KR20190109294A - Wim 센서용 중공 프로파일 및 중공 프로파일을 가진 wim 센서 - Google Patents

Wim 센서용 중공 프로파일 및 중공 프로파일을 가진 wim 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 WIM 센서(7)용 중공 프로파일(70)에 관한 것으로서, 중공 프로파일(70)은 길이 방향(Y)을 따라 연장되며; 상기 중공 프로파일(70)은 판 형상의 힘 도입 요소(72)를 포함하며; 상기 중공 프로파일(70)은 앵커링 요소(73)를 포함하며; 힘 도입 요소(72)와 앵커링 요소(73) 사이에 관형 요소(71)가 배치되고; 관형 요소(71)는 제 1 공동부(711)를 둘러싸고; 앵커링 요소(73), 관형 요소(71) 및 힘 도입 요소(72)는 서로 일체로 형성되며; 관형 요소(71)는 힘 도입 요소(72) 및 앵커링 요소(73)에 일체로 연결되며; 앵커링 요소(73)는 적어도 하나의 제 2 공동부(738)를 둘러싼다.

Description

WIM 센서용 중공 프로파일 및 중공 프로파일을 가진 WIM 센서{HOLLOW PROFILE FOR WIM SENSOR AND WIM SENSOR WITH HOLLOW PROFILE}
본 발명은 독립 청구항의 전제부(preamble)의 정의에 따라 WIM 센서용 중공 프로파일 및 이러한 중공 프로파일을 포함하는 WIM 센서에 관한 것이다.
WIN(Weigh-in-Motion) 센서는 도로의 홈에 삽입되어 도로상의 차량으로 인한 동적 지면 반발력(ground reaction force)을 검출한다(detect). 지면 반발력이란 힘(force)의 형태로 제 1 힘에 대한 지하의 반응을 의미하며, 제 1 힘은 몸체(body)에 의해 지하에 가해진다. 보통, WIM 센서의 구성 요소는 길쭉한(elongated) 중공 프로파일이며, 중공 프로파일에는 복수의 힘 센서가 배치되고, 중공 프로파일은 차량의 하나의 휠 트랙을 교차한다. 휠 트랙은 도로상에서 주행하는 중에 도로 상에서 차량의 휠에 의해 정의된 도로상의 궤적이다.
문서 EP0654654A1은 중공 프로파일 픽업(pickup)이라 불리는 WIM 센서가 힘 피팅 방식(force-fitting manner)으로 관형 요소의 벽에 연결되는 중공 프로파일 내에 배치된 힘 센서를 갖는 지면 반발력을 결정하기 위해 도로에 설치되는 것으로 설명한다. 관형 요소는 힘 도입 플랜지(force introduction flange)에 작용하는 힘이 힘 센서에 전달되기 전에 번들링(bundling)되는 방식으로 관형 요소에 연결되는 힘 도입 플랜지를 포함한다.
더욱이, EP0654654A1는 판 형상(plate-like shape)을 갖는 힘 도입 플랜지를 개시한다. 더욱이, 도로에 장착하기 위한 앵커링 플랜지(anchoring flange)는 관형 요소의 대향 측면 상에 배치되는 것으로 설명된다. 중공 프로파일 픽업은 도로의 홈에 수용되어 그라우트(grout)로 주조된다. 앵커링 플랜지는 지면에 부착된다. 홈은 도로의 표면과 동일한 수준의 길이 및 폭뿐만 아니라 도로 표면에 수직인 방향의 깊이에 의해 정의된다. 다음에서, 기능에 관해 힘 도입 플랜지에 상응하는 부재는 힘 도입 요소로서 지칭될 것이다. 다음에서, 기능에 관해 앵커링 플랜지에 상응하는 부재는 앵커링 요소로서 지칭될 것이다.
도로는 차량이 주행하는 표면층과 표면층을 지지하는 기본 층(base layer)으로 구성된다. 다음에서, 표면층은 도로를 복원하는 중에 제거되고 다시 적용되는 층으로서 정의된다. 다음에서, 기본 층은 도로가 처음으로 복원될 때 유지되고, 복수의 복원이 수행된 후에만 복원되는 층으로서 정의된다. 도로 표면에 수직인 방향의 표면층의 두께는 국가 및 도로의 이용에 따라 다르며, 2009년 1월 유럽 고속도로 연구소의 포럼의 ELLPAG PHASE 2 보고서(ELLPAG PHASE 2 Report of the Forum of European National Highway Research Laboratories)에 따르면 60mm과 200mm 사이이다.
휠이 도로상에서 발휘하는 힘의 라인이란 WIM 센서의 하위 영역에서 작용하는 힘을 나타낸다. 따라서, 힘의 라인은 도로 표면상의 휠로부터 힘 도입 요소 내로 이어지고, 여기서 힘의 라인은 번들링되고, 주로 주요 힘 전달 경로에 배치되는 힘 센서를 통과한다. 관형 요소의 벽은 2차 힘 전달 경로를 형성하며, 이러한 2차 힘 전달 경로를 통해 힘의 라인 중 일부가 통과한다. 그 후에, 힘의 라인은 가능한 한 딱딱한(stiff) 기질에 기초한 앵커링 플랜지를 통과한다. 앵커링 플랜지는 가능한 한 딱딱한 기질에 힘의 라인을 향하게 한다. 기질의 높은 강성도(stiffness)는 주요 힘 전달 방향에서 힘 센서에 작용하는 힘의 잘 정의된 주된 부분에 중요하다. 변형 가능한 기질은 불리하고, WIM 센서에 의해 검출된 힘을 왜곡(falsify)시킬 수 있다. WIM 센서의 힘 도입 요소는 힘이 가해질 때 변형 가능한 표면으로 가라앉는다(sink into). 도로상의 휠의 접촉 영역이 주행 방향으로 WIM 센서의 폭보다 크므로, 힘 도입 요소가 도로에 가라앉으면 휠은 인접한 도로 표면에 의해 지지될 것이다. 이것은 힘 도입 요소에 작용하는 힘을 감소시킨다. 따라서, 도로 표면에 작용하는 힘을 정확한 결정을 위해서는 중공 프로파일을 가능한 한 딱딱한 기질로 단단히 앵커링하는 것이 필수적이다.
