KR20190015769A - 차선, 경계석, 중앙분리대 등 도로시설물에 도장되는 레이더 반사성능이 우수한 도료 및 이를 사용한 도장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로시설물용 도료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재된 레이더에 의해 쉽게 감지될 수 있도록 레이더반사성능이 우수한 차선, 경계석, 중앙분리대 등 도로시설물에 도장되는 도료에 관한 것이다.
본원발명에 따른 도로시설물 도장용 도료는 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 중 적어도 1개 이상의 성분의 금속조각을 함유하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금속조각은 박막형 판재조각으로 형태이고, 평균직경이 1센티미터 미만, 무게가 10그램 미만인 것이 바람직하다.
또한 본원발명에 따른 도료 도장방법은, 도로시설물의 종류별로 상이한 평균직경을 가지는 금속조각이 포함된 도료를 도장하는 것을 특징으로 한다.
본원 발명에 의하면, 자동차의 레이더에 의해 차선, 중앙분리대, 경계석 등 도로시설물을 기상상황에 관계없이 경제적인 방식으로 확실하게 감지할 수 있게 된다.
또한, 본원 발명에 의하면 경제적인 방식으로 차선, 중앙분리대, 경계석의 레이더 반사율을 달리 적용할 수 있기 때문에 자동차의 ECU가 도로시설물의 종류를 감지하여 필요한 적절한 제어동작을 취할 수 있게 된다. 또한 차선의 종류별로도 중앙선, 정지선, 그외 차선별로 레이더 반사율을 달리 할 수 있으므로, 자동차의 ECU가 이러한 차선의 감지하여 필요한 적절한 제어동작을 취할 수 있게 된다.
결국 본원 발명에 의하면, 자동차의 주행 편의를 증진시키고 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 기술적 토대가 제공될 뿐만 아니라,점차 고도화되어 가는 추세인 자동주행자동차 분야의 기술발전을 뒷받침할 수 있게 된다.

Description

차선, 경계석, 중앙분리대 등 도로시설물에 도장되는 레이더 반사성능이 우수한 도료 및 이를 사용한 도장방법{Paint With Superior Reflectivity to Radar For Lane, Curb or Center Divider and Painting Method thereof}

본 발명은 도로시설물용 도료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량에 탑재된 레이더에 의해 쉽게 감지될 수 있도록 레이더반사성능이 우수한 차선, 경계석, 중앙분리대 등 도로시설물에 도장되는 도료에 관한 것이다.

본 발명은 차선, 경계석, 중앙분리대, 가드레일 등 일체의 도로시설물용 도료 및 이러한 도료를 사용한 시설물 도장방법에 관한 것이지만 설명의 편의를 위해 가장 가혹한 조건에서 사용되는 차선용 도료를 기준으로 하여 설명하기로 한다.

차선용 도료에는 몇가지 공통적으로 요구되는 성능이 있다. 일단 차선을 명확시 표시하여야 하므로 주간뿐만 아니라 시야 확보가 어려운 야간 또는 우천시에도 빛반사성능이 우수하여야 하고, 시인성(visibility)이 좋아야 한다. 또한 아스팔트로 만들어지는 도로와의 부착성이 우수하여야 하며, 높은 내충격성 및 내마모성을 가져야 한다.

종래에는 이러한 차선용 도료의 특징을 개선시키기 위한 내구성 및 빛반사 성능을 개선시키는 도료성분을 위주로 연구가 이루어져 왔다. 한국특허등록 제10-1255239호에는 탄산칼슘, 글라스 비드, 이산화티타늄, 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 등을 함유하는 융착식 도로 표지용 도료 조성물에 있어서, 말레인산 수지 13~28중량%, 화이트 오일 0.2~1.0중량%, 틱소트로프제 0.002~0.3중량%, 프로필렌-부텐-에틸렌 공중합체 0.8~1.2중량%을 첨가함을 특징으로 하는 차선 표지용 융착식 도료 조성물을 개시하고 있는데, 이에 의하면 시공된 도로 표지의 크랙의 발생을 저감시키고, 접착력을 향상시켜 1회 시공후 적어도 2년, 평균 3년 이상의 내구 연한을 나타내어 경제적으로 유리하여 또한 환경 호르몬의 발생을 일으키지 않는 장점이 있다.

