KR102545570B1 - 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법에 관한 것으로, 차량의 주행에 따라 다양하게 변하는 타이어동하중반경을 측정하여 고정값이 아닌 변수값으로 제공하여 차량의 하중 측정에 사용함으로써 하중 측정의 신뢰성을 향상하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법은, 차량의 다양한 타이어 압력별로 타이어동하중반경의 값을 데이터로 하여 데이터베이스를 구축하는 제1단계와; 차량의 현재 타이어 압력을 확인하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 확인한 현재 타이어 압력와 상기 제1단계에서 구축한 데이터베이스의 데이터를 비교하여 현재 타이어 압력과 일치하는 타이어동하중반경을 추출하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 추출한 타이어동하중반경을 변수로 하여 차량의 속도를 연산하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 연산한 속도를 변수로 하여 차량의 하중을 연산하는 제5단계를 포함하고, 제2단계는 타이어 압력 경고를 위하여 타이어 압력을 감지하는 타이어공기압경보장치로부터 타이어 압력을 제공받는다.

Description

타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법{Vehicle load measuring methods that reflect dynamic loaded radius of tire}

본 발명은 차량 특히 화물차의 하중을 측정하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 주행 조건에 따라 달라지는 타이어동하중반경을 고정하지 않고 변수값으로 확보하여 속도와 하중 연산의 자료로 제공하는 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

일반적으로 과적 차량의 운행은 도로 및 교량 구조물 등에 손상 요인으로 작용하여 도로의 내구성을 단축시킬 뿐만 아니라 이에 따른 유지보수 비용을 증가시키게 된다.

또한, 과적 차량은 주행성능이 상대적으로 떨어지므로 해당 도로의 용량을 저하시키며, 운행시 소음과 진동의 유발하고, 배기가스를 배출하여 도로변 환경 악화의 요인으로 작용한다.

한편, 전국의 국도, 고속도로에서 대형화물차의 과속ㅇ과적ㅇ난폭운전으로 인한 교통사고는 매우 심각한 상황이며 최근 경제발전으로 인한 물류, 유통이 증가하면서 대형 화물차량의 운행이 크게 늘어, 그에 따른 교통사고도 함께 증가하는 추세이다.

이와 같은 대형 화물차량의 교통사고를 방지하기 위하여 교통 파라메타, 차량의 하중 및 화물적재높이를 계측하여 안전운행에 이르도록 운전자에게 인지시키는 여러 가지의 교통시스템이 제안되고 있다.

여기서, 교통 파라메타 및 차량하중 계측이란 도로를 주행하는 차량으로부터 특정 지점을 통과하는 차량의 차종별 제원 및 중량조사를 수행하는 것을 의미하며, 차량중량 조사는 특정 지점을 통과하는 차량의 차종별 중량분포를 시간대별로 조사하는 것이다.

즉, 교통 파라메타에는 시간대별 차종별 속도, 축거, 윤거, 교통량, 점유시간 등이 있으며, 차량하중은 차종별 축중량 및 총중량 분포, 차종별 과적률, 과적 차량의 시간대별 분포, 등가단축하중, 과적차량의 주요 이동경로등을 조사하는데 사용된다.

그리고, 차량중량조사는 도로포장의 설계 및 유지관리, 과적차량의 단속, 화물차량 운행제한 기준설정, 정책부문 등의 기초자료를 제공하는 중요한 기능을 가진다.

그러나, 상기한 교통 파라메타 및 차량하중 계측 데이터는 교통정책에 중요한 기초자료로 이용되고 있기는 하지만, 이러한 기초 자료들이 화물차량의 안전운행을 유도하도록 적용하는 시스템은 아직 제안되지 못한 실정에 있다.

본 발명과 관련된 특허문헌으로 등록특허 제10-1008013호는 차량의 DLC로부터 센서 데이터를 획득하고, 이를 운행차 하중 측정 알고리즘에 적용하여 차량의 총 중량을 실시간으로 측정할 수 있는 구성을 개시하고 있으며 다음과 같은 수학식 1을 이용하여 하중을 계산하고 있다.