EP0654654A1에 의해 나타내어진 종래 기술에서, 힘 센서에 의해 검출된 힘 신호를 검출 또는 증폭 또는 변환 또는 평가하는데 필요한 전자 부재는 공간의 이유로 중공 프로파일 외부에 적어도 부분적으로 배치된다. 더욱이, 예를 들어 전기 에너지 저장 디바이스와 같은 WIM 센서를 동작시키기 위해 필요한 전자 부재는 일반적으로 공간의 이유로 중공 프로파일 외부에 배치된다. 다음에서, 이러한 전자 부재는 WIM 전자 장치로서 지칭된다.
WIM 전자 장치를 도로 옆의 주택에 수용하는 것이 일반적이지만, 이것은 WIM 전자 장치상의 전자기 간섭의 위험을 줄이기 위해 긴 케이블을 필요로 한다.
본 발명의 제 1 목적은 중공 프로파일 내의 용적(volume)을 제공하는 것이며, 상기 중공 프로파일은 WIM 센서에 사용 가능하며, 어떤 용적에서 WIM 전자 장치는 힘 센서의 근방에 하우징(housing)되지만, WIM 센서를 도로에 장착하기 위한 홈의 길이 및 폭은 종래 기술에 비해 변하지 않거나 작으며, 홈은 여전히 전체 깊이에서 표면층에 완전히 매립되고, 기본 층은 그대로 유지된다.
본 발명의 다른 목적은 중공 프로파일 내의 용적을 제공하는 것이며, 상기 중공 프로파일은 WIM 센서에 사용 가능하며, 용적은 힘 센서의 근방에 WIM 전자 장치를 하우징하고, 상기 중공 프로파일은 힘 도입 요소에 작용하는 힘의 정확한 결정을 위해 높은 강성도를 갖는다.
이러한 목적 중 적어도 하나는 독립항의 특징부에 의해 달성된다.
본 발명은 WIM 센서용 중공 프로파일에 관한 것으로서; 상기 중공 프로파일은 길이 방향으로 연장되어 있으며; 상기 중공 프로파일은 판 형상의 힘 도입 요소를 가지며; 상기 중공 프로파일은 앵커링 요소를 포함하며; 상기 힘 도입 요소와 상기 앵커링 요소 사이에는 관형 요소가 배치되고; 상기 관형 요소는 제 1 공동부(cavity)를 둘러싸고; 상기 앵커링 요소와 관형 요소 및 힘 도입 요소는 서로 일체로 형성되고; 상기 관형 요소는 힘 도입 요소와 앵커링 요소에 일체로 연결되며; 앵커링 요소는 적어도 하나의 제 2 공동부를 둘러싼다.
제 1 공동부 및 제 2 공동부는 중공 프로파일의 전체 길이에 걸쳐 연장되도록 설계된다. 중공 프로파일이 WIM 센서에 사용될 때, 힘 센서는 제 1 공동부에 배치된다. EP0654654A1에 의해 나타내어진 바와 같은 종래 기술과 유사하게, 힘 도입 요소에 작용하는 힘은 힘 센서 상에 적어도 부분적으로 작용한다. EP0654654A1에 따른 종래 기술의 WIM 센서의 힘 센서와 대조적으로, 힘 센서에 작용하는 힘은 제 2 공동부를 수용하는 앵커링 요소의 형상으로 인해 실질적으로 변화되지 않는다.
WIM 센서의 허용 가능한 높이는 홈의 깊이가 도로의 기본 층까지 연장되지 않아야 한다는 사실에 의해 제한된다. 더욱이, WIM 센서의 허용 가능한 높이는 WIM 센서가 도로 표면과 동일 평면에 있어야 한다는 사실에 의해 제한된다. WIM 센서의 부분이 높이 방향으로 도로 표면을 벗어나 돌출하지 않을 때 WIM 센서는 도로 표면과 동일 평면에 있다. 일반적으로, WIM 센서는 힘 도입 요소 상의 코팅을 포함한다. 높이 방향은 도로 표면에 수직인 방향이다. 홈의 깊이는 높이 방향을 지칭하는 것으로 이해된다.
중공 프로파일이 WIM 센서에 사용될 때, WIM 전자 장치는 제 2 공동부에 배치된다. 따라서, WIM 전자 장치와 힘 센서 사이의 케이블의 길이가 짧아진다. WIM 센서의 일 실시예에서, WIM 전자 장치의 구성 요소는 전기 에너지 저장 디바이스이므로, 단독 전원으로서의 전기 에너지 저장 디바이스를 포함하는 WIM 센서의 동작 기간은 제 2 공동부의 용적에 의존할 것이다. 따라서, 중공 프로파일의 앵커링 요소의 형상은 제 2 공동부의 가능한 최대 용적을 달성하면서 앵커링 요소의 높이를 허용 가능한 범위 내로 유지하도록 최적화된다.
