KR102315093B1 - 노면저항 측정 장치, 설비 시스템 및 노면저항 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정하게 통제된 기상조건에서 노면에 시공된 시료 표면의 미끄럼 저항력을 측정할 수 있는 장치, 이를 이용한 노면저항 측정 설비 시스템 및 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 「바퀴를 가진 실험용 자동차, 소정의 길이와 너비를 가지고 상부에 도로재현층이 구비된 시험레인, 상기 시험레인의 길이방향 일측에 구비된 전동윈치(winch), 일단은 상기 전동윈치에 권취되고, 타단은 상기 실험용 자동차에 연결된 윈치 와이어(winch wire), 상기 윈치 와이어에 구비된 로드셀 및 상기 로드셀에 전기적으로 연결된 측정기기로 구성되고, 상기 시험레인의 길이방향 일측에는 실험용 자동차를 배치하고, 타측에는 전동윈치가 구비된 노면저항 측정 장치」를 제공한다.

Description

노면저항 측정 장치, 설비 시스템 및 노면저항 측정 방법{Device, Facilites System and Method for Road Surface Resistance Measurement}

본 발명은 일정하게 통제된 기상조건에서 노면에 시공된 시료 표면의 미끄럼 저항력을 측정할 수 있는 장치, 이를 이용한 노면저항 측정 설비 시스템 및 측정 방법에 관한 것이다.

자동차의 보급이 급속도로 확산되어 운전자 수가 증가하면서 그에 비례하여 발생하는 차량 교통사고 또한 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 교통사고는 운전습관, 도로상황 등 다양하고 복합적인 요인에 의해 발생할 수 있으나, 차량의 주행 중 제동력이 사고 발생의 가장 중요한 요인으로 제동력은 차량의 브레이크 상태 또는 노면의 상태에 영향을 받는데 그중에서 노면의 상태가 제동력에 더 영향을 준다.

여러 가지 노면의 상태 중 특히, '도로 위의 조용한 살인자'로 불리는 '도로 살얼음'은 겨울철 급격한 기온 변화에 따라 도로 표면에 발생하는 얇고 투명한 얼음막을 생성하여 운전자가 육안으로 식별하기 어렵고 일반적인 검은색 아스팔트 상태의 도로로 인식되어 '블랙 아이스(Black Ice)'라고도 불린다. 투명하고 얇은 막으로 형성되어 도로 색과 비슷하므로 운전자가 식별하기 어려워 사고로 이어지기 쉽기 때문에, 겨울철 교통사고의 주요 원인으로 꼽히고 있으며 사망률이 다른 사고 원인보다 높다. 도로 살얼음으로 인한 교통사고 사망률이 눈길 사고보다 4배 이상 높게 나타났고, 지난 5년간 국내 사망자가 199명에 달하는 것으로 집계된다.

위와 같이 '도로 살얼음'이 발생한 상태의 노면은 마찰계수가 0.5 이하까지 떨어져, 일반 도로보다 최대 14배, 눈길보다 6배 더 미끄러운 것으로 확인되고, 마른 노면의 상태보다 '도로 살얼음' 상태의 노면에서 일반 승용차는 4.4배, 화물차는 7.4배, 버스는 7.7배로 제동거리가 증가하여 '도로 살얼음' 발생 시 미끄러짐이 사고 발생의 주요 요인임을 알 수 있다.

이러한 도로 살얼음을 방지하기 위하여 도로 표면상에 수분이 고이지 않도록 하여 도로 살얼음의 발생 조건을 제거하는 방법이 가장 효과적으로, 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

도로 표면에 발생된 수분을 빠르게 제거하기 위한 방법으로 투수블록 또는 배수성 포장재를 이용하여 도로를 포장하는 방법과 도로 표면에 수분의 발생 및 얼음의 발생을 방지 할 수 있는 코팅제를 도포하는 방법 등이 있다.

투수성이 없고 배수가 원활하지 않도록 시공된 도로는 표면에 배출되지 않고 고인 수분이 얼음으로 변하여 도로 살얼음이 발생하나, 투수블록이나 배수성 포장재는 상부에서 공급되는 수분을 하부로 투습시킬 수 있으므로 표면에 수분이 고이지 않도록 하여 얼음의 발생을 방지하며, 코팅제는 방수성이 강하여 구배를 따라 수분이 빠르게 흘러내리도록 하여 수분을 제거하고 코팅면이 마찰력을 증대시키도록 형성되어 차량의 제동력을 증가시키는 기능을 가지도록 하는 등 다양한 기능과 용도를 가진 포장재와 코팅제가 연구되고 있다.

이러한 포장재 및 코팅제를 시공했을 경우 각각의 제품과 시공방식에 대한 성능을 엄밀하게 평가하여야 하며, 보다 자세하게는 개별적으로 포장재 또는 코팅제를 이용한 방법을 통하여 시공된 도로 표면에 도로 살얼음의 발생 여부와 이에 대한 차량의 제동력을 정확하게 측정할 수 있는 측정장치가 필요하다.

이때, 실험결과의 객관성과 형평성을 위하여 외부와 통제된 동일한 기후조건 상에서 다양한 노면상황에 따른 측정을 진행해야 할 것이다.

상기 도로 표면의 조건을 측정하기 위해서는 시공된 도로 표면에 도로 살얼음 발생 조건에 따라 기후조건을 조정하고, 실제 도로 살얼음이 발생했는지 여부는 도로면의 노면저항(마찰 저항)을 측정하는 방법으로 진행하고, 이때 노면저항은 실제 도로에서 운행되는 차량의 타이어와 노면의 마찰력으로 측정하는 것이 가장 정확할 것이다.

