KR20170094565A - 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법 - Google Patents

에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 작업현장의 지형조건 및 대기 조건에 의해 공칭마력으로부터 저감되는 유효 마력을 산출하고, 이를 근거로 현장 상황에 따른 최고속도 도달 소요시간 및 등판가능각도를 포함하는 도저의 유효성능정보를 산출하여 제공함으로써, 현장에 적합한 장비 운용계획 수립을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 해 주는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법은 현장의 고도와 기온, 침하깊이, 경사도, 토사유형을 포함하는 현장 환경정보와 장비제조사로부터 제공되는 도저 재원정보를 수집하는 자료수집모듈과, 상기 자료수집모듈에서 수집된 고도와 기온정보를 근거로 고도 보정 후 온도 보정 수행을 통해 산출되는 제1 대기 유효마력과, 기 설정된 표준조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제2 대기 유효마력 및, 장비제조사 등록조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제3 대기 유효마력 중 최소값을 갖는 대기 유효마력을 유효 엔진마력으로 설정하는 유효마력 설정모듈, 상기 자료수집모듈에서 수집된 정보를 근거로 토사유형에 대응되는 주행저항과, 경사도에 대응되는 경사저항 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 각각 산출하는 현장 저항 산출모듈 및, 상기 유효마력 설정모듈에서 산출된 유효마력 및 상기 현장저항 산출모듈에서 산출된 저항값들을 이용하여 해당 도저에 대한 최고속도 도달시간 및 등판가능각도를 포함하는 유효 성능정보를 산출하여 출력하는 유효성능 산출모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법{Apparatus and method for providing of workability dozor information on echo-dozing}
본 발명은 작업현장의 지형조건 및 대기 조건에 의해 공칭마력으로부터 저감되는 유효 마력을 산출하고, 이를 근거로 현장 상황에 따른 기어별 최고속도 도달 소요시간과 적정 전진/후진 기어단수 및 등판가능각도를 포함하는 도저의 유효성능정보를 산출하여 제공함으로써, 현장에 적합한 장비 운용계획 수립을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 해 주는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법에 관한 것이다.
도저(dozer)는 트랙터 전방에 블레이드를 부착한 장비이다. 이는 하부 주행 장치의 형식에 따라 크롤러(crawler) 및 휠(rubber tire) 도저로 분류되고, 토사를 전진방향으로 미는 견인력(크롤러 도저의 경우 견인력이라 하고, 휠 도저의 경우 구동력 - 이하 견인력이라 칭함)을 요구한다.
도저는 주로 4가지 유형의 공정들, 즉 (1) 토사의 유형 및 작업조건에 따라 적절한 블레이드를 장착하여 토사를 일정거리 전진 이송, (2) 특수 블레이드를 장착하여 수목(잡목)을 제거, (3) 후방에 리퍼를 장착해서 단단한 지반 및 암석을 리핑(개간, 돌을 솎아내는 것), 그리고 (4) 스크레이퍼에 토사를 상차하도록 지원하거나 다른 건설장비들을 견인하는 공정 등을 수행한다. 이 4가지 공정들 중 첫 번째, 즉 블레이드를 장착하여 토사를 일정거리 이송하는 공정은 다양한 유형의 작업들, 즉, (1) 최대 효율거리까지 토사를 운송하는 작업, (2) 토사 및 자갈을 포설하거나 채우는 작업, (3) 도랑을 메우는 작업, (4) 돌이 많은 지역에 진입로를 개설하는 작업, (5) 채석장 바닥을 정리하는 작업에 적용된다. 이 작업들은 취급대상 및 방식, 작업조건, 그리고 부착장치들이 전혀 다르기 때문에 에코-도징을 달성하기 위한 운전방법이 서로 다르며, 생산성 혹은 에너지 효율성을 고려할 때 개별적으로 분류 및 측정되어야 한다.
즉, 도저의 생산성은 블레이드를 트랙터의 전진방향으로 일정거리를 미는 시간동안 블레이드 전면에 잔존하는 토사의 양에 의해 결정된다. 도저의 싸이클 타임 및 생산성은 트랙터 유형 및 규격, 하부 구동장치 유형, 작업 장치(블레이드 및 측면판)의 구성, 굴삭/이송되는 토사의 종류 및 상태, 지형조건(경사도 및 마찰계수), 작업/관리효율, 토사 이송거리, 장비의 노후도, 기상 및 기후조건 (온도, 고도 및 우천)에 따라 변동성이 달라진다.
또한, 도저의 에너지 효율성은 특정 공정을 반복하는 동안 처리된 단위토사 당 연료소모량(gal/m3)에 의해 결정되며, 이는 도저의 유효마력 및 운전방법(예, 블레이드 관입깊이, 전진기어번호 및 후진기어번호)과 큰 상관관계를 지닌다. 따라서, 도저의 단위연료소모량(gal/m3)을 절감하기 위해서는 도저의 유효마력에 영향을 주는 변수들에 대한 정보를 수집하고, 이를 활용하여 트랙터의 엔진 유형 및 규격, 작업장치의 구성조합에 따른 싸이클 타임, 유효마력 및 생산성을 신속히 연산하는 방법이 필요하다.
일반적으로 토공사에는 다양한 장비(예, 백호, 도저, 스크레이퍼, 트럭, 로더 등)가 투입되고, 각 장비는 고유한 작업을 수행한다. 그리고, 토공사는 장비생산성에 영향을 미치는 요인을 판단하고, 이들을 고려하여 토공 생산성을 연산함으로써, 합리적인 장비운용계획을 수립한다.
그러나, 장비의 투입시기 및 대수에 대한 의사결정은 통상 관리자의 경험과 주관적 판단에 주로 의존하고 있는 바. 이러한 경험에 의존한 판단은 부정확한 생산성 예측 및 잘못된 의사결정을 초래할 수 있다.
