KR101292456B1 - 썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치 - Google Patents

썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치 Download PDF

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Abstract

썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치는 소정의 주파수를 가진 정현파 입력 신호를 선루프의 인버터에 입력하는 단계와 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호를 기초로 상기 선루프의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 선루프의 고장 여부 및 선루프의 고장이 발생한 위치를 정확하게 판단할 수 있다.

Description

썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치{METHODS OF SUNROOF FAULT DETECTION AND APPARARUSES FOR USING THE SAME}
본 발명은 썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치 에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고장 검출 방법에 관한 것이다.
구동기, 주 구조물 및 감지기 등의 부분 시스템의 동특성에 급격한 변화가 발생한 경우, 고장이라고 정의한다. 시스템 고장에 대한 제어 공학 분야가 가장 관심을 갖는 내용은 감지기와 구동기에 발생하는 고장에 대해 고장 허용성을 갖는 제어 시스템을 설계하는 것이다. 이러한 고장 진단 방법 중 하나가 시스템의 수학적인 모델에 신호를 입력시켜 발생되는 출력과 실제로 측정된 시스템의 출력을 비교하여 고장을 찾아내는 해석적 여부(Analytical Redundancy)를 이용한 고장 진단 기법이라고 한다. 이는 수학적인 모델을 기준으로 하여 고장의 검출 및 분리를 수행한는 정량적인 고장 진단 기법이다.
수학적 모델과 실제 시스템의 출력으로부터 계산되는 잔차는 해석적 여부 능력을 이용한 고장 진단 기법의 공통적인 특성이라고 할 수 있으며, 잔차를 어떻게 만들어내느냐에 따라 고장 검출 및 분리 기법들은 다양하게 분류된다. 해석적 다중화 관리 시스템의 가장 대표적인 잔차 생성 방법으로는 관측기를 이용한 방법을 들 수 있다. 관측기를 이용한 방법으로는 고장 검출 필터(Fault Detection Filter)와 미지 입력 관측기(Unknown Input Observer) 및 고유 공간 지정법(Eigenstructure Assignment Technic)을 통해 설계되는 강인한 진단 관측기(Diagnostic Observer) 등이 대표적인 기법들이다. 또한, Parity 공간 접근 방법을 이용한 잔차를 생성하는 고장 진단 기법들이 있다.
본 발명의 제1 목적은 출력 주파수 특성을 이용한 선루프 고장 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은 출력 주파수 특성을 이용한 선루프 고장 검출 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 선루프 고장 진단 방법은 소정의 주파수를 가진 정현파 입력 신호를 선루프의 인버터에 입력하는 단계와 상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호를 기초로 상기 선루프의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다. 선루프 고장 진단 방법은 상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호 특성을 분석하기 위한 데이터 베이스를 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호를 기초로 상기 선루프의 고장 여부를 진단하는 단계는, 상기 고조파 출력 신호에 대한 유효 대역의 감지 신호를 추출하는 단계와 상기 유효 대역의 주파수 신호를 소정의 대역으로 분할하고, 각 분할 대역별 감지 신호의 특성 패턴을 데이터 베이스로 구축해 둔 고장 특성 패턴과 비교하여 상기 선루프의 고장 유형을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 데이터 베이스는 현재 차량의 운행 환경 특성을 감안한 값으로 업데이트되는 데이터 베이스일 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 선루프 고장 진단 장치는 선루프의 고장 특성을 판단하기 위한 정현파 전류를 생성하는 정현파 전류 생성기와 상기 정현파 전류 생성기로부터 산출된 정현파 전류를 기초로 생성된 고조파 출력 주파수를 검출하는 고조파 분석기를 포함할 수 있다. 상기 선루프 고장 진단 장치는 상기 고조파 분석기로부터 산출된 고조파 정보에 기초하여 상기 선루프에 발생한 고장을 검출하는 고장 검출부를 더 포함할 수 있다. 상기 고장 검출부는 상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호 특성을 분석하기 위한 데이터 베이스를 더 포함할 수 있다. 상기 고장 검출부는 상기 고조파 출력 신호에 대한 유효 대역의 감지 신호를 추출하고 상기 유효 대역의 주파수 신호를 소정의 대역으로 분할한 후 각 분할 대역별 감지 신호의 특성 패턴을 데이터 베이스로 구축해 둔 고장 특성 패턴과 비교하여 상기 선루프의 고장 유형을 판단할 수 있다. 상기 데이터 베이스는, 현재 차량의 운행 환경 특성을 감안한 값으로 업데이트되는 데이터 베이스일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치에 따르면, 출력 주파수 특성에 따라 선루프에 발생한 고장 특성을 진단할 수 있다. 따라서, 정확하고 빠르게 선루프에 발생한 고장을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선루프의 고장 검출을 수행하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선루프의 구조를 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주파수를 이용한 고장 진단 방법을 상세하게 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주파수를 이용한 고장 진단 장치를 나타낸 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
차량용 선루프 시스템 제어기는 사용자의 스위치 입력을 받아 전동기를 이용하여 차량의 선루프를 제어할 수 있다.
