KR20040043510A - 차량 스프링 장착용 하중 측정 장치 및 그의 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 하중 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 휴대 또는 장착하여 그 차량의 하중을 실시간으로 측정할 수 있는 하중 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.

본 발명의 하중 측정 장치는 차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 일단에 있는 판스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 판스프링의 동일면상에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 한 쌍의 고정 저항 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와, 상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하며, 상기 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 판스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열된다.

본 발명에 따르면, 경시 변화 또는 주위 환경의 변화에 따라 특성이 변화하지 않는 하중 측정 장치를 제공할 수 있으며, 조작자는 간단한 조작만으로도 본 발명의 하중 측정 장치를 이용하여 용이하게 차량의 하중을 측정할 수 있다.

Description

차량 스프링 장착용 하중 측정 장치 및 그의 측정 방법{Apparatus for measuring wheel axle weight and method thereof}

본 발명은 하중 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 휴대 또는 장착하여 그 차량의 하중을 실시간으로 측정할 수 있는 하중 측정 장치에 관한 것이다.

현행 도로교통법에서는 차량의 중량 제한 기준을 축 하중 10톤(윤하중 5톤)과 총 중량 40톤으로 규정하고 있다. 그러나 여기서 축 하중 10톤은 축 형식(단축, 연속축)이나 연속축인 경우에 축간 거리, 타이어 개수(단륜, 복륜) 등을 고려하지 않은 기준이며, 총 중량 또한, 차량 형식(단일 차량, 연결 차량)이나 축 수에 관계없는 것이다. 이들 제한 중 차량 총 중량 상한선인 40톤은 4축의 세미 트레일러(semi trailer) 차량을 기준으로 축 당 10톤×4축=40톤을 제한 기준으로 설정한 것이며, 총 중량 제한은 특히 교량 구조물의 안전을 위해 설정된 기준이다. 그러므로 총 중량 40톤 또는 축 하중 10톤을 초과하는 차량은 종류와 상관없이 도로법 상 과적차량으로 인정된다.

그러나, 화물 적재 장소와 중량 계량소가 공간적으로 서로 떨어져 있기 때문에, 실제 차량의 하중은 적재가 완료된 이후에야 측정 가능하다. 따라서, 주로 운전자의 경험에 의존하여 화물을 적재를 할 수 밖에 없으며, 적재 완료 후 계량소에서 적재 중량 초과를 발견하더라도 적재된 화물을 하차하기는 현실적으로 곤란한 실정이다. 이런 연유로 운전자는 중량 초과 사실을 알면서도 차량 운행을 할 수 밖에 없게 된다.

따라서, 현재로서는 현행 도로교통법의 차량 중량 제한 규정은 과적 차량에 의한 도로 손상을 방지하려는 본래의 입법 목적 달성이 현저히 곤란한 실정이며, 과도한 범칙금과 제재로 인해 운전자에게도 막대한 재산상 불이익이 초래되고 있다.

본 발명자가 아는 바로는, 화물 적재시 실제 차량의 하중을 실시간으로 측정하여 도로 교통법상 중량 제한을 초과하지 않도록 하는 상용화된 차량 중량 측정 장치는 없다.

종래에, 이러한 문제점을 해결하기 위해 실시간으로 차량 중량을 측정하는 차량 탑재형 중량 측정 장치에 대한 개발이 있어 왔다. 예컨대, 특허공개공보 제1997-66520호는 다종의 센서로부터 읽어들인 아날로그 측정값을 디지털로 변환하고, 해당 센서의 데이터가 수록된 테이블의 데이터와 이 디지털값을 비교하여 하중을 환산하는 씨피유를 포함하는 차량용 하중 측정 전용 장치를 제시한 바 있다.

그러나, 이 하중 측정 장치는 신호의 처리에 관한 개념적인 수준에 머물고 있어, 구체적으로 차량에 적용함에 있어서 발생하는 문제점들에 대한 인식이나 이의 해결 방법을 제시하지 못하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 차량 장착 상태에서 높은 정밀도와 안정성을 가지는 차량 축중 측정 장치 및 그 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 차량의 현가 장치를 모식적으로 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 하중 측정을 위한 센서부 브릿지 회로를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 센서부가 차량의 판 스프링에 배열되는 구조를 도시한 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 하중 측정을 위한 제어 유닛의 구성을 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 디지털 신호 처리 프로시저의 일례를 도시한 것이다.