본 발명에 따른 WIM 센서는 전 세계적으로 대부분의 도로에서 사용될 수 있다. 유용성을 위한 전제 조건은 WIM 센서를 장착하기 위한 홈이 기본 층을 손상시키지 않아야 한다는 것이다. 이것은 WIM 센서에 대한 중공 프로파일이 최대 높이가 60mm인 경우에 전 세계의 대부분의 도로에서 그럴 것이다. 게다가, 앵커링 요소의 형상의 최적화는 이러한 중공 프로파일을 생성하기 위한 재료를 절약한다.
다음에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예로서 설명된다.
도 1은 차량이 있고 도로에 배치된 WIM 센서가 있는 복수의 차선을 갖는 도로의 부분도를 도시한다.
도 2는 도로에 장착된 상태에서 종래 기술에 따른 힘 센서를 포함하는 WIM 센서용 중공 프로파일의 부분도를 도시한다.
도 3은 도로에 장착된 상태에서의 힘 센서를 포함하는 WIM 센서용 중공 프로파일의 유리한 실시예의 부분도를 도시한다.
도 4는 힘의 작용 하에서 변형을 예시하는 WIM 센서용 중공 프로파일의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 5는 힘의 작용 하에서 변형을 예시하는 WIM 센서용 유리한 중공 프로파일의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 6은 차량이 있고 유리한 방식으로 도로에 배치된 WIM 센서가 있는 복수의 차선을 갖는 도로의 부분도를 도시한다.
도 7은 힘 센서를 포함하는 WIM 센서용 중공 프로파일의 유리한 실시예의 부분도를 도시한다.
도 1은 도로(1) 내에 배치된 WIM 센서(7)를 갖는 도로(1)의 부분도를 도시한다. WIM 센서(7)는 도로 방향(W)에 수직인 길이 방향 축으로 배치되고, WIM 센서(7)의 각각은 차량(10)의 하나의 휠 트랙(11)을 교차하며, 상기 휠 트랙(11)은 방향을 나타내는 화살표가 있는 점선에 의해 나타내어진다. 도로 방향(W)은 차량(10)이 주로 도로(1)상에서 주행하는 도로의 방향이다. 본 발명에 따른 중공 프로파일(70)은 도로(1)에 배치된 WIM 센서(7)에 사용하기 위한 것이다.
도 2는 종래 기술에 따른 WIM 센서(7)용 중공 프로파일(70)의 부분도를 도시한다. 중공 프로파일(70)은 도로(1)의 표면 층(4)의 홈(8)에 배치되고, 그라우트(6)에 의해 홈(8)에 고정된다. 일 실시예에서, 그라우트(6)는 홈(8) 내의 상이한 위치에 배치된 상이한 재료로 이루어진다.
도 3은 WIM 센서(7)용 중공 프로파일(70)의 유리한 실시예의 부분도를 도시한다. 중공 프로파일(70)은 길이 방향(Y)에 수직인 도면에 도시되고, 길이 방향(Y)에서 중공 프로파일(70)은 길쭉한 형상을 갖는다.
중공 프로파일(70)은 폭 방향(X)에서의 중공 프로파일(70)의 폭을 길이 방향(Y)에 수직인 더 큰 치수로서 갖고, 높이 방향(Z)에서의 힘 도입 요소(72)의 두께를 길이 방향(Y)에 수직인 더 작은 치수로서 갖는 판 형상의 힘 도입 요소(72)를 포함한다. 중공 프로파일(70)의 의도된 용도에서, 힘 도입 요소(72)는 높이 방향(Z)이 도로 표면(3)에 수직으로 연장되는 도로 표면(3)에 실질적으로 평행하게 배치된다.
도로 표면(3)에 가장 가까운 힘 도입 요소(72)의 표면은 힘 도입 표면(721)이다. 중공 프로파일(70)에 관하여, 높이 방향(Z)은 힘 도입 표면(721)에 수직이다. 중공 프로파일(70)은 도로(1)의 홈(8), 도로 방향(7)으로 연장되는 홈(8)의 폭 및 높이 방향(Z)으로 연장되는 홈(8)의 깊이에 삽입된다. 중공 프로파일(70)은 앵커링 요소(73)를 포함한다.(72) 및 제 1 공동부(711)를 둘러싸는 앵커링 요소(73)를 포함한다. 관형 요소(71)는 힘 도입 요소(72)와 앵커링 요소(73) 사이에 배치되고, 관형 요소(71)는 제 1 공동부(711)를 둘러싼다. 앵커링 요소(73)와 관형 요소(71) 및 힘 도입 요소(72)는 서로 일체로 형성된다. 관형 요소(71)는 힘 도입 요소(72) 및 앵커링 요소(73)에 일체로 연결된다.
힘 도입 요소(72) 및 관형 요소(71)의 연결부(75)뿐만 아니라 힘 도입 요소(72) 및 관형 요소(71)의 기능은 EP0654654에 설명된 종래 기술과 동일하다. 도로 표면(3) 상에 작용하는 힘은 힘 도입 요소(72)에 의해 관형 요소(71)로 번들링되고, 주로 관형 요소(71)에 배치된 적어도 하나의 힘 센서(77)에 작용한다.