차량의 주행 중 외부 부하가 급격하게 변동되고 이러한 외부 부하의 변동에 따라 선루프 전동기의 제어 대상인 토크, 속도 및 위치를 적절하게 제어해야만 선루프의 성능을 안정적으로 확보할 수 있다. 이러한 변동에 따른 정확한 고장검출을 하지 못하는 경우, 선루프 시스템의 오작동으로 인한 사고의 발생 가능성이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선루프의 고장 검출을 수행하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 정현파 전류 주입기를 통해 주기적으로 정현파를 전동기에 입력한다(단계 S100).
정현파 전류 주입기는 선루프 시스템의 전동기의 작동을 제어하는 인버터에 연결되어 주기적으로 소정의 주파수를 가진 정현파를 입력할 수 있다. 기존의 선루프 고장 진단 시스템의 경우, 온도를 측정하거나 전류 입력에 따른 전동기에 흐르는 전류 또는 속도를 모니터링함으로써 전동기의 고장 여부를 진단하였다. 이러한 고장 진단 방법의 경우, 시간 영역의 고장 진단 방법으로써 차량에 존재하는 각종 노이즈로 인해 정확한 고장 검출을 할 수 없었다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 주파수를 이용한 차량 고장 진단 방법의 경우 차량의 작독에 의한 노이즈를 소정의 필터링을 통해 제거할 수 있어 정확한 고장 검출이 가능하다.
입력된 정현파 신호를 기초로 산출된 신호의 주파수 특성을 기초로 고장 진단을 수행한다(단계 S110).
본 발명의 실시예에 따른 선루프 고장 진단 시스템의 경우, 소정의 정현파 신호를 입력하고 출력되는 주파수 특성을 기초로 고장 부위에 따라 다르게 산출되는 고조파 특성을 이용해 현재 선루프의 고장 여부에 대해 진단할 수 있다. 주파수 특성을 이용한 고장 진단 방법에 대해서는 이하, 본 발명의 실시예에서 상세하게 후술한다 .
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선루프의 구조를 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 2를 참조하면, 선루프는 자동차 루프 패널에 천공된 통풍구에 장착된 썬루프패널(220), 승강개폐 실린더(230), 승강축(240), 슬라이딩 레일(250), 슬라이딩 레일 가이드홈(260),슬라이딩 구동모터(270) 및 슬라이딩 구동모터(270)에 의해 구동되는 구동축(280) 및 상기 구동축(280)양쪽에 축설된 피니언(290)과 피니언(290)과 교합되게 하는 랙기어(295) 등으로 구성될 수 있다.
이러한 선루프의 구조는 본 발명의 하나의 예시로써 본 발명의 실시예에 따른 선루프의 고장 진단 방법 및 장치는 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 다양한 구조의 선루프에 적용될 수 있다.
주파수를 기초로 한 고장 진단 방법에서는 선루프의 슬라이딩 레일(250)에 발생한 고장과 구동축(280)에 발생한 고장은 소정의 정현파 입력에 대해 다른 고조파 출력 주파수를 가질 수 있다. 즉, 선루프의 각 부분에 발생된 고장은 입력된 정현파의 주파수를 기초로 고장 부위에 따라 다른 출력 주파수를 가질 수 있고 이러한 고조파 출력 주파수 특성을 기초로 선루프 중 고장이 발생한 부위를 특정할 수 있고 그에 따른 고장 조치를 치할 수 있다.
