KR20170016863A - 주행중인 차량의 계량 시스템용 로딩 플레이트 및 관련 구속 시스템 - Google Patents

주행중인 차량의 계량 시스템용 로딩 플레이트 및 관련 구속 시스템 Download PDF

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안드레아 데모찌
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Abstract

본 발명의 응용 분야는 주행 차량 계측 시스템(Weigh In Motion : WIM 시스템)"이라고도 불리는 주행중인 차량의 계량 시스템(weighing system of vehicles in motion)에 관한 것이다. 표시된 WIM 시스템은 계량될 차량이 통과할 수 있는 도로 높이에 금속 플레이트를 배치하는 것을 예상하며, 로딩 플레이트(loading plate)라고도 하는, 이런 금속 플레이트는 도로 표면에서 얻어지는 캐비티(cavity) 위에 장착되어, 그 위로 차량 통과시에 굽혀질 수 있다. 상기 시스템은, 상기 로딩 플레이트의 휨(deflection) 측정이 적절한 센서의 보조로 수행되고, 추정된 중량이 통과하는 차량의 중량에 따라 상기 로딩 플레이트의 굽힘(flexing) 모델링을 통해 얻어지는 것을 제공한다. 본 발명은 요구된 정확도로 모델링될 수 있는 계량 시스템을 달성하기 위해 특히 유리한 구성을 개시한다.

Description

주행중인 차량의 계량 시스템용 로딩 플레이트 및 관련 구속 시스템{LOADING PLATE FOR WEIGHING SYSTEMS OF VEHICLES IN MOTION AND RELATED CONSTRAINT SYSTEM}
본 발명의 응용 분야는 "주행 차량 계측(Weigh In Motion) 시스템(이하, WIM 시스템)"이라고도 불리는 주행중인 차량의 계량 시스템(weighing system of vehicles in motion)에 관한 것이다.
차량의 중량(weight)은 많은 응용 분야에서 매우 흥미로운 정보의 부분이며 그 지식은 매우 중요하다.
차량 계측을 위한 가장 일반적인 방법은 정적 계량(static weighing)으로 이루어지는데, 차량이 계량대(weighing scale) 위에 서 있고, 고정되어 있으며, 크기가 충분히 큰 계량대가 중량 측정(weight measure)을 제공한다.
정적 계량 절차는, 높은 정확도(accuracy)를 달성할 수 있지만, 차량의 중량을 알아야 하는 모든 상황에 적용될 수 없는 프로세스임은 분명하다. 주요 한계는, 운전자가 계량대 위에 정확하게 차량을 배치해야 하기 때문에, 절차의 지연과 차량 운전자에 의한 "협력"이 필요하다는 것이다. 과적(overweight)을 순환하는(circulate) 차량의 식별을 위한 응용 분야, 또는 차량 중량에 따른 요금의 액수 계산을 목표로 하는 응용 분야는 정적 계량에 기초한 방법이 적합하지 않은 응용 분야임은 분명하다.
따라서, 공지된 기술은 또한 적절한 동적 계량 시스템(dynamic weighing system)을 통과하는 주행 차량의 무게를 결정할 수 있는 다른 계량 방법을 제공한다. 일반적으로 "WIM 시스템"이라고 불리는, 이러한 시스템은 정적 계량 시스템만큼 높은 정밀도(precision)에 도달하지 못하는 가장 큰 단점을 가지며, 무엇보다도 특정의 최대 통과 속도(maximum speed of transit)에 의해 정의되는 작동 한계(operating limits)를 가진다.
상기 WIM 시스템은 중량의 측정이 신뢰성 있는 정확도 및 최대 통과 속도를 증가시킬 수 있다면 더 넓은 응용 분야를 가질 것이다.
일부 알려진 WIM 시스템은 금속성 플레이트(metallic plate)를 도로 높이(street level)에 배치함으로써 계량될 차량이 그 위를 통과하도록 만들어진다. "로딩 플레이트(loading plate)"라고도 불리는, 그런 금속성 플레이트는 노면에 형성된 캐비티(cavity) 위에 장착된다(mounted). 이와 같이, 상기 캐비티는 노면 및 차량이 통과하는 상기 로딩 플레이트의 상면에 의해 형성되는 실질적으로 연속적인 평면을 제공하도록 커버된다(covered).
차량이 상기 로딩 플레이트를 통과할 때, 후자는 아래의 캐비티를 향해 굽힘이 가능하게 변형된다. 플레이트의 변형(deformation)은 그 위를 통과하는 차량이 무거울수록 더욱 분명히 강조된다.
플레이트의 변형을 측정하는 여러 가지 방법이 있지만, 플레이트를 통과한 차량의 중량 및 플레이트 자체에 받은 변형을 즉시 관련시키는 것은 쉽지 않은데, 상기 변형을 결정하는 많은 변수가 있기 때문이다. 따라서, 실질적으로, 이러한 WIM 시스템이 높은 측정 정확도를 달성하는데 어려움이 있다.