또한 한국특허등록 제10-1176043호에는 굴절율 1.5~1.9의 글라스 비드와 굴절율 2.2~2.4의 글라스 비드의 혼합물을 전 조성물에 대해 10~50 중량% 및 틱소트로프제 0.001~0.05중량%를 도로 표지용 도료 조성물에 배합하여 제조한 도료 표지용 조성물을 개시하고 있는데, 위 도료 조성물에 배합된 고굴절 글라스 비드와 저굴절 글라스 비드의 혼합물은 입경이 종래의 비드에 비하여 매우 균일하므로, 난반사를 일으키지 않고, 또한 재귀 반사도(휘도)가 높아 우천시에도 높은 휘도를 나타낸다.

한편 도로용 도료는 그 성분이나 사양이 표준규격으로 정해져 있다. KS M 6080 표준규격에는 융착식 플라스틱 도료 4종이 제정되어 있는데, 이 표준에 의한 도료들은 표준테스트를 통과한 것이므로 모두 부착력과 시인성이 소정의 수준 이상임을 알 수 있다.

본원 발명은 점차 기술수준이 고도화되어 가고, 운전자의 운전 편의와 안전에 관한 요구가 점차 높아져, 차량이 스스로 주변의 지형지물을 탐지하여 적절한 제어를 취하는 기술이 상용화되었거나, 개발되고 있다. 예컨대 주행중인 차량의 센서가 차선을 감지하여 자동차가 차선을 이탈하거나 차선을 밟게 되면 경고신호를 발생시키는 기술, 전방에 장애물을 인식하여 강제로 차량을 제동시키는 기술은 이미 상용화 되었으며, 앞으로는 운전자의 관여 없이 자동차 스스로 운전을 하는 자율주행자동차가 상용화를 앞두고 있다.

이러한 기술발전을 뒷받침하기 위해서는 자동차 주변의 차선, 중앙분리대, 경계석 등이 정확하게 탐지되는 것이 필수적이다. 현재 상용화된 방식으로는 카메라로 자동차 주변의 지형지물을 촬영하고 이를 ECU가 인식하여 제어하는 기술이 있다. 출원번호 10-2015-0128208은 차량에 탑재된 카메라로 정지선을 촬영하여 ECU가 이를 인식하여 차량을 제어하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이러한 기술은 야간이나 우천시에는 차선이 반사되는 정도가 낮아져 결국 카메라의 식별성능이 떨어져 인식률이 낮다는 문제점이 있었다. 또한 햇빛이 아주 강한 경우에도 문제가 발생할 수 있는데, 가령 식별되어야 할 차선 주변에 흰색 등 밝은 색깔의 자동차가 있는 경우 위 자동차에 의해 반사되는 빛이 강력하여 차선이 제대로 인식되지 않는 경우가 생기는 것이다. 이러한 문제는 주간에 운전자가 늘 경험하는 것이고, 실제로 최근 미국에서는 자율주행자동차를 도로에서 주행하던 중 흰색차량의 존재를 식별하지 못하여 추돌하여 결국 인명피해가 발생한 사고가 있기도 하였다. 이러한 점은 카메라에 의해 차선 등을 식별하는 방식의 불완전성에 기인하는 것이다.

날씨 등 기상상황의 변화와 무관하게 차선 등 도로시설물을 이를 확실하게 탐지하는 것은 운전의 편의 및 안전뿐만 아니라 자율주행자동차의 상용화에 필수적인데, 전파를 발산하여 반사되는 전파로부터 차선 등 도로시설물을 감지하는 레이더 방식이 위에서 본 카메라 촬영영상 식별방식에 비해 날씨 등의 영향을 적게 받는다는 장점이 있다.