도 6는 본 발명의 차량 하중 측정 방법의 절차를 예시적으로 도시한 도면이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링을 구비하는 차량의 하중 측정 장치를 제공한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 본 발명의 차량 하중 측정 장치는 차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 일단에 있는 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 스프링의 동일면상에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 한 쌍의 고정 저항 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와, 상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하여 구성되며, 상기 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 하중 측정 장치는 차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 일단에 있는 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 스프링에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 한 쌍의 고정 저항 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와, 상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하여 구성되며, 상기 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 스프링의 대향면상에 서로 평행한 방향으로 배열되도록 구성될 수도 있다.

이들 하중 측정 장치에서 상기 센서부의 고정 저항 소자는 동일한 저항을 갖는다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 하중 측정 장치는 차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 양단에 있는 제1 스프링 및 제2 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 상기 제1 스프링에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 상기 제2 스프링에 부착되는 다른 한 쌍의 스트레인 게이지로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와, 상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하여 구성되며, 상기 제1 스프링의 한 쌍의스트레인 게이지는 상기 제1 스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열되며, 상기 제2 스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제2 스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 하중 측정 장치는 차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 양단에 있는 제1 스프링 및 제2 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 상기 제1 스프링에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 상기 제2 스프링에 부착되는 다른 한 쌍의 스트레인 게이지로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와, 상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하여 구성되며, 상기 제1 스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제1 스프링의 대향면상에서 서로 평행한 방향으로 배열되며, 상기 제2 스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제2 스프링의 대향면상에서 서로 평행한 방향으로 배열될 수 있다.

본 발명의 하중 측정 장치에서 상기 제어 유닛은 상기 차량의 진동시 상기 센서부의 출력 신호에 혼재되는 노이즈를 제거하기 위한 필터를 더 포함할 수 있으며, 이 필터는 바람직하게는 콘덴서와 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing) 기법을 사용한 소프트웨어로 구현된다.

본 발명의 하중 측정 장치에서 상기 제어 유닛은, 상기 센세부의 출력 신호를 증폭하는 신호 증폭기와, 상기 센서부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기와, 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 중량값으로 변환하는 마이크로 프로세서와, 상기 변환된 중량값을 출력하는 디스플레이를 포함한다.

상기 제어 유닛의 마이크로 프로세서는 메모리를 더 포함하고, 상기 메모리는 상기 센서부의 출력 신호와 하중과의 상관 관계를 규정하는 상관 관계 데이터와, 상기 상관 관계 데이터로부터 상기 센서부의 출력 신호를 하중으로 변환하는 컴퓨터 판독 가능한 소스 코드를 구비할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명은 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링에 장착된 센서를 이용하여 상기 차량의 하중을 측정하는 방법을 제공한다.

본 발명의 방법은 상기 차량에 제1 중량의 화물을 적재하는 단계와, 상기 센서로부터 상기 제1 중량에 대응하는 제1 스트레인을 측정하는 단계와, 상기 차량에 제2 중량의 화물을 적재하는 단계와, 상기 센서로부터 상기 제2 중량에 대응하는 제2 스트레인을 측정하는 단계와, 상기 제2 스트레인과 제1 스트레인의 차와 상기 제2 중량과 제1 중량의 차로부터 중량 변화와 스트레인 변화의 비율을 구하는 단계와, 임의 중량의 화물을 적재하는 단계와, 상기 센서로부터 상기 임의 중량에 대응하는 제3 스트레인을 측정하는 단계와, 상기 임의 중량의 화물이 적재된 차량의 실제 중량을 상기 중량 변화와 스트레인 변화 비율로부터 구하는 단계를 포함한다.

바람직하게는 상기 제2 중량은 차량 총중량이 만차 중량이 되도록 선택되고, 상기 제1 중량은 영이다. 또한 상기 방법에서 상기 제1 스트레인 측정 단계, 상기 제2 스트레인 측정 단계 및 상기 제3 스트레인 측정 단계는 스트레인 게이지로부터의 신호를 필터링하는 단계를 더 포함한다.