상기와 같이 도로 살얼음 발생 억제를 위한 시료(포장재, 코팅제)의 성능을 측정하기 위해서는 실제 도로환경에서 차량을 이용한 노면저항 측정이 필수적인데 사람이 직접 차량을 운전하여 측정할 경우 인명사고 발생의 위험이 있으며, 측정시 결빙 정도나 수분의 양이 일정하지 않을 경우 신뢰성 있는 측정이 불가능하여, 통제된 기후 조건에서 일정한 도로 환경을 재현할 수 있는 측정 장치 및 설비가 필요하나 기존에 이와 관련된 시험이 진행되지 않아 관련된 명확한 측정장치, 방법 및 이를 이용하여 측정을 진행할 때 시험기준 등 표준안이 전무한 실정이다.

따라서, 온도, 습도, 강우, 강설, 일사 등 기후요소 제어가 가능한 기후환경챔버를 활용하여 미끄럼 방지 시료 표면의 미끄럼 저항력을 측정할 수 있는 측정 장치 및 방법이 요구된다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 실험장치를 이용하여 도로 살얼음 발생 조건에 따른 노면저항의 측정 및 강우, 강설 조건 등 모든 기상 상황 조건에 대한 노면저항의 측정이 가능한 측정장치, 설비 시스템 및 측정방법을 제공하고자 한다.

1. 등록특허 10-1852944 "투·보수블록 열섬저감 성능평가 장치, 설비 시스템 및 열섬저감 성능평가 방법" 2. 등록특허 10-1987212 "블록의 공기온도 저감 성능 평가 방법" 3. 등록특허 10-2189720 "블록의 증발성능 평가 방법"

본 발명은 도로재현층에 시공된 시료의 노면 저항력을 측정하기 위하여, 시공층 상부의 환경조건을 일정하게 제어하면서 정확히 측정할 수 있는 수단과 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 한 번에 다양한 시료를 시공한 시험레인을 준비하여 다양한 시료를 신속하게 변경하면서 측정이 가능하여, 작업시간과 비용을 감소시키고 효율적으로 측정할 수 있도록 하는 수단과 방법을 제공한다.

전술한 과제 해결을 위해, 본 발명은 「바퀴를 가진 실험용 자동차, 소정의 길이와 너비를 가지고 상부에 도로재현층이 구비된 시험레인, 상기 시험레인의 길이방향 일측에 구비된 전동윈치(winch), 일단은 상기 전동윈치에 권취되고, 타단은 상기 실험용 자동차에 연결된 윈치 와이어(winch wire), 상기 윈치 와이어에 구비된 로드셀 및 상기 로드셀에 전기적으로 연결된 측정기기로 구성되고, 상기 시험레인의 길이방향 일측에는 실험용 자동차를 배치하고, 타측에는 전동윈치가 구비된 노면저항 측정 장치」를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 시험레인은 너비방향으로 이격되어 배치된 한 쌍으로 이루어지고, 상기 시험레인 사이의 간격은 상기 실험용 자동차의 앞바퀴 또는 뒷바퀴 사이의 간격에 대응하도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 시험레인은 너비방향으로 일정한 간격 이격되어 배치된 복수개로 이루어지되, 서로 이웃한 시험레인의 도로재현층에는 서로 상이한 슬립방지용 시료가 시공되고, 상기 실험용 자동차의 앞바퀴 또는 뒷바퀴 사이의 간격에 대응하도록 배치된 한 쌍의 시험레인의 도로재현층에는 동일한 시료가 시공될 수 있다.

이때, 상기 시험레인의 도로재현층에 시공되는 시료는 포장재 또는 코팅제일 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 복수개의 시험레인 하면에 이격하여 너비방향으로 배치된 두 개 이상의 레일부 및 상기 복수개의 시험레인 하면에 각각 결합되고, 상기 레일부에 삽입되어 너비방향으로 이동하는 이동롤러를 더 포함하여 구성되고, 상기 이동롤러의 이동에 따라 슬립방지용 시료를 변경하면서 노면저항을 측정할 수 있다.

본 발명은 「기후환경챔버, 상기 기후환경챔버의 중앙에 배치된 상기 노면저항 측정 장치, 상기 기후환경챔버 내부의 온도와 습도를 조절하는 온·습도 조절장치, 상기 기후환경챔버 내부에 물을 뿌리는 살수장치, 상기 기후환경챔버 내부에 얼음층을 형성하는 냉각장치, 상기 기후환경챔버 내부를 건조시키는 건조장치, 상기 기후환경챔버 내부의 일사환경을 조성하는 일사조명, 상기 기후환경챔버 내부의 풍속을 조절하는 블로워 및 상기 노면저항 측정 장치 상부 공간의 온·습도를 측정할 수 있도록 설치된 온습도계를 포함하여 구성된 노면저항 측정 설비 시스템」을 제공한다.