이러한 고장 출력 주파수는 고장 유형에 따라 데이터 베이스화되어 저장될 수 있고, 고장이 발생한 부위를 진단할 수 있는 신호를 운전자에게 제공할 수 있다.
차량의 운행 상태 또는 운행 환경에 따라 고장 신호의 출력 주파수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 차량 운행시 외부의 온도나 차량의 속도에 따라 달라질 가능성이 있는 경우, 이러한 주변 운행 상황에 따른 출력 주파수 특성도 데이터 베이스화하여 고장 검출을 수행시 정확도를 높힐 수 있다. 전술한 바와 같이 차량을 운행시 발생하는 노이즈를 미리 제거하여 고장 분석을 수행시 정확도를 높힐 수 있다. 예를 들어, 고장 분석을 수행하기 위해서 출력 주파수에서 노이즈에 해당하는 신호는 소정의 필터를 통해서 제거하고 나머지 고장 신호와 관련된 주파수 대역의 신호만을 분석할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주파수를 이용한 고장 진단 방법을 상세하게 나타낸 개념도이다.
도 3을 참조하면, 선루프로부터 획득된 정현파 입력에 대한 출력 신호 특성을 분석하기 위한 데이터 베이스를 구축한다(단계 S300).
선루프의 고장 여부 및 선루프의 고장 부위를 판단하기 위해 선루프 고장에 대한 정보를 가지고 있는 출력 신호에 패턴에 대한 데이터 베이스를 구축할 수 있다. 데이터 베이스를 구축하기 위해서는 정상적인 동작을 수행시 출력 주파수 패턴과 각 부위별 고장이 발생시 발생되는 주파수 패턴에 대한 정보를 저장하고 주파수 패턴을 비교하여 선루프의 고장 여부를 판단할 수 있도록 한다. 또한 전술한 바와 같이 운행 환경에 따라 주파수 특성이 변할 수 있다면, 그에 따른 오프셋값을 설정하여 좀 더 정확한 고장 검출을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 예를 들어, 차량 운행시 발생하는 진동을 측정하거나 차량 운행시 외부 온도를 측정하여 고장 검출을 수행시 이러한 값에 기초한 오프셋값을 설정함으로써 고장 검출의 정확도를 높힐 수 있다.
선루프로부터 소정 차수의 고조파 성분에 대응하는 유효 대역의 감지 신호를 추출한다(단계 S310).
선루프의 고장 검출을 위해 소정의 주파수 대역의 고조파 성분 출력 신호를 추출하기 위해서 일정한 유효 대역에서 주파수 성분을 추출할 수 있다. 노이즈로 인해 발생되는 신호는 고장 검출을 수행시 불필요한 신호로써 고장 검출에 오류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 유효 대역 부분의 주파수 신호만을 추출하기 위해 하이 패스 필터 또는 로우 패스 필터 등과 같은 소정의 필터를 사용하여 필터링을 수행할 수 있다.
유효 대역의 주파수 신호를 소정의 대역으로 분할하고, 각 분할 대역별 감지신호의 특성 패턴과 사전에 데이터베이스로 구축해둔 특성 패턴를 대비하여 선루프의 고장 유형을 판단한다(단계 S320).
출력 주파수 특성을 판단하기 위해 출력 주파수 신호의 대역을 소정의 대역으로 나누어서 선루프의 고장 유형을 판단할 수 있다. 전술한 바와 같이 데이터 베이스에 저장된 고장 유형에 따른 주파수 출력 패턴과 비교하여 현재 선루프에 발생한 고장 특성을 분석할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 주파수를 이용한 고장 진단 장치를 나타낸 개념도이다.
도 4를 참조하면, 주파수를 이용한 고장 진단 장치는 전류 제어기(400), 정현파 전류 생성기(410), 선루프 인버터(420), 선루프 전동기(430), 고조파 분석기(440), 고장 검출부(450)을 포함할 수 있다.
전류 제어기(400)은 선루프 전동기(430)에 제공되는 전류를 제어하는 부분으로 왜곡 없는 정현파(Sine Wave)를 생성하기 위하여 MCU(Micro Controller Unit)에서 자체적으로 10Hz 5A의 정현파 기준 전류(Reference Current)를 발생시키고 인버터로부터 출력된 실제 전류(Actual Current)를 측정하여 기준전류와 실제 전류의 차인 전류 오차(Reference Current와 Actual Current의 차)에 대해 PI 제어기(Proportional-Integral Controller)를 사용하여 20khz 주기로 보상하고 기준 전류 기준으로 인버터를 제어하는 소프트 웨어로 구성될 수 있다.