1. 한국특허공개 제10-2013-0081204호 (명칭 : 도저 블레이드에 대한 높이 제어를 위한 장치)
이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 토사를 일정거리 전진 이송하는 작업에 도저가 사용될 때 장비 제조사에 의해 제공되는 도저의 공칭마력에 대해 현재 작업장의 지형조건들 및 대기조건들에 의해 저감된 유효마력을 산출하고, 이 유효마력을 이용하여 실제 작업장 환경에 대응되는 도저의 유효성능정보를 제공함으로써, 현장에 적합한 장비 운용계획 수립을 보다 효율적으로 수행할 수 있도록 해 주는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치 및 그 방법을 제공함에 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 현장의 기압과 기온, 침하깊이, 경사도, 토사유형을 포함하는 현장 환경정보와 장비제조사로부터 제공되는 도저 재원정보를 수집하는 자료수집모듈과, 상기 자료수집모듈에서 수집된 고도와 기온정보를 근거로 고도 보정 후 온도 보정 수행을 통해 산출되는 제1 대기 유효마력과, 기 설정된 표준조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제2 대기 유효마력 및, 장비제조사 등록조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제3 대기 유효마력 중 최소값을 갖는 대기 유효마력을 유효 엔진마력으로 설정하는 유효마력 설정모듈, 상기 자료수집모듈에서 수집된 정보를 근거로 토사유형에 대응되는 주행저항과, 경사도에 대응되는 경사저항 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 각각 산출하는 현장 저항 산출모듈 및, 상기 유효마력 설정모듈에서 산출된 유효마력 및 상기 현장저항 산출모듈에서 산출된 저항값들을 이용하여 해당 도저에 대한 기어별 최고속도 도달시간과 적정 전진/후진 기어단수 및 등판가능각도를 포함하는 유효 성능정보를 산출하여 출력하는 유효성능 산출모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 도저가 작업을 실행할 현장의 지면상태와, 침하깊이정보를 포함하는 지면 환경속성과 현장의 기압 및 기온 정보를 포함하는 대기 환경속성정보를 측정하는 센서부와, 도저가 작업을 실행할 현장의 운송로 경사도 및 운송거리를 측정하는 거리측정부를 구비하여 구성되고, 상기 자료수집모듈은 상기 센서부와 거리측정부를 통해 측정된 현장 환경정보를 수집하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 유효마력 설정모듈은 도저 유형이 터보엔진이 아닌 4륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도 이상인 경우 일정 고도 단위당 제1 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하고, 도저 유형이 터보엔진이 아닌 2륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도보다 높은 제2 해발 고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제1 비율 보다 높은 제2 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하며, 도저 유형이 터보엔진인 경우에는 제2 해발 고도보다 높은 제3 해발고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제2 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하여 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 유효마력 설정모듈은 상기 기압 보정이 완료된 유효마력에 대해 기 설정된 표준온도를 기준으로 표준 온도 이상인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 기압 보정된 유효마력을 감소시키고, 표준 온도 미만인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 기압 보정된 유효마력을 상승시킴으로써, 최종적으로 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 현장저항 산출모듈은 수평면을 기준으로 경사도 1%에 대해 기 설정된 KG/TON 단위의 측정단위 변환계수를 적용하여 경사저항을 산출하고, 도저의 차륜이 지평면 기준으로 1cm 침하될 때마다 기 설정된 KG/TON의 단위환산계수를 적용하여 침하저항을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 유효성능 산출모듈은 현장의 미끄러짐 여부를 판단하여 이에 따른 최고속도 도달시간을 산출하되, 미끄러짐 여부는 지면 견인력이 엔진 견인력보다 작은 경우 미끄러짐이 발생한 것으로 판단하고, 상기 지면 견인력은 기 설정된 하중비율과 견인계수의 곱 연산에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값을 뺀 연산결과에 도저 무게를 곱 연산하여 산출되며, 상기 엔진 견인력은 유효마력과 견인효율계수에 의해 산출된 총 견인력에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값과 도저 무게의 곱 연산값을 뺀 연산을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 유효성능 산출모듈은 미끄러짐이 발생하는 경우, 최대 가용 견인력을 지면 견인력으로 설정하고, 미끄러짐이 발생하지 않는 경우 최대 가용 견인력을 엔진 견인력으로 설정하여 최대 가용 견인력을 이용하여 목적하는 기어 단수에 대응되는 최고속도 도달 소요시간을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 유효성능 산출모듈은 각 기어단수별 전진 기어 전환시간과, 후진 기어 전환시간, 전진 도징동작시간 및 후진 동작시간을 합산하여 각 기어단수별 사이클 타임을 산출하고, 최소 사이클 타임을 갖는 기어단수를 적정 전진 기어단수 및 후진 기어단수로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저유효성능정보 제공장치가 제공된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 현장의 기압과 기온, 침하깊이, 경사도, 토사유형을 포함하는 현장 환경정보와 장비제조사로부터 제공되는 도저 재원정보를 수집하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 수집된 현장의 기압 및 기온정보를 근거로 기압 보정 후 온도 보정 수행을 통해 산출되는 제1 대기 유효마력과, 기 설정된 표준조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제2 대기 유효마력 및, 장비제조사 등록조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제3 대기 유효마력을 각각 산출하는 제2 단계, 상기 제2 단계에서 산출된 제1 내지 제3 대기 유효마력을 비교하여 최소값을 갖는 대기 유효마력을 유효마력으로 결정하는 제3 단계, 상기 제1 단계에서 수집된 침하깊이와 경사도 및 토사유형을 근거로 토사유형에 대응되는 주행저항과, 경사도에 대응되는 경사저항 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 각각 산출하는 제4 단계 및, 상기 제3 단계에서 결정된 유효마력과 상기 제4 단계에서 산출된 저항값들을 이용하여 해당 도저에 대한 목적하는 기어 단수에 대응되는 최고속도 도달시간과 적정 전진/후진 기어단수 및 등판가능각도를 포함하는 유효 성능정보를 산출하여 출력하는 제4 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제2 단계는 도저 유형이 터보엔진이 아닌 4륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도 이상이 경우 일정 고도 단위당 제1 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하고, 도저 유형이 터보엔진이 아닌 2륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도보다 높은 제2 해발 고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제1 비율 보다 높은 제2 비율로 감소시키도록 고도 보정을 수행하며, 도저 유형이 터보엔진인 경우에는 제2 해발 고도보다 높은 제3 해발고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제2 비율로 감소시키도록 고도 보정을 수행하여 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제2 단계는 상기 고도 보정이 완료된 유효마력에 대해 기 설정된 표준온도를 기준으로 표준 온도 이상인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 고도 보정된 유효마력을 감소시키고, 표준 온도 미만인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 고도 보정된 유효마력을 상승시킴으로써, 최종적으로 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제4 단계는 수평면을 기준으로 경사도 1%에 대해 기 설정된 KG/TON 단위의 측정단위 변환계수를 적용하여 경사저항을 산출하고, 도저의 차륜이 지평면 기준으로 1cm 침하될 때마다 기 설정된 KG/TON의 단위환산계수를 적용하여 침하저항을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제5 단계는 상기 제5 단계는 각 기어단수별 총 견인력을 산출하는 단계와, 제1 단계에서 수집된 정보를 근거로 도저의 하부구조 유형에 대응되는 하중비율 및 견인계수를 설정하는 단계, 지면 견인력과 엔진 견인력을 근거로 지면에 대한 미끄러짐 발생여부를 판단하는 단계, 상기 미끄러짐 발생결과에 대응되는 최대 가용 견인력을 산출하는 단계, 상기 최대 가용 견인력에 기 설정된 견인력 감소계수를 적용하여 유효 견인력을 산출하는 단계, 상기 유효견인력을 근거로 각 기어단수별 가속도를 산출하는 단계, 상기 각 기어단수별 가속도값을 근거로 각 기어단수별 최고속도 도달시간을 산출하는 단계 및, 관리자에 의해 제공되는 목적 기어 단수에 대응되도록 해당 기어 단수의 최고속도 도달시간을 합산함과 더불어, 이 결과값에 도어 운전자의 기어변속시간을 합산하여 최종 최고속도 도달시간을 결정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
상기 제5 단계에서 미끄러짐 발생여부는 지면 견인력이 엔진 견인력보다 작은 경우 미끄러짐이 발생하는 것으로 판단하되, 상기 지면 견인력은 기 설정된 하중비율과 견인계수의 곱 연산에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값을 뺀 연산결과에 도저 무게를 곱 연산하여 산출되며, 상기 엔진 견인력은 유효마력과 견인효율계수에 의해 산출된 총 견인력에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값과 도저 무게의 곱 연산값을 뺀 연산을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제5 단계는 미끄러짐이 발생하는 경우, 최대 가용 견인력을 지면 견인력으로 설정하고, 미끄러짐이 발생하지 않는 경우 최대 가용 견인력을 엔진 견인력으로 설정하여 최대 가용 견인력을 이용하여 목적하는 기어 단수에 대응되는 최고속도 도달 소요시간을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제5 단계는 경사저항을 극복하는데 사용될 수 있는 잉여 견인력을 1% 경사도 증가를 극복하기 위해 요구되는 견인력으로 나눔 연산을 통해 등판가능각도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
또한, 상기 제5 단계는 각 기어단수별 전진 기어 전환시간과, 후진 기어 전환시간, 전진 도징동작시간 및 후진 동작시간을 합산하여 각 기어단수별 사이클 타임을 산출하고, 최소 사이클 타임을 갖는 기어단수를 적정 전진 기어단수 및 후진 기어단수로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 실제 작업장이 위치한 장소에서 해당 도저가 지면 및 지형조건들(예, 주행저항, 경사저항, 침하저항) 및 대기조건들(예, 고도, 대기압, 대기온도)에 의해 저감된 유효마력을 산출하고, 이를 근거로 실제 작업장에서의 해당 도저의 유효성능정보를 제공함으로써, 현장에 적합한 장비 운용계획 수립할 수 있다.