바람직한 실시예에서, 앵커링 요소(73)는 도 3에 도시된 바와 같이 길이 방향 축에 수직인 실질적으로 직사각형 단면을 갖는 실질적으로 입방형 형상이다. 앵커링 요소(73)는 직사각형 단면에 의해 완전히 둘러싸인 직사각형 단면의 내부 공간을 갖는다. 이로써, 앵커링 요소(73)는 제 2 공동부(738)를 둘러싼다. 제 2 공동부(738)는 각각 내부 표면 - 내부 표면은 제 2 공동부(738)를 향함 - 을 가지고, 각각 외부 표면을 가진 4개의 벽으로 정의된다. 4개의 벽은 상부 벽(735), 하부 벽(736), 전방 벽(733) 및 후방 벽(734)으로서 지칭된다. 벽의 외부 표면은 입방형 앵커링 요소(73)의 표면을 형성한다. 유리한 실시예에서, 힘 도입 요소(72) 및 앵커링 요소(73)는 관형 요소(71) 주위에 서로 정반대로 배치된다.
중공 프로파일(70)이 설치될 때, 하부 앵커링 표면(737)으로서 지칭되는 관형 요소(71)로부터 멀어지는 외부 표면은 도로 표면(3)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 앵커링 표면은 하부 벽(736)의 일부이다.
앵커링 요소(73)의 판형 상부 벽(735)은 하부 벽(736)에 실질적으로 평행하게 연장된다. 상부 벽(735)의 외부 표면은 관형 요소(71)에 대한 일체형 연결부(75)를 포함한다. 상부 벽(735)과 관형 요소(71)의 연결부(75)는 번들링된 형태로 관형 요소(71)로부터 나오는 힘의 라인(90)이 EP0654654에서 알려진 종래 기술과 유사한 방식으로 상부 벽(735) 상에 작용하도록 한다.
종래 기술과는 대조적으로, 제 2 공동부(738)가 상부 벽(735)과 기본 층(5) 사이에 배치되므로, 상부 벽(735)의 내부 표면은 강성 기본 층(5)에 의해 지지되지 않는다. 중공 프로파일(70)의 상부 벽(735), 전방 벽(733), 후방 벽(734) 및 하부 벽(736)의 구성은 중공 프로파일(70)이 WIM 센서(7)에 사용되고, 정의된 외력이 힘 도입 요소(72)에 작용할 때, 하부 벽(736)의 방향으로의 상부 벽(735)의 편향은 외력의 작용 없이 상부 벽(735)의 원래 위치에 대해 50 마이크로미터 미만이다. 정의된 작용 외력은 임의로 결정되며, 315 mm × 200 mm의 접촉 영역(120)을 갖는 휠(12)이 도로(1) 및 도로(1)에 장착된 WIM 센서(7)에 가하는 힘에 상응하며, 휠(12)은 120 kN의 힘으로 도로(1) 상에 가압된다.
더욱이, 중공 프로파일(70)의 구성은 중공 프로파일(70)이 WIM 센서(7)에 사용되는 경우, WIM 센서(7)의 높이 방향(Z)에서 높이 방향(Z)에 수직인 영역에 대해 정규화된 강성도(이하, 영역 정규화된 강성도(area-normalized stiffness)이라 함)이 20℃의 중공 프로파일(70)의 온도에서 500 MPa/mm보다 크도록 한다. 영역 정규화된 강성도는 다음과 같이 정의된다. 중공 프로파일(70)은 스프링 상수 k1를 갖는 스프링으로서 간주될 수 있고, 힘 센서(77)는 중공 프로파일(70)의 것보다 적어도 10배수(one order of magnitude) 더 큰 스프링 상수 k2를 갖는 스프링으로 간주될 수 있다. 직렬 배치된 2개의 스프링의 총 스프링 상수 k3는 스프링 상수 k3 =(k1 -1 + k2 -1)-1의 역수의 합의 역수로부터 계산되며, 따라서 중공 프로파일(70)의 스프링 상수 k1가 지배한다. 일반적으로, 스프링 상수는 길이 변화 ΔL 당 힘 F로서 정의되며, k3 = F/ΔL이다. 영역 정규화된 강성도는 영역 A로 나눈 스프링 상수이다. 따라서, 영역 정규화된 강성도는 영역 A로 나누고, 길이의 변화 ΔL로 나눈 힘 F이며, 여기서 k3 = F/ΔL/A이다. 영역 A는 휠이 접촉하는 WIM 센서(7)의 힘 도입 표면(721)에 상응한다. 힘(F)은 315 mm × 200 mm의 접촉 영역(120)을 갖는 휠(12)이 도로(1) 상에서 휠(12)이 접촉하는 힘 도입 표면(721)상에 가하는 힘의 성분에 상응하며, 휠(12)은 120 kN의 힘으로 도로(1) 상에 가압된다. 힘(F)의 작용은 영역(A)에 걸쳐 균일하지 않으며, 휠(12)은 WIM 센서(7) 위의 중심에 위치된다는 것이 이해되어야 한다. 힘 센서(77)를 포함하는 중공 프로파일(70)의 높이 방향(Z)의 길이의 변화 ΔL는 중공 프로파일(70)이 WIM 센서(7)에 사용될 때 하부 벽(736)을 향한 상부 벽(735)의 편향 및 힘 도입 요소(72)에 작용하는 정의된 외력에 의해 주로 제공된다. 편향은 힘 도입 요소(72)에 작용하는 외력 없이 상부 벽(735)의 초기 위치에 대한 것이다. 50 마이크로미터 미만으로서의 ΔL의 규격은 WIM 센서(7)의 영역 정규화된 강성도에 대한 500 MPa/mm의 값에 기초한다.
따라서, 상부 벽(735)은 도 3에 도시된 바와 같이 힘의 라인(90)이 전방 벽(733) 및 후방 벽(734)으로 지향되도록 구성된다. 전방 벽(733)은 상부 벽(735)과 하부 벽(736)을 연결한다. 후방 벽(734)은 상부 벽(735)과 하부 벽(736)을 연결한다.
