KR20130063811A - 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템 - Google Patents

노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템 Download PDF

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자동차부품연구원
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Abstract

본 발명은 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템에 관한 것으로, 차량의 수직 방향 가속도를 감지하는 가속도 감지부, 차량이 진행방향으로 주행한 주행거리를 감지하는 주행거리 감지부, 노면까지의 수직방향 거리를 감지하는 수직거리 감지부, 상기 가속도 감지부의 감지신호를 이중 적분하여 변위로 환산하는 변위 환산부, 상기 변위 환산부로부터 변위로 환산된 변위신호와 수직거리 감지부의 감지신호의 기준축을 주행거리 감지부의 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 각각 변환하는 신호 변환부, 상기 신호 변환부로부터 출력되는 각 신호의 저주파 성분을 제거하는 고주파 통과필터부 및 상기 고주파 통과필터부로부터 필터링된 변위신호와 수직거리 감지신호를 이용해서 거리축에 대한 노면의 프로필을 생성하는 제어부를 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템을 이용하는 것에 의해, 본 발명은 거리축 상에서 주행속도에 관계없이 항상 일정한 노면 간격을 생성할 수 있다.

Description

노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템{ROAD PROFILING APPARATUS AND SIGNAL PROCESSING METHOD THEREOF AND SYSTEM WITH THE SAME}
본 발명은 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 장착되어 고속으로 실제 노면 거칠기를 측정할 수 있는 노면 거칠기 측정 시스템 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템에 관한 것이다.
도로면 측정기술은 1960년대부터 지금까지 도로의 성능 및 현황을 조사 분석하기 위해 개발되어 왔으며 1990년 이후에는 도로 형상을 차량 주행 해석에 직접적으로 적용하기 위해 꾸준히 개발되고 있다.
이러한 도로면 측정기술은 고속도로나 국도의 포장상태에 대한 분석 및 노면이 차량에 미치는 영향관계를 파악하여 포장 및 유지보수를 수행하고, 도로 노면 프로필(profile)을 이용하여 실차 상태와 같은 운행조건상에서 주행 해석을 수행함으로써 차량의 주행성능, 조향성능 및 안전도 부품의 내구성능 평가에 매우 중요하다.
도 1은 종래의 정적 방법을 이용한 노면 측정 원리, 로드(rod) 및 레벨 방법(level method)의 예를 나타낸 개략도이다.
즉, 종래의 정적 방법을 이용한 노면 측정방법은 도로 노면을 측정하기 위해서 기준 높이(1) 및 상대 높이(2)를 측정하여 노면 높이(3)를 구하고, 진행방향 거리(4)를 측정함으로써 진행방향으로의 도로 프로필(road profile)을 생성한다.
이러한 도로 프로필의 관계식은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기서, X는 진행방향 거리(4), Zr은 노면 높이(3), ZR은 기준 높이(1), Z rel은 상대 높이(2)를 나타낸다.
종래의 정적 방법을 이용한 노면 측정방법은 도 1에 도시된 기준 높이(1)를 일정 값으로 유지한 정적 상태에서 상대 높이(2)를 측정하였으나, 이 방법은 시간과 인력 소요가 많고, 노면의 고주파수 특성을 파악하기에 힘들며 진행방향 거리(4) 측정 및 조작에 있어 여러 가지 오차 요인을 포함하고 있다.
다른 방법으로는 차량의 특정부위에 가속도 센서, 압전 소자 및 자성체를 장착하여 주행 중 노면 상태에 의해 발생하는 응답 신호를 측정하는 방식이 있으나, 이러한 신호는 실제 노면의 형상을 얻기보다는 대략적인 주파수 특성을 파악하는데 한정된 방법으로써, 시험 차량, 센서의 부착 부위 및 측정 센서에 따라 상이한 결과를 나타내는 문제점이 있었다.