정현파 전류 생성기(410)은 MCU(Micro Controller Unit)에서 10Hz 5A의 정현파 기준 전류(Reference Current)를 발생시키기 위해 주기적으로 사인파(Sine Wave의 세타값(Theta)를 갱신하고 세타값에 맞는 기준 출력 전류을 계산하는 소프트웨어로 구현될 수 있다.
선루프 인버터는(420)은 MCU의 디지털 신호를 입력 받아 정방향과 역방향의 아날로그 전류를 발생시키기 위하여 H-bridge로 구성된 하드웨어가 될 수 있다.
선루프 전동기(430)은 선루프의 동작을 제어하는 동력부로써 선루프의 계폐 동작을 제어할 수 있다.
고조파 분석기(440)은 입력된 주파수를 기초로 고조파 출력 주파수를 검출하는 부분으로써 선루프에 발생한 고장을 진단할 수 있다. 고조파 분석기(440)에는 전술한 바와 같이 고장 검출을 위한 주파수가 기록된 데이터 베이스가 구비될 수 있다. 이러한 데이터 베이스는 미리 구비되어 있거나, 주기적으로 업데이트가 가능하다. 선루프에 장착된 토크센서를 20khz로 축정하여 사인파 한주기에 대해 FFT를 통한 주파수 분석을 하고 출력 주파수의 진폭을 계산하여 왜율을 계산하고 고장진단을 수행하는 소프트웨어가 될 수 있다.
고장 검출부(450)은 고조파 분석기(440)으로부터 검출된 고주파 특성을 기초로 현재 선루프에 발생한 고장 여부 및 고장이 선루프의 어떤 부분에 발생하였는지 여부를 판단하여 운전자에게 고장 정보를 시그널링할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 소정의 주파수를 가진 정현파 입력 신호를 선루프의 인버터에 입력하는 단계;
    상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호를 기초로 상기 선루프의 고장 여부를 진단하는 단계; 및
    상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호 특성을 분석하기 위한 현재 차량의 운행 환경 특성을 감안한 값으로 업데이트되는 데이터 베이스를 구축하는 단계를 포함하는 선루프 고장 진단 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호를 기초로 상기 선루프의 고장 여부를 진단하는 단계는,
    상기 고조파 출력 신호에 대한 유효 대역의 감지 신호를 추출하는 단계; 및
    상기 유효 대역의 주파수 신호를 소정의 대역으로 분할하고, 각 분할 대역별 감지 신호의 특성 패턴을 데이터 베이스로 구축해 둔 고장 특성 패턴과 비교하여 상기 선루프의 고장 유형을 판단하는 단계를 더 포함하는 선루프 고장 진단 방법.
  4. 삭제
  5. 선루프의 고장 특성을 판단하기 위한 정현파 전류를 생성하는 정현파 전류 생성기;
    상기 정현파 전류 생성기로부터 산출된 정현파 전류를 기초로 생성된 고조파 출력 주파수를 검출하는 고조파 분석기; 및
    상기 고조파 분석기로부터 산출된 고조파 정보에 기초하여 상기 선루프에 발생한 고장을 검출하는 고장 검출부를 포함하고,
    상기 고장 검출부는,
    상기 정현파 신호를 기초로 출력된 고조파 출력 신호 특성을 분석하기 위한 현재 차량의 운행 환경 특성을 감안한 값으로 업데이트되는 데이터 베이스를 포함하는 선루프 고장 진단 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서, 상기 고장 검출부는,
    상기 고조파 출력 신호에 대한 유효 대역의 감지 신호를 추출하고 상기 유효 대역의 주파수 신호를 소정의 대역으로 분할한 후 각 분할 대역별 감지 신호의 특성 패턴을 데이터 베이스로 구축해 둔 고장 특성 패턴과 비교하여 상기 선루프의 고장 유형을 판단하는 선루프 고장 진단 장치.
  9. 삭제
KR1020110110682A 2011-10-27 2011-10-27 썬루프 시스템 고장 검출 방법 및 이러한 방법을 이용하는 장치 KR101292456B1 (ko)

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