어떤 물체의 변형을 측정하고, 또한 금속성 플레이트의 변형을 측정하는 매우 효율적인 방법은 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 사용하는 것입니다.
요컨대, 상기 FBG 센서는 내부적으로 "브래그 격자(Bragg grating)"로서 동작하는 세그먼트(segment)를 형성하도록 가공될 수 있는 광섬유의 특성을 이용한다. "브래그 격자"로 동작하는 광섬유는 변형 센서로 사용될 수 있다. 사실상, "브래그 격자"는 광대역 방사(broadband radiation)의 성질이 부여될 때 매우 선택적으로 특정 파장을 반사하는 속성(property)을 가진다. 그러나, "브래그 격자"를 갖는 광섬유가 변형되면, 상기 광섬유 내부에서 얻어진 "브래그 격자"가 그에 따라 변형되고, 결과적으로 격자 자체의 반사 주파수도 변화된다.
따라서, FBG 센서는 본질적으로 "브래그 격자"로서 동작하도록 가공된 광섬유(optical fiber)의 세그먼트이다. 사실상, "브래그 격자"를 갖는 광섬유를 통한 광대역 광신호의 전송, 및 반사 주파수의 측정은 광섬유 자체의 변형과 관련된 측정이 얻어질 수 있다.
궁극적으로, 변형될 수 있는 몸체(body)와 관련하여, 일부의 FBG 센서는 광대역 광신호를 전송하고 FBG 센서에 의해 반사되는 파장의 측정을 수행할 수 있고, 센서 FBG가 적용된 지점에서 몸체에 받은 변형과 관련되는 FBG 신호를 도출할 수 있다.
WIM 시스템의 제조에 사용되는 금속성 플레이트의 여러 지점에 적용될 수 있는 상기 FBG 센서 덕분에, 기본 신호들(elementary signals)의 세트로 구성된 다중 FBG 신호를 도출할 수 있다. 상기 기본 신호들은 각각 시간의 함수이다. 기본 신호들의 수는 상기 금속성 플레이트와 관련된 센서의 수에 상응하고, 시간에 따른 가변성(variability)은 차량이 시간에 따라 변하는 변형을 생성함으로써 상기 금속성 플레이트 위로 통과하는데 시간이 걸린다는 사실에 의존한다. 상기 다중 FBG 신호는 플레이트의 변형과 관련되고, 따라서 변형의 척도(measure of deformation)를 제공한다.
FBG 센서에 더하여, 다른 기술들은 고체(solid body)의 물리적 변형과 관련된 신호를 얻을 수 있도록 한다. 이 경우에 대해서, FBG 센서의 적용이 바람직한 해결책으로 도시되어 있으며, 이하 본 명세서에 제시된 발명은 종종 상기 FBG 센서를 참조할 것이다. 하지만, 로딩 플레이트의 변형과 관련된 신호를 제공할 수 있는 임의의 센서가 본 발명에서 교시된 개념의 구현을 위해 사용될 수 있다.
결론적으로, 우리는 로딩 플레이트에 받은 변형이 차량이 통과할 때 측정될 수 있다고 설명할 수 있다.
상기 금속성 로딩 플레이트 위를 통과하여 그것을 변형시키는 차량 중량의 수치 척도(numeric measure)를 종합하기 위해, 인가된 응력(stress)의 함수로서 상기 로딩 플레이트의 변형을 기술하는 수치 모델을 사용할 필요가 있다. 또한, 이들 모델은 충분히 정확한 중량 측정으로 되돌아가기 위해 가능한 한 정확해야 한다.
따라서, WIM 시스템의 제공시에 기술적 문제가 있는데, 차량이 플레이트를 통과함으로써 생성되는 응력에 의해 야기되는, 플레이트의 변형을 기술하는 수학적 모델이 가장 단순하고 현실에 순응하는 것이어야 한다.
로딩 플레이트의 변형을 정확하고 현실적인 방식으로 모델링하기 위해서, 상기 로딩 플레이트가 플레이트 자체의 에지(edges) 상의 단순 지지체(simple support)에 의해 지면에 고정되는 것이 편리하고, 변형은 지지체 사이의 중간 지점에 가해지는 중량 힘(weight forces)에 의해 야기된다. 가장 쉬운 수학적 모델링에 더하여, 단순 지지체는 플레이트의 변형 효과를 위한, 얻어지는 FBG 신호가 보다 단순하고 노이즈가 적은 형태를 갖도록 하는 부가적인 장점을 제공한다. 더욱이, 계량 프로세스 동안 발생하는 전체 변형(overall deformations)이 시간에 따라 균일하게 유지되는 반복적 특성(repeatable characteristics)을 갖는 시스템이 고안될 수 있다.