현재 차량에 레이더가 탑재되어 다양한 용도로 활용되고 있는데, 현재의 기술수준은 차량 전방의 장애물 정도만을 인식가능한 수준이고, 레이더로 차선을 인식하는 단계까지는 나아가지 못한 상태이다. 그 이유는 차선에 사용되는 도료가 비금속성분이므로 레이더에 의해 탐지되지 못하는 속성을 가지기 때문이다.

본 발명자는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 차선, 중앙분리대, 가드레일, 경계석 등 도로시설물 일체에 도장되어 레이더에 의해 식별될 수 있는 도료를 제공하고, 이러한 도료를 사용하여 도로시설물에 도장함으로써 자동차의 제어장치가 시설물의 종류를 감지하여 필요한 적절한 제어동작을 취할 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 하고 있다.

본원발명에 따른 도로시설물 도장용 도료는 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 중 적어도 1개 이상의 성분의 금속조각을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속조각은 박막형 판재조각으로 형태이고, 평균직경이 1센티미터 미만, 무게가 10그램 미만인 것이 바람직하다.

또한 본원발명에 따른 도료 도장방법은, 도로시설물의 종류별로 상이한 평균직경을 가지는 금속조각이 포함된 도료를 도장하는 것을 특징으로 한다.

본원 발명에 의하면, 자동차의 레이더에 의해 차선, 중앙분리대, 경계석 등 도로시설물을 기상상황에 관계없이 경제적인 방식으로 확실하게 감지할 수 있게 되고, 금속 자체가 가진 광택성 때문에 주간에도 차선 등 도로시설물의 시인성이 개선된다.

또한, 본원 발명에 의하면 경제적인 방식으로 차선, 중앙분리대, 경계석의 레이더 반사율을 달리 적용할 수 있기 때문에 자동차의 ECU가 도로시설물의 종류를 감지하여 필요한 적절한 제어동작을 취할 수 있게 된다. 또한 차선의 종류별로도 중앙선, 정지선, 그외 차선별로 레이더 반사율을 달리 할 수 있으므로, 자동차의 ECU가 이러한 차선의 감지하여 필요한 적절한 제어동작을 취할 수 있게 된다.

결국 본원 발명에 의하면, 자동차의 주행 편의를 증진시키고 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 기술적 토대가 제공될 뿐만 아니라, 점차 고도화되어 가는 추세인 자동주행자동차 분야의 기술발전을 뒷받침할 수 있게 된다.

본원 발명의 도료성분은 기존의 도료성분에 레이더에 의해 감지될 수 있는 성분을 첨가한 것이다. 따라서 레이더 감지성분을 제외한 나머지 도료성분은 종래의 도료를 그대로 사용할 수 있다. 또한 이러한 도료로 차선 등에 도장하는 방식 역시 종래의 방식 모두 적용할 수 있다.

<성분>

차량에 탑재되는 레이더(RADAR)가 차선을 확실하기 식별하기 위해서는 차선에 레이더 반사율이 높은 성분이 섞여 있으면 된다. 레이더는 라디오 전파를 탐지하고자 하는 방향으로 쏘아 목적물로부터 반사되는 전파를 감지하는 방식인데, 금속 재질이 다른 물질에 비해 레이더 반사성능이 우수하다. 이러한 금속 중 차선용 도료의 성분으로 사용되기 위해서는 다음과 같은 조건들이 충족되어야 한다.

먼저, 높은 내열성을 가져야 한다. 차선을 도장하기 위해서는 고온의 열을 가해 안료를 아스팔트에 부착시키게 되는데, 이러한 과정에서 금속 성분이 고열에 의해 산화되어 본래의 특성을 잃는 반응을 하게 되면 반사성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

또한 내수성을 가져야 한다. 도로는 자연환경에 그대로 노출되어 있으므로 계절과 기상의 변화를 항상 겪게 된다. 그중 가장 많은 손상을 가하는 것은 수분이므로, 차선의 도료에 사용되는 성분은 물과 화학반응을 일으키지 않아야 오랫동안 사용될 수 있다.