또 다른 방법으로는 차량에 측정 보조 바퀴를 부착하여 저속으로 주행함으로써 기준 높이(1)를 일정하다고 가정하고, 상대 높이(2)를 측정하는 접촉식 방법이 제시되었으나, 보조 바퀴의 크기에 따른 정밀도 제한, 보조 바퀴와 노면의 접촉 정도 및 보조 바퀴의 마모에 의한 에러 유발과 고속 주행시 바퀴의 상하 움직임으로 인해 정확도가 현저히 떨어지는 문제점이 있었다.
하지만, 상기한 종래의 노면 측정방법들은 실제 노면 형상을 측정하기보다는 특정 목적을 위해 개발되어 정밀도 향상과 측정 방법에 많은 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허 공개번호 제10-2004-0042125호(2004년 5월 20일 공개, 이하 특허문헌 1이라 함)과 대한민국 특허 등록번호 제10-0479118호(2005년 3월 28일 공고, 이하 특허문헌 2라 함)에 비접촉식 관성형 노면 거칠기 측정 시스템과 노면 거칠기 신호 처리 방법을 개시하여 출원한 바 있다.
도 2는 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 따른 비접촉식 관성형 노면 거칠기 측정 시스템의 측정 원리를 설명하는 도면이고, 도 3은 특허문헌 1에 따른 노면 거칠기 측정 시스템을 차량에 장착한 예시도이다.
비접촉식 관성형 노면 거칠기 측정을 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 노면(6) 위를 운행하는 차량(5)에는 광학식 거리센서(7), 가속도 센서(8) 및 광학식 속도센서(9)가 장착된다.
여기서, 가속도 센서(8)는 광학식 거리센서(7)의 바로 상단에 장착된다.
즉, 광학식 거리센서(7)는 수직 방향 거리를 측정하고, 가속도 센서(8)는 수직 방향 가속도를 측정하며, 광학식 속도센서(9)는 진행 방향 속도를 측정한다.
이와 같이 각 센서(7, 8, 9)의 각 측정 신호를 이용하여 제어부(도면 미도시)는 다음과 같은 연산을 수행하여 노면(6)의 프로필을 생성한다.
먼저, 제어부는 가속도 센서(8)가 측정한 수직 방향 가속도를 이중 적분하여 차량(5)의 기준 높이(ZR)를 산출한다.
그리고 제어부는 광학식 속도센서(9)가 측정한 진행 방향 속도를 일차 적분하여 차량(5)의 진행방향 거리를 산출하고, 산출된 기준 높이(ZR)에서 상대 높이를 감산하여 노면 높이(Zr)를 산출한다.
이와 같은 도로의 노면(6) 처리관계를 수식적으로 나타내면 수학식 2와 같다.
Figure pat00002
여기서, fd는 도로 공간 주파수(spatial frequency), ft는 신호 시간 주파수이며, V는 차량(5)의 진행방향 속도이다.
특허문헌 1에 따른 비접촉식 관성형 노면 거칠기 측정 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 노면 위를 운행하는 이동체의 특정 부위에 고정된 지지대(10), 지지대(10)에 장착되어 수직 방향 거리를 측정하는 거리 센서(7), 지지대(10)에 장착되어 수직 방향 가속도를 측정하는 가속도 센서(8), 지지대(10)에 장착되어 진행 방향 속도를 측정하는 속도 센서(9), 거리 센서(7)의 거리 측정 신호와 가속도 센서(8)의 가속도 측정 신호를 받아 잡음을 제거하는 신호 전처리부(11), 신호 전처리부(11)로부터 제공되는 거리 측정 신호, 가속도 측정 신호 및 속도 센서(9)로부터 제공되는 속도 측정신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(12), A/D 변환부(12)로부터 제공되는 각 디지털 신호를 연산하여 기준 높이, 상대 높이, 노면 높이 및 진행방향 거리를 구하는 신호 후처리부(13) 및 신호 후처리부(13)로부터 제공되는 노면 높이와 진행방향 거리로부터 노면 프로필을 생성하는 노면 신호 생성부(14)를 포함한다.