다른 종류의 구속(예를 들어, 차량 또는 다양한 종류의 힌지의 중량을 떠안게 되는 핀아웃(pinout)의 경우)은 확실히 마모되기 쉽고, 이들은 요구된 정확도를 갖는 측정의 반복가능성(repeatability)을 손상(compromise)시킬 것이다.
단순 지지체는 수직 응력(vertical stress)에 대한 구속물이라는 분명한 한계(obvious limit)를 제시한다. 따라서, 플레이트의 수평 방향에 따른 잠금(locking)에 기인하여, 수평방향의 힘(horizontal forces)이 또한 보상되어, 급격한 수평 변위(displacements) 및 범프(bumps)를 방지하는 것이 필요하다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 로딩 플레이트를 가지고 제조되는 WIM 시스템을 고안하는 것이고, 로딩 플레이트는 하나 이상의 FBG 센서(또는 플레이트의 변형에 민감한 다른 센서)와 관련되고, 단순 지지체(simple support)와 유사하게 구속되어 상기 로딩 플레이트를 변형시키는 힘이 지지체들 사이의 중간 지점에만 작용되는 식으로 상기 WIM 시스템의 다른 구역(parties)에 결합된다.
본 발명의 다른 목적은 로딩 플레이트가 구속되어, 그 구속이 차량의 통과시에 로딩 플레이트가 받게 되는 수평방향의 응력(horizontal stress)을 가능한 한 많이 카운터밸런싱(counterbalancing) 시키도록 하는 WIM 시스템을 고안하는 것이다. 계량될 차량의 통과 속도가 높을수록 로딩 플레이트 상의 수평방향의 응력이 더 중요하다는 것을 고려해야 한다.
전형적으로, 종래 기술의 시스템에서, 계량 플레이트(weighing plate)를 계량될 차량이 통과하는 지면(ground)에 단단히 고정시킬 필요가 있지만, 상기 로딩 플레이트는 보통 적절한 모델링 정확도를 허용하지 않는 방식으로 배치된다. 사실상, 그 결합은 로딩 플레이트가 쉽게 제거될 수 있는 것을 방지하고, 구속 시스템(system of constraints)이 WIM 시스템의 빈번한 교정(frequent calibration)을 요구하는 시간에 변경되는 것을 방지하기 위해 충분히 견고해야 한다(재교정(recalibration)이 가능하고 무거운 차량의 빠른 통과로 인하여 강력하고 무작위적인 힘의 결과로서 빈번하게 변경될 수 있는 시스템의 모델링이 가능하다고 가정하면).
본 발명의 의도된 목적은 2개의 긴 변(sides)이 계량될 차량이 통과할 수 있는 도로의 전체 폭을 커버하기에 충분한 크기인 직사각형 형상의 로딩 플레이트(loading plate)의 사용을 통해 달성되며, 하부면(bottom face)은 상부면(upper face)보다 편평하고 넓으며, 상기 로딩 플레이트는 상기 하부면의 긴 변을 따라 단순 지지체(simple support)에 의해 구속되고(constrained), 상기 하부면에 대한 상기 상부면의 수직 돌출부(vertical projection)는 상기 로딩 플레이트가 지지되는 하부면의 영역과 교차(intersect)하지 않는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 로딩 플레이트는 통과면(transit plane) 자체에 고정되는 커플링 요소(coupling elements)에 의해 통과면에 구속되며, 통과면에 의해, 상기 커플링 요소에 의해 그리고 상기 로딩 플레이트의 상부면에 의해, 상부에서, 연속면(continuous plane)을 형성한다.
본 발명의 주요 장점은 본 발명의 교시에 따라 실현되고, 기술된 바와 같은 WIM 시스템에 결부된 로딩 플레이트가 의도된 주요 목적을 충족시킨다는 것이다.
본 발명은 또한 다음의 상세한 설명에서, 상세한 설명 자체의 필수 요소를 이루는 첨부된 특허청구범위에서, 다음의 내용 및 첨부 도면에서 비제한적인 예로서 기술되는 일부 실질적인 실시예의 예시에 의해 더욱 잘 개시될 다른 장점을 제시한다.
도 1은 주행 차량(moving vehicle)의 계량(weighing)이 발생하는 장면을 도시하고;
도 2는 본 발명에 따른 WIM 시스템에 사용되는 로딩 플레이트(loading plate)의 단면도를 도시하고;
도 3은 본 발명에 따른 시스템(WIM)에서의 로딩 플레이트 자체의 결합 모드를 강조하는 로딩 플레이트의 상세 단면도를 도시하고;
도 4는 WIM 시스템에서의 통과 과정에 있는 차량의 바퀴가 도시되고 있는 도 3과 동일한 상세 단면도를 도시하며;
도 5는 본 발명에 따른 WIM 시스템의 실제 프로젝트의 테이블로부터 취해진 도 3의 동일한 상세 단면도를 도시한다.