또한, 이는 임의 작업 패키지가 주어졌을 때, 현장에서 실측된 도징거리를 활용하여 에코-도징(Eco-Dozing)을 달성하기 위한 최적 작업지침 예컨대, 전진기어번호 및, 후진기어번호 등을 판단하여 이를 도저 운전원에게 제공할 수 있게 됨으로써, 실제적으로 보다 효율적인 현장 작업 수행을 가능하게 할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 제어부(160)의 내부구성을 기능적으로 모듈화하여 나타낸 도면.
도3은 도2에 도시된 유효마력 산출모듈(162)의 기능을 블럭화하여 나타낸 도면.
도4는 도2에 도시된 현장저항 산출모듈(163)의 기능을 블럭화하여 나타낸 도면.
도5는 도2에 도시된 유효성은 산출모듈(164)의 기능을 블럭화하여 나타낸 도면.
도6은 본 발명에 따른 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법을 설명하기 위한 흐름도.
도7은 동일 도저에 대한 서로 다른 현장 조건에서의 최고속도 도달 소요시간 산출 실험결과를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치(100)는 정보입력부(110)와 센서부(120), 거리 측정부(130), 정보출력부(140), 정보저장부(150) 및 제어부(160)를 포함하여 구성된다.
상기 정보 입력부(110)는 관리자와의 인터페이스를 수행하는 것으로, 관리자로부터 도저 관련 각종 재원정보, 예컨대 장비사양, 엔진유형, 차륜유형, 구동 휠의 수를 포함하는 장비 속성과, 캐리어 유형, 용량 및 무체를 포함하는 블레이드 속성 및, 차륜의 공기압정보를 입력받는다. 또한, 상기 정보 입력부(110)는 관리자로부터 유효 성능 산출을 위한 각종 계수정보를 입력받는다.
상기 센서부(120)는 도저가 작업을 실행할 현장의 지형/지면 환경속성 및 대기 환경속성을 측정한다. 상기 지형/지면 환경속성은 현장의 지면상태와, 침하깊이정보를 포함하고, 상기 대기 환경속성은 고도(기압), 기온정보를 포함한다.
상기 거리측정부(130)는 도저가 작업을 실행할 현장의 운송로 경사도 및 운송거리를 측정한다. 이때, 상기 거리측정부는 레이저 거리 측정기를 이용할 수 있다.
상기 정보 출력부(140)는 도저에 대한 유효성능정보를 표시 출력하거나, 또는 외부 단말로 제공하는 기능을 수행한다.
상기 정보저장부(150)는 상기 정보 입력부(110)와 센서부(120) 및 거리측정부(130)를 통해 제공되는 도저 관련 장비정보와, 현장 환경정보 및, 유효 성능 산출을 위한 각종 계수 정보를 저장함과 더불어, 해당 현장 환경조건에 대한 해당 도저에 대한 유효성능정보를 저장한다.
상기 제어부(160)는 상기 정보 입력부(110)와 센서부(120) 및 거리측정부(130)를 통해 제공되는 정보를 정보 저장부(150)에 저장함과 더불어, 정보 저장부(150)에 저장된 도저 관련 관련 장비정보와 현장 환경정보를 근거로 공칭마력에서 저감된 유효마력을 산출하고, 이 유효마력을 이용하여 현장 환경을 고려한 유효 성능정보를 산출하도록 구성된다.
한편, 상기 센서부(120)와 거리측정부(130)는 현장에 위치하는 외부단말을 통해 무선으로 제공받을 수 있다. 이때, 현장에 위치하는 외부단말은 상기한 센서부(120) 및 거리측정부(130)를 구비하는 스마트폰이 될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 센서부(120) 및 거리측정부(130)를 반드시 구비할 필요는 없고, 해당 정보는 관리자로부터 정보입력부(110)를 통해 제공받을 수 있음은 물론이다.
도2는 도1에 도시된 제어부(160)의 내부구성을 기능적으로 모듈화하여 도시한 도면이다.
도2에 도시된 바와 같이 제어부(160)는 자료 수집모듈(161)과, 유효마력 산출모듈(162), 현장 저항 산출모듈(163) 및, 유효성능 산출모듈(164)을 포함하여 구성된다.
상기 자료 수집모듈(161)은 상기 정보 입력부(110)와 센서부(120) 및 거리측정부(130)를 통해 제공되는 도저 관련 장비정보와, 현장 환경정보 및, 유효 성능 산출을 위한 각종 계수 정보를 상기 정보 저장부(150)에 저장한다. 상기 자료 수집모듈(161)은 장비 무게와 공칭 엔진마력, 차륜 유형을 포함하는 장비속성정보와, 현장의 고도, 기온을 포함하는 대기환경정보 및, 지면조건, 침하정보, 운송로 경상도를 포함하는 지면환경정보를 정보 저장부(150)에 저장한다. 또한, 도저 장비제조사로부터 제공되어진 각종 계수 관련 정보, 예컨대 엔진마력 보정 테이블과, 기어단수별 속도 메트릭스, 견인계수 메트릭스, 안전계수, 단위 변환계수 등을 정보 저장부(150)에 저장한다.
상기 대기 유효마력 산출모듈(162)은 도저의 현장 환경 즉, 고도 및 온도에 따라 변화되는 엔진마력 특성을 근거로 대기 환경에 따른 유효마력을 산출한다. 이는 도저가 해수면 높이에서부터 고산지대에 이르기까지 다양한 고도에서 작업을 수행함은 물론, 동일 도저가 고지대에서 저지대로 이동하면서 도징을 수행하게 되는데, 고지대는 저지대에 비해 기압 및 온도(Temperature, T)가 낮고 이러한 대기 속성에 의해 도저의 엔진마력이 변화되는 것을 고려하기 위한 것이다.
즉, 상기 유효마력 산출모듈(162)은 고도 보정 후 온도 보정에 따른 제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)과, 기 설정된 표준조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정에 따른 제2 대기 유효마력 산출블럭(162b), 제조사 등록조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정에 따른 제3 대기 유효마력 산출블럭(162c) 및, 상기 제1 내지 제3 대기 유효 마력 중 최소값을 갖는 대기 유효마력을 유효 엔진마력으로 설정하는 대기 유효마력 설정블럭(162d)을 포함하여 구성된다.
