)와 만나기 전에 바퀴접지면의 네모성분(40)의 오른쪽 부분이 먼저 만나게 되므로 바퀴접지면의 둥근성분(30)은 고려할 필요 없이 바퀴접지면의 네모성분(40)을 이용하여 L의 산정이 가능하다.
도5에서 사선피에죠센서 통과직전의 네모성분(41)과 사선피에죠센서 통과직후의 네모성분(42)을 비교하면 사선피에죠센서(20)가 ON상태를 유지하는 동안에 차량의 바퀴가 이동한 거리는 x 임을 알 수 있다.
'이동거리=속도×시간' 이므로 상기 'x=V×t' 임을 알 수 있다. 여기서, (V: 차량의 속도, t: 주행중인 차량의 바퀴가 사선피에죠센서(20) 통과시 소요 시간(사선피에죠센서가 계속 on상태인 시간))에 해당하게 된다.
또한, x=선분b'c'+선분bc'=선분bc+선분ab×tanθ 이고,
그러므로, x=(H-L)+L×tanθ
또한, 차량의 속도(V)는 수평피에죠센서(10)를 통과하는 동안의 이동거리를 시간으로 나누면 산정 가능하므로,
V=이동거리/시간=(n-1)W/(tn-t1)으로 산정 가능하며, 여기서, (n:설치된 수평피에죠센서(10)의 갯수, W:수평피에죠센서(10)의 설치간격, tn:주행중인 차량의 바퀴가 n번째 설치된 수평피에죠센서(10) 통과시의 시간) 에 해당하게 된다.
그러므로, x=V×t => (H-L)+L×tanθ=V×t 에서,
L=(V×t-H)/(tanθ-1) 이며, V=(n-1)W/(tn-t1) 를 대입하면,
L={(n-1)W/(tn-t1)×t-H}/(tanθ-1) 이 된다.
(4)WIM(Weigh-In-Motion)장비를 사용하여 주행중인 차량의 각 바퀴의 축하중 측정단계(S4)
차량자동계중(Weigh In Motion/WIM)은 차량을 정지시키지 않고 주행중인 차량(특히 대형화물차량)의 중량을 측정하기 위한 기술로서 고속도로나 국도 등에서 과적 차량 단속을 위해 많이 사용되는 것이다. 이 장비를 사용하여 본 발명에서 주행중이 차량 바퀴의 축하중을 각각 산정할 수 있다.
(5)주행중 차량의 단위면적당 접지하중 계측시 차량 바퀴의 위치(A) 산정단계(S5)
본 발명은 차로(1)에서의 바퀴 위치별 단위면적당 접지하중을 계측하는 것이므로 차로(1)에서 주행중인 차량의 바퀴가 지나가는 위치를 산정할 수 있어야 한다. 그러므로 차로(1)의 오른쪽 경계에서 바퀴까지의 거리(A)를 산정하는 방식에 의해 이를 해결한다.
도1 또는 도2에서 주행중인 차량이 첫 번째 수평피에죠센서(10)를 통과한 후 에 사선피에죠센서(20)의 신호발생시까지의 주행거리는 차량의 속도에 그 시간을 곱한 것과 같다. 그러므로,
(n-1)×W+B=V×(tn +1-t1)과 같으며, 이는,
(n-1)×W+A×tanθ=V×(tn +1-t1) 과 같게 된다. 그러므로,
A={V×(tn +1-t1)-(n-1)×W}/tanθ 이 된다.
여기서, (A: 차로(1)의 우측경계에서부터 차량의 바퀴까지의 거리, V: 차량의 속도(V=(n-1)W/(tn-t1)), n: 설치된 수평피에죠센서(10)의 갯수, tn +1: 주행중인 차량의 바퀴가 설치된 사선피에죠센서(20) 통과시의 시간, tn: 주행중인 차량의 바퀴가 n번째 설치된 수평피에죠센서(10) 통과시의 시간, W: 수평피에죠센서(10)의 설치간격, θ: 수평피에죠센서(10)와 사선피에죠센서(20)가 이루는 각) 이 된다.
(6)차로(1)의 각 위치(A)별 단위면적당 총 재하하중(U.L) 산정단계(S6)
차로(1)의 각 위치별 단위면적당 총 재하하중(U.L)을 산정하는 것이 본 발명의 목적이므로, 본 단계에서는 상기의 'S3단계' 및 'S4단계'에서 각각 산정된 각 차량 바퀴의 접지면적(Si) 및 이에 작용하는 하중(Loadi)으로부터 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측하는 단계이다.