도 1에서, WIM 시스템이 작동적으로(operatively) 동작하는 방식을 이해할 수 있도록 하는 장면(scene)이 제시되어 있다. 부호 10의 아래에는 거리(street)에서 주행하는 차량이 도시된다. 부호 200은 WIM 시스템의 양호한 작동을 위해 가능한 균일하고 수평방향으로 평평해야 하는 노면(road surface)을 나타낸다. 부호 100은 WIM 시스템을 나타내며, 차량이 모든 바퀴로 통과할 수 있도록 길(route)을 가로질러서 배치된 스트립(strip)을 점유한다. 도 1의 장면에서 알 수 있는 바와 같이, WIM 시스템(100)은 도로(roadway)(200)와 연속면(continuous plane)을 형성하고, 그 위를 통과하는 차량(10)은 요철(unevenness) 또는 계단을 감지해서는 안된다. 다시, 도 1은 차량(10)이 상기 WIM 시스템(100)의 상부면의 긴 변을 가로지르는 WIM 시스템(100)에 의해 점유된 영역에 액세스할 때를 도시하고: 102는 상기 WIM 시스템(100)의 액세스 변(access side)을 나타낸다.
본 발명에 따른 WIM 시스템(100)은 단일 방향으로 통과하는, 즉 항상 동일한 액세스 변으로부터 WIM 시스템에 진입하는 차량의 중량 측정을 위해 최적화될 수 있고, 이들은 양방향으로 통과하는 차량의 중량 측정을 수행하도록 설계될 수 있다.
본 발명에서 기술된 본질적인 특징은 양방향으로 지나가는 차량의 중량 측정을 수행할 수 있는 WIM 시스템에 적용될 수 있다. 따라서, WIM 시스템의 2개의 긴 변(sides)은 통과하는 차량에 의해 교차되는데(crossed), 처음에는 시스템에 액세스하고, 다음에 차량이 지나간 후 시스템을 떠나는 것이 분명하다. 편의상, 2개 변의 특성이 동일하기 때문에, 이하의 설명에서 "액세스 변"이라는 용어는 차량이 계량 시스템에 액세스하는 변을 언급하는 것 이외에, 이들은 또한 상기 차량이 시스템을 떠나는 변이다.
일반적으로, 상기 계량 시스템(WIM)(100)의 상부면의 형상은 직사각형(rectangular)이며, 긴 변은 또한 액세스 변(102)이다. 실제로, 상기 액세스 변(102)은 적어도 전체 시스템이 계량할 수 있어야 하는 차량의 폭만큼 길어야 한다. 전형적으로, 액세스 변은 차량이 통과할 수 있는 공간(space)의 전체 폭을 가로지를 수 있어야 하기 때문에 훨씬 더 길다(일반적으로, 액세스 변(102)의 길이는 미터 단위임): 실제로, 계량될 차량이 이들의 모든 바퀴로 상기 WIM 시스템(100)을 통과하는 것이 필수적이다. 상기 WIM 시스템(100)의 상부면의 짧은 변(일반적으로, 전술한 바와 같이, 직사각형 형상)은 차량이 통과할 때 상기 차량의 단일 축의 중량으로 적재되는(loaded) 것이 바람직하기 때문에 훨씬 짧고, 그 반대도 그렇다. 또한, 너무 넓은 로딩 플레이트의 변형 모델링은 더 복잡하고 계량 적용분야에 덜 적합할 수 있다(본 발명에 따른 계량 시스템(WIM)의 로딩 플레이트의 통상적인 폭은 일반적으로 1미터 미만이다).
도 2는 WIM 시스템(100)의 로딩 플레이트의 액세스 변(102)에 수직인 평면상의 단면을 도시한다.
상기 로딩 플레이트는 부호 110으로 도면에 표시되어 있다. 부호 103으로는 상기 로딩 플레이트(110) 아래의 토양(soil)에서 얻어야(obtained) 하는 캐비티(cavity)가 표시되어 있다.
로딩 플레이트(110) 아래에 있는 캐비티(103)는 평면도에서 유사한 형상을 가지며, 그 형상이 직사각형이다. 상기 캐비티(103)의 긴 변은 WIM 시스템(100)의 액세스 변(102)과 유사한 길이를 가지며, 짧은 변은 로딩 플레이트의 폭에 상응 할 것이며, 전술한 바와 같이, 크기가 더 작을 것이다. 캐비티(103)의 폭은 부호 104로 표시되어 있다.
따라서, 액세스 변(102)과 직교하는 동일한 섹션으로 표현되는 캐비티(103)는 그것의 폭(104)인 짧은 치수로 도시되어 있다.