제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)
제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)은 도저의 구동 휠 수 구동 휠의 수(예, 2륜 구동(NW=2) 혹은 4륜구동(NW=4)), 엔진유형(예, 터보엔진 여부(ENT==1) 및 고도값(A)을 사용하여 엔진의 유효마력(HPA)을 연산한다. 터보엔진이 아닌 4륜구동 도저에 대해서는 수학식1을 통해 고도변화(A)에 따른 엔진마력(HPA)을 보정한다. 즉, 해발 300m까지는 해수면과 동일한 엔진마력(HP)을 적용하고, 그 이상에서는 고도가 300m 상승될 때마다 엔진마력(HPN)을 3%비율로 감소시킨다.
Figure pat00001
여기서, HPA 는 고도에 의한 손실 후 엔진마력이고, HPN는 고도에 의한 손실 전 공칭 엔진마력, A는 작업장이 위치한 고도이다.
또한, 상기 제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)은 터보엔진이 아닌 2륜구동(2WD) 도저는 수학식2를 통해 고도변화(A)에 따른 엔진마력(HPA)을 보정한다. 즉, 해발 1,800m까지는 매 300m 상승될 때마다 공칭마력(HPN)을 1.5%씩 감소시키고, 1,800m 이상에서는 300m 상승시마다 3% 비율로 감소시킨다.
Figure pat00002
여기서, 0.91은 엔진의 공칭마력(HPN)을 고도 1,800m지점으로 보정하는 계수로서, 이는 관리자에 의해 적절히 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)은 터보엔진을 장착한 도저에 대해서는 수학식3을 통해 고도변화(A)에 따른 엔진마력(HPA)을 보정한다. 즉, 해발 3000 m까지는 엔진마력의 손실이 없는 것으로 간주하여 엔진마력(HPA)을 보정한다.
Figure pat00003
한편, 일반적으로 장비의 엔진마력(HP)은 장비가 운행하는 장소의 대기 온도(T)에 반비례하는 바, 상기 제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)은 현장의 온도(T)에 대응되도록 상기 수학식3에 의해 산출된 엔진마력(HP)을 보정한다. 이때, 상기 제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)은 수학식4를 통해 온도변화(T)에 따른 엔진마력(HPT)을 보정한다. 즉, 표준온도(16℃)를 기점으로 16℃ 이상에서는 온도가 5.5 ℃상승할 때 마다 16℃에서의 엔진마력 대비 1% 비율로 저감시키고, 16℃ 이하에서는 5.5℃ 하강할 때 마다 기준 엔진마력(16℃에서의 엔진마력)을 1% 비율로 상승시킨다. 여기서, 상기 제1 대기 유효마력 산출블럭(162a)은 표준온도에서의 엔진마력을 고도 보정 후 엔진마력(HPA)으로 대체함으로 고도 및 온도에 의한 영향을 보정한 제1 대기 유효마력(HPA&T)을 산출한다.
Figure pat00004
여기서, HPA&T는 고도 및 온도에 의한 영향 보정 후 엔진마력이고, HPA는 표준온도(16℃)에서의 엔진마력, T는 현장의 온도이다.
제2 대기 유효마력 산출블럭(162b)
제2 대기 유효마력 산출블럭(162b)은 수학식5를 통해 기 설정된 표준조건에서의 기온 (16℃) 및 기압(76cm 수은주)과 현장에서 수집된 온도 및 기압(고도로부터 산출가능)을 사용하여 공칭 엔진마력(HPS)을 제2 대기유효 엔진마력(HPC)으로 변환한다.
Figure pat00005
여기서, HPs는 표준온도에서의 엔진마력이고, T는 작업현장 온도, Ts: 표준조건에서의 온도(=캘빈계수+표준온도, 예, 273+16=289), P는 현장에서 관측된 수은주 기압, Ps는 표준조건에서의 수은주 기압(76cm Hg)이다.
제3 대기 유효마력 산출블럭(162c)
제3 대기 유효마력 산출블럭(162c)은 수학식6을 통해 장비 제조사에 의해 제공된 제조사 사양조건에서의 고도 및 온도를 동시에 고려하여 엔진마력을 보정한다. 즉, 장비제조사가 제공하는 고도(A) 및 온도(T)에 따른 엔진마력 보정 테이블(HPM)로부터 보정계수(HPR)를 획득하고, 이 보정계수(HPR)를 표준온도에서의 엔진마력과 곱하여 보정된 제3 대기 유효마력(HPAT)을 산출한다. 이때, 상기 엔진마력 보정 테이블(HPM)은 특정 고도 및 온도 구간에서 이산적인 값을 제공한다.
Figure pat00006
여기서, HPAT는 온도 및 고도를 보정한 엔진마력이고, HPR는 온도 및 고도에 따른 엔진마력 보정 계수, HPM는 온도 및 고도에 따른 엔진마력 보정계수 메트릭스, HPs는 표준온도에서의 엔진마력이다.
유효마력 설정블럭(162d)
상기 유효마력 설정블럭(162d)은 상기 제1 내지 제3 대기 유효마력 산출블럭(162a,162b,162c)을 통해 산출된 제1 내지 제3 대기 유효마력 값 중 최소의 값을 대기 유효마력으로 최종 설정한다.
한편, 도2에서 현장 저항 산출모듈(163)은 도저가 작업을 실행하는 현장의 지형 및 지면 속성에 의해 발생되는 3가지 저항 값을 산출한다. 상기 현장 저항 산출모듈(163)은 도4에 도시된 바와 같이, 토사유형에 따른 주행저항을 산출하는 주행저항 산출블럭(163a)과, 경사도에 의한 경사저항을 산출하는 경사저항 산출블럭(163b) 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 산출하는 침하저항 산출블럭(163c)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기한 3가지 저항값은 특정 무게(W)의 도저가 어떤 주어진 경사도(예, 5%)를 지닌 지면상태의 노면(예, 잘 관리되지 않은 비포장)을 일정속도로 등반하기 위해 고려되어야 하는 값으로, 유효 견인력을 감소시키는 요인이다.
주행저항 산출블럭(163a)
주행저항 산출블럭(163a)은 특정 상태 즉, 현장의 지면(k) 위를 움직이는 도저에 발생하는 단위무게(ton 단위) 당 주행저항(R R )을 산출한다. 이는 수학식 7과 같이 세 가지 방법으로 산출될 수 있다. 첫째, 도저의 실측 견인력(F)을 해당 도저의 무게(W)로 나누어 산출하거나, 둘째, 타이어의 침하깊이(T P )를 사용하여 산출하거나, 셋째, 지면유형(k)과 타이어 유형 및 공기압 조건에 따른 실험데이터를 사용하여 산출할 수 있다. 이때, 상기 세번째 주행저항 산출방법에 있어서는 관리자에 의해 기 등록된 차륜유형(UT), 차륜의 공기압(PW) 및, 지면상태(k)에 관한 정보를 이용한다.
Figure pat00007
경사저항 산출블럭(163b)
경사저항 산출블럭(163b)은 도저가 경사노면을 등반할 때 도저가 진행하는 역방향으로 중력의 경사면 방향의 분력만큼 작용하는 단위 무게 당 경사저항(RG)을 산출한다. 이는 수학식 8을 통해 산출된다.
Figure pat00008
여기서, θ는 운송로 경사도이고, 10은 측정단위변환계수이다.