이에 따라, 특허문헌 2에 따른 비접촉식 관성형 노면 거칠기 측정 시스템이 적용된 적용 시스템(15)은 노면 신호 생성부(14)가 제공하는 노면의 프로필을 활용할 수 있게 된다.
특허문헌 2에 따른 노면 거칠기 신호 처리 방법은 기설정된 거리 센서로부터 수직 방향 거리 정보를 연속적으로 제공받고, 기설정된 가속도 센서로부터 연속적으로 제공되는 수직 방향 가속도 정보를 연속적으로 이중 적분하여 기준 변위를 연속적으로 산출하며, 기설정된 속도 센서로부터 연속적으로 제공되는 진행 방향 속도 정보를 연속적으로 적분하여 진행 방향 거리를 연속적으로 산출한 후, 수직 방향 거리 정보 및 연속적으로 구한 정보를 신호 처리하여 노면 프로필을 생성한다.
그리고 상기 가속도 신호의 이중 적분하여 기준 변위를 연속적으로 산출하는 과정은 연속적인 수직 방향 가속도의 평균값을 취하는 제 1단계, 각 수직 방향 가속도에서 평균값을 각기 감산하는 제 2단계, 감산된 가속도를 고주파 통과 필터링시키는 제 3단계, 고주파 통과 필터링된 가속도에 위상 보정을 위해 미러 기법을 적용하는 제 4단계, 미러 기법이 적용된 가속도를 적분하는 제 5단계, 적분된 가속도에서 선형 기울기를 제거하는 제 6단계, 선형 기울기가 제거된 적분된 가속도에 평균법, 적분법 및 선형회귀법을 차례로 적용하는 제 7단계, 가속도 신호의 변화율을 적용 구분기준 변수로 선정하여 적분 알고리즘의 오차 값을 검토해서 최적의 필터 적용 기준을 선정하는 제 8단계, 최적의 필터 적용 기준을 적용하여 구간별로 고주파 필터링하는 제 9단계 및 구간별 고주파 필터링으로 인한 위상을 보상하는 제 10단계를 포함한다.
이에 따라, 특허문헌 1 및 특허문헌 2는 각종 도로 노면 형상을 계측하고 차량 주행 해석의 노면 입력으로 활용함으로써 가상 해석 기반을 위한 정확한 노면 자료를 확보할 수 있다.
하지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2는 시간축 상에서 고주파통과필터를 사용하고 있어 차량의 주행속도에 따라 노면 거리간격이 변경되는 문제점이 있었다.
예를 들어, 1초에 10개의 데이터를 측정하는 시스템에서 10m/s의 속도로 주행시 노면 거리간격은 1m이고, 20m/s로 주행시 노면 거리간격은 2m로 증가한다.
즉, 특허문헌 1 및 특허문헌 2는 일정한 주파수로 필터 처리하더라도 차량의 주행속도가 느려지면 노면 거리간격이 작아지고, 속도가 빨라지면 노면 거리간격이 커짐에 따라 실제노면에 대한 생성된 노면거리와의 오차가 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2004-0042125호(2004년 5월 20일 공개) 대한민국 특허 등록번호 제10-0479118호(2005년 3월 28일 공고)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 차량에 장착하여 고속으로 실제 도로 노면의 거칠기를 비접촉식으로 측정할 수 있는 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 특징은 거리축 상에서 주행속도에 관계없이 항상 일정한 노면 간격이 생성되게 하여 노면 간격 변동에 따른 오차를 방지하는 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 차량의 수직 방향 가속도를 감지하는 가속도 감지부, 차량이 진행방향으로 주행한 주행거리를 감지하는 주행거리 감지부, 노면까지의 수직방향 거리를 감지하는 수직거리 감지부, 상기 가속도 감지부의 감지신호를 이중 적분하여 변위로 환산하는 변위 환산부, 상기 변위 환산부로부터 변위로 환산된 변위신호와 수직거리 감지부의 감지신호의 기준축을 주행거리 감지부의 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 각각 변환하는 신호 변환부, 상기 신호 변환부로부터 출력되는 각 신호의 저주파 성분을 제거하는 고주파 통과필터부 및 상기 고주파 통과필터부로부터 필터링된 변위신호와 수직거리 감지신호를 이용해서 거리축에 대한 노면의 프로필을 생성하는 제어부를 포함한다.