또한 다른 안료성분과의 혼합성이 좋아야 하고 화학반응을 일으키지 않아야 한다.

또한 환경이나 인체에 무해하여야 한다. 차선은 도로 위를 주행하는 차량으로 인해 끊임없는 충격을 받게 되고, 차선을 이루는 페인트는 지속적으로 미세하게 마모되어 일정한 시간이 지나면 차선이 흐릿하게 된다. 이에 따라 차선에 레이더 반사성능이 높은 금속조각이 포함된 경우에 금속조각은 지속적으로 차선으로부터 떨어져 나오게 된다. 이렇게 분리된 금속조각이 인체나 환경에 유해한 특성을 가진다면 곤란할 것임은 분명하다.

이러한 요구조건을 충족하는 금속 중 경제성을 갖춘 금속들은 다음과 같다.

① 알루미늄

대표적인 비철금속인 알루미늄은 저렴하고 위의 조건들을 모두 충족한다. 또한 뒤에서 설명하는 바와 같이 박막형태로 가공하는 것에도 어려움이 없다. 가볍고 레이더 반사성능이 매우 높아서 항공기의 전자기만을 위한 채프(chaff)에 주로 사용된 성분이다.

종래에 시중에서는 알루미늄 페인트가 사용되고 있었다. 이는 알루미늄 분말을 안료로 하는 은섹의 에나멜로 이를 목적물에 덧칠하는 방식으로 사용되었는데, 그 특징이 광반사율과 열반사율이 높고, 내수성과 방수가 뛰어나기 때문에 주로 방청기능을 강화하거나 열반사를 위한 용도로 철재, 파이프, 목재 등에 사용되었다. 그러나 이러한 종래의 알루미늄 페인트로는 도로에 적용할 수 있는 내구성이 약할 뿐만 아니라, 레이더 반사성능때문에 본원 발명의 기술적 과제를 달성할 수 없는데, 이에 관하여서는 후술하기로 한다.

② 티타늄

인체에 무해하고 다른 원소와 반응성이 매우 낮으며 고강도를 가진다. 티타늄은 페인트의 안료나 성분으로 사용되지는 않은 성분이다. 다만 티타늄을 고온에서 산화시킨 이산화티타늄은 하얀색을 내어 물감이나 페이트의 재료가 되기는 하였으나, 레이더를 감지하는 용도로 사용되지는 못하였다. 다만 고가의 재료라는 점이 단점이다.

③ 텅스텐

위 조건을 모두 충족하고 비용도 저렴하지만 종래에는 레이더 감지를 위한 용도로 사용되지 않은 금속이었다. 그 이유는 텅스텐이 가진 고유 특징인 매우 높은 비중량 때문이었다. 즉 레이더에 감지되는 대상물이 주로 선박, 항공기 등 기동성을 갖는 물체였기 때문에, 텅스텐이 위 물체에 사용되는 경우 물체의 중량이 증가되어 기동성이 떨어지는 문제가 있었기 때문이다. 그런데, 차선에 사용되는 경우에는 고중량은 아무런 제약요소가 되지 않기 때문에, 차선용 안료 중에 레이더 감지를 위한 성분으로 텅스텐을 사용할 수 있다.

<형태>

종래의 금속성분이 사용된 페인트는 금속(주로 알루미늄)을 분말로 만들어 사용된 것이었다. 그 이유는 위 페인트를 도장하는 경우 내식성뿐만 아니라 입자가 표면에 고르게 분포되도록 하여 시각적인 미감을 해치지 않게 할 필요가 있었기 때문이다. 그러나, 이러한 분말은 입자의 크기가 매우 작고, 따라서 반사면의 면적 또한 매우 작기 때문에 레이더 반사성능을 높인다는 본원 발명의 목적에는 부합하지 못한다. 또한 분말 입자를 크게 확대하여 보면 불균일한 형태를 가지지만 대체로 구형에 가까운 형상을 가지게 되는데, 이는 레이더 전파를 반사할 수 있는 반사면이 일정한 방향을 향하지 않고 불규칙적으로 반사된다는 것을 의미한다(이른바 '난반사'). 따라서 주행중인 차량에서 전방으로 쏘아진 레이더 전파가 차선에 포함된 금속 분말입자와 부딪히더라도 난반사되어 차량의 레이더 감지부에 되돌아가지 못하는 경우가 많게 된다. 따라서 차선의 레이더 감지성능을 향상시키기 위한 관점에서 본다면 분말형태의 금속으로는 본원 발명의 기술적 과제를 달성할 수 없게 된다.