일반적으로, 경사도 +1% 및 -1%는 각각 도저가 100ft 수평이동 시 1ft를 수직상승 및 수직하강 하는 것을 의미한다. 대략 경사도가 수평면을 기준으로 1%증가할 때 마다 이를 극복하기위해 10 KG/TON씩 요구되는 견인력이 증가하고, 그 반대의 경우 10 KG/TON씩 감소하는 것을 고려하여 수학식8에서 측정단위변환계수는 "10"으로 설정하였다. 이는 경사저항(RG)은 백분율 단위를 갖지만, 다른 저항 값들과의 연산을 용이하게 하기 위해 KG/TON단위의 값으로 변환하기 위한 것이다.
침하저항 산출블럭(163c)
침하저항 산출블럭(163c)은 도저의 무게(W) 및 노면상태(k)에 따라 차륜이 노면에 침하되는 깊이에 대응되는 침하저항(Rp)을 산출한다. 이때, 상기 침하저항 산출블럭(163c)은 차륜유형(UT=1)이 무한궤도 트랙인 경우, 침하저항(RP)을 0으로 설정한다.
또한, 상기 침하저항 산출블럭(163c)은 차륜유형(UT=2)이 휠인 경우, 침하저항(RP)은 차륜이 지면에 침하되는 깊이에 비례하여 견인력을 감소시키는 바, 수학식 9를 통해 산출한다.
Figure pat00009
여기서, TP는 차륜 침하깊이이고, 6은 단위환산계수이다.
실험결과에 따르면, 차륜이 1cm 침하(T P )될 때마다 유효 견인력은 6 KG/TON씩 감소된다. 이는 차륜이 1cm 침하될 때 마다 도저가 침하저항을 극복하기 위해 6 KG/TON의 추가 견인력이 필요한 것으로, 수학식 9에서 단위환산계수는 이를 근거로 "6"으로 설정한 것이다.
한편, 도2에서 유효 성능 산출모듈(164)은 유효 마력에 대응되는 도저의 최고속도 도달시간 및 등판가능각도를 포함하는 유효 성능을 산출한다. 상기 유효 성능 산출모듈(164)은 도5에 도시된 바와 같이, 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)과, 등판가능각도 산출블럭(164b) 및 사이클 타임 산출블럭(164c)을 포함하여 구성된다.
최고속도 도달시간 산출블럭(164a)
일반적으로, 도저의 견인력은 일반적으로 기어단수가 낮고 이동속도가 낮을수록 큰 반면, 사이클 타임은 도저가 요구 견인력을 유지하면서 가능한 속도를 증가시켜야 줄일 수 있으며, 이에 대응하여 생산성을 증가시킬 수 있다. 또한, 도저를 저단기어에서 고단기어로 전환하여 최고 속도에 도달하기 위해서는 여러 번의 기어변경을 거치게 되고, 이 과정에서 엔진 회전수(rpm)가 변화하고 결국 각 기어마다 도저의 이동속도가 변한다. 즉, 가속도는 엔진의 여유마력을 활용해서 장비의 속도를 증가시킴으로 발생된다.
상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 가속도의 변화값을 사용하여 각 기어별로 최고속도에 도달하는 데 소요되는 시간(t)을 산출한다.
먼저, 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 기어단수별 총 견인력(Rt)을 산출한다. 각 기어 단수별 총 견인력(Rt)은 수학식10을 통해 산출된다.
Figure pat00010
여기서, SM은 장비 제조사에 의해 제공되는 기어단수별 속도 정보이고, "275"는 단위환산계수이고, HP는 유효 마력, E는 견인효율계수(0.85), 즉 엔진출력을 견인력으로 변환하는 효율계수이다. 이때, 1 HP는 75 m/sec이고, i 번째 기어단수에서 최고속도의 단위는 km/hr인 것을 근거로 힘을 속도로 변환하는 단위환산계수는 275로 설정하였다. 또한, SM은 장비 제조사에 의해 제공되는 기어단수별 속도 메트릭스(SM)로부터 획득되는 것으로, 기어단수 별 최고속도로 이루어진다. 수학식10의 SM(i,2)에서 i는 기어단수(gear shift), 2는 i 번째 기어단수에서 최고속도(km/hr)를 의미한다.
이때, 각 기어별 총 견인력은 1부터 m (=length(SM)), 즉 모든 기어 단수까지 반복 실행하여 연산한다.
또한, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 하중비율 및 견인계수(CT)를 설정한다. 즉, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 장비제조사로부터 제공되어진 도저 하부구조의 유형 및 구동차륜의 수를 근거로 기 설정된 하중 비율(Rw)를 설정함과 더불어,기 등록된 견인계수 메트릭스로부터 지면유형과 차륜의 종류 및 구동 휠 수에 대응되는 견인계수(CT)를 획득한다. 예컨대, 도저 하부구조가 트랙타입 (UT=1)이면, 트랙에 미끄러짐이 발생하지 않는 것으로 간주하여 전달되는 하중의 비율(R W )은 100%로 설정되고, 도저 하부구조가 휠 타입(UT=2)이고 구동차륜의 수가 2륜구동(NW=2)인 경우 하중비율(R W )은 50%, 4륜구동(NW=4)인 경우 하중비율(R W )은 40%로 각각 설정될 수 있다.
또한, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 미끄러짐 발생 여부를 판단한다. 일반적으로, 차륜과 지면사이에 미끄러짐 발생 유무에 따라 최대 가용 견인력(RMA)이 달라지고, 미끄러짐 발생유무는 엔진 견인력(Engine-ability(RM))과 지면 견인력(Surface-ability(RE)) 값을 비교하여 지면의 견인력(RE)이 엔진의 견인력(RM)보다 작으면, 미끄러짐이 발생(S=1)하고, 그렇지 않으면 미끄러짐이 발생 (S=0)하지 않는 것으로 판단한다.
이때, 상기 엔진 견인력(RM)은 엔진이 발휘할 수 있는 최대 견인력(RM)으로 수학식 11과 같이 총 견인력(R T (i)), 장비무게(W), 주행저항(RR), 경사저항(RG), 침하저항(RP)을 이용하여 산출된다. 여기서, 도저 하부 구성에 따라 서로 다른 함수를 통해 엔진 견인력을 산출한다. 즉, 하부구조가 트렉타입(CD=1)인 경우 네브라스카 표준시험 조건(예, 50 KG/TON)을 고려한다.
Figure pat00011
또한, 상기 지면 견인력(RE)은 지면이 장비에 미끄러짐을 발생시키지 않고 최대로 장비의 견인력을 부담할 수 있는 능력으로, 이는 수학식 12에 제시된 바와 같이, 장비 무게(W), 경사각(θ), 하중비율(R W ) 및, 견인계수(CT)를 이용하여 산출된다.
Figure pat00012
또한, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 최대가용 견인력(RMA)을 결정한다. 최대 가용 견인력(RMA)은 미끄러짐이 발생하기 직전에 차륜과 지면사이에 최대로 발현할 수 있는 가용 견인력의 크기이다. 이에, 구동 휠과 지면사이에 미끄러짐 이 발생하지 않는 경우, 엔진은 지형/지면환경 및 대기환경 속성들에 의해 감소되는 저항들을 제외한 잔여마력을 모두 발휘하므로, 최대 가용 견인력(RMA)은 최대 엔진 견인력(RM)과 같은 것으로 결정한다. 반면, 미끄러짐이 발생하는 경우, 도저는 지형/지면환경 및 대기환경 속성들에 의해 감소되는 저항들을 제외한 잔여마력을 모두 발휘할 수 없으므로, 최대 가용 견인력(RMA)은 최대 지면 견인력(RE)과 같은 것으로 결정한다. 이때, 트랙타입 도저는 침하저항(RP) 및 미끄러짐이 발생하지 않는 것으로 간주하기 때문에 항상 침하저항(RP)을 0으로 설정하여 획득된 엔진의 견인력(RM)을 최대 가용견인력(RMA)으로 결정한다.
