KR20190125745A - 화물차량의 적재량 측정장치 및 방법 - Google Patents

화물차량의 적재량 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

화물차량의 적재량 측정장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 방법은, 차량의 운행정보 및 상수를 이용하여, 차량중량별 추정속도를 계산하고, 차량중량별 추정속도와 현재 차량의 속도의 오차가 가장 작은 중량을 차량중량으로 결정한다.

Description

화물차량의 적재량 측정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING WEIGHT OF LOAD IN FREIGHT VEHICLE}
본 발명은 화물차량의 적재량 측정장치 및 방법에 대한 것이다.
현재 대용량의 화물차량의 경우, 법으로 지정한 법적 허용적재 중량을 넘지 않는 범위 내에서 화물을 운송하여야 하는데, 이 적정 화물중량을 측정하기 어려워 과적하는 경우가 많다.
이러한 과적은 차량의 운행상태에도 부정적 영향을 미치고, 필요 이상의 하중을 도로에 가하게 되어 도로파손 또는 도로 유지관리 비용상승의 원인이 되기도 한다. 과적으로 인한 경제적 손실비용은 연간 약 324억에 달하고, 교통사고 사망자가 승용자 대비 4배에 달하는 등, 화물차량의 과적은 심각한 사회적 손실을 초래하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 센서를 화물차량에 탑재하여 법정된 적재량을 초과하는 경우, 이를 차량소유자에게 알리는 시스템이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 센서기반의 시스템은 설치비용이 각 화물차량당 약 300만원 정도 소요되어, 차량소유자의 부담이 되며, 이로 인해 실제 화물차량에 적용하기는 어려운 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 센서를 설치하지 않고 소프트웨어 알고리즘을 통해 적재량을 예측하고 이를 경고함으로써, 가격경쟁력을 확보하면서 과적으로 인한 경제적 손실을 방지하고 대형사고의 증가를 방지하는, 화물차량의 적재량 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 화물차량의 적재량 측정장치는, 공차중량으로부터 소정 단위의 중량을 더하여 최대적재량까지 더한 중량을 나열한 테이블 및 상수를 저장하는 저장부; 화물차량의 전자제어유닛(ECU)과 통신을 수행하는 통신부; 화물차량의 운행정보 및 상기 저장부에 저장된 상수를 이용하여, 상기 테이블의 차량중량별 추정속도를 계산하는 계산부; 및 상기 차량중량별 추정속도와 현재 차량의 속도의 오차가 가장 작은 중량을 차량중량으로 결정하는 추정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 계산부는, 이전 시간에 측정된 속도에, 차량의 운행정보와 상수를 이용한 차량 운동방정식으로부터 계산되는 가속도에 업데이트 시간을 곱한 것을 더하여 계산할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 계산부는, 다음 수학식에 의해 차량중량별 추정속도를 계산할 수 있다.
Figure pat00001
이때, pre_Velp는 이전 속도, Ts는 업데이트 시간, Tep는 현재 엔진의 토크(
Figure pat00002
), ugp는 차량의 바퀴의 반경에 대한 현재 총 기어변속비(
Figure pat00003
), eta_tf는 구동손실, Alpha1은 공기저항, Alpha2는 마찰계수 mup의 삼각함수 변환값에 대한 중력(
Figure pat00004
), phi2p는 경사도와 마찰계수의 합의 사인함수값(
Figure pat00005
), mass_truck은 화물차량의 중량, mr은 관성이다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 적재량 추정부는, 추정된 현재속도와 측정된 속도의 오차의 절대값의 합을 누적하여, 각 차량중량별 추정속도의 누적 절대오차의 배열중 최소값인 열을 차량의 중량으로 추정할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 화물차량의 적재량 측정방법은, 공차중량으로부터 소정 단위의 중량을 더하여 최대적재량까지 더한 중량을 나열한 테이블을 생성하고, 상수를 초기화하는 단계; 화물차량의 운행정보를 수신하는 단계; 차량의 운행정보 및 상기 상수를 이용하여, 상기 테이블의 차량중량별 추정속도를 계산하는 단계; 및 상기 화물차량의 브레이프가 오프상태이고 상기 화물차량의 속도가 소정 속도 이상인 경우, 상기 차량중량별 추정속도와 현재 차량의 속도의 오차가 가장 작은 중량을 차량중량으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 계산하는 단계는, 이전 시간에 측정된 속도에, 상기 차량의 운행정보와 상수를 이용한 차량 운동방정식으로부터 계산되는 가속도에 업데이트 시간을 곱한 것을 더하여 계산할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 결정하는 단계는, 추정된 현재속도와 측정된 속도의 오차의 절대값의 합을 누적하여, 각 차량중량별 추정속도의 누적 절대오차의 배열중 최소값인 열을 차량의 중량으로 추정할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 방법은, 결정된 차량중량으로부터 공차중량을 차감한 적재량을 상기 ECU에 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 차량의 이전속도와 운동방정식을 통해 각 화물차량의 중량별 속도를 추정하고, 현재의 속도와 가장 오차가 작은 중량을 화물차량의 중량으로 결정함으로써, 화물차량에 별도의 센서를 설치하지 않을 수 있으므로, 가격경쟁력을 확보하게 하는 효과가 있다.
