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문제 정의
- 2m 노폭의 2개 경로에 대한 노면굴곡측정이 가능한 장비를 개발하였다. 본 논문에서는 자체 개발한 노면 굴곡 즉 정장 비의 구성과 계측시스템, 운용 프로그램 등을 나타내고, ISO 8608 표준에 따라 수행된 노면 분석용 데이터처리 프로그램 등을 기술한다. 또한 국방과학연구소 산하 기동시험장 내구시험로 뿐만 아니라, 국내 여러 지역의 비포장 기동로와의 노면 가혹도 비교 및 ISO 8608 표준에 따른 노면등급으로 분류하였다.
- 이를 위해 본 논문에서는 국내 최초로 노면 굴곡을 직접 측정하는 방식의 트레일러형 노면 굴곡 측정 장비와 데이터 획득 프로그램을 개발하였다.
제안 방법
- 3.2절과 동일한 방법으로 2003년에 국내의 23개비 포장 기동로에 대해서 노면특성을 분석하였다. 본 논문에서는 대표적이라고 판단되는 4개 기동로에 대한 분석 결과만을 나타내었다.
- 개발한 노면굴곡측정장비를 사용하여 국내 여러 지역의 비포장 기동로에 대한 노면특성을 측정하여 그 결과를 ISO 8608 표준에서 제시한 노면 등급에 따라 분류하였다.
- 개발한 노면굴곡측정장비의 성능을 확인하기 위하여 노면굴곡의 특성을 알고 있는 기지의 노면에 대한 측정을 수행하였다. Fig.
- 견인을 위한 차량과 트레일러의 연결부는 견인 차량의 운동이 트레일러에 영향을 미치지 못하도록 설계되었으며, 계측 트레일러의 바퀴가 측정 중에 노면으로부터 이격되는 상황이 발생하지 못하도록공압 실린더를 이용하여 일정하게 지면방향으로 누르도록 하였다.
- 공압용 압축기는 계측 트레일러의 안정된 노면 추종을 유도하기 위해 트레일러에 설치된 공압 실린더에 일정한 공압을 공급하기 위한 것으로, 그 압력은 목표로 하는 측정속도 5km/h에서 다양한 압력설정에 대한 시행착오(trial and error) 과정을 거쳐 가장 안정되게 노면을 추정하는 7kg/cm2로 설정하였다.
- 그리고 트레일러에 설치된 센서들로부터 신호를 획득하기 위한 데이터 획득 시스템은 PC 기반계측 시스템의 형태로 구성되어 있으며, 계측 환경을 고려하여 DAQ 보드가 내장된 산업용 PC를 적용하였다. Fig.
- 노면 프로파일 획득을 위한 노면 굴곡 측정 장비의 운용 프로그램은 LabVIEW(ver.5.0)로 개발하였다. 운용 프로그램은 크게 계측 정보부와 데이터획득부, 결과 확인부로 구성되어 있으며, 계측정보부는 계측 일시나 측정 노면, 주행 방향 등의 계측정보를 기록하여 저장한다.
- 8m)당 300개의 펄스가 출력되어 펄스당 6mm의 분해능을 갖는다. 따라서 16개의 펄스에 해당되는 9.6cm를 샘플링율(sampling rate) 로설정하여 운용한다.
- 본 논문에서는 자체 개발한 노면 굴곡 즉 정장 비의 구성과 계측시스템, 운용 프로그램 등을 나타내고, ISO 8608 표준에 따라 수행된 노면 분석용 데이터처리 프로그램 등을 기술한다. 또한 국방과학연구소 산하 기동시험장 내구시험로 뿐만 아니라, 국내 여러 지역의 비포장 기동로와의 노면 가혹도 비교 및 ISO 8608 표준에 따른 노면등급으로 분류하였다.
- 7은 데이터 획득부의 실행 화면을 보이는 것으로, 이를 통하여 계즉자는 계즉 중 4개의 차트를 통해 데이터 획득 상황을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 또한 주행거리 및 누적 데이터 개수 등을 확인할 수 있으며, 센서에서 이상 신호가 감지될 경우에는 OFR(out of range) 경고등이 점등되도록 구성하였다.
- 또한, ISO 8608 표준에 따라 데이터 처리 및 분석을 수행하였으며, 기동시험장의 야지시험로와 전방 군운용지역 기동로에 대한 노면 굴곡 특성을 측정하였다.
- 2와 같으며, 트레일러 프레임의 전후방향 경사각(pitch angle)과 좌우 방향 경사각(roll angle)을 측정하기 위해 버티컬 자이로를 트레일러의 무게중심에 위치시켰다. 또한, 프레임과 노면 사이의 수직거리를 측정하기 위해 프레임의 좌우에 레이저를 이용한 변위 센서를 각각 설치하였다. 우측의 뒷바퀴에는 휠 엔코 더 가설치되어 즉정거리를 계즉하는데, 휠 엔코더는 바퀴 축과 3:1의 기어비를 갖는 기어와 체인으로 연결되어 바퀴 한 회전(1.
- 본 연구에서는 기존 시스템의 단점을 보완하여 버티컬 자이로와 레이저 변위센서를 이용한 20~ 0.3m/cycle의 비교적 고주파수의 측정범위를 가지며, 시험차량의 좌.우즉 바퀴가 주행하는 경로상의 노면 굴곡을 반영할 수 있도록 1.