상부 벽(735)은 EP0654654A1에 따른 종래 기술에서의 앵커링 요소(73)보다 중공 프로파일(70)의 높이 방향(Z)에서 더 큰 두께를 갖지만, 유리한 실시예에서는 두께는 높이 방향(Z)에서 중공 프로파일(70)의 치수의 1/7 이하이고, 특히 바람직한 실시예에서는 높이 방향(Z)에서 중공 프로파일(70)의 치수의 1/8 이하이다. 동시에, 상부 벽(735)은 중공 프로파일(70)의 폭 방향(X)에서 힘 도입 요소(72)의 치수의 적어도 1/7의 중공 프로파일(70)의 높이 방향(Z)에서의 두께를 갖는다. 더욱이, 상부 벽(735)의 내부 표면으로부터 전방 벽(733)의 내부 표면으로의 전이부(transition)는 오목부(indentation)(739)로서 형성된다. 오목부(739)는 에지의 오목한 필렛(fillet)이며, 에지는 하나 이상의 점에서 서로 접촉하고 서로 평행하지 않은 2개의 직사각형 판에 의해 주어진다. 단면도에서, 필렛은 원형 단면 또는 연속 및 강단조함수(a continuous and strictly monotonic function)의 형상을 갖는다. 오목부(739)의 각각의 포인트에 대해, 반경은 한계 값 생성에 의해 결정될 수 있다. 유리한 실시예에서, 오목부(739)의 최소 반경은 높이 방향(Z)에서 중공 프로파일(70)의 치수의 1/100보다 크며, 바람직한 실시예에서는 높이 방향(Z)에서 중공 프로파일의 치수의 1/50보다 크다.
바람직한 실시예에서, 높이 방향(Z)을 따른 힘 도입 표면(721)과 하부 앵커링 표면(737) 사이의 거리는 60 mm 미만이고, 특히 바람직한 실시예에서는 55 mm 미만이다. 일 실시예에서, WIM 센서(7)에 사용될 때 힘 도입 표면(721)은 높이 방향(Z)을 따라 힘 도입 표면과 하부 앵커링 표면(737) 사이의 거리에 기여하지 않는 코팅을 포함한다.
도 4 및 도 5의 비교는 중공 프로파일(70)의 바람직한 실시예의 이점을 명확히 보여준다. 도 4는 도 1에 도시된 바와 같이 가장 밀접하게 관련된 선행 기술에 기초하여 중공 프로파일(70)을 도시한다. 중공 프로파일(70)은 부가적으로 U자형 프로파일 요소(80)를 포함하며, U자형 프로파일 요소(80)는 높이 방향(Z)에 관해 도 1의 중공 프로파일(70) 아래에 배치된다. U자형 프로파일 요소(80)는 도 1에 도시된 중공 프로파일(70)의 앵커링 요소(73)와 함께 제 2 공동부(738)를 형성한다.
실선은 작용하는 힘이 없는 도 4의 중공 프로파일(70)을 도시하지만, 점선은 힘 도입 표면(721)에 힘이 작용하는 동안 중공 프로파일(70)을 도시하고, 상기 힘은 도로(1)에 배치되고, 315mm × 200mm의 접촉 영역(120)을 가지며, 120kN의 힘으로 도로 표면(3)에 대해 가압되는 중공 프로파일(70) 위의 중심에 제공되는 휠의 힘에 상응한다. 중공 프로파일(70)의 변형은 더 잘 예시하기 위한 개략도에서 크게 과장되어 있다. 중공 프로파일(70) 내에 배치된 힘 센서(77)는 명료성을 위해 생략되었다. 제 2 공간의 상부 벽(735)은 점선 이중 화살표에 의해 나타내어진 바와 같이 높이 방향(Z)으로 하부 벽(736)을 향하여 100 마이크로미터 이상으로 편향된다. 따라서, 힘 도입 요소(72)는 높이 방향(Z)으로 기본 층(5)을 향하여 현저하게 배치된다.
도 5는 중공 프로파일(70)의 바람직한 실시예를 도시한다. 실선은 작용하는 힘이 없는 도 5의 중공 프로파일(70)을 도시하지만, 점선은 힘 도입 표면(721)에 힘이 작용하는 중공 프로파일(70)을 도시하고, 상기 힘은 도로(1)에 배치되고, 315mm × 200mm의 접촉 영역(120)을 가지며, 120kN의 힘으로 도로 표면(3)에 대해 가압되는 중공 프로파일(70) 위의 중심에 제공되는 휠(12)의 힘에 상응한다. 중공 프로파일(70)의 변형은 더 잘 예시하기 위한 개략도에서 크게 과장되어 있다. 중공 프로파일(70) 내에 배치된 힘 센서(77)는 명료성을 위해 생략되었다. 제 2 공간의 상부 벽(735)은 점선 이중 화살표에 의해 나타내어진 바와 같이 높이 방향(Z)으로 하부 벽(736)을 향하여 50 마이크로미터 미만으로 편향된다. 따라서, 힘 도입 요소(72)는 높이 방향(Z)에 대해 동일한 위치에 어느 정도 유지된다.