도 2는 액세스 변(102)에 직각인 단면에서 볼 때 로딩 플레이트(110)의 프로파일(profile)의 어떤 특정한 특성을 증명한다. 특히, 상부면은 부호 111로 표시되는 반면, 부호 113는 상기 로딩 플레이트(111)의 하부면(113)을 나타낸다. 상기 하부면(113)은 상기 상부면(111)보다 넓어야 한다. 부가적으로: 상기 로딩 플레이트(110)의 상부면(111)은 상기 로딩 플레이트(110)의 폭보다 작아야만 하는 폭을 갖는 반면, 로딩 플레이트(110)의 하부면(113)은 캐비티(103)의 폭(104)보다 큰 폭을 갖는다.
액세스 변(102)에 직교하는 단면에서 본 로딩 플레이트(110)의 프로파일의 이러한 형상은 상기 로딩 플레이트(110)가 상기 캐비티(103) 상에 단순 지지체(simple support)에 의해 지지되도록 허용한다. 상기 지지는 액세스 변(102)에 평행한 상기 로딩 플레이트(110)의 2개의 더 긴 에지(edges)를 따라 발생한다. 이는 상기 로딩 플레이트(110)의 하부가 상기 캐비티(103)의 상부에 대해 돌출되어 상기 캐비티(103)보다 넓기 때문에 발생하며, 캐비티 자체의 내부로 떨어지지 않고 지지될 수 있다.
부호 101로는 상기 로딩 플레이트(110)의 상부면(111)의 수직 투영의 두 라인(동일한 단면에서)이 표시된다.
따라서, 도 2에 의해 상기 로딩 플레이트(110)의 또 다른 기하학적 특성화 특징(geometric characterizing feature)이 명백해진다. 사실상, 로딩 플레이트(110)의 상부면(111)의 하부면(113)으로의 돌출부(projection)는 지지 영역들(supporting areas) 사이의 중간 영역(intermediate area)에 이들과의 어떤 오버랩핑(overlapping)도 없이 완전히 포함된다.
도 3은 상기 WIM 시스템(100)의 상세를 도시하고, 필수 표현은 상기 로딩 플레이트(110)가 전체적으로 WIM 시스템(100)에 어떻게 구속되는지를 도시한다.
이전의도 2에서와 같이, 도 3은 WIM 시스템(100)의 액세스 변(102)에 직각 인 평면상의 단면을 나타낸다. 중요한 필수 상세가 로딩 플레이트(110)의 일단에서 강조되고(highlighted), 결과적으로 이러한 상세 하에서 캐비티(103)의 일부만이 표현된다.
WIM 시스템(100)에 2개의 액세스 변을 가지면, 도 3에 설명된 모든 것이 도시되지 않은 액세스 변에서도 대칭적으로 반복된다는 것이 명백하다.
또한, 도 3에서, 상기 WIM 시스템(100)이 하우징되는(housed) 구획(compartment)의 가능한 프로파일을 더 완전하게 도시하고 있다. 실제로, 로딩 플레이트(110) 아래의 캐비티(103)의 형상에 더하여, 캐비티로부터 노면(200)까지의 WIM 시스템(100)의 하우징 구획의 프로파일이 표현된다.
로딩 플레이트(110)와 관련하여, WIM 시스템(100)의 액세스 변(102)을 따라 상기 로딩 플레이트(110)의 상부면(111)과 하부면(113) 사이의 연결면(connecting surface)의 형상이 특히 중요하다. 상기 연결면의 단면 표시로부터, 평면에 의해 단순히 구성되는 것이 아니라 오히려 각을 형성하는 두 개의 평면에 의해 구성됨을 알 수 있다. 부호 112는 전체 표면의 특성을 나타내는 부분을 구성하는 상기 연결면의 상부를 나타내며; 하부는 사선 평면으로 도시되어 있지만, 구별되지(distinctive) 않고 다른 형태를 취할 수 있다. 수직면(vertical plane)은 상기 연결면의 상부 부분(112)을 형성하며, 그 형상은 WIM 시스템(100)의 로딩 플레이트(110)의 구속 요소(constraining element)와 결합(couple)하기에 적합하다.
부호 120은, 상기 동적 WIM 시스템이 적절하게 동작하도록 설치될 때, WIM 시스템(100)의 액세스 변(102)을 따라 위치되는 상기 커플링 요소(coupling element)를 지시한다. 상기 커플링 요소(120)는 WIM 시스템(100)의 액세스 변(102)에 직각인 동일 평면상의 동일 단면에서 명확하게 표현되고, 적어도 2개의 특징을 나타내는 형상의 다음과 같은 상세를 가진다:
Figure pct00001
그것은 부호 122로 표시된 편평한 수직 표면(flat vertical surface)을 가지고,
Figure pct00002
그것은 부호 121로 표시되고, 합리적인 장착 근사값(reasonable mounting approximation)의 한계 내에서, 노면(200) 및 적재 플레이트(110)의 상부 표면(111)과 동일 평면상에 있는(coplanar), 편평한 수평면(flat horizontal surface)을 가진다.