상기 가속도 감지부는 가속도 센서를 구비하고, 상기 주행거리 감지부는 엔코더를 구비하며, 상기 수직거리 감지부는 레이저 센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 변환부는 상기 변위 환산부로부터 변위로 환산된 변위신호의 기준축을 상기 주행거리 감지부로부터 감지된 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 제 1신호 변환부와 상기 수직거리 감지부로부터 감지된 수직거리 감지신호의 기준측을 상기 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 제 2신호 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고주파 통과필터부는 상기 제 1신호 변환부로부터 출력되는 변위신호를 필터링하여 이중 적분시 발생한 저주파의 누적오차를 제거하는 제 1고주파 통과필터와 상기 제 2신호 변환부로부터 출력되는 수직거리 감지신호를 필터링하여 수직거리 감지신호에 포함된 거칠기와 무관한 저주파 성분을 제거하는 제 2고주파 통과필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 제 2고주파 통과필터로부터 필터링된 수직거리 감지신호에서 상기 제 1고주파 통과필터로부터 필터링된 변위신호를 감산하여 거리축에 대한 노면의 높이변화 형상을 생성하는 노면 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 노면 거칠기 측정장치, 상기 노면 거칠기 측정장치의 측정 결과를 모니터링하는 모니터링부, 상기 모니터링에서 모니터링된 결과를 표시하는 디스플레이부, 상기 모니터링된 결과를 저장하는 저장부 및 상기 모니터링된 결과에 기초하여 해당 작업을 수행하는 작업장비의 구동을 제어하는 메인 제어부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 차량의 주행 도중에 차량의 수직방향 가속도, 차량이 진행방향으로 주행한 거리 및 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 감지된 수직방향 가속도 신호를 이중 적분하여 변위로 환산하는 단계, (c) 상기 (b)단계에서 변위로 환산된 변위신호의 기준축과 상기 (a)단계에서 감지된 수직거리 감지신호의 기준축을 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계에서 각각 거리축으로 변환된 수직거리 감지신호에서 변위신호를 감산하여 노면의 높이변화 형상을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 (c)단계에서 거리축으로 변환된 변위신호를 제 1고주파 통과필터를 이용해 필터링하여 상기 (b)단계의 이중 적분시 발생한 저주파의 누적오차를 제거하는 단계와 (d2) 상기 (c)단계에서 거리축으로 변환된 수직거리 감지신호를 제 2고주파 통과필터를 이용해 필터링하여 거칠기와 무관한 저주파 성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계에서 생성되는 노면의 높이변화 형상은 차량의 주행속도와 무관하게 일정하게 생성된 노면 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량의 수직방향 가속도, 주행거리 및 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지하고, 수직방향 가속도를 이중 적분한 변위와 수직방향 거리를 주행거리의 기본축을 중심으로 하여 거리축으로 변환한 후, 그 차를 이용해 노면의 높이변화 형상을 생성한다.
이에 따라, 본 발명은 거리축 상에서 주행속도에 관계없이 항상 일정한 노면 간격을 생성할 수 있다.
그리고 본 발명은 엔코더를 이용해 차량의 주행거리를 감지함에 따라, 종래에 속도센서의 감지신호를 적분하여 노면 거칠기를 측정하는 방법에 비해, 연산과정을 최소화하여 응답성을 향상시키고, 측정장치의 구성을 단순화할 수 있다.