이에 의해, 본 발명은, 보다 많은 화물차량에 구현됨으로써 과적을 줄일 수 있어, 과적에 의한 사회적 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 화물차량을 측면에서 바라본 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 화물차량 적재량 측정장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 저장부에 저장되는 테이블의 예를 설명하기 위한 일예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 화물차량의 적재량 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 화물차량의 적재량 측정장치 및 방법을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 화물차량을 측면에서 바라본 측면도이다. 본 발명의 일실시예의 화물차량 적재량 측정장치는, 화물차량의 전자제어유닛(Electronic Control Uint, ECU)과 통신을 수행하는 계기 표시판의 형태로 구현되거나, 또는 차량의 ECU와 통신하는 개별적인 운행기록 자기진단장치(On-Board Diagnostics, OBD) 단말기로써 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 화물차량 적재량 측정장치의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 적재량 측정장치(1)는, 통신부(11), 차량중량별 추정속도 계산부(12), 적재량 추정부(13) 및 저장부(14)를 포함할 수 있으며, 화물차량의 ECU(2)와 통신을 수행할 수 있다.
화물차량의 ECU(2)와 본 발명의 일실시예의 측정장치(1)는, 계측제어기 네트워크(Control Area Network, CAN)를 통해 통신할 수 있다. CAN은 자동차의 각종 계측제어 장비간 디지털 직렬통신을 제공하기 위한 차량용 네트워크 시스템으로서, 차량내 전자부품의 복잡한 전기배선과 릴레이를 직렬통신선으로 대체하여 지능화함으로써, 중량감과 복잡성을 줄이고 차량에서의 실시간 요구를 만족시킬 수 있다.
저장부(14)에는 공차중량 및, 그보다 200kg씩 더 큰 중량으로 최대적재량까지 계산되는 테이블이 생성될 수 있다. 도 3은 도 2의 저장부(14)에 저장되는 테이블의 예를 설명하기 위한 일예시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에서, 저장부(14)에는, 차량의 총중량 테이블(3)이 저장될 수 있으며, 이 테이블(3)에는, 공차중량(3A), 공차중량에 200kg을 더한 중량(3B), 3B에 200kg을 더한 중량(3C), 3C에 200kg을 더한 중량(3D) 등, 이와 같은 방식에 의해 최대적재량(3P)까지 포함될 수 있다. 이때 최대적재량(3P)은 '공차중량+6000kg'인 것으로 예를 들어 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 화물차량의 적재량에 따라 달라질 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명의 일실시예에서는, 공차중량에 각 200kg씩 더해 테이블을 생성하는 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 그보다 작거나 큰 중량을 더하는 것도 가능하다 할 것이다.
또한, 저장부(14)에는, 화물차량과 관련한 상수가 저장될 수 있다. 화물차량과 관련한 상수는, 예를 들어 화물차량의 바퀴의 반경 등이 포함될 수 있다.
통신부(11)는, 차량의 ECU(2)로부터 차량의 운행정보를 수신하고, 본 발명의 일실시예의 추정장치(10)가 추정한 차량의 적재량을 ECU(2)로 CAN을 통해 전송할 수 있다. 통신부(11)가 ECU(2)로부터 수신하는 차량의 운행정보는, 차량의 엔진의 분당 회전수(Revolution Per Minute, RPM), 차량의 현재속도, 현재 차량의 토크백분율, 및 현재 차량의 브레이크 상태정보를 포함할 수 있다.
차량중량별 추정속도 계산부(12)는 차량의 운행정보와 저장부(14)에 저장된 상수를 이용하여 차량중량별 추정속도를 계산할 수 있다. 이때, 차량중량별 추정속도 계산부(12)는, 현재 시점의 추정속도를, 이전 시간에 측정된 속도, 및 차량의 운행정보와 상수를 이용한 차량 운동방정식으로부터 계산되는 가속도에 업데이트 시간(Ts, 예를 들어 0.1초)을 곱한 것을 더하여 계산할 수 있으며, 이를 수학식으로 나타내면 아래 수학식과 같다.