상기 필터링 단계는 상기 센서로부터의 신호를 입력값으로 입력받는 단계와, 상기 입력값을 소정의 값과 합산하는 단계와, 상기 합산된 값을 출력하는 동시에 상기 합산된 값에 일정한 연산을 행하여 상기 소정의 값을 결정하는 단계를 거쳐 수행될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상술한다. 이하의 설명에서 축하중(이하 축중이라 한다)이라 함은 차량의 일축(一軸) 전체에 가해지는 하중을 말하며, "윤하중"이라 함은 차량의 일축 양단의 바퀴들 중 일단의 바퀴에 가해지는 하중을 말한다. 따라서, 이하 명세서의 "하중"이라는 단어는 "유하중" 및 "축하중"을 포함하는 개념이다.

도 1은 일반적인 차량의 현가 장치를 모식적으로 도시한 사시도이다. 차량의 현가 장치는 액슬(axle)축과 차체를 연결하고, 주행 중에 노면에서 받은 진동이나 충격을 흡수하여 승차감이나 자동차의 안전성을 향상시켜 주는 장치이다. 도 1의 현가 장치는 스프링과 스프링의 자유 진동을 조정하여 승차감을 향상시키는 쇽 업소버(shock absorber), 자동차의 좌우 진동을 방지하는 스태빌라이져(stabilzer) 등으로 구성되어 있다. 도시된 스프링은 판스프링이며, 이 스프링의 양단은 새클(shackle)과 새클 핀(shackle pin)에 의해 차체에 부착되어 차체를 지지한다. 스프링은 차체의 하중을 지지하고 있기 때문에, 본 발명에서 차량의 하중을 측정하기 위한 센서부는 이 스프링에 장착된다.

센서부의 회로 구조

도 2의 (a)는 본 발명에 따라 차량의 윤하중을 측정하기 위한 센서부(200)의회로도를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 윤하중 측정 센서부(200)는 한 쌍의 스트레인 게이지(210, 220)와 고정 저항(230, 240)들을 포함하는 브릿지 회로로 구성된다. 여기서, 각 고정 저항(230, 240)은 저항값이 동일하며, 고정 저항(220)의 저항값은 무부하 상태의 스트레인 게이지(210, 220)의 저항값과 동일하다.

외부 전원(V_S)가 가해질 때, 상기 브릿지 회로의 출력 전압(V_O)은 제어 유닛으로 전달되어 하중으로 환산된다. 상기 한 쌍의 스트레인 게이지(210, 220)는 하나의 스프링에 장착된다.

도 2의 (a)의 브릿지 회로의 출력(V_O)는 다음의 수식에 의해 계산될 수 있다.

여기서, R_S1과 R_S2는 각각 하중이 가해진 상태의 스트레인 게이지(210 및 220)의 저항을 말한다.

도 3의 (a) 및 (b)는 도 2의 (a)의 스트레인 게이지(210, 220)가 차량의 판스프링(400)에 장착되는 다른 형태를 도시한 것이다.

도 3의 (a)에서, 한 쌍의 스트레인 게이지(210, 220)는 스프링(400)의 동일면상에 장착되고 있으며, 이들 스트레인 게이지(210, 220)는 서로 직각을 이루도록 부착된다. 예컨대, 제1 스트레인 게이지(210)는 스프링(400)의 길이 방향과 평행하게 장착되면, 제2 스트레인 게이지(220)는 이와 직각이 되게 장착될 수 있다. 그러나, 이 예에서 차량에 작용하는 하중에 의해 판스프링(400)에 발생하는 스트레인은 스프링(400) 길이 방향 성분만이 존재한다는 점을 유의할 필요가 있다. 따라서, 차량 하중에 의한 스트레인은 제1 스트레인 게이지(210)로도 충분히 측정 가능한 것이며, 제2 스트레인 게이지(220)는 스트레인의 측정에 직접적인 기여를 하지는 않는다. 다만, 제2 스트레인 게이지(220)는 스트레인 측정의 목적이 아니라, 스트레인 게이지의 특성 변화를 보상하기 위한 것이며, 기준 저항으로서의 의미를 가진다.