또한, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 해당 도저에 대한 최대 가용 견인력(RMA)을 이용하여 유효견인력을 산출한다. 유효견인력(REF)은 기 설정된 견인력 감소계수(FS:안전계수)와 최대 가용 견인력(RMA)의 곱 연산으로 산출된다. 이때, 상기 안전계수(FS)는 작업장 조건, 관리효율, 도저 운전원의 스킬 및 도저의 물리적 상태(예, 사용연수) 등의 여러 요인들에 의한 변동성을 반영하는 것으로, 바람직하게는 1 ~ 0.75% 범위로 설정된다.
또한, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 장비 제조사가 제공하는 도저의 기어별 최대 속도 값을 이용하여 기어단수별 가속도(a)를 산출한다. 기어단수별 가속도(a) 산출방법은 수학식 13과 같다.
Figure pat00013
여기서, a는 무게 W인 장비의 가속도 (M/SEC2)이고, F는 견인력(KG), REF 는 안전율을 고려한 유효 견인력, W는 장비의 무게(KG), g는 중력가속도 (9.81 M/SEC2) 이다.
또한, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 기어단수별 최고속도 도달시간을 각각 산출한다. 각 기어 단수에서 최고속도에 도달하는데 소요되는 시간은 상기 수학식 13으로부터 유도된 수학식 14에 의해 산출된다. 즉, 모든 기어에 대해 최고속도 도달 소요시간을 산출한다. 이때, 기어 변경 시점은 각 기어 단수에서 최고 속도에 도달한 시점으로 가정한다. 또한, 수학식14에서 0.28은 km/hour 단위를 m/sec 단위로 변환하기 위한 단위변환계수이다.
Figure pat00014
이어, 상기 최고속도 도달시간 산출블럭(164a)은 상기 산출된 기어 단수별 최고속도 도달시간을 이용하여 관리자에 의해 설정된 기어단수에 대응되는 최고속도 도달시간을 산출한다. 도저가 m번째 기어의 최고속도에 도달하는 최고속도 도달시간(tT (m))은 수학식 15와 같다.
Figure pat00015
여기서, m은 관리자 설정한 기어단수(<=length(SM))이다.
즉, 최고속도 도달시간은 m번째 기어를 최종 목표로 설정했을 때 도저가 최고 속도에 도달하는 시간은 각 기어별로 가속페달을 밝아 속도를 최대가 될 때까지 소요된 시간(t)에 도저 운전자가 기어변속 동작을 실행하는데 소요되는 시간을 더한 시간으로 산출된다. 이때, 운전자의 기어변경 동작에 소요되는 시간은 숙련도에 따라 상이하지만, 수학식 15에서는 대략 각 기어변경에 4초가 소요되는 것으로 설정하였다.
등판가능각도 산출블럭(164b)
상기 등판가능각도 산출블럭(164b)은 수학식 16과 같이 경사저항을 극복하는데 사용될 수 있는 잉여 견인력(GRA)을 1% 경사도 증가를 극복하기 위해 요구되는 견인력(GR1)으로 나눔으로써 등판가능각도(G)를 산출한다.
Figure pat00016
이때, 상기 잉여 견인력(GRA)은 총 잉여 견인력(GRM)에 기 설정된 견인력 감소계수(FS 예컨대, 0.85%)를 곱연산하여 산출된다.
그리고, 상기 총 잉여 견인력(GRM)은 수학식 17에 제시된 것처럼 안전유효견인력(RT)에서 요구 견인력을 공제함으로 산출된다. 이때, 독립작업용 트랙타입 도저(CD=1,3)의 총 잉여 견인력은 침하저항 및 미끄러짐이 없는 것으로 간주하고, 이외 도저 유형(CD=2,4,5)에 대해서는 침하저항 및 미끄러짐 발생을 고려하여 서로 다른 함수를 적용하여 그 값이 산출된다.
Figure pat00017
여기서, RT 는 안전유효견인력이고, GRM은 총 잉여 견인력, WD 는 도저의 총 무게, WS는 토사 무게이다. 이때, 도저 구성유형(CD)이 독립작업용 트랙타입 도저(CD=1,3)이면, 트렉터 무게(WT) 및 블레이드 무게(WB)를 합하여 도저의 총 무게(WD)를 연산하고, 배토판 전면에 쌓인 토사 무게(WS)는 토사 유형별(k) 단위체적무게(Wk)로부터 획득한다.
즉, 상기 수학식 17에서 독립작업용 트랙타입 도저(CD=1,3)의 총 잉여 견인력은 침하저항 및 미끄러짐이 없는 것으로 간주하기 때문에, 주행저항과 관련된 네브라스카 표준시험 조건(예, 50 KG/TON)을 고려하여 이들의 영향을 공제한다. 또한, 독립작업용 휠타입 도저(CD=2)의 총 잉여 견인력은 침하저항 및 미끄러짐 발생을 고려하며, 주행저항과 관련된 네브라스카 표준시험 조건(예, 0 KG/TON)을 고려하여 이들의 영향을 공제한다. 또한, 케리어 부착형 트랙타입 도저(CD=3)의 총 잉여 견인력은 트렉터와 케리어를 구분하여 주행저항을 계산할 수 있다. 또한, 케리어 부착형 2륜구동 도저(CD=4)혹은 케리어 부착형 4륜구동 도저(CD=5)의 총 잉여 견인력은 케리어 무게(상차된 토사무게 포함)에 의한 주행저항 및 구동차륜 수에 의한 하중비율(R W )을 고려하여 산출될 수 있다.
사이클타임 산출블럭(164c)
상기 사이클타임 산출블럭(164c)은 기어단수별 도징 사이클 타임을 산출하여 최적의 전진 기어단수 및 후진 기어단수 정보를 추출한다.
일반적으로 도징 사이클은 전진기어 전환, 전방향 도징, 후진기어 전환 및, 복귀의 4개 동작으로 구분된다. 이때, 도저는 다수의 전진 기어와 후진 기어를 구비한다. 사이클 타임은 전진 기어와 후진 기어 설정을 통해 상기한 4가지 동작을 수행하는 데 따른 시간을 합산함으로써 산출된다.
상기 사이클타임 산출블럭(164c)은 각 기어 단수에 대해 사이클 타임을 각각 산출하여, 최소 사이클 타임을 갖는 기어 단수를 최적의 전진 기어 및 후진기어 단수로서 추출한다. 이때, 사이클 타임(DT) 산출식은 수학식 18과 같다.
Figure pat00018
여기서, 상기 tT(p)는 전진 기어 전환에 따른 소요 시간이고, tT(Q)는 후진 기어 전환에 따른 소요시간, Df는 전진 동작 시간, Dr은 후진 동작 시간, Vp는 전진 속도, Vq는 후진 속도이다.