Figure pat00006
이때, pre_Velp는 이전 속도이며, 저장부에 저장될 수 있고, 다음 수학식과 같이 표시될 수 있다. 단위는 %m/sec이다.
Figure pat00007
Velp는 현재 차량의 속도이고, 아래 수학식과 같으며, 단위는 %m/sec이다.
Figure pat00008
ugp는 차량의 바퀴의 반경에 대한 현재 총 기어변속비이며, 아래 수학식과 같다.
Figure pat00009
Tep는 현재 엔진의 토크를 나타내며, 다음 수학식과 같고, 단위는 % N-m이다.
Figure pat00010
또, 수학식 1에서, etf_tf는 구동손실을 나타내며, mass_truck은 화물차량의 중량, mr은 관성을 나타낸다. Alpha1은 공기저항이며, Alpha2는 마찰계수 mup의 삼각함수 변환값에 대한 중력으로, 다음 수학식과 같다.
Figure pat00011
마지막으로, phi2p는 경사도와 마찰계수의 합의 사인함수값으로, 주행방향에 대한 저항력 계산인자이다.
Figure pat00012
이와 같이, 차량 중량별 추정속도 계산부(12)는 도 3의 차량 총중량 테이블(3)의 각 차량의 중량에 대해, 현재의 추정속도를 구할 수 있다.
적재량 추정부(13)는, 추정된 현재속도와 통신부(11)를 통해 수신한 현재 측정된 속도의 오차의 절대값의 합을 누적할 수 있다. 이는 다음과 같이 표시할 수 있다.
Figure pat00013
적재량 추정부(13)는 200kg 단위로 공차중량부터 6톤이 적재된 차량질량까지 분할한 차량중량 배열의 각 차량중량에 대해, 수학식 1을 이용하여 얻은 추정속도의 누적 절대오차 eVelAbs 배열중 최소값인 열을 택하여, 참값인 mass_found로 결정할 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
Figure pat00014
이때, 적재량 추정부(13)가 추정하는 중량은 차량의 공차중량을 더한 것으로서, 통신부(11)는 해당 공차중량을 감산한 화물적재량을 ECU(2)로 전송할 수 있을 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 화물차량의 적재량 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 측정방법은, 저장부(14)에 차량 총중량 테이블(3)이 생성되고, 공기저항 및 구동손실과 같은 상수가 초기화될 수 있다(S10). 이때 총중량 테이블(3)의 생성 및 상수의 초기화는 차량 중량별 추정속도 계산부(12)에 의해 수행될 수 있으나, 이를 위해 초기화부가 별도로 마련될 수도 있을 것이다.
이후, 화물차량의 시동이 켜지면(S15), CAN에 의해 연결된 화물차량의 ECU(2)로부터 화물차량의 운행정보를 수신할 수 있다(S20). 다만, 만약 화물차량의 운행정보가 수신되지 않는 경우에는, 이를 수신할 때까지 대기할 수 있다.
S20에서 화물차량의 운행정보가 수신되는 경우, 차량중량별 추정속도 계산부(12)는 차량의 운행정보 및 상수를 이용하여, 수학식 1에 의해 차량의 중량별 추정속도를 계산할 수 있다. 즉, 차량중량별 추정속도 계산부(12)는, 이전 시간에 측정된 속도, 차량의 운동방정식으로부터 계산되는 가속도에 업데이트 시간 Ts를 곱하여, 각 중량별 차량의 속도를 추정할 수 있다.
이후, 적재량 추정부(13)는, 브레이크가 오프상태이고 속도가 소정 속도, 예를 들어 30Km/h 이상인 경우 차량질량을 추정할 수 있다(S30, S35). 이는 브레이크를 밟고 있는 상태 및 속도가 소정 속도 이하인 상태에서는 차량질량 추정값의 오차가 커지기 때문이다.
차량질량의 추정시, 추정된 현재 속도와 측정된 속도의 오차의 절대값의 합을 누적하고, 200kg 단위로 공차중량부터 6톤이 적재된 차량질량까지 분할한 차량중량 배열의 각 차량중량에 대해, 수학식 1을 이용하여 얻은 추정속도의 누적 절대오차 eVelAbs 배열중 최소값인 열을 택하여, 참값인 mass_found로 결정할 수 있을 것이다. 다만, 적재량 추정부(13)가 차량질량을 추정하는 것은 이에 한정되는 것은 아니며, 추정된 각 차량중량별 현재 속도와 측정된 속도의 오차의 절대값이 가장 작은 것을 차량중량으로 추정할 수도 있을 것이다.
이후, 적재량 추정부(13)는 추정된 차량중량으로부터 공차중량을 감산한 추정 적재량을 ECU(2)로 전송할 수 있을 것이다(S40).
화물의 추정 적재량을 수신한 ECU(2)는, 이를 계기판에 표시하고, 현재 적재량이 초과되는 경우 이를 사용자에게 알림으로써 과적을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 차량의 이전속도와 운동방정식을 통해 각 화물차량의 중량별 속도를 추정하고, 현재의 속도와 가장 오차가 작은 중량을 화물차량의 중량으로 결정함으로써, 화물차량에 별도의 센서를 설치하지 않을 수 있으므로, 가격경쟁력을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 추정장치 2: ECU
11: 통신부 12: 차량중량별 추정속도 계산부
13: 적재량 추정부 14: 저장부