이러한 스트레인 게이지의 배열에서, 스프링 길이 방향에 수직 방향으로는 하중에 의한 스트레인 성분은 존재하지 않지만, 프와송비에 의한 스트레인은 존재하게 된다. 따라서, 스프링(400)에 차량의 하중이 작용할 때, 길이 방향으로 배열된 제1 스트레인 게이지(210)에 △R의 저항 증가가 발생한다면, 이에 수직한 방향으로 배열된 제2 스트레인 게이지(220)에는 프와송비에 의해 μ△R의 저항 감소가 발생하게 된다. 따라서, 브릿지 회로의 출력(V_O)은 상기 수학식 1에서 이들 저항 변화를 고려하여 계산될 수 있다.

한편, 도 3의 (b)에서는 한 쌍의 스트레인 게이지(210, 220)가 판스프링(400)의 대향면상에 각각 장착되어 있다. 스프링의 상면에 장착된 제1 스트레인 게이지(210)와 스프링의 하면에 장착된 제2 스트레인 게이지(220)는 동일한 방향, 즉 스프링의 길이 방향으로 장착되어 있다. 이와 같은 스트레인 게이지 배열에서 스프링(400)에 하중이 작용하여 제1 스트레인 게이지(210)에 △R의 저항 증가가 발생한다면, 제2 스트레인 게이지(220)에는 △R의 저항 감소가 발생하게 된다. 따라서, 브릿지 회로의 출력(V_O)은 상기 수식에서 이 저항 변화를 고려하여 계산될 수 있다. 앞서, 도 3a와 관련하여 설명한 바와 같이, 이 경우에도 스트레인의 측정은 하나의 스트레인 게이지로도 충분하며, 나머지 스트레인 게이지는 기준 저항으로서의 의미를 가진다.

이와 같이 더미 스트레인 게이지를 포함한 한 쌍의 스트레인 게이지를 사용하여 브릿지 회로를 구성하는 이유는 다음과 같다.

전술한 수학식 1로부터 알 수 있듯이, 도 2의 회로 구성에 따른 브릿지 회로의 출력(V_O)은 고정 저항과는 무관하게 2 개의 능동 저항 소자(스트레인 게이지; 210, 220)의 저항값(R_S1, R_S2) 의해 결정된다. 따라서, 이들 스트레인 게이지의 출력값을 결정하는 수학식 1의 각 변수들은 스트레인 게이지 자체의 특성 변화 또는 외부 환경의 영향을 모두 받게 되며, 수학식 1에서 이들 영향은 서로 상쇄되게 된다. 예를 들어, 본 발명의 센서부 구조를 따르면, 스트레인 게이지 자체의 특성 열화 또는 스트레인 게이지 부착 구조물(스프링)의 탄성 변형 특성의 열화 등에 의해 스트레인 게이지의 출력값의 경시 변화를 무시할 수 있다. 또한, 센서부가 차량의 운행 상태, 지열 등에 의해 주변 온도 변화하더라도 출력 신호에는 이들 영향이 상쇄되어 반영되지 않게 된다.

이상, 윤하중의 측정에 적합한 센서부 회로 구조에 대해 설명하였지만, 본발명의 기술적 사상은 축중의 측정에도 용이하게 적용될 수 있다.

도 2의 (b)는 축중 측정에 사용되는 본 발명의 센서부(300) 회로 구조를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 4개의 스트레인 게이지(310, 320, 330, 340)가 하나의 브릿지회로를 구성하고 있다.

4개의 스트레인 게이지(310, 320, 330, 340) 중 한 쌍의 스트레인 게이지(310, 320)는 차축의 일단에 있는 제1 스프링상에 장착되며, 다른 한 쌍의 스트레인 게이지(330, 340)는 차축의 타단에 있는 제2 스프링상에 장착된다. 스트레인 게이지를 스프링상에 장착하는 방법은 전술한 윤하중 측정을 위한 스트레인 게이지의 장착 방법과 유사하다. 예컨대, 각 쌍을 이루는 두 개의 스트레인 게이지(310, 320 또는 330, 340)를 한 스프링의 동일면상에 장착하되, 그 중 하나는 스프링의 길이 방향으로 다른 하나는 이에 직각인 방향으로 장착할 수도 있고, 이와는 달리 두 개의 스트레인 게이지가 스프링의 대향면상에 길이 방향으로 장착될 수도 있다.