상기 수학식 8에서 전진 동작 시간과 후진 동작 시간은 경사 저항 및 토사 무게를 고려하여 산출되는 것이 바람직하다. 즉, 전진동작과 후진 동작에 대해 경사저항은 상호 반대방향으로 고려되어지고, 토사무게는 후진 동작시 공제되도록 설정하여 전진 동작시간과 후진동작시간이 산출된다.
이어, 상기 사이클타임 산출블럭(164c)은 산출된 각 기어단수별 사이클타임 중 최소값을 갖는 사이클타임에 해당하는 기어단수를 적정 전진기어단수 및 적정 후진기어단수로 판단한다.
이어, 상기한 구성으로 된 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치의 도저 유효성능정보 제공방법을 도6을 참조하여 설명한다.
먼저, 도저 유효성능정보 제공장치(100)는 상기 정보 입력부(110)와 센서부(120) 및 거리측정부(130)를 통해 제공되는 도저 관련 장비정보와, 현장 환경정보 및, 유효 성능 산출을 위한 각종 계수 정보를 포함하는 도저 관련 자료를 수집하여 정보 저장부(150)에 저장한다(ST100). 이때, 현장 환경정보는 고도와 기온, 침하깊이, 경사도, 지표상태(토사유형)를 포함하고, 상기 도저 장비정보는 장비제조사로부터 제공되는 모델명에 대응되는 장비 재원정보가 될 수 있다.
이후, 상기 도저 유효성능정보 제공장치(100)는 도저의 현장 환경 즉, 기압 및 온도에 따라 변화되는 엔진마력 특성을 근거로 대기 환경에 따른 유효마력을 산출한다(ST200).
이때, 대기 유효마력 산출단계(ST200)는 고도 보정 후 온도 보정에 따른 제1 대기 유효마력과 기 설정된 표준조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정에 따른 제2 대기 유효마력 및 장비제조사 등록조건에 기반한 고도 및 온도 동시 보정에 따른 제3 대기 유효마력을 각각 산출하는 제1 내지 제3 대기 유효마력 산출단계(ST211,ST212,ST213)와, 상기 제1 내지 제3 대개 유효마력 중 최소 값을 갖는 대기 유효마력을 최종 유효 마력으로 설정하는 대기 유효마력 설정단계(ST220)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 도저 유효성능정보 제공장치(100)는 도저가 작업을 실행하는 현장의 지형 및 지면 속성에 의해 발생되는 현장 저항 값을 산출한다(ST300).
이때, 상기 현장 저항 산출단계는 토사유형에 따른 주행저항을 산출하는 주행저항 산출 단계(ST310)와, 경사도에 의한 경사저항을 산출하는 경사저항 산출 단계(ST320) 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 산출하는 침하저항 산출 단계(ST330)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 도저 유효성능정보 제공장치(100)는 상기 ST200 단계에서 산출된 유효 마력 및 상기 ST300 단계에서 산출된 현장 저항값을 근거로 현장에서의 도저의 유효성능정보를 산출한다(ST400).
이때, 상기 유효성능정보 산출단계(ST400)는 현장에서의 최고속도 도달시간 산출단계(ST410)와, 등판가능각도 산출단계(ST420) 및, 각 기어단수별 사이클 타임을 산출하여 적정의 전진/후진 기어단수를 추출하는 사이클 타임 산출단계(ST430)를 포함한다.
이후, 상기 도저 유효성능정보 제공장치(100)는 현장 작업할 도저의 성능 및 현장조건에 대응되는 최고속도 도달시간과 등판가능각도 및, 적정 기어단수정보를 포함하는 유효성능정보를 표시출력하거나 관리자 단말로 전송하여 관리자에게 제공한다(ST500).
한편, 도7은 본 발명자가 동일 도저에 대해 서로 다른 현장 조건에서의 최고속도 도달 소요시간을 산출한 실험결과를 나타낸 것이다. 도7에서 (A)는 현장조건 테이블이고, (B)는 각 현장조건에 따른 최대 유효 견인력 결과테이블이며, (C)는 각 현장조건에 따른 등판가능각도 및 사이클타임 결과 테이블이다.
본 실험에서 발명자는 Caterpillar사의 216HP의 엔진마력을 지닌 4륜구동 휠 도저이며, Rubber tire를 장착한 20,579kg 무게를 지닌 4단 변속이 가능한 장비를 사용하였다. 즉, 도7의 실험결과를 통해 고도 및 온도에 따라 유효마력의 차이가 발생하고, 이 유효마력의 차이에 의해 기어 단수별 유효견인력(RMA)의 차이를 발생시키며, 결국 등판가능각도와 사이클 타임에 영향을 준다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본원 발명에서는 이러한 현장 환경에 적응적인 도저의 유효성능을 제공함으로써, 토공공사 계획수립을 보다 용이하고 정확하게 수행할 수 있다.
100 : 도저 유효성능정보 제공장치,
110 : 정보 입력부, 120 : 센서부,
130 : 거리 측정부, 140 : 정보 출력부,
150 : 정보 저장부, 160 : 제어부,
161 : 자료 수집모듈, 162 : 유효마력 산출모듈,
163 : 현장저항 산출모듈, 164 : 유효성능 산출모듈.

Claims (18)

  1. 현장의 기압과 기온, 침하깊이, 경사도, 토사유형을 포함하는 현장 환경정보와 장비제조사로부터 제공되는 도저 재원정보를 수집하는 자료수집모듈과,
    상기 자료수집모듈에서 수집된 기압과 기온정보를 근거로 기압 보정 후 온도 보정 수행을 통해 산출되는 제1 대기 유효마력과, 기 설정된 표준조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제2 대기 유효마력 및, 장비제조사 등록조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제3 대기 유효마력 중 최소값을 갖는 대기 유효마력을 유효 엔진마력으로 설정하는 유효마력 설정모듈,
    상기 자료수집모듈에서 수집된 정보를 근거로 토사유형에 대응되는 주행저항과, 경사도에 대응되는 경사저항 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 각각 산출하는 현장 저항 산출모듈 및,
    상기 유효마력 설정모듈에서 산출된 유효마력 및 상기 현장저항 산출모듈에서 산출된 저항값들을 이용하여 해당 도저에 대한 기어별 최고속도 도달시간과 적정 전진/후진 기어단수 및 등판가능각도를 포함하는 유효 성능정보를 산출하여 출력하는 유효성능 산출모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    도저가 작업을 실행할 현장의 지면상태와, 침하깊이정보를 포함하는 지면 환경속성과 현장의 기압 및 기온 정보를 포함하는 대기 환경속성정보를 측정하는 센서부와,
    도저가 작업을 실행할 현장의 운송로 경사도 및 운송거리를 측정하는 거리측정부를 구비하여 구성되고,
    상기 자료수집모듈은 상기 센서부와 거리측정부를 통해 측정된 현장 환경정보를 수집하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유효마력 설정모듈은 도저 유형이 터보엔진이 아닌 4륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도 이상이 경우 일정 고도 단위당 제1 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하고, 도저 유형이 터보엔진이 아닌 2륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도보다 높은 제2 해발 고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제1 비율 보다 높은 제2 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하며, 도저 유형이 터보엔진인 경우에는 제2 해발 고도보다 높은 제3 해발고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제2 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하여 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 유효마력 설정모듈은 상기 기압 보정이 완료된 유효마력에 대해 기 설정된 표준온도를 기준으로 표준 온도 이상인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 기압 보정된 유효마력을 감소시키고, 표준 온도 미만인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 기압 보정된 유효마력을 상승시킴으로써, 최종적으로 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 현장저항 산출모듈은 수평면을 기준으로 경사도 1%에 대해 기 설정된 KG/TON 단위의 측정단위 변환계수를 적용하여 경사저항을 산출하고,
    도저의 차륜이 지평면 기준으로 1cm 침하될 때마다 기 설정된 KG/TON의 단위환산계수를 적용하여 침하저항을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유효성능 산출모듈은 현장의 미끄러짐 여부를 판단하여 이에 따른 최고속도 도달시간을 산출하되,
    미끄러짐 여부는 지면 견인력이 엔진 견인력보다 작은 경우 미끄러짐이 발생한 것으로 판단하고,
    상기 지면 견인력은 기 설정된 하중비율과 견인계수의 곱 연산에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값을 뺀 연산결과에 도저 무게를 곱 연산하여 산출되며, 상기 엔진 견인력은 유효마력과 견인효율계수에 의해 산출된 총 견인력에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값과 도저 무게의 곱 연산값을 뺀 연산을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유효성능 산출모듈은 미끄러짐이 발생하는 경우, 최대 가용 견인력을 지면 견인력으로 설정하고, 미끄러짐이 발생하지 않는 경우 최대 가용 견인력을 엔진 견인력으로 설정하여 최대 가용 견인력을 이용하여 목적하는 기어 단수에 대응되는 최고속도 도달 소요시간을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저유효성능정보 제공장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유효성능 산출모듈은 경사저항을 극복하는데 사용될 수 있는 잉여 견인력을 1% 경사도 증가를 극복하기 위해 요구되는 견인력으로 나눔 연산을 통해 등판가능각도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유효성능 산출모듈은 각 기어단수별 전진 기어 전환시간과, 후진 기어 전환시간, 전진 도징동작시간 및 후진 동작시간을 합산하여 각 기어단수별 사이클 타임을 산출하고, 최소 사이클 타임을 갖는 기어단수를 적정 전진 기어단수 및 후진 기어단수로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저유효성능정보 제공장치.