(수학식 1)

상기 식에서 W : 차량 하중(kgf), n : 엔진회전수(rpm), T : 엔진토크, μa : 공기저항계수(kg/m3), A : 차량의 전투영면적(m2), μr : 구름저항계수, V : 속도, sinθ : 자이로센서로 측정한 도로 경사, a : 차량 가속도(m/s2)이다.

상기 하중식을 이용한 하중 계산에서는 주행중인 차량의 속도(V)를 매우 정밀하게 측정해야 한다.

기존의 방식은 차량의 DLC와 연결해서 차량과 통신하여 차속을 사용하였는데, 실제 차속과는 약간의 차이가 발생한다. 그 이유는 DLC를 통해서 측정된 차속은 하기의 수학식 2에 의해서 구해지는데

(수학식 2)

상기 식에서 r : 타이어동하중반경, n : 엔진회전수, i_s :변속기 각단기어비 , i_f : 종감속기어 기어비이다. 상기 식에 따르면 속도는 엔진회전수에 의해서만 변한다.

상기 하중식에서 타이어동하중반경(r)은 고정값을 사용하지만 실제 차량 주행 중에는 타이어동하중반경이 변하며 즉 수시로 변하는 타이어동하중반경을 반경하지 않은 고정 값을 이용한 속도 값은 실제 차량의 속도 값과 일치될 수 없다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 타이어동하중반경(r)은 실제 주행 시에 타이어압력차에 의해서 크기의 변화가 발생된다. 타이어압력이 낮아지면 동하중반경이 작아지고 실제 차속은 계산된 값보다 낮게 나타나고, 타이어압력이 높아지면 동하중반경이 커지고 실제 차속은 계산된 값보다 높게 나타난다.

결과적으로 타이어 압력에 의한 타이어동하중반경의 값이 달라짐으로써 결국 타이어 압력에 따라 차속의 오차가 발생되고, 이 차속을 이용한 차량하중 계산 오차도 커지게 된다.

등록특허 제10-1008013호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 주행 중 변하는 타이어동하중반경을 반영하여 속도를 구하고 그 속도를 이용하여 하중을 계산하는 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법은, 차량의 다양한 타이어 압력별로 타이어동하중반경의 값을 데이터로 하여 데이터베이스를 구축하는 제1단계와; 차량의 현재 타이어 압력을 확인하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 확인한 현재 타이어 압력와 상기 제1단계에서 구축한 데이터베이스의 데이터를 비교하여 현재 타이어 압력과 일치하는 타이어동하중반경을 추출하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 추출한 타이어동하중반경을 변수로 하여 차량의 속도를 연산하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 연산한 속도를 변수로 하여 차량의 하중을 연산하는 제5단계를 포함하고, 제2단계는 타이어 압력 경고를 위하여 타이어 압력을 감지하는 타이어공기압경보장치로부터 타이어 압력을 제공받는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법에 의하면, 차량의 주행 조건에서 다양하게 변하는 타이어동하중반경을 확보하여 속도 연산에 제공함으로써 차량의 정확한 속도를 확인할 수 있고 나아가 타이어동하중반경이 반영된 속도를 하중 연산에 이용하여 하중을 정확하게 측정함으로써 하중 측정의 신뢰성을 향상하는 효과가 있고, 이를 통해 구한 차량의 적재량 데이터를 이용하여 온실가스 배출량, 연료소비량의 분석 자료로 제공하는 효과가 있다.

그리고, 차량에 이미 설치되어 있는 타이어공기압경보장치(TPMS)를 이용하여 별도의 측정장치를 추가하지 않고 타이어 공기압을 확보하고 이렇게 확보한 타이어 공기압을 이용하여 타이어동하중반경을 확보함으로써 설치비용을 절감할 수 있고 현재 차량에 간단하게 적용할 수 있으므로 효용성이 매우 우수하다.