이 결과, 본 발명은 노면 간격 변동에 따른 오차를 방지 노면 거칠기를 정밀하게 측정할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래의 정적 방법을 이용한 노면 측정 원리, 로드 및 레벨 방법의 예시도,
도 2는 종래기술에 따른 비접촉식 관성형 노면 거칠기 측정 시스템의 측정 원리를 설명하는 도면,
도 3은 종래기술에 따른 노면 거칠기 측정 시스템을 차량에 장착한 예시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법의 속도에 따른 노면생성 결과 그래프.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치 및 그의 신호처리방법 그리고 그를 이용한 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 에에 따른 노면 거칠기 측정장치(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 차량의 수직 방향 가속도를 감지하는 가속도 감지부(21), 차량이 진행방향으로 주행한 주행거리를 감지하는 주행거리 감지부(22), 노면까지의 수직방향 거리를 감지하는 수직거리 감지부(23), 가속도 감지부(21)의 감지신호를 이중 적분하여 변위로 환산하는 변위 환산부(24), 변위 환산부(24)로부터 변위로 환산된 변위신호와 수직거리 감지부(23)의 감지신호의 기준축을 주행거리 감지부(22)의 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 각각 변환하는 신호 변환부(25), 신호 변환부로(25)부터 출력되는 각 신호의 저주파 성분을 제거하는 고주파 통과필터부(26) 및 고주파 통과필터부(26)로부터 필터링된 변위신호와 수직거리 감지신호를 이용해서 거리축에 대한 노면의 프로필을 생성하는 제어부(27)를 포함한다.
가속도 감지부(21)는 차량의 지지대에 장착되고, 차량 몸체의 진동을 감지하는 가속도 센서를 구비한다.
주행거리 감지부(22)는 차량의 바퀴에 설치되어 바퀴의 회전량을 감지하는 엔코더를 구비한다.
수직거리 감지부(23)는 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지하는 레이저 센서를 구비한다.
신호 변환부(25)는 변위 환산부(24)로부터 변위로 환산된 변위신호의 기준축을 주행거리 감지부(22)로부터 감지된 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 제 1신호 변환부(31)와 수직거리 감지부(23)로부터 감지된 수직거리 감지신호의 기준축을 상기 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 제 2신호 변환부(32)를 포함한다.
고주파 통과필터부(26)는 제 1신호 변환부(31)로부터 출력되는 변위신호에 포함된 저주파의 누적오차를 제거하는 제 1고주파 통과 필터(41) 및 제 2신호 변환부(32)로부터 출력되는 수직거리 감지신호에 포함된 저주파 성분을 제거하는 제 2고주파 통과필터(42)를 포함한다.
제어부(27)는 신호 변환부 및 고주파 통과필터부의 동작을 제어하고, 제 2고주파 통과필터(42)로부터 필터링된 수직거리 감지신호에서 제 1고주파 통과필터(41)로부터 필터링된 변위신호를 감산하여 거리축에 대한 노면의 프로필, 즉 높이변화 형상을 생성하는 노면 신호 생성부(28)를 포함한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 노면 거칠기 측정장치(20)를 이용한 시스템은 노면 거칠기 측정장치(20)의 측정 결과를 모니터링하는 모니터링부, 모니터링된 결과를 표시하는 디스플레이부, 모니터링된 결과를 저장하는 저장부를 구비하고, 모니터링 결과에 따라 각종 작업을 수행하는 장비를 제어하는 메인 제어부를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 노면 거칠기 측정장치(20)는 험난한 노면 상태에서 자동차의 내구성을 시험하거나 가상의 노면 데이터를 입력하여 차량의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션하는 자동차 성능시험 시스템 및 도로 노면의 거칠기를 측정한 결과를 모니터링하여 도로의 상태를 파악해서 유지보수 여부를 결정하는 도로관리 시스템 등에 적용된다.