한편, 레이더의 반사성능을 높이기 위한 용도만을 본다면 차선 전체를 하나의 금속판으로 형성하는 것이 가장 양호할 것이나, 이러한 방식은 다음과 같은 점에서 바람직하지 않다. 먼저 비용이 상당히 증가한다. 또한, 금속자체가 가진 광택성 때문에 주로 주간에 눈부심 현상이 야기되어 운전자가 운전하는데 상당한 지장을 초래할 뿐만 아니라, 금속판 자체를 아스팔트에 부착시키는 것 또한 상당한 기술적 곤란이 수반된다. 이러한 점에서 금속판을 작은 조각으로 만들어 도료에 포함시키는 것이 바람직하다.

다음으로, 금속판의 두께와 관련하여 보면, 아스팔트에 그어진 차선은 특별한 필요가 없는 한 가급적 두께를 가지지 않는 것이 바람직한데, 그 이유는 차선이 두께를 가지는 경우 운행하는 차량의 바퀴 등에 의해 계속적인 충격을 받게 되어 수명이 오래 유지되기 어렵고, 주행 중에 승차감도 저해시키기 때문이다.

다음으로 차선에 포함된 금속조각의 무게가 가벼워야 한다. 앞에서도 설명한 바와 같이 차선은 도로를 운행하는 차량에 의해 지속적인 충격을 받게 되고, 비 및 바람에 의해 풍화침식을 겪게 되므로, 차선을 이루는 페인트나 그 성분은 지속적으로 차선으로부터 떨어져 나가게 되는 것을 불가피하고, 차선에 포함된 금속조각 역시 마찬가지이다. 이러한 금속조각이 적지 않은 중량을 가진다면 차선에서 이탈한 후에 운행하는 차량과 부딪혀 차량의 본체나 유리 등에 손상을 입힐 수 있으므로, 차선에 포함되는 금속조각은 가급적 중량을 갖지 않아야 한다. 바람직하게는 수 그램 미만으로, 최대 중량이 10 그람을 넘지 않도록 제조되는 것이 바람직하다.

또한 레이더가 차선을 확실하게 감지하기 위해서는 금속의 반사면(RCS, Radar Cross Section)이 커야 하고, 레이더 전파를 일정한 방향으로 반사할 수 있는 형태를 가져야 한다. 따라서 금속조각은 가급적 큰 반사면을 가지되 동일한 형태로 만들어지는 것이 필수적이다.

이러한 요구조건을 모두 충족할 수 있는 형태는 금속조각을 얇은 박판형태로 가공한 후에 이를 일정한 크기의 직경을 가진 조각으로 만들어 이를 차선용 도료에 혼용하여 사용하는 것이다. 이렇게 박형으로 금속조각을 형성하면 동일한 분량의 재료로 가급적 많은 금속조각을 제조할 수 있어서 경제성도 높일 수 있다.

<입자크기>

금속조각 입자의 크기 및 모양이 일정할 필요는 없지만 다른 안료성분과의 혼합성 및 부착성 저하를 예방하고, 평균적인 차선의 폭이 수십 센티미터 미만이라는 점을 고려하면, 금속조각의 평균 직경은 1센티미터 미만이 되는 것이 바람직하고, 최대크기가 수 센티미터를 넘지 않아야 한다.

