KR100694610B1 - 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 주행시 6자유도 운동을 하는 엔진의 거동 가운데, 스트레인 게이지를 이용하여 직교 좌표계의 3방향 중 일방향 변위만 측정할 수 있도록 한 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 자동차 주행시 6자유도 운동을 하는 엔진의 거동 중, 차체의 길이방향의 변위만을 측정하는 측정장치와; 상기 측정장치의 출력신호를 저장 및 증폭하는 데이터 리코더와; 상기 데이터 리코더로 부터 입력받은 데이터를 표시하는 전자제어부; 를 포함하여 구성된 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치를 제공한다.

스트레인 게이지, 고정부, 측정판, 가압부, 데이터 리코더, 전자제어부

Description

스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치{Measurement apparatus of vehicle engine's motion displacement with strain gage}

도 1은 본 발명에 따른 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치가 차량에 장착된 모습을 나타내는 사진.

도 2는 도 1의 "A"를 나타내는 장치구성도.

도 2a는 본 발명에 따른 측정장치를 나타내는 사시도.

도 3는 본 발명에 따른 휘스톤 브릿지 회로를 나타내는 개략도.

도 4은 도 2의 회로도.

도 5는 본 발명에 따른 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치의 측정 데이터.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 차체 12 : 베이스 플레이트

14 : 고정부 14a : 틈새

16 : 측정판 18 : 엔진 마운트부

20 : 가압부 20a : 몸체부

20b : 돌출부 22 : 볼트

24 : 스트레인 게이지 26 : 단자

28 : 데이타 리코더 30 : 전자제어부

32 : 커넥터 50 : 측정장치

본 발명은 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 주행시 6자유도 운동을 하는 엔진의 거동 가운데, 스트레인 게이지를 이용하여 직교 좌표계의 3방향 중 일방향 변위만 측정할 수 있도록 한 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 엔진은 엔진 마운트에 의해 차체와 연결되며, 자동차의 주행시 도로의 노면 환경과 엔진 자체의 진동에 의해서 6자유도 운동을 하며, 직교 좌표계의 3방향으로 변위가 발생하게 된다.

특히, 자동차의 전후방향에 대한 엔진의 거동변위는 차량 엔진 마운트의 설계에서 중요한 자료로 활용된다.

이와 같은 자동차 엔진의 거동 변위를 측정하기 위하여 카메라를 이용한 촬영법과, 스트링 전위차계(string potentiometer)와 같은 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 사용하는 방법이 활용되고 있다.

상기 카메라를 이용한 촬영법은 주행 중 실제 차량 엔진의 거동 변위를 촬영 하는 것이 아니라, 차량의 주행 데이터를 측정하여 시뮬레이터에서 이를 재현함으로써 실제 차량과 유사한 엔진 거동을 재현한 후 촬영하는 방법이다.

그러나, 고가의 장비를 이용한 간접적인 측정방법이며, 실제 차량의 거동을 시험기에서 완벽하게 재현하는 데 있어서 여러 가지 제약조건이 따른다.

한편, 스트링 전위차계와 같은 LVDT로 측정하는 방법은 차량 주행과 동시에 변위를 측정할 수 있는 장점이 있으나, 주행 중 엔진 룸 온도 상승과 같은 장치 사용환경에 따른 제약과 장치를 설치함에 있어서 엔진 룸의 공간적 제약이 따른다.

또한, 스트링 타입의 LVDT는 장치의 특성상 엔진의 모멘트 운동에 따른 변위와 순수병진 운동에 의한 변위가 모두 측정되기 때문에, 직교 좌표계상의 3방향 중 일방향의 변위를 측정하는 데 부적절하다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 얇은 금속판에 순수 휨(bending)에 대한 스트레인만 측정될 수 있도록 스트레인 게이지를 부착하여, 금속판의 휨에 의해 발생하는 전기신호를 변위로 변환시켜 엔진의 6자유도 거동 가운데 직교 좌표계 상의 3방향 중 일방향의 변위만 측정할 수 있고, 엔진 룸의 공간적 제약을 고려하여 그 크기를 최소화 하고 탈부착이 용이하도록 한 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차 주행시 6자유도 운동을 하는 엔진의 거동 중, 차체의 길이방향의 변위만을 측정하는 측정장치와; 상기 측정장치의 출력신호를 저장 및 증폭하는 데이터 리코더와; 상기 데이터 리코더로 부터 입력받은 데이터를 표시하는 전자제어부; 를 포함하여 구성된다.