다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정 시스템의 신호처리방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법은 차량의 지지대에 가속도 감지부(21), 주행거리 감지부(22) 및 수직거리 감지부(23)를 장착한 후 차량의 엔진을 구동하여 주행을 시작하면서 수행된다.
이후 차량은 노면 상태에 따라 속도가 변화하면서 주행하게 된다.
가속도 감지부(21), 주행거리 감지부(22) 및 수직거리 감지부(23)는 각각 차량의 수직방향 가속도, 차량이 진행방향으로 주행한 거리 및 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지한다(S10).
그리고 변위 환산부(24)는 가속도 감지부(21)의 가속도 신호를 이중 적분하여 변위로 환산한다(S11).
이어서, 제 1신호 변환부(31)는 변위 환산부(24)에서 변위로 환산된 변위신호의 기준축을 주행거리 감지부(22)로부터 감지된 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환한다.
그리고 제 2신호 변환부(32)는 수직거리 감지부(23)로부터 감지된 수직거리 감지신호의 기준축을 상기 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환한다(S12).
이때, 고주파 통과필터부(26)의 제 1고주파 통과필터(41)는 제 1신호 변환부(31)로부터 출력되는 변위신호를 필터링하여 이중 적분시 발생한 저주파의 누적오차를 제거한다.
그리고 제 2고주파 통과필터(42)는 제 2신호 변환부(32)로부터 출력되는 수직거리 감지신호를 필터링하여 수직거리 감지신호에 포함된 거칠기와 관계없는 저주파 성분을 제거한다(S13).
이어서 노면 신호 생성부(28)는 제 2고주파 통과필터(42)로부터 필터링된 수직거리 감지신호에서 제 1고주파 통과필터(41)로부터 필터링된 변위신호를 감산하여(S14) 거리축에 대한 노면의 프로필, 즉 높이변화 형상을 생성한다(S15).
이와 같은 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법에서 제어부(27)는 제 S16단계에서 차량의 주행이 종료될 때까지 제 S10단계 내지 S16단계를 반복 수행하도록 제어한다.
한편, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법의 속도에 따른 노면생성 결과 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법은 속도를 40, 60, 80㎞/h로 변화시키면서 동일한 노면을 주행한 결과, 매우 유사한 노면생성 결과를 보여주고 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법은 주행속도에 관계없이 항상 일정한 노면간격을 생성하여 노면간격 변동에 따른 오차 발생을 방지함을 알 수 있었다.
상술한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 차량의 수직방향 가속도, 차량의 주행거리 및 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지하고, 수직방향 가속도를 이중 적분한 변위와 수직방향 거리를 주행거리의 기본축을 중심으로 하여 거리축으로 변환한 후, 그 차를 이용해 노면의 높이변화 형상을 생성한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 차량의 수직방향 가속도, 차량의 주행거리 및 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지하고, 수직방향 가속도를 이중 적분한 변위와 수직방향 거리를 주행거리의 기본축을 중심으로 하여 거리축으로 변환한 후, 그 차를 이용해 노면의 높이변화 형상을 생성하는 기술 분야에 적용된다.
이에 따라, 본 발명은 험난한 노면 상태에서 자동차의 내구성을 시험하거나 가상의 노면 데이터를 이용해 차량의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션하는 자동차 성능시험 시스템 및 도로 노면의 거칠기를 측정한 결과를 모니터링하여 도로의 상태를 파악해서 유지보수 여부를 결정하는 도로관리 시스템 등에 적용될 수 있다.