만약, 전자의 경우라면, 도 4의 브릿지 회로의 출력은 다음의 수식으로 표현될 수 있다.

여기서, 차축 양단의 스프링 각각에 작용하는 하중은 동일한 것으로 가정하였고, 따라서, 스트레인 게이지(310, 320, 330, 340)의 저항 변화도 동일하다고 가정하였다. 물론 본 발명 차량 축중 측정 장치는 스프링 각각에 작용하는 하중이 동일하지 않을 경우에도 적용 가능하다. 앞서와 마찬가지로, 스프링 길이 방향에 수직 방향으로 장착된 나머지 두 개의 스트레인 게이지는 프와송비에 의한 저항값의 변화를 겪게 된다.

이와 같은 가정으로 인해 상기 수학식 2에 의해 구해진 스트레인 게이지의 저항값의 변화(△R/R)는 차축의 양단에 가해지는 윤하중의 평균값에 대응한다. 따라서, 이 저항값 변화의 배수를 취함으로써, 실제 차축에 가해지는 하중을 구할 수 있으며, 이후 신호 처리 과정과 하중으로의 환산 작업에서 이러한 점이 고려되어야 한다.

이와 같이, 차축 양단에 있는 두 개의 스프링 각각에 한 쌍의 스트레인 게이지를 부착하여 이들 스트레인 게이지로 브릿지 회로를 구성하고, 그 출력을 측정함으로써 차축에 가해지는 차량의 축중을 구할 수 있게 된다.

제어 유닛의 구조 및 동작

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 차량의 하중 측정을 위한 제어 유닛(500)의 구성을 도시한 것이다.

전술한 도 2a 및 도 2b의 브릿지 회로로부터의 출력(V_O)은 도 4의 제어 유닛(500)에 의해 하중으로 환산된다.

브릿지 회로로부터의 출력(V_O)은 신호 증폭기에 의해 증폭되고, 아날로그/디지털 변환기(A/D 변환기)에 의해 디지털 신호로 변환된다.

변환된 신호는 마이크로 프로세서에 입력되어 하중으로 환산된다. 먼저, 상기 마이크로 프로세서는 입력된 신호로부터 스트레인값을 구한다.

이것은 저항값의 변화가 스트레인간에 성립하는 다음의 수학식 3과 브릿지 회로의 출력과의 관계를 나타내는 수학식 1 또는 2를 연립함으로써 구할 수 있다.

여기서, K는 게이지율로서 스트레인 게이지의 고유값이다. ε은 스트레인을 말한다.

마이크로 프로세서는 이와 같이 구해진 스트레인으로부터 실제 차량의 하중을 환산한다. 하중으로의 환산은 스트레인과 하중간에 존재하는 대응 관계를 이용하여 구한다. 이러한 대응 관계의 데이터는 테이블화하여 프로세서 외부의 메모리에 저장될 수 있다. 이 메모리는 마이크로 프로세서에 내장되어 있을 수도 있다.

바람직하게는 본 발명의 마이크로 프로세서는 스트레인과 하중의 상관 관계를 선형 비례 관계로 가정하여 하중을 계산한다. 이 비례 관계는 메모리에 저장될 수 있으며, 매우 간단한 조작에 의해 수정될 수 있다. 따라서, 스트레인과 하중간의 대응 관계를 일일이 열거하는 경우에 비해 스트레인과 하중의 상관 관계의 수정이 매우 용이하다는 장점을 가지며, 이에 대해서는 별도로 후술한다.