상기 커플링 요소(120)는 계량될 차량이 통과하는 도로에 (직접 또는 간접적으로) 고정되고, 상기 수직면(122)이 로딩 플레이트(110)의 수직면(112)에 대향되도록, 그리고 상기 로딩 플레이트(110)의 액세스 변(102)에 평행한 에지의 하부 부분과 부분적으로 중첩하도록 장착된다. 또한, 커플링 요소(120)의 수직면(122)의 표면적은 대향되는 수직면(112)의 면적보다 크지 않으며, 상기 로딩 플레이트(110)의 2개의 상부면과 하부면 사이의 연결면에 속한다.
이러한 배치(placement)는 로딩 플레이트(110)를 WIM 시스템(100)에 충분한 견고성(firmness)으로 결합시키는 것을 허용한다. 또한 상기 로딩 플레이트(110)의 리프팅(lifting)이 방지된다. 사실상, 액세스 변에 평행한 긴 에지를 WIM 시스템에 중첩하는(overlay) 커플링 요소(120)는 리프팅을 위한 제거 시도(removal attempt)에 저항할 것이다. 그리고, 수평 이동의 움직임(movements of horizontal translation)(예를 들어, 통과하는 차량의 제동의 경우)은 또한 로딩 플레이트(110)의 수직면(112)에 대한 커플링 요소(120)의 수직면(122)의 대립(opposition)에 의해 대조된다(contrasted).
도 4는 도 3과 동일한 도면을 도시하지만, 또한 상기 WIM 시스템(10)을 통해 통과중에 있는 차량(10)의 바퀴가 표현된다. 도 4는 WIM 시스템의 일반적인 작동 상황을 더욱 잘 설명할 수 있도록 한다.
부호 11은 상기 WIM 시스템(100)(계량 시스템(WIM)의 구성 요소에 대해 도면에 나타낸 휠의 상대적인 크기는 본 설명의 목적을 위해 중요하지 않음)을 통과하는 차량(10)의 바퀴를 나타낸다. 부호 12는 상기 휠(11)의 이동 방향을 나타내는 화살표를 나타낸다.
상기 휠(11)은 노면(200)으로부터 나오고, 이동시에 WIM 시스템(100)에 접근하며, 액세스 변(102)으로부터 진입하여 시스템을 통과한다.
차량(10)의 중량은 휠을 통해 먼저 노면(200)에서 그리고 WIM 시스템(100)을 통해 전달된다. 휠이 WIM 시스템(100)에 진입할 때, 먼저 휠은 노면(200)과 동일 평면 상에 있는 커플링 요소(120)의 수평면(121)을 통과하고 로딩 플레이트(110)에 하중을 가하지 않는다. 이 시점에서, 구속(constraint)의 순수한 기능에 더하여, 커플링 요소(120)의 다른 기능을 강조하는 것이 중요하다: 실제로, WIM 시스템(100)의 구조 및 상기 WIM 시스템(100)이 수납되는 구획(compartment)에 견고하게 부착되어 있기 때문에, 상기 커플링 요소(120)는 상기 로딩 플레이트(110)의 하부 에지에 중첩하지만 상기 에지 상에 안착(resting)하지 않는다.
그 운동을 지속하면서, 휠은 노면(200) 및 커플링 요소(120)의 수평면(121)과 동일 평면 상에 있는 로딩 플레이트(110)의 상부면(111) 위로 진입하고, 휠(11)을 통한 차량(10)의 중량이 로딩 플레이트(110)를 요청하기(solicit) 시작한다. 상부로부터의 응력의 결과로서, 상기 로딩 플레이트(110)는 변형될 수 있고, 특히 변형에 대한 임의의 반응 효과를 생성하지 않는 하부의 캐비티(103)의 존재로 인하여 아래쪽으로 구부러진다(flexes downwards).
본 발명의 교시에 따른 형상으로 설계되고, 또한 본 발명의 교시에 따라 구속되는 로딩 플레이트(110)에 의해, WIM 시스템(100)을 실현할 수 있는데, 중량 힘(weight force)의 적용으로 변형되는 로딩 플레이트(110)는, 로딩 플레이트(110)의 지지 구속물이 단순 지지체이고 상기 로딩 플레이트(110)에 의해 받은 요청(solicitations)이 결코 수직 압축력(vertical compression forces)(즉, 중량 힘과 반동력(reaction force)이 동일한 수직축에 작용하는 응력)을 결코 포함하지 않는 방식으로 모델링될 수 있고, 그 효과는 모델링하기에 매우 복잡하며, 필연적으로, 수학적 모델의 시뮬레이션과 실제 물체의 거동(real object behavior) 사이에 차이가 초래될 것이다.