본원 발명의 도료는 차선뿐만 아니라, 중앙분리대, 경계석 등 도로위의 일체의 시설물에 적용될 수 있는 것이다. 따라서, 각 시설물마다 금속조각의 크기를 다르게 적용하면 차량 레이더는 반사되는 전파의 세기에 의해 시설물의 종류를 감지할 수 있게 될 것이다. 가령 차선에 포함되는 금속조각의 평균직경을 5㎜로 하고, 중앙분리대에 적용되는 도료 중의 금속조각의 평균직경을 10㎜로 한다면, 레이더에 의해 쏘아진 전파가 위 각 금속조각에 의해 반사되어 돌아온 전파의 세기에는 상당한 차이가 존재할 것이다. 이러한 전파강도의 차이를 인식하여 자동차의 중앙제어장치는 탐지된 도로시설물이 중앙분리대인지, 차선인지를 인식하고 그 위치와 거리를 계산하여 필요한 제어동작을 취할 수 있을 것이다. 이러한 금속입자의 크기의 차이를 두는 것은 차선 사이에서도 적용할 수 있다. 가령 중앙선 또는 횡단보도 앞 정지선과 그외의 차선의 금속입자의 크기를 달리 적용하면 자동차의 제어장치는 반사된 레이더 전파의 세기를 감지하여 탐지된 차선이 중앙선인지, 정지선인지, 그외의 차선인지를 식별하여 필요한 적절한 제어동작을 취할 수 있게 될 것이다.

<작동과정>

이러한 본원발명의 작동과정에 관하여 설명한다.

알루미늄, 티타늄, 텅스텐 박막을 제조하여 이를 소정의 평균크기로 절단하여 금속박판 조각들을 만든다. 위 금속 모두를 사용할 수도 있고, 필요에 따라 1개또는 2개의 금속박판만을 사용할 수도 있다.

이를 도로 차선용 도료에 섞어서 차선표시장치에 의해 아스팔트에 부착한 후에 경화시킨다. 차선은 어느 정도 두께를 가지므로 금속조각 중 일부는 차선 표면에 노출될 것이고, 일부는 차선 두께 내부에 묻혀 밖으로 노출되지 않을 것이다. 이렇게 외부로 노출된 금속조각의 면이 레이더 반사면으로서 기능하게 된다.

도로를 주행하는 차량의 레이더에서 전파가 방사되어 차선의 노출된 금속면에 의해 전파는 반사되어 다시 레이더의 전파 회수장치에 되돌려 질 것이고, 이에 따라 레이더나 ECU는 위 전파의 강도를 계산하여 전방에 있는 차선의 위치와 거리를 계산하여 필요한 적절한 제어동작(감속, 긴급제동, 방향변형, 경고음 등의 발생)을 취하게 될 것이다.

위의 도료에 차선별로 평균입자크기가 다른 금속조각을 적용하여 정지선이나 중앙선에는 입자가 큰 금속입자를 포함시키고, 일반 차선에는 입자가 상대적으로 작은 금속입자를 포함시켜 차선을 형성할 수도 있다.

이 경우 자동차에 의해 방사된 전파가 회수되는 강도에 차이가 존재하여 자동차의 ECU는 전방 또는 자동차 주변에 위치하는 도로시설물의 위치 및 거리 뿐만 아니라 그 종류도 파악하여 필요한 제어동작을 취할 수 있게 된다(가령, 정지선이면 감속 또는 긴급제동, 중앙선이면 방향전환 또는 경고음 발생 등).

Claims (3)

1. 알루미늄, 티타늄, 텅스텐 중 적어도 1개 이상의 성분의 금속조각을 함유하는 도로시설물 도장용 도료.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속조각은 박막형 판재조각으로 형태이고, 평균직경이 1센티미터 미만, 무게가 10그램 미만인 것을 특징으로 하는 도로시설물 도장용 도료.
3. 제1항 또는 제2항의 도장용 도료로 도로시설물을 도장하는 방법으로서, 도로시설물의 종류별로 상이한 평균직경을 가지는 금속조각이 포함된 도료를 도장하는 것을 특징으로 하는 도장방법.