본 발명의 제어 유닛은 복수의 출력 신호 입력 채널을 구비할 수 있다. 따라서, 예컨대 5축 트레일러의 5개의 축하중을 하나의 제어 유닛으로 측정할 수 있으며, 각 축하중을 조작자의 채널 선택에 따라 또는 각 축별로 연속하여 디스플레이할 수 있다. 또한, 본 발명의 마이크로 프로세서로는 임의의 상용화 된 마이크로 프로세서를 사용할 수 있으며, 마이크로 프로세서는 다른 구성 요소인 입력 채널, A/D 변환기, 메모리 등을 포함하는 하나의 칩(510)으로 구현될 수도 있다. 이러한 칩(510)으로 상용 마이크로 컨트롤러인 C8051FXXX 패밀리를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 제어 유닛은 조작자로부터 일정 데이터를 입력받기 위한 키보드 및 계산된 하중을 디스플레이하기 위한 디스플레이를 구비한다.

한편, 차량의 하중 측정시 고려 사항으로 차량의 진동 등에 의한 노이즈를 들 수 있다.

화물 적재가 차량의 시동 상태에서 행해지는 경우, 차량의 진동으로 인해 센서부의 출력값은 노이즈의 영향을 받을 수 있다. 이러한 영향은 제어 유닛 내의 전기 부품 또는 제어 유닛 외부의 전자 기기 등으로부터도 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제어 유닛은 차량의 진동 등에 의한 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 필터를 추가로 포함할 수 있다. 이 노이즈 필터는 센서부의 출력 신호 전송 경로상에 콘덴서를 설치함으로써 구현되거나, 마이크로 프로세서가 실행하는 소프트웨어적인 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing; DSP) 프로시저에 의해 구현될 수 있다. 물론, 양 방식의 조합에 의해 구현되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명에 사용될 수 있는 디지털 신호 처리 프로시져의 일례를 도시한 것이다. 이 프로시저는 센서부로부터의 출력 신호를 입력받아, 이를 소정의값(b_O)과 합산하며(610), 합산된 값(a_O)을 출력하고(620), 상기 합산된 값에 일정한 연산(z-1)을 행하여 상기 소정의 값(b_O)을 결정하는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 프로시져는 본 발명의 프로세서에 의해 수행되도록 프로그램되어 메모리에 저장될 수 있다.

예시한 프로시져는 매우 단순한 디지털 신호 처리 방식이며, 신호의 평균값을 구하는 것과 유사한 방식이다. 그러나, 시동시 차량의 엔진이 2000 rpm 이하에서 비교적 일정한 회전수를 가지기 때문에, 이상의 프로시져는 출력 신호에 발생하는 차량 진동과 관련한 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있다. 물론, 도 5의 프로시져는 예시에 불과하며, 구체적인 적용에 있어서 당업자의 기술 지식에 입각한 수정 및 변경이 가해질 수 있다.

하중 측정 장치의 초기화 절차 및 하중 측정 절차

도 6는 본 발명의 하중 측정 장치를 초기화하고 하중을 측정하기 위한 과정을 제어 유닛의 동작과 관련하여 설명하는 절차도이다.

먼저, 본 발명의 방법은 스트레인과 하중간의 비례 관계를 다음의 초기화 절차(A)를 통해 구한다.

먼저, 화물 적재 전 차량의 중량 및 이때의 스트레인을 측정한다. 차량은 화물을 전혀 적재하지 않은 공차인 것이 바람직하나, 어느 정도의 화물을 적재하더라도 무관하다(단계 (a)). 조작자는 차량의 실제 중량을 키보드를 통해 입력한다(단계 (b)). 제어 유닛은 차량의 실제 중량 및 측정된 스트레인을 메모리에 저장한다.

이어서, 상기 차량에 일정 중량의 화물을 적재하고 이때의 실제 중량 및 스트레인값을 측정한다. 적재되는 중량은 만차 중량, 즉 도로 교통법상 한계 중량인 것이 바람직하다(단계 (c)). 예컨대, 축중 10톤 또는 총중량 40톤이 되도록 화물을 적재한다. 차량의 실제 중량은 중량 계량소 등의 저울을 통해 측정될 수 있다. 조작자는 차량의 실제 중량을 키보드를 통해 입력한다. 제어 유닛은 차량의 실제 중량 및 측정된 스트레인을 메모리에 저장한다(단계 (d)).