또한, 본 발명은 「상기 노면저항 측정 설비 시스템을 이용하며, (a) 상기 시험레인의 도로재현층에 슬립방지용 시료를 시공하는 단계, (b) 상기 실험용 자동차를 상기 시험레인의 일측에 구비된 전동윈치의 맞은편에 배치하되, 상기 전동윈치와 상기 실험용 자동차는 일축 선상에 위치하도록 배치하는 단계, (c) 상기 온·습도 조절장치로 상기 기후환경챔버 내의 온도와 습도를 일정하게 제어한 후 상기 온·습도 조절 장치를 정지시키고 상기 기후환경챔버를 밀폐시키는 단계, (d) 상기 살수장치로 상기 기후환경챔버 내부에 살수하는 단계, (e) 상기 냉각장치로 도로 살얼음 발생조건에 따라 상기 기후환경챔버 내부를 냉각시키는 단계, (f) 상기 전동윈치를 작동하여 상기 윈치 와이어를 권취함에 따라 상기 실험용 자동차가 상기 시험레인을 따라서 견인될 때 발생하는 시간에 따른 인장력 테이터를 측정 수집하는 단계; 를 포함하는 노면저항 측정 방법」을 제공한다.

또한, 상기 (e)단계의 도로 살얼음 발생조건은 상기 기후환경챔버 내부의 온도를 1.6℃로 제어한 상태에서, 초기 6시간 동안 1.6℃에서 -5.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시킨 뒤, 4시간 동안 - 5.6℃에서 -1.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시키고, 8시간 후에 기후환경챔버 내부에 물을 분사하여 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따르면 다음의 효과가 있다.

1. 도로재현층이 구비된 시험레인을 이용하여 시험공간의 크기에 관계없이 측정이 가능하고, 기후환경챔버 내부의 환경조건을 제어하며 실험이 가능하여 외부와 통제된 환경에 대한 실험이 가능하여 측정결과에 신뢰성이 높다.

2. 자동차를 직접 사람이 운행하지 않고 측정이 가능하여 인명사고의 위험이 없다.

3. 기후환경챔버에 수용이 가능한 크기로 측정 장치의 제작이 가능하여, 기후환경챔버에 수용하여 측정을 진행함으로써 여타의 기상 요건 등의 영향을 배제하고 정확한 측정이 가능하다.

4. 기후환경챔버 내의 각종 기상제어장치들을 이용하여 정밀한 도로표면 상태를 재현 가능하여 정밀한 측정이 가능하다.

5. 한 번에 다양한 시료를 시공한 시험레인을 구비할 수 있어, 시험레인을 교체하고 조립하는 과정없이 간단한 이동 조작만으로 다양한 시료를 신속하게 변경하면서 측정이 가능하여, 작업시간과 비용을 감소시키고 효율적으로 측정가능하여 시험 진행의 편의성을 높일 수 있다.

[도 1]은 본 발명에 따른 노면저항 측정 장치를 도시한 것이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 노면저항 측정 장치의 평면도이다.
[도 3]은 본 발명에 따른 노면저항 측정 장치의 단면도이다.
[도 4]는 시료의 시공부분을 다양하게 형성한 상태를 나타낸 단면도이다.
[도 5]는 노면저항 측정 설비 시스템의 모식도이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

1. 노면저항 측정장치

본 발명은 [도 1] 내지 [도 4]에 도시된 바와 같이, 「바퀴를 가진 실험용 자동차(v), 소정의 길이와 너비를 가지고 상부에 도로재현층이 구비된 시험레인(10), 상기 시험레인(10)의 길이방향 일측에 구비된 전동윈치(20, winch), 일단은 상기 전동윈치(20)에 권취되고, 타단은 상기 실험용 자동차(v)에 연결된 윈치 와이어(21, winch wire), 상기 윈치 와이어(21)에 구비된 로드셀(30) 및 상기 로드셀(30)에 전기적으로 연결된 측정기기로 구성되고, 상기 시험레인(10)의 길이방향 일측에는 실험용 자동차(v)를 배치하고, 타측에는 전동윈치(20)가 구비된 노면저항 측정 장치」를 제공한다.

이하에서는, 실시예에서 자동차(v)가 미끄러지는 방향을 길이방향으로 지칭하고, 이와 직교하는 방향을 너비방향으로 지칭하도록 한다.

상기 노면저항 측정 장치는 포장된 노면 또는 노면에 코팅되는 코팅제의 미끄럼 저항력을 측정하기 위한 것이다.

상기 시험레인(10)은 시험이 진행될 때 차량이 이동하는 방향으로 설치되며 소정의 길이와 너비로 형성될 수 있다.

또한, 상기 시험레인(10)은 상부가 개방된 채널(channel)형 케이싱의 내부에 아스콘, 시멘트 몰탈 등을 타설하고 양생하여 아스팔트 도로, 콘크리트 도로 등 도로를 재현하거나 투수블록 등으로 시공된 도로를 재현한 도로재현층이 구비되어 있다.

상기 시험레인(10)은 일반적인 자동차의 타이어 폭보다 넓게 형성되어야 하므로, 300mm 이상의 폭으로 형성되고, 길이는 일반적인 소형 승용차의 전후방 타이어의 간격 길이에 제동거리를 합하여 4,200mm 이상의 길이로 형성됨이 바람직하며, 차량의 종류에 따라서 상기 시험레인(10)의 폭과 길이는 다양하게 형성될 수 있다.

상기 도로재현층은 측정시에 실험용 자동차(v)의 무게와 인장력을 견딜 수 있을 정도의 두께로 형성되면 족하고, 측정 후 폐기되므로 50mm ~ 100mm 의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 시험레인(10)의 채널(channel)형 케이싱은 금속재, 목재, 합성수지재 등 다양한 재료로 형성될 수 있으나, 재활용 측면과 차량의 하중을 견디기 위하여 금속재로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 시험레인(10)은 표면에 외부의 실제 도로의 표면 상태를 재현할 수 있어, 실내에서 실제 도로상태에 대한 측정을 진행할 수 있으며, 실내 측정으로 인하여 외기에 의해 발생하는 변수를 차단할 수 있다.