바람직한 구현예로서, 상기 측정장치는:

일측면에 틈새가 형성되며 차체에 부착된 고정부와; 일단부는 상기 고정부에 차체 길이의 횡방향으로 결합되고, 타단부는 자유단인 측정판과; 상기 측정판의 양면에 각각 병렬로 부착된 다수개의 스트레인 게이지와; 상기 측정판을 차체 길이방향으로 가압하도록 엔진 마운트부에 장착된 가압부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 스트레인 게이지는 풀 브릿지 회로를 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 차체에 베이스플레이트가 길이방향으로 부착되고, 상기 베이스플레이트의 상면에 고정부가 횡방향으로 부착되며, 상기 측정판의 일단부는 상기 고정부의 틈새에 높이 조절 가능하도록 볼트에 의해 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압부는 상기 엔진 마운트부에 장착되는 몸체부와, 이 몸체부의 상면에 상기 측정판을 사이에 두고 평행하게 형성된 돌출부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치가 차량에 장착된 모습을 나타내는 사진이고, 도 2는 도 1의 "A"를 나타내는 장치구성도이며, 도 2a는 본 발명에 따른 측정장치를 나타내는 사시도이다.

본 발명은 얇은 금속판에 순수 휨에 대한 스트레인만 측정될 수 있도록 스트레인 게이지를 부착하여 금속판의 휨에 의해 발생하는 전기신호를 변위로 변환시켜 엔진의 6자유도 거동 가운데 직교 좌표계 상의 3방향 중 일방향의 변위만 측정할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명은 차체(10)의 일부분 및 엔진 마운트부(18)에 장착된 측정장치(50)와, 이 측정장치의 전기적 신호를 증폭하는 데이터 리코더(28)와, 이 데이터 리코더로 부터 입력받은 데이터를 표시하는 전자제어부(30)로 구성되어 있다.

보다 상세하게는, 상기 측정장치(50)는 차체(10)에 고정된 베이스플레이트(12)와, 이 베이스플레이트(12)에 부착된 고정부(14)와, 이 고정부(14)의 일측면에 결합된 측정판(16)과, 엔진 마운트부(18)에 장착된 가압부(20)로 구성되어 있다.

상기 베이스플레이트(12)는 차체(10)에 길이방향으로 본드 등 접착수단에 의해 부착되고, 상기 고정부(14)는 이 베이스플레이트(12)의 상면에 횡방향으로 수직하게 부착된다. 이때, 상기 고정부(14)의 일측면에는 수직방향으로 틈새(14a)가 형성된다.

또한, 상기 틈새(14a)에는 얇고 긴 측정판(16)이 차체 길이의 횡방향으로 끼워지고, 상기 측정판(16)은 전도성 금속판으로 다수개의 볼트(22)에 의해 고정부(14)에 고정된다. 이때, 상기 측정판(16)의 일단부는 상기 고정부(14)에 고정되고, 타단부는 자유단이다.

상기 가압부(20)는 고정부(14)와 소정간격으로 이격되며 엔진 마운트부(18)에 볼트에 의해 장착된 몸체부(20a)와, 이 몸체부(20a)의 상단에 평행하게 일체로 형성된 두개의 돌출부(20b)로 구성된다. 이때, 돌출부(20b) 사이에 측정판(16)이 끼워진다.

상기 고정부(14)와 인접한 측정판(16)의 양면에는 스트레인 게이지(24)가 풀 브릿지(full bridge)회로를 구성한다. 이때, 상기 스트레인 게이지(24)를 부착함에 있어서, 엔진 룸의 온도변화에 영향을 받지 않도록 회로를 구성한다.

보다 상세하게는, 상기 측정판(16)의 전면에는 제1 및 제2스트레인 게이지(24a,24b)가 폭방향으로 평행하게 부착되고, 제1 및 제2단자(26a,26b)가 제1 및 제2스트레인 게이지(24a,24b)와 소정간격으로 배치된다.

또한, 상기 측정판(16)의 후면에는 제3 및 제4스트레인 게이지(24c,24d)가 폭방향으로 평행하게 부착되고, 제3 및 제4단자(26c,24d)가 상기 스트레인 게이지(24c,24d)와 소정 간격으로 각각 배치되어 있다.

이때, 상기 제1스트레인 게이지(24a)는 제1단자(26a) 및 제3단자(26c)와, 제2스트레인 게이이지(24b)는 제2단자(26b) 및 제4단자(26d)와, 제3스트레인 게이지(24c)는 제3단자(26c) 및 제4단자(26d)와, 제4스트레인 게이지(24d)는 제1단자(26a) 및 제2단자(26b)와 전기적으로 연결되어 있다.

이러한 스트레인 게이지(24)와 단자(26)들은 도 3에 도시한 바와 같이, 휘스톤 브릿지 회로를 구성하고, 상기 제1단자(26a)와 제4단자(26d)를 통해 전원(전압)이 입력되고, 제3단자(26c)와 제4단자(26d)를 통해 전기적 신호(전압의 변화)를 출 력한다.