도 1은 본 발명에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 장치의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법의 공정도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

<실시예 1>

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 장치는, 차량의 타이어 압력을 입력받는 타이어압력 입력부(10), 타이어의 압력별 타이어동하중반경이 축적된 데이터베이스(20), 입력부(10)를 통해 입력되는 타이어 압력과 데이터베이스(20)의 데이터를 근거로 하여 타이어동하중반경을 구하는 타이어동하중반경 추출부(30), 타이어동하중반경 추출부(30)를 통해 추출된 타이어동하중반경을 이용하여 차량의 속도를 연산하는 속도 연산부(40), 속도 연산부(40)의 연산 값인 속도를 이용하여 차량의 하중을 연산하는 하중 연산부(50)를 포함한다.

타이어압력 입력부(10)는 차량의 타이어 압력을 확인하기 위한 것이며, 현재 차량에 적용되어 있는 타이어공기압경보장치(TPMS)에 의해 검출되는 타이어 압력을 이용하는 방법이 있으며, 별도의 센서를 설치하지 않고 차량의 정비통신으로 타이어 압력을 제공받는 점에서 센서의 설치에 따른 제약과 추가 비용 없이 사용이 가능하다. 물론, 타이어압력을 직접 감지하기 위하여 추가로 센서를 설치하는 방법도 가능하다.

참고로, 화물차의 경우에는 후륜구동방식(FR : Front engine Rear drive)이기 때문에 뒷차축에 장착된 타이어의 동하중반경을 측정해서 사용한다.

즉, 타이어압력 입력부(10)는 실시간으로 타이어 압력을 입력받아 타이어동하중반경 추출부(30)에 전송한다.

데이터베이스(20)는 다양한 타이어 압력에 따른 타이어동하중반경이 매칭되는 형태이며, 하기의 표 1은 데이터베이스(20)에 축적되어 있는 타이어압력별 타이어동하중반경의 시트 형태를 보인 것이다.

데이터베이스(20)를 구축하는 방법의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

① 타이어의 압력을 측정한다.

② 타이어에서 노면에 닿는 곳의 중앙을 마킹하고, 이 마킹과 같은 위치의 노면에도 마킹한다.

③ 차량을 직선방향으로 서서히 움직여서 타이어가 일정 회전수만큼 회전, 예를 들어 8~12회, 바람직하게 10회를 회전전하도록 한다.

④ 타이어를 10회전시키고 이 때, 타이어에 표시한 마킹이 노면에 닿는다.

⑤ 타이어가 10회전한 거리를 줄자로 측정하고, 타이어동하중반경을 계산한다.

(이동거리)/(10회전) = 2 × π × r 이므로

∴ r = (이동거리)/((10회전) × 2 × π) (m)

⑥ 타이어압력별로 ①~⑤를 반복해서 타이어동하중반경을 측정하고, 데이터베이스(20)를 작성한다.

타이어동하중반경 추출부(30)는 입력부(10)를 통해 입력되는 현재의 타이어 압력과 데이터베이스(20)에 구축된 데이터를 이용하여 타이어동하중반경을 추출하며, 현재의 타이어 압력과 데이터베이스(20)의 타이어 압력을 비교하여 데이터베이스(20)에서 일치되는 타이어 압력을 선택하고 선택된 타이어 압력에 해당하는 타이어동하중반경을 추출하는 과정을 이용한다.

속도 연산부(40)는 타이어동하중반경 추출부(30)에서 추출한 타이어동하중반경을 하기의 수학식 2에 r 값으로 대입하여 속도를 연산한다.

---------------(수학식 2)

하중 연산부(50)는 속도 연산부(40)에서 연산된 속도를 하기의 수학식 1에 V 값으로 대입하여 연산한다.

-(수학식 1)

본 발명에 의한 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법은 다음과 같다(도 2).

1. 데이터베이스 구축.