본 단계에서의 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중은 각 바퀴에 작용하는 축하중(Loadi)을 주행중 차량의 접지면적(Si)으로 나눠주는 방식에 의해 산정하며, 차로(1)에서의 각 위치(A)별로 각각 그 위치에서 산정된 값을 합산하게 된다. 즉, 차로(1)에서의 특정 위치(A)에서 각각의 바퀴에 작용하는 하중과 접지면적을 산정하여 단위면적당 접지하중을 산정하고, 특정위치(A)를 지나가는 모든 바퀴에 의해 재하되는 단위면적당 재하하중의 합에 의해서 특정 분석기간 동안에 작용하는 총 하중을 구할 수 있게 된다.
그러므로 본 단계에서는, 차로(1)의 각 위치별 단위면적당 총 재하하중을 산정해야 하며 이는 다음 식에 의한다.
Figure 112008045652217-pat00001
를 사용하여 산정하며,
여기서, (U.L: 차로(1)의 각 위치(A)별 단위면적당 총 재하하중, T: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 수, Si: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 중 i번째 바퀴접지면적, Loadi: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 중 i번째 바퀴에 작용하는 축하중)
여기서 상기 Si는 'S3단계'에서의 주행중인 차량의 바퀴접지면적 산정방법에 의하고, 상기 Loadi의 측정은 'S4단계'에 의한다.
(7)차로(1)의 각 위치(A)와 그에 따른 단위면적당 총 재하하중(U.L) 관계를 그래프로 도시하는 단계(S7)
도7은 x축을 차로(1)에서의 위치(A)로 하고 y축을 그 위치(A)에서의 단위면 적당 총 재하하중(U.L)으로 하여 각 위치(A)에서의 단위면적당 총 재하하중(U.L) 값을 그래프로 나타낸 것이다.
이와 같은 그래프에 의해서 차로(1)의 각 부분에 작용하는 하중 분포를 알 수 있고, 이를 따라 도포포장설계에 사용될 수 있다.
도1은 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템 중 고정식을 도시한 것이다.
도2는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템 중 이동식을 도시한 것이다.
도3은 주행중인 차량의 바퀴가 도로와 접하는 바퀴접지면을 도시한 것이다.
도4는 주행중인 차량의 바퀴가 도로와 접하는 바퀴접지면의 넓이 산출을 위해 면적을 구분해 놓은 것이다.
도5는 차량의 바퀴가 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템의 사선피에죠센서(20)를 통과할 때의 모습을 도시한 것이다.
도6은 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위 면적당 접지하중 계측시스템을 사용하여 도로포장 위치별 단위 면적당 접지하중을 계측하는 방법의 순서를 도시한 것이다.
도7은 총 단위면적당 접지하중(U.L)과 도로포장 위치(A)와의 관계를 나타낸 그래프의 일 예이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1:차로
2:갓길(인도)
3:판
10:수평피에죠센서
20:사선피에죠센서
30:바퀴접지면의 둥근성분
40:바퀴접지면의 네모성분
41:사선피에죠센서 통과직전의 네모성분
42:사선피에죠센서 통과직후의 네모성분
S:주행중인 차량의 바퀴접지면적
L:주행중인 차량의 바퀴접지면의 가로길이
H:주행중인 차량의 바퀴접지면의 세로길이
N:주행중인 차량의 바퀴 통과시 동시에 반응하는 수평피에죠센서(10)의 갯수(정수)
W:수평피에죠센서(10)의 설치간격
V: 차량의 속도
t: 주행중인 차량의 바퀴가 사선피에죠센서(20) 통과시 소요 시간(사선피에죠센서가 계속 on상태인 시간)
x: 차량의 바퀴가 사선피에죠센서(20) 통과시 이동거리
θ: 수평피에죠센서(10)와 사선피에죠센서(20)가 이루는 각
n: 설치된 수평피에죠센서(10)의 갯수
tn: 주행중인 차량의 바퀴가 n번째 설치된 수평피에죠센서(10) 통과시의 시간
U.L: 차로(1)의 각 위치(A)별 단위면적당 총 재하하중
T: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 수
Si: 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 중 i번째 바퀴접지면적
Loadi: 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 중 i번째 바퀴에 작용하는 축하중
A: 차로(1)의 우측경계에서부터 차량의 바퀴까지의 거리
B: 차로(1)의 우측경계에서부터 차량의 바퀴까지의 거리가 A가 되는 사선피에죠센서(20)의 점에서 n번째 수평피에죠센서(10)까지의 거리
tn +1: 주행중인 차량의 바퀴가 설치된 사선피에죠센서(20) 통과시의 시간

Claims (8)

  1. 차량이 달리는 도로에 고정 설치되는 고정식 접지하중 계측시스템으로서,
    차량의 하중을 측정하고자 하는 위치의 차로(1);
    차량의 진행방향과 수직이 되게 상기 차로(1)를 가로질러 동일간격(W)으로 설치되는 다수개의 수평피에죠센서(10); 및
    상기 수평피에죠센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 차로(1)를 가로질러 사선으로 설치되는 사선피에죠센서(20); 로 이루어지며,
    상기 수평피에죠센서(10)는 차로(1)의 폭과 동일한 길이로 설치되고,
    상기 사선피에죠센서(20)는 상기 수평피에죠센서(10)보다 차량진행방향으로 앞쪽에 위치하되,
    상기 사선피에죠센서(20)의 우측단(右側端)은 상기 다수개의 수평피에죠센서(10) 중 차량 진행방향으로 가장 앞쪽 것의 우측단(右側端)과 접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템.