상기 전동윈치(20)는 상기 시험레인(10)의 길이방향 일측에 구비되며, 윈치 와이어(21)를 장력에 의하여 당기면서 끌어당기거나 풀어서 윈치 와이어(21)가 꼬이거나 겹치지 않으면서 감기거나 풀리도록 할 수 있다.

또한, 상기 전동윈치(20)와 실험용 자동차(v)는 일축 선상에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 보다 자세하게는 상기 전동윈치(20)와 연결된 윈치 와이어(21)를 실험용 자동차(v)의 전방 중앙부에 연결하여 전동윈치(20)의 권취작업에 의해서 발생되는 인장력이 실험용 자동차(v)에 균일하게 전달되도록 상기 전동윈치(20)와 실험용 자동차(v)는 일축 선상에 배치되는 것이 바람직하다.

일반적인 전동윈치(20)는 권취부(22)와 전동모터(23)와 일체화되어 구성된 것으로, 권취부(22)와 전동모터(23)가 별도로 구성될 수도 있다. 본 발명에서는 이해를 돕기 위하여 전동윈치(20)와 전동모터(23)를 도면에 별도로 표기하였다.

상기 전동모터(23)는 모터축이 상기 권취부(22)의 회전축에 연결되어 회동할 수 있다. 상기 전동모터(23)의 모터축과 회동하여 상기 전동윈치(20)가 권취될 수 있다.

이때, 상기 전동윈치(20)에 적용되는 전동모터(23)는 실험용 자동차(v)를 견인 할 수 있도록 최대 5,500kg의 중량을 견인할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 물론, 차량의 무게, 측정시 요구사항에 따라서 최대 견인하중이 더 높은 전동윈치(20)로 선택하여 변경할 수 있다.

전동윈치(20)에 적용되는 전동모터(23)는 AC 모터와 DC 모터를 모두 적용 할 수 있지만, 속도 및 방향 제어 등을 용이하게 구현할 수 있는 DC 모터를 적용하는 것이 바람직하다.

상기 윈치 와이어(21)는 철사를 여러개 꼬아서 와이어 형태로 만든 것으로, 실험용 자동차(v)의 하중에도 견딜 수 있도록 금속재로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 윈치 와이어(21)의 일단은 상기 전동윈치(20)에 권취되고, 타단은 상기 실험용 자동차(v)에 연결될 수 있다. 상기 전동윈치(20)가 전동모터(23)의 동력에 의해 회전할 때, 상기 윈치 와이어(21)가 권취되며 상기 실험용 자동차(v)를 당겨서 견인할 수 있다.

상기 로드셀(30)은 힘 또는 질량을 측정 가능한 전기 출력으로 변환하는 변환기로, 본 발명에서 로드셀(30)은 실험용 자동차(v)를 견인할 때 발생하는 인장력을 측정하는데 사용된다. 보다 자세하게 S-Beam 타입의 인장 타입 로드셀(30)로써, 실험용 자동차(v)의 하중을 고려하여 최대 300N, 측정간격 0.1s의 로드셀(30)을 사용하는 것이 바람직하다. 시험데이터의 정확성을 위해서 시간당 인장력의 변화를 측정할 수 있는 로드셀(30)을 사용할 수 있다.

상기 로드셀(30)은 상기 전동윈치(20)와 윈치 와이어(21) 사이에 설치될 수 있다. 상기 전동윈치(20)가 권취되며 윈치 와이어(21)가 실험용 자동차(v)를 견인할 때, 상기 윈치 와이어(21)에는 인장력이 작용되며 상기 로드셀(30)은 윈치 와이어(21)에 발생되는 인장력을 측정할 수 있다. 상기 로드셀(30)은 양측에 케이블 거치부가 구비되어 일측은 전동윈치(20)와 연결된 윈치 와이어(21)와 연결되고, 타측은 실험용 자동차(v)와 연결된 윈치 와이어(21)와 연결되어 양측의 윈치 와이어(21)를 연결하도록 설치될 수 있다.

상기 로드셀(30)은 측정기기(미도시)와 전기적으로 연결되어 측정기기에 시간당 인장력에 대한 데이터를 전달할 수 있다. 측정된 데이터는 저장공간에 누적되어 저장될 수 있다.

또한, 상기 시험레인(10)은 너비방향으로 이격되어 배치된 한 쌍으로 이루어지고, 상기 시험레인(10) 사이의 간격은 상기 실험용 자동차(v)의 앞바퀴 또는 뒷바퀴 사이의 간격에 대응하도록 배치될 수 있다.

상기와 같이 한 쌍의 시험레인(10)으로 이루어진 경우, 실험용 자동차(v)의 앞바퀴 또는 뒷바퀴는 각각 상기 시험레인(10)에 한 짝씩 거치되어 견인될 수 있다.

다른 실시예로써, 상기 시험레인(10)은 너비방향으로 일정한 간격 이격되어 배치된 복수개로 이루어지되, 서로 이웃한 시험레인(10)의 도로재현층에는 서로 상이한 시료가 시공되고, 상기 실험용 자동차(v)의 앞바퀴 또는 뒷바퀴 사이의 간격에 대응하도록 배치된 한 쌍의 시험레인(10)의 도로재현층에는 동일한 시료가 시공될 수 있다.