바람직한 실시예에서, 전방 벽(733)은 이의 내부 표면에 길이 방향(Y)에 수직한 방향으로 직사각형 단면을 가지며, 높이 방향(Z)으로 서로 이격된 적어도 2개의 레지(ledge)(740, 740')를 포함한다. 레지(740, 740')는 높이 방향(Z)으로 오목부(739)로부터 이격된다. 하나의 레지(740, 740)는 최대에서 하부 벽(736)의 내부 표면에 접할 수 있다. 이 사이에, 레지(740, 740')는 높이 방향(Z) 및 폭 방향(X)으로 형성된 홈(8)을 형성한다. 바람직한 실시예에서, 후방 벽(734)의 내부 표면은 전방 벽(733)의 내부 표면상의 레지(740, 740')에 미러 대칭 방식으로 형성된 적어도 2개의 레지(740'', 740''')를 포함하며, 대칭 평면은 길이 방향(Y)과 높이 방향(Z)에 의해 정의된다. 전방 벽(733)의 내부 표면의 레지(740)는 전방 안내 요소(751)를 형성한다. 후방 벽(734)의 내부 표면의 레지(740-740''')는 후방 안내 요소(752)를 형성한다. 안내 요소(751, 752)에는, 판형 요소, 예를 들어 회로 기판이 삽입될 수 있으며, 판형 요소는 폭 방향(X)에 대하여 양측 상의 안내 요소(751, 752)에 의해 지지된다.
EP0654654A1으로부터 알려진 WIM 센서(7)와는 대조적으로, 바람직한 실시예에서 중공 프로파일(70)을 WIM 센서(7)용 제 2 공동부(738)와 함께 사용하고, 외력이 힘 도입 요소(72)에 작용할 때, 주요 힘 전달 경로에서의 힘 센서(77)에 작용하는 힘의 성분은 단지 미미하게 변화된다. 미미한 변화는 EP0654654A1에서 알려진 WIM 센서(7)의 힘 센서(77)에 작용하는 힘 성분과 비교하여 힘 센서(77)에 작용하는 힘의 성분의 1% 미만의 변화를 의미한다.
힘이 WIM 센서에 작용할 때, WIM 센서(7)의 힘 도입 요소(72)는 힘의 방향으로 변위된다. 이러한 이유로, 높이 방향(Z)으로 변형 가능한 앵커링 요소(73)는 불리한 표과를 갖고, WIM 센서(7)에 의해 검출된 힘을 왜곡시킨다(falsify). 도로(1)상의 휠(12)의 접촉 영역(120)이 주행 방향으로의 WIM 센서(7)의 폭보다 크므로, 힘 도입 요소(72)가 표면 내로 가라앉을 때 휠(12)은 주변 도로 표면(3)에 의해 지지된다. 휠(12)은 임의의 가능한 거리에 걸쳐 변위된 힘 도입 플랜지를 따라갈 수 없으며, 이에 의해 힘 도입 요소(72)에 작용하는 힘은 감소된다.
따라서, 가능한 한 강성인 기본 층(5)과 함께 높이 방향(Z)으로 WIM 센서(7)의 적어도 500 MPa/mm의 영역 정규화된 강성도는 도로 표면(3)에 작용하는 힘을 정확하게 결정하는데 필수적이다.
WIM 센서(7)에 사용될 때, 중공 프로파일(70)은 유리하게는 금속 또는 금속 합금과 같은 전기 전도 재료로 제조된다. 이것은 힘 센서(77) 및 WIM 전자 장치(74)와 같은 제 1 공동부(711) 및 제 2 공동부(738)에 배치된 요소가 일체로 형성된 중공 프로파일(70)로 인해 균일한 전기 전위로 둘러싸이는 이점을 갖는다. 표면층(4) 및 기본 층(5)이 넓은 영역에 걸쳐 서로 접촉하므로, 이러한 전위는 접지 전위이다. 중공 프로파일(70)이 접지되므로, 제 1 공동부(711) 및 제 2 공동부(738)에 배치된 요소는 전자기파로부터 차폐되어, 힘 센서 신호 및 WIM 전자 장치(74)의 전자기 간섭을 방지한다. 중공 프로파일(70)의 접지는 중공 프로파일(70)에 대한 마찰 또는 재료 연결의 전기 도체를 통해 달성된다. 이러한 연결은 제 1 공동부 또는 제 2 공동부 또는 중공 프로파일의 외부 표면에서 이루어진다.
바람직한 실시예에서, 제 1 공동부 및 제 2 공동부는 적어도 하나의 통로에 의해 서로 상호 연결된다.
WIM 센서(7)에 사용하기 위해, 중공 프로파일(70)은 도 7에 도시된 바와 같이 길이 방향(Y)에 대해 제 1 단부에서 커버(78)에 의해 유리하게 폐쇄된다. WIM 센서(7)에 사용하기 위해, 중공 프로파일(70)은 유리하게는 길이 방향(Y)에 대해 제 2 단부에서 커버(78)에 의해 폐쇄된다. 커버(78)는 제 1 공동부(711) 및 제 2 공동부(738)의 내부 공간을 덮는다.
길이 방향(Y)에서, WIM 센서(7)가 길이 방향(Y)에 대해 중공 프로파일(70)보다 최대 10mm 더 길도록 커버(78)는 길이 방향(Y)에 대해 중공 프로파일(70)의 길이에 최대 5mm를 기여한다. 표면층(4)의 연속적인 홈(8)에서 길이 방향(Y)에 대해 서로에 인접하고 맞붙은(abutting) 단부가 배치된 2개의 WIM 센서(7)의 경우에, 중공 프로파일(70)의 외측 단부에 배치된 힘 센서(77) 사이의 거리는 200mm 미만이다. WIM 센서(7)의 맞붙은 단부 위에서 맞붙은 단부와 나란히 배치되는 이러한 WIM 센서(7)를 교차하는 휠은 WIM 센서(7)에 의해 검출될 수 있다. 이것은 도 6에 도시된 바와 같이 다차선(multi-lane) 도로가 복수의 인접한 WIM 센서(7)와 교차될 수 있다. 연속적인 홈(8)은 도로(1)의 복수의 차선을 통해 연장될 수 있고, 홈(8) 내의 WIM 센서(7)는 이의 단부가 홈(8)에서 서로 맞붙는 상태에서 나란히 배치될 수 있다. 도로(1)에 작용하는 힘은 홈(8)의 전체 길이에 걸쳐 중단없이 연속적으로 홈(8)을 따라 임의의 위치에서 검출될 수 있다. 따라서, WIM 센서(7)에 의해 지정된 차선으로 주행하지 않는 차량(10)의 휠을 정확하게 검출하여 지면 반발력을 결정할 수 있다.