20: 노면 거칠기 측정장치 21: 가속도 감지부
22: 주행거리 감지부 23: 수직거리 감지부
24: 변위 환산부 25: 신호 변환부
26: 고주파 통과필터부 27: 제어부
28: 노면 신호 생성부 31: 제 1신호 변환부
32: 제 2신호 변환부 41: 제 1고주파 통과필터
42: 제 2고주파 통과필터

Claims (9)

  1. 차량의 수직 방향 가속도를 감지하는 가속도 감지부,
    차량이 진행방향으로 주행한 주행거리를 감지하는 주행거리 감지부,
    노면까지의 수직방향 거리를 감지하는 수직거리 감지부,
    상기 가속도 감지부의 감지신호를 이중 적분하여 변위로 환산하는 변위 환산부,
    상기 변위 환산부로부터 변위로 환산된 변위신호와 수직거리 감지부의 감지신호의 기준축을 주행거리 감지부의 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 각각 변환하는 신호 변환부,
    상기 신호 변환부로부터 출력되는 각 신호의 저주파 성분을 제거하는 고주파 통과필터부 및
    상기 고주파 통과필터부로부터 필터링된 변위신호와 수직거리 감지신호를 이용해서 거리축에 대한 노면의 프로필을 생성하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가속도 감지부는 가속도 센서를 구비하고,
    상기 주행거리 감지부는 엔코더를 구비하며,
    상기 수직거리 감지부는 레이저 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 신호 변환부는
    상기 변위 환산부로부터 변위로 환산된 변위신호의 기준축을 상기 주행거리 감지부로부터 감지된 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 제 1신호 변환부와
    상기 수직거리 감지부로부터 감지된 수직거리 감지신호의 기준측을 상기 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 제 2신호 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 고주파 통과필터부는
    상기 제 1신호 변환부로부터 출력되는 변위신호를 필터링하여 이중 적분시 발생한 저주파의 누적오차를 제거하는 제 1고주파 통과필터와
    상기 제 2신호 변환부로부터 출력되는 수직거리 감지신호를 필터링하여 수직거리 감지신호에 포함된 거칠기와 무관한 저주파 성분을 제거하는 제 2고주파 통과필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 제 2고주파 통과필터로부터 필터링된 수직거리 감지신호에서 상기 제 1고주파 통과필터로부터 필터링된 변위신호를 감산하여 거리축에 대한 노면의 높이변화 형상을 생성하는 노면 신호 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항으로 이루어진 노면 거칠기 측정장치,
    상기 노면 거칠기 측정장치의 측정 결과를 모니터링하는 모니터링부,
    상기 모니터링에서 모니터링된 결과를 표시하는 디스플레이부,
    상기 모니터링된 결과를 저장하는 저장부 및
    상기 모니터링된 결과에 기초하여 해당 작업을 수행하는 작업장비의 구동을 제어하는 메인 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치를 이용한 시스템.
  7. (a) 차량의 주행 도중에 차량의 수직방향 가속도, 차량이 진행방향으로 주행한 거리 및 노면까지의 수직방향 거리를 시간축으로 감지하는 단계,
    (b) 상기 (a)단계에서 감지된 수직방향 가속도 신호를 이중 적분하여 변위로 환산하는 단계,
    (c) 상기 (b)단계에서 변위로 환산된 변위신호의 기준축과 상기 (a)단계에서 감지된 수직거리 감지신호의 기준축을 주행거리 감지신호를 기준으로 하여 거리축으로 변환하는 단계 및
    (d) 상기 (c)단계에서 각각 거리축으로 변환된 수직거리 감지신호에서 변위신호를 감산하여 노면의 높이변화 형상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 (c)단계에서 거리축으로 변환된 변위신호를 제 1고주파 통과필터를 이용해 필터링하여 상기 (b)단계의 이중 적분시 발생한 저주파의 누적오차를 제거하는 단계와
    (d2) 상기 (c)단계에서 거리축으로 변환된 수직거리 감지신호를 제 2고주파 통과필터를 이용해 필터링하여 거칠기와 무관한 저주파 성분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 (d)단계에서 생성되는 노면의 높이변화 형상은 차량의 주행속도와 무관하게 일정하게 생성된 노면 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 노면 거칠기 측정장치의 신호처리방법.
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