또한, 상기 복수개의 시험레인(10) 하면에 이격하여 너비방향으로 배치된 두 개 이상의 레일부(40) 및 상기 복수개의 시험레인(10) 하면에 각각 결합되고, 상기 레일부(40)에 삽입되어 너비방향으로 이동하는 이동롤러(50)를 더 포함하여 구성되고, 상기 이동롤러(50)의 이동에 따라 시료를 변경하면서 노면저항을 측정할 수 있다.

상기 시험레인의 도로재현층에 시공되는 시료는 포장재 또는 코팅제일 수 있다.

상기 시료 중 포장재는 투수성을 가진 도로의 포장재료, 투수성을 가진 블록을 조립하여 형성한 포장층일 수 있다.

상기 시료 중 코팅제는 방수성과 미끄러짐을 방지하기 위한 액상형 또는 분말형으로 도로면의 표면에 도포하여 시공될 수 있다.

상기 포장재를 시공하는 방법은 투수성이 있는 콘크리트 등을 타설 양생하여 투수층을 형성하거나, 투수성 블록을 조립하고 모르타르로 줄눈을 채워 넣고 양생하여 투수성 블록층을 형성하는 방법으로 할 수 있다.

상기 코팅제를 시공하는 방법은 기존 도로를 재현한 도로층의 표면에 코팅제를 뿜칠 또는 붓으로 펴발라 도포한 뒤 양생하여 코팅층을 형성할 수 있다.

따라서, 상기 시험레인(10)의 도로재현층은 일반 도로환경을 그대로 재현한 일반 도로층이거나 포장재로 시공된 포장층이거나 일반 도로층의 표면에 코팅층이 형성된 상태를 모두 포함한 것이다.

상기 실시예의 경우, 다양한 시료를 시공한 시험레인(10)을 준비하여 다양한 시료를 신속하게 변경하면서 측정할 수 있는 장점이 있다.

상기 시험레인(10)은 너비방향으로 일정한 간격 이격되어 복수개가 배치되며, 측정을 실시하고 다음 차례에 측정할 시험레인(10)을 너비방향으로 이동시켜 실험용 자동차(v)의 바퀴와 각각 동일선상에 위치시킬 수 있다.

정리하면, 상기와 같이 시험레인(10)에 구비된 롤러에 의하여 너비방향으로 시험레인(10)의 이동이 가능하여 복수개의 시료를 신속하게 변경하면서 측정할 수 있다.

이때, 실험용 자동차(v)의 바퀴에 접하는 노면의 상태는 동일해야 하므로, 실험용 자동차(v)의 앞바퀴 또는 뒷바퀴 사이의 간격에 대응하도록 배치된 한 쌍의 시험레인(10)의 도로재현층에는 동일한 시료가 시공될 수 있다.

[도 1] 및 [도 2]에 도시된 바와 같이, 시험레인(10)은 너비방향으로 이격배치되어 한 쌍으로 구성되고, 서로 이웃한 시험레인(10)의 도로재현층에는 서로 상이한 시료가 시공될 수 있다.

또한, 시험레인(10)의 도로재현층은 시료가 시공되지 않은 아스콘, 시멘트 등 일반 도로 상태를 구현할 수도 있다.

위의 경우에는 시료가 시공되지 않은 상태의 일반 도로의 환경을 재현한 도로재현층 상에서 기후 상태에 따른 노면저항 측정을 진행할 수 있다.

상기 종합하여 [도 2]를 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명하자면 아래와 같다.

도로재현층에 일반적인 도로를 재현한 시험레인(10)을 'A', M시료가 시공된 시험레인(10)을 'B', M2시료가 시공된 시험레인(10)을 'C'라고 표기하면 [도 2]의 상측에서 하측방향으로 'A-B-C-A-B-C'의 순서대로 복수개의 시험레인(10)이 배치된다. 이때, 시험용 자동차(v)의 전면에 윈치 와이어(21)를 연결하여 견인하여 A,B,C의 순서대로 측정할 경우, 처음에 시험용 자동차(v)의 앞바퀴는 각각 A-A 시험레인(10)에 거치되어 측정하고, 차례대로 각각 B-B, C-C 시험레인(10)에 거치되어 측정을 진행 할 수 있다.

예를 들어, 일반적인 아스팔트 도로 상황에서의 노면저항을 측정하기 위하여 A-A 시험레인(10)을 이용하여 노면저항 측정을 진행하고, M시료가 시공된 도로 상황에서 노면 저항을 측정하기 위하여 시험레인(10) 자체를 분해하고 조립하는 방식으로 교체할 필요없이, 인접한 B 시험레인(10)이 시험용 자동차(v)의 바퀴와 일치하도록 시험레인(10)을 너비방향으로 이동시키면 시험용 자동차(v)의 앞바퀴는 각각 B-B 시험레인(10)에 위치되어 신속하고 간편하게 연속적으로 측정을 진행할 수 있다.

또한, 각각의 시험레인(10) 사이의 너비방향 간격은 시험용 차량의 크기, 바퀴 간격 등에 맞춰 조절할 수 있다.

각각의 시험레인(10) 사이에는 너비방향 간격을 일정하게 유지하는 간격재(11)가 더 포함되어 구성될 수 있다.

상기 간격재(11)는 각형 강관으로 구성되며, 너비방향 간격이 일정한 고정식과 너비방향 간격을 변경할 수 있는 변경식으로 구분될 수 있다.