- 3m/cycle의 비교적 고주파수의 측정범위를 가지며, 시험차량의 좌.우즉 바퀴가 주행하는 경로상의 노면 굴곡을 반영할 수 있도록 1.2m 노폭의 2개 경로에 대한 노면굴곡측정이 가능한 장비를 개발하였다. 본 논문에서는 자체 개발한 노면 굴곡 즉 정장 비의 구성과 계측시스템, 운용 프로그램 등을 나타내고, ISO 8608 표준에 따라 수행된 노면 분석용 데이터처리 프로그램 등을 기술한다.
- 0078 ~4cycles/m까지 10개의 공간주파수의 옥타브 밴드를 설정하고, 공간주파수의 옥타브 밴드별로 PSD값의 크기에 대한 옥타브 밴드를 8개로 구분한 것이다. 이것을 이용하여 노면굴곡의 공간주파수별 PSD값을 적용함으로써, 노면의 가혹 정도라고 할 수 있는 A class에서 H class까지 8개의 등급으로 구분되는 것이다.
- 이를 통해 비포장 노면의 가혹도를 정량화하여 분석하였으며, ISO 8608 표준에서 제시하는 노면 등급에 의해 기동시험장의 비포장 내구시험로는 물론, 국내 여러 지역의 비포장 기동로에 대해서도 노면 가혹도를 분류하여 비교하였다.
- 5차 버터워스(butterworth)에 의해 대역 통과된 데이터는 노면 가혹도를 평가하는 실질적인 데이터가 되기 위해 공간 주파수축 상의 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density)라는 평가 변수를 이용하여 가혹도의 형태로 나타낸다. 주파수 분석에 있어 일반적인 랜덤 신호의 분석에 사용하는 해닝 윈도우(Hanning Window)를 적용하였고, FFT 블록 사이즈(block size)는 1024개로 설정하였다. 또한 ISO 8608의 권고에 따라 고주파 영역에서의 PSD 요동 (fluctuation) 을 감소시키기 PSD smoothing 기법을 적용하였다"1
- 일반적으로 노면의 굴곡측정 및 가혹도 분석을 위해 연구되는 개념은 다음과 같이 두 가지 방식으로 구분된다. 첫 번째는 차량응답(vehicle response measurement)을 측정하는 방식으로, 노면 굴곡에 의한 차량의 응답특성으로 노면의 가혹도를 판정하는 것으로 현수장치에 스트레인 게이지나 가속도센서 (accelerometer) 등을 설치하여, 이를 이용하여 가혹도 데이터를 획득하는 것이다.6 두 번째는 노면 굴곡을 직접적인 방법으로 측정하는 것이다.
대상 데이터
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2.1 시스템 개요
개발한 노면굴곡측정 장비는 노면을 추종하면서 탑재된 센서를 이용하여 계측하는 트레일러(trailer) 와 트레일러를 견인하기 위한 견인차량으로 구성된다. Fig.
- 견인차량은 4륜형 무쏘 차량을 개조하여 구성하였으며, 공압용 압축기와 데이터 획득(DAQ) 시스템 신호조정기, 전원공급장치 등이 탑재되어 있다.
- 6 두 번째는 노면 굴곡을 직접적인 방법으로 측정하는 것이다. 즉, 노면의 기하학적 형태를 직접 측정하기 위해 자이로, 수직거리 변위센서(displacement sensor) 등을 주행 차량에 설치하여 노면굴곡을 재현한고 이를 분석함으로써 노면가혹도 데이터를 획득한다.'W
이론/모형
- 주파수 분석에 있어 일반적인 랜덤 신호의 분석에 사용하는 해닝 윈도우(Hanning Window)를 적용하였고, FFT 블록 사이즈(block size)는 1024개로 설정하였다. 또한 ISO 8608의 권고에 따라 고주파 영역에서의 PSD 요동 (fluctuation) 을 감소시키기 PSD smoothing 기법을 적용하였다"1
성능/효과
- 중요하다. 가흑도를 평가하기 위한 전체적인 알고리즘은 노면의 가혹정도를 측정하고 분석하며, 그 결과에 따라 등급으로 분류하는 ISO 8608 표준과 일치시켰다.' 식(5)에 의해 최종 획득된 노면프로파일은 주로 차량의 현수와 구조에 영향을 미치는 관심 대역의 주파수 성분만을 추출하기 위해 대역통과 필터링 (band pass filtering) 절차를 거친다.
- 이상의 절차를 살펴보면, 근사치에 의한 오차가 다소 포함되어 있으나, 샘플링 간격이 적을수록 이러한 오차는 감소된다. 적용된 9.
- 이와 같이 비포장 노면의 가흑도를 상대적으로 비교하고 평가하기 위한 ISO 8608의 노면 분류는 유효한 수단이 될 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 저주파수 영역에서는 대부분의 기동로가 야지시험로의 굴곡 특성을 비슷하게 지니고 있는 편이며, 중주파수와 고주파수 영역은 J지역의 1기동로를 제외하고는 대부분 야지시험로보다 가흑도가 높은 것으로 분석되었다.
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