상기 제1 내지 제4단자(26)는 각각 전선에 의해 커넥터(32)와 연결되고, 상기 커넥터(32)는 데이터 리코더(28)와 연결되고, 이 데이터 리코더(28)는 전자제어부(30)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 데이터 리코더(28)는 휘스톤 브릿지 회로에서 발생된 전기적 신호를 저장 및 증폭하는 역할을 하는 장치이고, 상기 전자제어부(30)는 컴퓨터 등과 같은 장치로서, 상기 전기적 신호를 데이터로 표시한다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

상기 측정장치의 측정대상은 엔진의 거동 변위 중 차체의 길이방향으로서, 엔진 마운트부(18)에 장착된 몸체부(20a)에는 차체 길이의 횡방향으로 설치된 측정판(16)을 사이에 두고 두개의 돌출부(20b)가 평행하게 수직방향으로 형성되므로, 엔진의 진동방향 중 차체길이의 횡방향 또는 수직방향 성분의 힘은 가압부(20)에 의해 측정판(16)에 전달되지 못하고, 차체 길이방향 성분의 힘만 가압부(20)에 의해 상기 측정판(16)에 전달된다.

이에 따라, 측정판(16)에 휨(bending)이 발생되고, 측정판(16)에 부착된 스트레인 게이지(24)도 함께 변형을 일으키고, 이러한 게이지의 변형값은 저항의 변화로 휘스톤 브릿지 회로로 구성된 측정장치의 평형을 깨뜨려 전압의 변화를 발생하게 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 휘스톤 브릿지 회로는 접점 A와 C에 전원을 공급 할 경우 접점 B와 D에 전위차가 0(Zero)값을 갖기 위해서는 저항 R1, R2, R3, R4이 어떠한 특정한 저항값을 갖더라도 서로 마주 보는 저항 값의 곱이 항상 같은 값을 갖는다는 원리이다.

즉, 특정 저항값 예를 들면 R1값이 평형 상태에서 변화한다면 회로의 평형을 이루기 위해서는 입력전원이 일정하므로, 접점 B와 D사이의 전위차가 발생하게 된다.

여기서, 변화하는 저항을 스트레인 게이지(24)가 담당하게 되면 그 변화 값을 전압의 변화로 바꾸어 그 값을 수치적으로 환산한 것이 우리가 얻고자 하는 엔진의 전후방향 변형량(율)이 된다.

즉, 저항의 변화 값과 변형 값은 서로 비례하므로,

, 여기서 R은 저항 값, L은 길이, ε은 변형율, K는 게이지 상수(Gage Factor)이다.

이때, 접점 A와 C의 전위차(입력전압; Vin=일정)와 접점 B와 D의 전위차(출력전압 ; V_out)와 관계는 다음과 같다.

,

상기 데이터 리코더(28)는 휘스톤 브릿지 회로에 전원을 공급하고, 휘스톤 브릿지 회로에서 발생된 전압의 변화값을 저장 및 증폭하여 전자제어부(30)에 전송한다.

상기 전자제어부(28)는 도 5에 도시한 바와 같이, 해당 소프트웨어를 설치하여 데이터 리코더(30)에서 입력받은 변위값을 그래프 형태로 표시한다.

즉, X축은 데치터 리코더에서 전송된 실시간(Time;sec)이고, Y축은 엔진의 전후방향의 변위값(mm)이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치에 의하면, 측정판은 차량 엔진의 전후방향 변위에 따라 휨이 발생하도록 구성되고, 이 측정판의 양면에 풀 브릿지로 스트레인 게이지를 부 착함으로써, 상기 측정판의 휨에 의해 발생하는 전기적 신호를 변위로 변환시켜 순수 한 방향의 변위를 측정할 수 있고, 엔진 룸의 공간적 제약을 고려하여 그 크기를 최소화 하며 탈부착이 용이하다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 자동차 주행시 6자유도 운동을 하는 엔진의 거동 중 차체의 길이방향의 변위만을 측정하는 측정장치와, 상기 측정장치의 출력신호를 저장 및 증폭하는 데이터 리코더와, 상기 데이터 리코더로 부터 입력받은 데이터를 표시하는 전자제어부를 포함하여 구성된 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치에 있어서,

   상기 측정장치는 일측면에 틈새가 형성되며 차체에 부착된 고정부와, 일단부는 상기 고정부에 차체 길이의 횡방향으로 결합되고, 타단부는 자유단인 측정판과, 상기 측정판의 양면에 각각 병렬로 부착된 다수개의 스트레인 게이지와, 상기 측정판을 차체 길이방향으로 가압하도록 엔진 마운트부에 장착된 가압부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치.
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서, 차체에 베이스플레이트가 길이방향으로 부착되고, 상기 베이스플레이트의 상면에 고정부가 횡방향으로 부착되며, 상기 측정판의 일단부는 상기 고정부의 틈새에 높이 조절 가능하도록 볼트에 의해 체결되는 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치.
5. 청구항 2에 있어서, 상기 가압부는 상기 엔진 마운트부에 장착되는 몸체부와, 이 몸체부의 상면에 상기 측정판을 사이에 두고 평행하게 형성된 돌출부로 구성된 것을 특징으로 하는 스트레인 게이지를 이용한 자동차 엔진의 거동 변위 측정장치.

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