도 5는 도 3과 동일한 도면을 도시하지만, 이 경우에, 도면은 기술 설계로부터 추출되고, 이전의 정성적인 도면들(qualitative figures)과 비교하여, 본 발명에 따른 WIM 시스템(100)의 가능한 현실적인 실시예를 추가로 설명할 수 있는 일부 부가적인 상세(details)를 포함한다.
특히, 부호 130은 로딩 플레이트(110) 및 커플링 요소(120)의 2개의 수직면(112와 122) 사이에 각각 개재된 개스킷(gasket)을 나타낸다. 상기 개스킷(130)의 기능은 중첩하는(overlying) 커플링 요소(120)와 로딩 플레이트(10)의 하부 에지 사이의 공간에서 물 및 다른 물질(예를 들어, 표토, 먼지 또는 작은 부스러기)의 침입을 방지하기 때문에 매우 중요하다: 로딩 플레이트(110)의 단순 지지체의 추정(assumption)을 가능한 한 신뢰성 있게 유지하기 위해 이 공간을 충분히 청결하게 유지하는 것이 중요한데, 커플링 요소와 플레이트의 에지 사이의 공간의 가능한 충진(filling)은 이러한 근사(approximation)를 손상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 개스킷(130)은 지지를 위한 구조(structure for support)에 의해 가해지는 힘과 비교하여 2개의 수직면 사이의 마찰력(friction force)을 무시할 수 있는 비경질 재료(a not rigid material)(예를 들어, EPDM(Ethylene-Propylene Diene Monomer, 에틸렌-프로필렌 디엔 단량체))로 제조된다. 따라서, 상기 개스킷(130)을 개재하는 편리한 방법은, 로딩 플레이트(110) 및 그 구속물(constraints)로 구성된 시스템을, 캐비티 상의 에지를 따라 플레이트의 단순 지지체로 되돌려지는 수학적 모델에 의해 가능한 정확하게 근사화하는 기능을 한다.
부호 140은 전체 WIM 시스템(100)의 지지 및 고정(fastening) 구조의 요소를 나타낸다. 그 구조 및 고정 요소는 다양한 방식으로 실현 될 수 있음이 분명하다. 도 5에서 고려되는 프로젝트(project)의 경우에, 노면 상에서 얻어진 평행 육면체(parallelepiped) 형상의 구획(compartment) 내에 수용되도록 구성된 구조가 선택되었다. 노면에 견고하게 고정된, 상기 구조물(140)은 예를 들어 커플링 요소(120)(본 실시 예에서는 정성적인 도 3 및 4에서 제안된 것과 매우 유사한 형상을 갖는)를 고정시키는데 사용될 수 있다. 도 5의 경우에, 커플링 요소(120)의 고정은 대형 나사에 의해 달성된다. 도 5의 단면에서, 부호 150은 커플링 요소(120)를 견고하게 유지할 수 있도록 하는 이들 나사 중 하나를 나타내며, 상기 요소는 로딩 플레이트(110)의 하부 에지를 압축(compressing)하지 않고 통과중인 차량의 중량을 지지할 수 있어야 한다.
전술한 바에 따르면, 상기 WIM 시스템(100)을 함께 유지하는 구조는, 매우 무거운 차량의 통과를 위해 상당히 구부러진(flexed) 경우에도, 상기 로딩 플레이트(110)가 결코 상기 캐비티(103)의 바닥에 닿지 않도록, 기술된 특성화 컴포넌트(characterizing components)의 본질적인 특징을 보존하고, 충분한 깊이의 캐비티(103)를 얻을 수 있도록 다양한 형태를 취할 수 있음이 명백하다. 특히, 상기 캐비티(103)의 깊이는 상기 로딩 플레이트(110)에 대한 최대 허용 가능한 휨(deflection)을 수용할 수 있는 크기로 되어야 하고, 초과한다면, 플레이트 자체의 영구 변형이 초래되어, 사용되는 계량 응용 분야에 더 이상 사용할 수 없게 된다.
방금 기술된 본 발명은 이전에 언급된 것들과 비교하여 추가적인 장점을 제공할 수 있는 많은 변형물로 구현될 수 있다. 더욱이, 당해 기술 분야의 숙련자는, 본 발명의 설명 및 거기에 첨부된 청구범위로부터 명백한 바와 같이, 본 발명을 벗어나지 않고 이런 추가적인 변형물을 만들 수 있다. 따라서, 기술된 일부 요소의 위치를 변경할 수 있고: 또한, 각 요소는 다른 재료, 크기 또는 형상으로 개발될 수 있고; 또한, 본 발명은 부분적인 방법으로 실현될 수 있을 뿐만 아니라 기술된 많은 상세가 기술적으로 동등한 요소로 대체 될 수 있다.
특히, 이미 언급한 바와 같이, 로딩 플레이트의 변형 측정 기술은 본 발명의 특징부(characterizing part)는 아니며, 장래에 FBG 센서에 기초한 기술보다 더 유리한 기술이 이용되어야 한다면(현재 바람직한 기술로 간주 됨), 또는 현재 기술이 최상의 성능 또는 돈을 위한 최상의 가치로 진화한다면, 본 발명의 실시예에서는 독창적인 본질을 변경하지 않고 다른 유형의 센서가 사용될 수 있다.