Claims (8)

  1. 공차중량으로부터 소정 단위의 중량을 더하여 최대적재량까지 더한 중량을 나열한 테이블 및 상수를 저장하는 저장부;
    화물차량의 전자제어유닛(ECU)과 통신을 수행하는 통신부;
    화물차량의 운행정보 및 상기 저장부에 저장된 상수를 이용하여, 상기 테이블의 차량중량별 추정속도를 계산하는 계산부; 및
    상기 차량중량별 추정속도와 현재 차량의 속도의 오차가 가장 작은 중량을 차량중량으로 결정하는 추정부를 포함하는 화물차량의 적재량 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계산부는,
    이전 시간에 측정된 속도에, 차량의 운행정보와 상수를 이용한 차량 운동방정식으로부터 계산되는 가속도에 업데이트 시간을 곱한 것을 더하여 계산하는 화물차량의 적재량 측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 계산부는,
    다음 수학식에 의해 차량중량별 추정속도를 계산하는 화물차량의 적재량 측정장치.
    Figure pat00015

    (pre_Velp는 이전 속도, Ts는 업데이트 시간, Tep는 현재 엔진의 토크(
    Figure pat00016
    ), ugp는 차량의 바퀴의 반경에 대한 현재 총 기어변속비(
    Figure pat00017
    ), eta_tf는 구동손실, Alpha1은 공기저항, Alpha2는 마찰계수 mup의 삼각함수 변환값에 대한 중력(
    Figure pat00018
    ), phi2p는 경사도와 마찰계수의 합의 사인함수값(
    Figure pat00019
    ), mass_truck은 화물차량의 중량, mr은 관성임)
  4. 제1항에 있어서, 상기 적재량 추정부는,
    추정된 현재속도와 측정된 속도의 오차의 절대값의 합을 누적하여, 각 차량중량별 추정속도의 누적 절대오차의 배열중 최소값인 열을 차량의 중량으로 추정하는 화물차량의 적재량 측정장치.
  5. 공차중량으로부터 소정 단위의 중량을 더하여 최대적재량까지 더한 중량을 나열한 테이블을 생성하고, 상수를 초기화하는 단계;
    화물차량의 운행정보를 수신하는 단계;
    차량의 운행정보 및 상기 상수를 이용하여, 상기 테이블의 차량중량별 추정속도를 계산하는 단계; 및
    상기 화물차량의 브레이프가 오프상태이고 상기 화물차량의 속도가 소정 속도 이상인 경우, 상기 차량중량별 추정속도와 현재 차량의 속도의 오차가 가장 작은 중량을 차량중량으로 결정하는 단계를 포함하는 화물차량의 적재량 측정방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 계산하는 단계는,
    이전 시간에 측정된 속도에, 상기 차량의 운행정보와 상수를 이용한 차량 운동방정식으로부터 계산되는 가속도에 업데이트 시간을 곱한 것을 더하여 계산하는 화물차량의 적재량 측정방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 결정하는 단계는,
    추정된 현재속도와 측정된 속도의 오차의 절대값의 합을 누적하여, 각 차량중량별 추정속도의 누적 절대오차의 배열중 최소값인 열을 차량의 중량으로 추정하는 화물차량의 적재량 측정방법.
  8. 제1항에 있어서,
    결정된 차량중량으로부터 공차중량을 차감한 적재량을 상기 ECU에 전송하는 단계를 더 포함하는 화물차량의 적재량 측정방법.



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