상기 변경식의 일 실시예는 서로 인접한 시험레인(10)에서 각각 각형 강관이 돌출되고, 각형 강관 중 어느 한측은 타측에 끼워져 삽입되도록 구성될 수 있다. 이때, 삽입되는 각형 강관에는 체결구를 삽입할 수 있는 체결공이 형성될 수 있다.

위와 같이 구성된 변경식 구조에서 길이 조절을 진행하는 과정은 다음과 같다. 삽입되는 각형 강관의 삽입길이를 조절하여 너비방향 간격을 조정한 뒤 삽입된 각형 강관에 형성된 체결공을 통해서 나사산이 형성된 체결공을 삽입하여 체결공을 체결함에 따라 삽입된 상태에서 양측의 각형 강관들이 고정되어 조절된 간격을 유지하도록 조정할 수 있다.

상기 [도 2]는 본 발명의 일 실시예로 시험레인(10)의 너비방향 간격 및 갯수는 차량의 종류와 측정 환경에 따라서 변경될 수 있다.

[도 4]는 시료의 시공부분을 다양하게 형성한 상태를 나타낸 단면도이다.

[도 4]의 (a)는 도로재현층 전체를 시료로 시공한 상태를 도시한 것이고, [도 4]의 (b) 및 (C)는 각각 도로재현층 표면에 서로 다른 종류의 시료가 시공된 상태를 도시한 것이다.

[도 4]의 (a)와 같이 도로재현층 전체를 시료로 시공할 수 있고, 상기 [도 4] (b) 및 (C)와 같이 시험레인(10)의 전체를 시료로 시공하지 않고 일정 두께만큼 채움층을 형성한 뒤 표면에만 시료를 시공하여 시료의 양생을 신속하게 진행하여 시험레인(10)에 시료를 시공하는 시간을 줄일 수 있다.

2. 노면저항 측정 설비 시스템

본 발명은 시료의 노면저항 성능을 측정하기 위하여 일반적인 건조상태에서의 도로 뿐만 아니라 빙결된 상태의 도로, 우기에 수막이 형성된 상태의 도로 등 도로 표면의 미끄럼 저항 성능에 영향을 미치는 상황을 모두 재현하여 측정할 수 있다.

위와 같은 비교 실험을 위해 본 발명은 「기후환경챔버(100), 상기 기후환경챔버(100)의 중앙에 배치된 상기 노면저항 측정 장치, 상기 기후환경챔버(100) 내부의 온도와 습도를 조절하는 온·습도 조절장치(110), 상기 기후환경챔버(100) 내부에 물을 뿌리는 살수장치(120), 상기 시기후환경챔버(100) 내부에 얼음층을 형성하는 냉각장치(130), 상기 기후환경챔버(100) 내부를 건조시키는 건조장치(140), 상기 기후환경챔버(100) 내부의 일사환경을 조성하는 일사조명, 상기 기후환경챔버(100) 내부의 풍속을 조절하는 블로워(160) 및 상기 노면저항 측정 장치 상부 공간의 온·습도를 측정할 수 있도록 설치된 온습도계(170); 를 포함하여 구성된 노면저항 측정 설비 시스템」을 제공한다.

상기 기후환경챔버(100)는 외부의 영향(온도, 습도, 바람 등)을 차단할 수 있는 실내 공간을 제공하는 것으로, 기밀성 및 수밀성이 확보되고, 내부에 실험을 위한 기구를 설치할 수 있는 공간이 확보되어야 한다.

상기 노면저항 측정 장치는 위에서 설명한 바와 같으며, 살수되는 물을 배출할 수 있도록 하부에 물받이(미도시)를 설치하고 상기 물받이에 배수 드레인(미도시)을 결합하여 물을 외부로 배출시킬 수 있다. 측정환경을 조절하기 위하여 사용된 물이 기후환경챔버(100) 내부에 잔존하지 않도록 배출시켜, 기후환경챔버(100) 내부의 습도와 온도에 영향을 주지 않도록 할 수 있다.

상기 온·습도 조절장치(110)는 상기 기후환경챔버(100) 내부의 온도와 습도를 조절하는 설비이다. 상기 기후환경챔버(100) 내부의 온도는 전열기, 보일러, 냉동기 등의 수단으로 조절할 수 있고, 습도는 가습설비, 제습설비 등의 수단으로 조절할 수 있다. 상기 온·습도 조절장치(110)는 전술한 각종 설비의 조합으로 구현할 수 있다.

상기 살수장치(120)는 상기 기후환경챔버(100) 내부에 강우환경 및 빙결환경을 조성하기 위한 설비로서, 펌프와 노즐로 구성하여 위에서 아래로 살수되도록 구성한다.

상기 냉각장치(130)는 상기 기후환경챔버(100) 내부에 얼음층을 형성하기 위한 설비로 도로에 살얼음이 발생하는 조건에서 시료의 노면저항 성능을 측정할 수 있다. 상기 냉각장치(130)는 상기 기후환경챔버(100) 내부의 온도를 정밀하게 조절하여 냉각시킬 수 있도록 구성된다. 후술할 도로의 빙결상태를 재현하기 위한 조건에서 일정 시간에 걸쳐서 선형적으로 온도를 변화시켜야 하는 과정을 진행해야 하므로, 냉각장치(130)는 시간에 따라 온도를 정밀하게 변화 냉각시킬 수 있는 기능을 가지는 것이 바람직하다.