  10. 현장의 기압과 기온, 침하깊이, 경사도, 토사유형을 포함하는 현장 환경정보와 장비제조사로부터 제공되는 도저 재원정보를 수집하는 제1 단계와,
    상기 제1 단계에서 수집된 현장의 기압도 및 기온정보를 근거로 기압 보정 후 온도 보정 수행을 통해 산출되는 제1 대기 유효마력과, 기 설정된 표준조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제2 대기 유효마력 및, 장비제조사 등록조건에 기반한 기압 및 온도 동시 보정을 통해 산출되는 제3 대기 유효마력을 각각 산출하는 제2 단계,
    상기 제2 단계에서 산출된 제1 내지 제3 대기 유효마력을 비교하여 최소값을 갖는 대기 유효마력을 유효마력으로 결정하는 제3 단계,
    상기 제1 단계에서 수집된 침하깊이와 경사도 및 토사유형을 근거로 토사유형에 대응되는 주행저항과, 경사도에 대응되는 경사저항 및, 타이어의 지면침하에 의한 침하 저항값을 각각 산출하는 제4 단계 및,
    상기 제3 단계에서 결정된 유효마력과 상기 제4 단계에서 산출된 저항값들을 이용하여 해당 도저에 대한 목적하는 기어 단수에 대응되는 최고속도 도달시간과 적정 전진/후진 기어단수 및, 등판가능각도를 포함하는 유효 성능정보를 산출하여 출력하는 제5 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 단계는 도저 유형이 터보엔진이 아닌 4륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도 이상이 경우 일정 고도 단위당 제1 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하고, 도저 유형이 터보엔진이 아닌 2륜구동 도저인 경우에는 제1 해발 고도보다 높은 제2 해발 고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제1 비율 보다 높은 제2 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하며, 도저 유형이 터보엔진인 경우에는 제2 해발 고도보다 높은 제3 해발고도 이상인 때에 일정 고도 단위당 제2 비율로 감소시키도록 기압 보정을 수행하여 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제2 단계는 상기 기압 보정이 완료된 유효마력에 대해 기 설정된 표준온도를 기준으로 표준 온도 이상인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 기압 보정된 유효마력을 감소시키고, 표준 온도 미만인 때에는 기준 온도 단위당 일정 비율로 기압 보정된 유효마력을 상승시킴으로써, 최종적으로 제1 대기 유효마력을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제4 단계는 수평면을 기준으로 경사도 1%에 대해 기 설정된 KG/TON 단위의 측정단위 변환계수를 적용하여 경사저항을 산출하고,
    도저의 차륜이 지평면 기준으로 1cm 침하될 때마다 기 설정된 KG/TON의 단위환산계수를 적용하여 침하저항을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제5 단계는 각 기어단수별 총 견인력을 산출하는 단계와,
    제1 단계에서 수집된 정보를 근거로 도저의 하부구조 유형에 대응되는 하중비율 및 견인계수를 설정하는 단계,
    지면 견인력과 엔진 견인력을 근거로 지면에 대한 미끄러짐 발생여부를 판단하는 단계,
    상기 미끄러짐 발생결과에 대응되는 최대 가용 견인력을 산출하는 단계,
    상기 최대 가용 견인력에 기 설정된 견인력 감소계수를 적용하여 유효 견인력을 산출하는 단계,
    상기 유효견인력을 근거로 각 기어단수별 가속도를 산출하는 단계,
    상기 각 기어단수별 가속도값을 근거로 각 기어단수별 최고속도 도달시간을 산출하는 단계 및,
    관리자에 의해 제공되는 목적 기어 단수에 대응되도록 해당 기어 단수의 최고속도 도달시간을 합산함과 더불어, 이 결과값에 도어 운전자의 기어변속시간을 합산하여 최종 최고속도 도달시간을 결정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제5 단계에서 미끄러짐 발생여부는 지면 견인력이 엔진 견인력보다 작은 경우 미끄러짐이 발생하는 것으로 판단하되,
    상기 지면 견인력은 기 설정된 하중비율과 견인계수의 곱 연산에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값을 뺀 연산결과에 도저 무게를 곱 연산하여 산출되며, 상기 엔진 견인력은 유효마력과 견인효율계수에 의해 산출된 총 견인력에서 주행저항과 경사저항 및 침하저항의 합 연산값과 도저 무게의 곱 연산값을 뺀 연산을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제5 단계는 미끄러짐이 발생한다고 판단되는 경우 최대 가용 견인력을 지면 견인력으로 설정하고, 미끄러짐이 발생하지 않는다고 판단되는 경우 최대 가용 견인력을 엔진 견인력으로 설정하여 최대 가용 견인력을 이용하여 목적하는 기어 단수에 대응되는 최고속도 도달시간을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 제5 단계는 경사저항을 극복하는데 사용될 수 있는 잉여 견인력을 1% 경사도 증가를 극복하기 위해 요구되는 견인력으로 나눔 연산을 통해 등판가능각도를 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 제5 단계는 각 기어단수별 전진 기어 전환시간과, 후진 기어 전환시간, 전진 도징동작시간 및 후진 동작시간을 합산하여 각 기어단수별 사이클 타임을 산출하고, 최소 사이클 타임을 갖는 기어단수를 적정 전진 기어단수 및 후진 기어단수로 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에코 도징을 위한 도저 유효성능정보 제공방법.
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