커버(78)는 원주 방향의 밀봉 요소(79)를 포함한다. 제 1 공동부(711) 및 제 2 공동부(738)는 커버(78)에 의해 기밀식으로 밀봉된다. 일 실시예에서, 밀봉 요소(79)는 중공 프로파일(70)과 커버(78) 사이의 마찰 연결부에 배치되는 플라스틱 또는 금속으로 제조된 밀봉부(seal)이다. 다른 실시예에서, 밀봉 요소(79)는 커버(78)와 중공 프로파일(70)의 재료 연결부, 예를 들어 접착제, 수지, 납땜 연결부(soldered connection) 또는 용접 연결부(welded connection)에 의해 제공된다. 이것은 WIM 전자 장치(74) 및 힘 센서(77)가 습기, 액체, 가스, 먼지 및 다른 입자와 같은 외부 조건으로부터 보호된다는 이점을 갖는다.
일 실시예에서, 제 2 공동부(738)는 도 7에 도시된 바와 같이 전기 에너지 저장 디바이스(741)를 포함한다.
WIM 센서(7)의 일 실시예에서, 적어도 하나의 커버(78)는 6.765 MHz와 246 GHz 사이의 ISM(industrial, scientific and medical) 대역의 주파수를 갖는 전자기파의 적어도 하나의 주파수에 투명하다. 투명은 파동(wave)의 강도를 50% 이하로 감쇠시키는 것을 의미한다. 본 실시예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 데이터 신호의 무선 송신을 위한 무선 유닛(743)은 제 2 공동부(738)에 배치되며, 데이터 신호는 힘 센서(77)에 의해 검출된 힘 신호의 평가 또는 변환으로부터 일으킨다. 이것은 커버(78)가 중공 프로파일(70)의 기밀 밀봉을 훨씬 용이하고 저렴하게 하는 케이블 부싱(cable bushing)을 포함하지 않는다는 이점을 갖는다.
다른 실시예에서, 적어도 하나의 커버(78)는 10 kHz와 5 MHz 사이의 전자기파의 적어도 하나의 주파수에 대해 투명하고, 제 2 공동부(738)는 도 7에 도시된 바와 같이 전기 에너지의 무선 송신을 위한 송신 유닛(742)을 포함한다.
참조 번호의 리스트
1 도로
3 도로 표면
4 표면 층
5 기본 층
6 그라우트
7 WIM 센서
8 홈
10 차량
11 휠 트랙
12 휠
70 프로파일
71 관형 요소
72 힘 도입 요소
73 앵커링 요소
74 WIM 전자 장치
75 연결부
77 힘 센서
78 커버
79 밀봉 요소
80 U자형 프로파일 요소
90 힘의 라인
120 접촉 영역
711 제 1 공동부
721 힘 도입 표면
733 전방 벽
734 후방 벽
735 상부 벽
736 하부 벽
737 하부 앵커링 표면
738 제 2 공동부
739 오목부
740, 704', 740'', 740''' 레지
741 저장 디바이스
742 송신 유닛
743 무선 유닛
751 전방 안내 요소
752 후방 안내 요소
W 도로 방향
X 폭 방향
Y 길이 방향
Z 높이 방향

Claims (15)

  1. WIM 센서(7)용 중공 프로파일(70)로서; 상기 중공 프로파일(70)은 길이 방향(Y)을 따라 연장되며; 상기 중공 프로파일(70)은 판 형상의 힘 도입 요소(72)를 포함하며; 상기 중공 프로파일(70)은 앵커링 요소(73)를 포함하며; 상기 힘 도입 요소(72)와 상기 앵커링 요소(73) 사이에 관형 요소(71)가 배치되고; 상기 관형 요소(71)는 제 1 공동부(711)를 둘러싸고; 상기 앵커링 요소(73), 상기 관형 요소(71) 및 상기 힘 도입 요소(72)는 서로 일체로 형성되며; 상기 관형 요소(71)는 상기 힘 도입 요소(72) 및 상기 앵커링 요소(73)에 일체로 연결되는, WIM 센서(7)용 중공 프로파일(70)에 있어서,
    상기 앵커링 요소(73)는 적어도 하나의 제 2 공동부(738)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는, WIM 센서용 중공 프로파일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘 도입 요소(72) 및 상기 앵커링 요소(73)는 상기 관형 요소(71) 주위에서 서로 정반대로 배치되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서용 중공 프로파일.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 앵커링 요소(73)는 실질적으로 입방형 형상이고, 상기 앵커링 요소(73)는 하부 앵커링 표면(737)이라 불리는 관형 요소(71)로부터 멀어지는 표면을 포함하고, 상기 중공 프로파일(70)의 높이 방향(Z)은 상기 앵커링 표면에 수직이고; 상기 중공 프로파일(70)의 폭 방향(X)은 상기 높이 방향(Z)에 수직이고, 상기 길이 방향(Y)에 수직이며; 상기 제 2 공동부(738)는 상기 앵커링 요소(73)의 판 형상의 상부 벽(735)에 의해 경계가 정해지고, 상기 제 2 공동부(738)는 상기 앵커링 요소(73)의 판 형상의 하부 벽(736)에 의해 경계가 정해지고, 상기 상부 벽(735) 및 상기 하부 벽(736)은 실질적으로 평행하며, 상기 제 2 공동부(738)는 상기 앵커링 요소(73)의 판 형상의 전방 벽(733)에 의해 경계가 정해지며; 상기 전방 벽(733)은 상기 상부 벽(735)과 상기 하부 벽(736)을 연결하며; 상기 제 2 공동부(738)는 상기 앵커링 요소(73)의 판 형상의 후방 벽(734)에 의해 경계가 정해지며; 상기 후방 벽(734)은 상기 상부 벽(735)과 상기 하부 벽(736)을 연결하며; 상기 전방 벽(733)과 상기 후방 벽(734)은 상기 폭 방향(X)으로 이격되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서용 중공 프로파일.