상기 건조장치(140)는 건조한 상태의 도로 환경을 재현하기 위한 것으로, 고온건조한 바람을 방출하여 수분을 증발 시킬 수 있다.

상기 일사조명은 상기 기후환경챔버(100) 내부에 일사환경을 조성하는 설비이다. 상기 일사조명은 태양의 복사열을 재현한 것으로써, 상기 기후환경챔버(100)에 전체적으로 하절기 일사량 800~1,200W/㎡을 가하도록 구성·배치할 수 있다.

상기 블로워(160)는 상기 기후환경챔버(100) 내부의 풍속을 조절하는 설비이며, 일반적인 도로표면 상부 공간의 기상상태를 재현할 수 있다.

상기 온습도계(170)는 상기 노면저항 측정 장치 상부 공간의 온·습도를 측정할 수 있도록 설치된다. 이에 따라 상기 노면저항 측정 장치 상부의 시간에 따른 온도 변화 상태를 모니터링할 수 있다. 이는 시험레인(10)의 표면에 살얼음을 생성할 때 온도를 변화시키는 과정을 측정하면서 정밀하게 조절하여 생성하기 때문에 중요한 역할을 한다.

상기 온·습도 조절장치(110), 냉각장치(130) 및 블로워(160)는 하나의 공조장치로 물리적으로 결합되어 구성되거나, 별도의 장치로 구성될 수 있다. 공조장치는 실내의 온도, 습도, 공기의 청정도, 흐름을 복합적으로 조절하는 장치를 일컷는 것으로, 온·습도 조절장치(110), 냉각장치(130) 및 블로워(160)가 물리적으로 결합되어 공조기로 기능할 수도 있고, 각각의 기능에 따라 별도로 구비될 수 있다.

3. 노면저항 측정 방법

본 발명은 전술한 노면저항 측정 설비 시스템을 이용하여, 도로의 표면 상태에 따른 노면저항을 측정하는 방법을 제공한다.

즉, 본 발명은 「(a) 상기 시험레인(10)의 도로재현층에 시료를 시공하는 단계, (b) 상기 실험용 자동차(v)를 상기 시험레인(10)의 일측에 구비된 전동윈치(20)의 맞은편에 배치하되, 상기 전동윈치(20)와 상기 실험용 자동차(v)는 일축 선상에 위치하도록 배치하는 단계, (c) 상기 온·습도 조절장치(110)로 상기 기후환경챔버(100) 내부의 온도와 습도를 일정하게 제어한 후 상기 온·습도 조절 장치를 정지시키고 상기 기후환경챔버(100)를 밀폐시키는 단계, (d) 상기 살수장치(120)로 기후환경챔버(100) 내부에 살수하는 단계, (e) 상기 냉각장치(130)로 도로 살얼음 발생조건에 따라 상기 기후환경챔버(100) 내부를 냉각시키는 단계, (f) 상기 전동윈치(20)를 작동하여 상기 윈치 와이어(21)를 권취함에 따라 상기 실험용 자동차(v)가 상기 시험레인(10)을 따라서 견인될 때 발생하는 시간에 따른 인장력 테이터를 측정 수집하는 단계; 를 포함하는 노면저항 측정 방법」을 함께 제공한다.

상기 각 단계에서 도로면에서 실제 발생하는 차량의 미끄럼 현상을 재현하기 위해, 상기 (b)단계에서는 상기 실험용 자동차(v)의 엔진은 미시동, 기어는 P(주차)상태로 설정하고, 상기 (e)단계의 도로 살얼음 발생조건은 상기 기후환경챔버(100) 내부의 온도를 1.6℃로 제어한 상태에서, 초기 6시간 동안 1.6℃에서 -5.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시킨 뒤, 4시간 동안 -5.6℃에서 -1.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시키고, 측정을 시작한지 8시간이 경과한 시점에서 상기 기후환경챔버(100) 내부에 물을 분사하여 발생시키고, (f)단계에서는 상기 실험용 자동차(v)의 수평 이동거리가 1.5m이상 일 때 종료하고, 상기 기후환경챔버(100) 내부의 설정온도가 ±2℃ 이상 변동될 경우 재안정화 시간을 가지며, 시험 중 상기 기후환경챔버(100) 내부의 공기온도가 ±2℃ 이상 변동될 경우 시험을 중단하고 조건 온도에서 안정화 시킨 후 재시험을 진행할 수 있다.

아래 [표 1]의 참고도는 측정을 진행하기 위하여 기후환경챔버(100) 내부의 기후환경을 조절하는 과정이 도시된 것이다.

특히, 본 발명에서 (e)단계의 도로 살얼음을 발생시키기 위한 조건에 대해서 하기에 상세하게 설명한다.

일반적으로 도로 살얼음은 도로 표면의 온도가 빙점 미만으로 떨어지면서 이슬점의 온도가 도로표면 온도보다 높은 경우 발생하는 것으로 알려져 있다. 즉 도로 표면 온도가 0℃미만이면서 도로 표면에 이슬이 발생하는 경우 발생된 이슬이 결빙되어 발생할 수 있다. 이러한 조건을 만족시키는 온도 및 습도로 상기 기후환경챔버(100) 내부를 조절하는 경우 시료의 표면에 원활하게 도로 살얼음을 형성할 수 있으며, 이를 통하여 도로 살얼음 발생 평가를 수행할 수 있다.