이어서, 제어 유닛내의 마이크로 프로세서는 메모리에 저장된 중량 및 스트레인 데이터들로부터 적재된 화물의 중량(예컨대, 만차 중량 - 공차중량)과 스트레인값의 차(예컨대, 만차시 스트레인 - 공차시 스트레인)와의 비율을 구한다(단계 (e)). 이 비율은 스트레인에 대한 중량값의 기울기를 나타낸다.

이상의 초기화 과정(A)을 통해 공차시 중량과 스트레인에 대한 기울기를 구한 후에, 임의 중량의 화물을 적재하고(단계 (f)), 스트레인을 측정하여 이를 중량으로 환산할 수 있다(단계 (g)).

따라서, 본 발명의 제어 유닛의 마이크로 프로세서(메모리 포함)는 이상의 절차에 의해 하중을 구하는 데 적합하도록 프로그램된다. 즉, 제어 유닛의 마이크로 프로세서는 작업자로부터 공차 및 만차시의 차량 중량을 입력받고(단계 (b) 및 단계 (d)), 센서부의 출력 신호로부터 이에 대응하는 스트레인을 계산한다. 이어서, 입력된 중량값과 측정값된 스트레인값 사이의 비례 관계를 구하여 저장함으로써, 초기화 동작을 완료한다. 이 초기화 동작은 하중 측정 장치의 차량 최초 장착시에 수행되며, 이후 마이크로 프로세서는 저장된 비례 관계에 기초하여 이후 실측하고자 하는 적재 화물의 중량을 계산할 수 있다.

본 발명의 마이크로 프로세서가 이상의 절차를 수행하는 데 적합한 구동프로그램 소스 코드의 구체적인 작성예에 대해서는 언급하지 않았지만, 이 분야의 당업자라면 전술한 설명으로부터 이를 작성하는 데 하등의 어려움도 느끼지 않을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 수행되는 이상의 초기화 절차는 다음과 같은 장점을 가진다.

먼저, 스트레인과 하중간의 비례 관계를 전제로 하기 때문에, 스트레인과 하중간의 대응 관계를 일일이 열거하는 경우에 비해 스트레인과 하중의 상관 관계의 수정이 매우 용이하다는 장점을 가지는 반면, 이러한 가정에 따른 데이터의 정확성의 훼손의 염려가 극히 적다. 왜냐하면, 도로 교통법상 제한 중량을 만차 중량으로 하여 초기화 절차를 행하게 되면, 스트레인과 차량 중량간에 직선의 비례 관계를 가정하더라도 만차 중량 부근에서의 실제 중량과의 편차는 거의 무시할 수 있기 때문이다.

다음으로, 본 발명에 따르는 초기화 절차는 조작자의 간단한 입력에 의해 수행될 수 있기 때무에 센서부를 구성하는 스트레인 게이지 자체의 경시 변화 또는 주변 온도 변화 등으로 인한 특성 변화시에도 간편하게 관련 데이터를 보정할 수 있다.

상술한 본 발명의 하중 측정 장치 및 하중 측정 방법에 따르면, 경시 변화또는 주위 환경의 변화에 따라 특성이 변화하지 않는 하중 측정 장치를 제공할 수 있다. 또한, 조작자는 간단한 조작만으로도 본 발명의 하중 측정 장치를 이용하여 용이하게 차량의 하중을 측정할 수 있다.

Claims (12)

1. 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링을 구비하는 차량의 하중 측정 장치에 있어서,

   상기 차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 일단에 있는 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 스프링의 동일면상에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 한 쌍의 고정 저항 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와,

   상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하며,

   상기 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 판스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열되는 것인 차량 하중 측정 장치.
2. 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링을 구비하는 차량의 하중 측정 장치에 있어서,

   차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 일단에 있는 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 스프링에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 한 쌍의 고정 저항 소자로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와,

   상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하며,

   상기 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 스프링의 대향면상에 서로 평행한 방향으로 배열되는 것인 차량 하중 측정 장치.
3. 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링을 구비하는 차량의 하중 측정 장치에 있어서,