다양한 타이어 압력별로 타이어동하중반경을 확인한 후, 각각의 타이어 압력에 해당하는 타이어동하중반경을 데이터로 구축한다.

2. 타이어 압력 입력.

타이어공기압경보장치에서는 타이어 압력을 감지하고 있으며, 타이어압력 입력부(10)는 이 타이어 압력을 제공받는다.

3. 타이어동하중반경 추출.

타이어압력 입력부(10)에서 입력되는 현재 타이어 압력과 데이터베이스(20)에 구축된 타이어 압력 중에서 현재 타이어 압력과 동일한 타이어 압력을 찾고, 타이어 압력에 해당하는 타이어동하중반경을 추출한다.

4. 속도 연산.

3. 타이어동하중반경 추출 공정에서 추출한 타이어동하중반경을 앞서 설명한 수학식 2의 r 값으로 대입하여 속도를 연산한다.

5. 하중 연산.

4. 속도 연산 공정에서 연산한 속도를 전술한 수학식 1의 V 값으로 대입하여 하중을 연산한다.

본 발명은 1 ~3 공정만을 이용하여 타이어동하중반경을 측정하여 제공하는 것도 실시 가능하다.

본 발명은 하중 연산 값의 신뢰도를 높이기 위한 방법으로 타이어 압력에 이상이 발생되는 경우 이 이상 압력을 이용한 하중 값을 사용하지 않도록 하며, 예를 들어, 타이어공기압경보장치(TPMS)가 경보등을 점등하는 것을 감지하여 경보등의 감지가 확인되면 타이어압력 입력부(10)에 타이어 압력이 입력되지 않도록 하고, 다른 방법으로 경보등이 감지될 때 연산한 하중 값을 필터링(삭제)한다.

10 : 타이어압력 입력부, 20 : 데이터베이스
30 : 타이어동하중반경 추출부, 40 : 속도 연산부
50 : 하중 연산부,

Claims (8)

1. 차량의 다양한 타이어 압력별로 타이어동하중반경의 값을 데이터로 하여 데이터베이스를 구축하는 제1단계와;
   차량의 현재 타이어 압력을 확인하는 제2단계와;
   상기 제2단계에서 확인한 현재 타이어 압력와 상기 제1단계에서 구축한 데이터베이스의 데이터를 비교하여 현재 타이어 압력과 일치하는 타이어동하중반경을 추출하는 제3단계와;
   상기 제3단계에서 추출한 타이어동하중반경을 변수로 하여 차량의 속도를 연산하는 제4단계와;
   상기 제4단계에서 연산한 속도를 변수로 하여 차량의 하중을 연산하는 제5단계를 포함하고,
   제2단계는 타이어 압력 경고를 위하여 타이어 압력을 감지하는 타이어공기압경보장치로부터 타이어 압력을 제공받는 것을 특징으로 하는 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1단계는 타이어의 압력을 측정하는 제1-1단계, 타이어에서 노면에 닿는 곳의 중앙을 표시하고 노면위치를 표시하는 제1-2단계, 차량을 직선방향으로 움직여서 타이어가 일정회전수만큼 회전하도록 하는 제1-3단계, 상기 타이어의 회전 후 타이어에 표시한 부분이 노면에 닿도록 하는 제1-4단계, 상기 타이어가 일정회전수만큼 회전한 거리를 계측하고 타이어동하중반경을 계산하는 제1-5단계를 포함하고, 상기 제1단계에서 타이어 압력을 다양하게 설정한 후 타이어 압력별로 타이어동하중반경을 측정하여 데이터베이스를 구축하는 제1-5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 제2단계는 상기 타이어공기압경보장치가 경고등을 점등하는 것을 확인하며, 경고등의 점등 시 타이어 압력을 입력하지 않거나 이 때의 하중 값을 필터링하는 것을 특징으로 하는 타이어동하중반경을 반영한 차량 하중 측정 방법.
   
   
8. 삭제

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