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 벽(735)으로부터 상기 전방 벽(733)으로의 전이부는 내부 공간에서 오목부(739)로서 형성되고; 상기 상부 벽(735)으로부터 상기 후방 벽(734)으로의 전이부는 내부 공간에서 오목부(739)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, WIM 센서용 중공 프로파일.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 힘 도입 요소(72)는 상기 힘 도입 표면(721)이라 불리는 상기 관형 요소(71)로부터 멀어지는 표면을 포함하고; 상기 힘 도입 표면(721)은 상기 하부 앵커링 표면(737)에 실질적으로 평행하게 배치되며; 상기 높이 방향(Z)을 따른 상기 힘 도입 표면(721)과 상기 하부 앵커링 표면(737) 사이의 거리는 55mm 미만인 것을 특징으로 하는, WIM 센서용 중공 프로파일.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 벽(733)은 전방 안내 요소(751)를 가지며; 상기 후방 벽(734)은 후방 안내 요소(752)를 가지며; 상기 전방 안내 요소(751) 및 상기 후방 안내 요소(752)에는 판 형상의 요소가 삽입 가능한 것을 특징으로 하는, WIM 센서용 중공 프로파일.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 중공 프로파일(70)을 포함하는 WIM 센서(7)로서, 적어도 하나의 힘 센서(77)는 상기 중공 프로파일(70)의 관형 요소(71)에 배치되고; 상기 WIM 센서(7)는 도로(1)에 장착되는, WIM 센서(7)에 있어서,
    힘 도입 요소(72) 상으로의 외력의 작용 하에, 상기 힘 도입 요소(72)를 통한 힘의 흐름은 상기 관형 요소(71)에 작용하며, 관 벽(tube wall)은 힘의 흐름의 2차 힘 경로에 놓여 있고, 상기 힘 센서(77)는 상기 힘의 흐름의 주요 힘 경로에 놓여 있으며; 상기 주요 힘 경로에서 작용하는 상기 힘의 성분은 상기 힘 센서(77)에 작용하며; 제 2 공동부(738)는 공동부 없이 판 형상의 앵커링 요소를 포함하는 WIM 센서에 비해 상기 힘 센서(77)에 작용하는 힘을 1% 미만만큼 변화시키는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중공 프로파일(70)은 전기 전도 재료, 금속 또는 금속 합금으로 제조되고; 상기 제 1 공동부(711) 및 상기 제 2 공동부(738)에 배치된 요소는 일체로 형성된 중공 프로파일(70)로 인해 균일한 전기 전위로 둘러싸이고; 상기 전위는 접지 전위인 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  9. 제 7 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 WIM 센서는 상기 힘 도입 표면(721)에 수직인 높이 방향(Z)에서 적어도 500㎫/mm의 표면 규격화된 강성도를 갖는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 프로파일(70)의 제 1 단부는 커버(78)에 의해 폐쇄되고; 상기 커버(78)는 상기 제 1 공동부(711) 및 제 2 공동부(738)의 내부 공간을 덮고; 상기 중공 프로파일(70)의 제 2 단부는 커버(78)에 의해 폐쇄되며; 상기 커버(78)는 상기 길이 방향(Y)을 따라 상기 중공 프로파일(70)의 길이에 비해 최대 10 mm를 상기 WIM 센서(7)의 길이에 부가하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 커버(78)는 원주 방향의 밀봉 요소(79)를 포함하고; 상기 커버(78)는 상기 제 1 공동부(711) 및 상기 제 2 공동부(738)를 밀폐하여 밀봉하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 커버(78)는 6.765 MHz와 246 GHz 사이의 주파수를 갖는 전자기파에 의해 침투 가능하도록 구성되고; 상기 제 2 공동부(738)는 데이터의 무선 송신을 위한 무선 유닛(743)을 포함하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 공동부(738)는 전기 에너지 저장 디바이스(741)를 포함하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 커버(78)는 10 kHz와 5 MHz 사이의 주파수를 갖는 전자기파에 의해 침투 가능하도록 구성되며; 상기 제 2 공동부(738)는 전기 에너지의 무선 송신을 위한 송신 유닛(742)을 포함하는 것을 특징으로 하는, WIM 센서.
  15. 제 7 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 WIM 센서(7)를 사용하는 측정 방법에 있어서,
    도로(1)의 여러 차선의 도로에 걸친 연속적인 홈(8)에서 서로에 인접한 맞붙은 단부가 배치된 WIM 센서(7)는 홈(8)의 전체 길이에 걸쳐 중단없이 연속적으로 홈(8)을 따른 임의의 위치에서 도로상에 작용하는 힘을 검출하는 것을 특징으로 하는 측정 방법.
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