   차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 양단에 있는 제1 스프링 및 제2 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 상기 제1 스프링에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 상기 제2 스프링에 부착되는 다른 한 쌍의 스트레인 게이지로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와,

   상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하며,

   상기 제1 스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제1 스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열되며, 상기 제2 스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제2 스프링의 동일면상에서 서로 수직 방향으로 배열되는 것인 차량 하중 측정 장치.
4. 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링을 구비하는 차량의 하중 측정 장치에 있어서,

   차량의 하중에 의해 상기 차량의 차축의 양단에 있는 제1 스프링 및 제2 스프링에 발생하는 스트레인을 측정하기 위해 상기 차량의 상기 제1 스프링에 부착되는 한 쌍의 스트레인 게이지와 상기 제2 스프링에 부착되는 다른 한 쌍의 스트레인 게이지로 구성되는 브릿지 회로를 구비하는 센서부와,

   상기 센서부의 출력 신호를 입력 받아 이를 차량 하중으로 환산하는 제어 유닛을 포함하며,

   상기 제1 판스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제1 스프링의 대향면상에서 서로 평행한 방향으로 배열되며, 상기 제2 스프링의 한 쌍의 스트레인 게이지는 상기 제2 스프링의 대향면상에서 서로 평행한 방향으로 배열되는 것인 차량 하중 측정 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 유닛은

   상기 차량의 진동시 상기 스트레인 게이지 회로의 출력 신호에 혼재되는 노이즈를 제거하기 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 필터는

   콘덴서와 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing) 기법을 사용한 소프트웨어로 구현되는 것인 차량 하중 측정 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제어 유닛은

   상기 센서부로부터의 출력 신호를 증폭하는 신호 증폭기;

   상기 센서부의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기;

   상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 중량값으로 변환하는 마이크로 프로세서; 및

   상기 변환된 중량값을 출력하는 디스플레이를 포함하는 것인 차량 하중 측정 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 마이크로 프로세서는 메모리를 더 포함하고,

   상기 메모리는 상기 센서부의 출력 신호와 하중과의 상관 관계를 규정하는 상관 관계 데이터와, 상기 상관 관계 데이터로부터 상기 스트레인 게이지 회로의 신호를 하중으로 변환하는 컴퓨터 판독 가능한 소스 코드를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량 하중 측정 장치.
9. 차축에 연결되어 차체를 지지하는 스프링에 장착된 센서를 이용하여 상기 차량의 하중을 측정하는 방법에 있어서,

   상기 차량에 제1 중량의 화물을 적재하는 단계;

   상기 센서로부터 상기 제1 중량에 대응하는 제1 스트레인을 측정하는 단계;

   상기 차량에 제2 중량의 화물을 적재하는 단계;

   상기 센서로부터 상기 제2 중량에 대응하는 제2 스트레인을 측정하는 단계;

   상기 제2 스트레인과 제1 스트레인의 차와 상기 제2 중량과 제1 중량의 차로부터 중량 변화와 스트레인 변화의 비율을 구하는 단계;

   임의 중량의 화물을 적재하는 단계;

   상기 센서로부터 상기 임의 중량에 대응하는 제3 스트레인을 측정하는 단계; 및

   상기 임의 중량의 화물이 적재된 차량의 실제 중량을 상기 중량 변화와 스트레인 변화 비율로부터 구하는 단계를 포함하는 차량 하중 측정 방법.
10. 제10항에 있어서, 상기 제2 중량은 차량 총중량이 만차 중량이 되도록 선택되고, 상기 제1 중량은 영인 것을 특징으로 하는 차량 축중 측정 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 제1 스트레인 측정 단계, 상기 제2 스트레인 측정 단계 및 상기 제3 스트레인 측정 단계는 상기 센서로부터의 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는 것인 차량 축중 측정 방법.
12. 상기 필터링 단계는

    상기 센서로부터의 신호를 입력값으로 입력받는 단계;

    상기 입력값을 소정의 값과 합산하는 단계;

    상기 합산된 값을 출력하는 동시에 상기 합산된 값에 일정한 연산을 행하여 상기 소정의 값을 결정하는 단계를 거쳐 수행되는 것인 차량 축중 방법.