본 발명의 출원인은 본 발명에서 제공하는 측정 장치 및 설비 시스템을 사용한 측정 시 최적의 측정조건을 만족시킬 수 있는 도로 살얼음 발생조건을 도출하기 위하여 수많은 연구와 실험을 반복한 결과, 기후환경챔버(100) 내부의 온도를 1.6℃로 유지하도록 제어한 상태에서, 초기 6시간 동안 1.6℃에서 -5.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시킨 뒤, 4시간 동안 - 5.6℃에서 -1.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시키고, 최종적으로 측정 시작 8시간 후에 상기 기후환경챔버(100) 내부에 물을 분사할 경우 도로에 발생하는 살얼음과 유사한 조건의 살얼음을 발생시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 (d)단계의 살수를 진행하기 전에, (c-1) 상기 노면저항 측정 장치 하부에 물받이를 설치하고, 상기 하부 물받이에 배수 드레인을 결합시키는 단계;를 추가하여 살수된 물을 배출하기 위한 물받이와 배수 드레인의 설치를 진행할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.

10 : 시험레인
11 : 간격재
20 : 전동윈치
21 : 윈치 와이어
22 : 권취부
23 : 전동모터
30 : 로드셀
40 : 레일부
50 : 이동롤러
v : 실험용 자동차
100 : 기후환경챔버
110 : 온·습도 조절장치 120 : 살수장치
130 : 냉각장치 140 : 건조장치
150 : 일사조명 160 : 블로워
170 : 온습도계

Claims (8)

1. 바퀴를 가진 실험용 자동차;
   소정의 길이와 너비를 가지고 상부에 도로재현층이 구비되며, 너비방향으로 일정한 간격 이격되어 배치된 복수개의 시험레인;
   상기 시험레인의 길이방향 일측에 구비된 전동윈치(winch);
   일단은 상기 전동윈치에 권취되고, 타단은 상기 실험용 자동차에 연결된 윈치 와이어(winch wire);
   상기 윈치 와이어에 구비된 로드셀;
   상기 로드셀에 전기적으로 연결된 측정기기;
   상기 시험레인 하면에 이격하여 너비방향으로 배치된 두 개 이상의 레일부; 및
   상기 시험레인 하면에 각각 결합되고, 상기 레일부에 삽입되어 너비방향으로 이동하는 이동롤러;를 포함하여 구성되고,
   상기 시험레인의 길이방향 일측에는 실험용 자동차를 배치하고, 타측에는 전동윈치가 구비되며,
   서로 이웃한 시험레인의 도로재현층에는 서로 상이한 시료가 시공되고,
   상기 실험용 자동차의 앞바퀴 또는 뒷바퀴 사이의 간격에 대응하도록 배치된 한 쌍의 시험레인의 도로재현층에는 동일한 시료가 시공되며,
   상기 이동롤러의 이동에 따라 시료를 변경하면서 노면저항을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 노면저항 측정 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 시험레인의 도로재현층에 시공되는 시료는 포장재 또는 코팅제인 것을 특징으로 하는 노면저항 측정 장치.
   
5. 삭제
6. 기후환경챔버;
   상기 기후환경챔버의 중앙에 배치된 제1항 또는 제4항의 노면저항 측정 장치;
   상기 기후환경챔버 내부의 온도와 습도를 조절하는 온·습도 조절장치;
   상기 기후환경챔버 내부에 물을 뿌리는 살수장치;
   상기 기후환경챔버 내부에 얼음층을 형성하는 냉각장치;
   상기 기후환경챔버 내부를 건조시키는 건조장치;
   상기 기후환경챔버 내부의 일사환경을 조성하는 일사조명;
   상기 기후환경챔버 내부의 풍속을 조절하는 블로워; 및
   상기 노면저항 측정 장치 상부 공간의 온·습도를 측정할 수 있도록 설치된 온습도계; 를 포함하여 구성된 노면저항 측정 설비 시스템.
   
7. 제6항의 노면저항 측정 설비 시스템을 이용하며,
   (a) 상기 시험레인의 도로재현층에 시료를 시공하는 단계;
   (b) 상기 실험용 자동차를 상기 시험레인의 일측에 구비된 전동윈치의 맞은편에 배치하되, 상기 전동윈치와 상기 실험용 자동차는 일축 선상에 위치하도록 배치하는 단계;
   (c) 상기 온·습도 조절장치로 상기 기후환경챔버 내부의 온도와 습도를 일정하게 제어한 후 상기 온·습도 조절 장치를 정지시키고 상기 기후환경챔버를 밀폐시키는 단계;
   (d) 상기 살수장치로 상기 기후환경챔버 내부에 살수하는 단계;
   (e) 상기 냉각장치로 도로 살얼음 발생조건에 따라 상기 기후환경챔버 내부를 냉각시키는 단계;
   (f) 상기 전동윈치를 작동하여 상기 윈치 와이어를 권취함에 따라 상기 실험용 자동차가 상기 시험레인을 따라서 견인될 때 발생하는 시간에 따른 인장력 데이터를 측정 수집하는 단계; 를 포함하는 노면저항 측정 방법.
   
8. 제7항에서,
   상기 (e)단계의 도로 살얼음 발생조건은 상기 기후환경챔버 내부의 온도를 1.6℃로 제어한 상태에서, 초기 6시간 동안 1.6℃에서 -5.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시킨 뒤, 4시간 동안 - 5.6℃에서 -1.6℃(오차 ±2℃)까지 온도를 선형적으로 변화시키고, 8시간 후에 상기 기후환경챔버 내부에 물을 분사하는 것을 특징으로 하는 노면저항 측정 방법.
   
   
   

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