  2. 차로에 설치할 수 있는 이동식 접지하중 계측시스템으로서,
    가로의 길이가 차로(1)의 폭과 동일한 사각형 모양의 판(3);
    상기 판(3)의 상부를 가로방향으로 가로질러 동일간격(W)으로 설치되는 다수개의 수평피에죠센서(10); 및
    상기 판(3)의 상부를 가로방향으로 가로질러 설치되되 상기 수평피에죠센서(10)와 일정한 각(θ)을 이루면서 사선으로 설치되는 사선피에죠센서(20); 로 이루어지며,
    상기 판(3)을 차로(1)에 설치시, 차량진행방향을 기준으로 가장 앞쪽에 상기 사선피에죠센서(20)가 위치하고 그 뒷쪽으로 연속하여 다수개의 수평피에죠센서(10)가 설치되되,
    상기 사선피에죠센서(20)의 우측단(右側端)은 상기 다수개의 수평피에죠센서(10) 중 차량 진행방향으로 가장 앞쪽 것의 우측단(右側端)과 접하게 설치되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템.
  3. 제1항 또는 제2항의 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 이용하여 주행중인 차량의 바퀴가 도로면에 접하는 면적을 산출하는 방법으로서,
    수학식 S=L×(H-L)+π×(L/2)2를 사용하는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 바퀴접지면적 산정방법.
    (S: 주행중인 차량의 바퀴접지면적, L: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 가로길이, H: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 세로길이)
  4. 제3항에서,
    상기 H는 수학식 H=N×W 을 사용하여 산정되고,
    (H: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 세로길이, N: 주행중인 차량의 바퀴 통과시 동시에 반응하는 수평피에죠센서(10)의 갯수(정수), W: 수평피에죠센서(10)의 설치간격)
    상기 L는 수학식 L=(V×t-H)/(tanθ-1) 를 사용하여 산정되되,
    (L: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 가로길이, V: 차량의 속도, t: 주행중인 차량의 바퀴가 사선피에죠센서(20) 통과시 소요 시간(사선피에죠센서가 계속 on상태인 시간), H: 주행중인 차량의 바퀴접지면의 세로길이, θ: 수평피에죠센서(10)와 사선피에죠센서(20)가 이루는 각)
    상기 V는 수학식 V=(n-1)W/(tn-t1) 를 사용하여 산정되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 바퀴접지면적 산정방법.
    (V: 차량의 속도, n: 설치된 수평피에죠센서(10)의 갯수, W: 수평피에죠센서(10)의 설치간격, tn: 주행중인 차량의 바퀴가 n번째 설치된 수평피에죠센서(10) 통과시의 시간)
  5. 제1항 또는 제2항의 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측시스템을 사용하여 주행중인 차량의 바퀴 위치를 산정하는 방법으로서,
    수학식 A={V×(tn+1-t1)-(n-1)×W}/tanθ 를 사용하는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 단위면적당 접지하중 계측시의 차량의 바퀴 위치 산정방법.
    (A: 차로(1)의 우측경계에서부터 차량의 바퀴까지의 거리, V: 차량의 속도(V=(n-1)W/(tn-t1)), n: 설치된 수평피에죠센서(10)의 갯수, tn+1: 주행중인 차량의 바퀴가 설치된 사선피에죠센서(20) 통과시의 시간, tn: 주행중인 차량의 바퀴가 n번째 설치된 수평피에죠센서(10) 통과시의 시간, W: 수평피에죠센서(10)의 설치간격, θ: 수평피에죠센서(10)와 사선피에죠센서(20)가 이루는 각)
  6. 차로(1)의 각 위치(A)에 재하되는 단위면적당 총 하중을 산정하는 방법으로,
    수학식
    Figure 112010025926852-pat00010
    를 사용하여 산정되되,
    (U.L: 차로(1)의 각 위치(A)별 단위면적당 총 재하하중, T: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 수, Si: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 중 i번째 바퀴접지면적, Loadi: 분석기간에 차로(1)의 각 위치(A)를 지나간 바퀴 중 i번째 바퀴에 작용하는 축하중)
    상기 Si는 제6항의 주행중인 차량의 바퀴접지면적 산정방법에 의하고,
    상기 Loadi는 WIM(Weigh-In-Motion) 장비를 사용하여 측정된 차량의 축별 하중을 사용하는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량에 대한 도로포장 위치별 단위면적당 접지하중 계측방법.
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