최종적으로, 기술된 발명은 WIM 시스템(100)의 성능을 추가로 개선하기 위해 부가적인 특징을 통합하고 지원하기에 적합하며, 본 발명에서 설명하지 않은 이러한 배열은 결국 본 발명과 관련된 추가의 특허 출원에 기술될 것이다.
10 : 차량 100 : WIM 시스템
102 : 액세스 변 103 : 캐비티
110 : 로딩 플레이트 111 : 상부면
113 : 하부면 120 : 커플링 요소

Claims (8)

  1. 2개의 긴 변(longer sides)이 계량될 차량이 통과할 수 있는 도로의 전체 폭을 커버하기에 충분한 크기로 이루어지는, 직사각형 형상의 로딩 플레이트(loading plate)(110)를 포함하며, 상기 로딩 플레이트(110)는:
    Figure pct00003
    하부면(113)은 편평하고 상부면(111) 보다 넓으며,
    Figure pct00004
    상기 로딩 플레이트(110)는 상기 하부면(113)의 긴 에지(edges)를 따라 단순 지지체(simple support)에 의해 구속되고,
    Figure pct00005
    상기 하부면(113)에 대한 상기 상부면(111)의 수직 돌출부(vertical projection)는 상기 로딩 플레이트가 지지되는 상기 하부면의 영역과 교차하지 않는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부면(111)과 상기 하부면(113) 사이의 상기 로딩 플레이트(110)의 긴 변(102) 상의 연결면(connecting surface)은 단일 평면(single plane) 내에 포함되지 않고, 상기 로딩 플레이트(110)의 상기 상부면(111)에 직교하는 평면 표면(112)에 의해 상부면(111)의 긴 에지에 대응하여 형성되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  3. 로딩 플레이트(100)는, 통과면(transit plane)(200)에 적절히 설치되어 고정될 때, 상기 통과면(200) 자체에 고정된 구속 요소(constraint elements)(120)에 의해 상기 통과면(200)에 결합되고,
    상기 로딩 플레이트(110)의 긴 변(102)에 인접한 위치에 설치되며,
    상기 구속 요소(120)에 의해 그리고 상기 로딩 플레이트(110)의 상부면(111)에 의해, 상기 통과면(200)에 의해 상기 구속 요소(120)에 의해 형성되는 연속 평면(continuous plane)을 상부 부분(upper part)에서 형성하는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구속 요소(120)는, 통과면(200)에 적절히 설치되어 고정될 때, 상기 로딩 플레이트(110)의 긴 하부 에지(102)의 돌출부에 부분적으로 중첩하여 위치되며,
    중첩하는 위치는, 차량이 상기 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100)을 통과할 때, 상기 로딩 플레이트(110)의 하부 돌출 에지가 중량 힘(weight forces)을 받는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  5. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구속 엘리먼트(120)는, 상기 통과면(200)에 적절히 설치되어 고정될 때, 설치의 정확도(accuracy of installation)에 관련된 근사치(approximations) 내에서, 상기 통과면(200)과 동일 평면상에 있고 연속적인 수평면(121), 및 상기 수평면(121)과 직각을 형성하는 수직면(122)을 각각 가지며,
    상기 구속 요소(120)의 수직면(122)은 상기 로딩 플레이트 (110)의 상부면과 하부면 사이의 연결면을 구성하는 상기 로딩 플레이트(110)의 직교 평면(112)에 대향되며,
    상기 구속 요소 (120)의 수직면(122)은 대향되는 직교 평면(112)의 표면적보다 크지 않은 표면적을 가지는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  6. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    비경질 재료(non-rigid material)로 제조된 시일(seal)이 상기 구속 요소 (120)의 수직면(122)과 상기 로딩 플레이트(110)의 표면에 속하는 수직면(112) 사이에 개재되는(interposed) 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 구성 요소가 설치되어 정확하게 장착될 때, 상기 로딩 플레이트(110)의 상기 상부면(111)의 수직 돌출부 아래로 완전히 개방되는 캐비티(cavity)(103)가 존재하며, 상기 캐비티(103)는 최대 허용가능한 벤딩 다운(bending down)을 겪더라도 상기 로딩 플레이트(110)의 바닥이 상기 로딩 플레이트(110)의 하부면(113)과 접촉하지 않도록 충분히 깊은 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
  8. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로딩 플레이트(110)는 차량이 통과할 때 상기 로딩 플레이트(110)의 변형을 측정하기 위한 적어도 하나의 FBG(Fibre Bragg Grating) 센서에 결합되는 것을 특징으로 하는 주행중인 차량의 동적 계량 시스템(100).
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