KR101325497B1 - 차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법 및 그 시스템 - Google Patents

차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 GDI 차량 내의 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법은 수학적 연산 처리가 가능한 컴퓨팅 장치가 상기 주변 부품들과 상기 목표 부품에 각각 부착된 진동 센서들로부터 측정된 진동값들을 수신하는 단계와, 상기 컴퓨팅 장치가 상기 진동값들의 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계와, 상기 컴퓨팅 장치가 상기 주변 부품들 간의 진동에 대한 상관 정도를 파악하기 위해, 상기 계산된 파워 스펙트럼 밀도 간의 상관도를 계산하는 단계와, 상기 컴퓨팅 장치가 탑재된 다차원 스펙트럼 해석법에 따라 상기 계산된 주변 부품들 간의 상관도를 제거하여, 각 주변 부품들이 상기 대상 부품에 기여하는 순수 진동 기여도를 계산하는 단계 및 상기 컴퓨팅 장치가 상기 각 주변 부품별로 계산된 순수 진동 기여도를 정량화하는 단계를 포함한다.

Description

차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법 및 그 시스템{Method for Analyzing Coherence on Vibration between Vehicle Components And System Using The Method}
본 발명은 차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 특히, 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 방식의 엔진을 구비한 GDI 차량 내의 차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린 직접 분사(gasoline direct injection; GDI)엔진은 기존 MPI(multi point injection)엔진과 달리 가솔린연료를 엔진의 흡기매니폴드(intake manifold)나 실린더헤드 흡기포트(intake port)에 연료를 분사한 후 에어클리너를 통해 유입된 공기와 혼합하여 연소실 내부로 유입시켜 점화시키는 방법이 아니라, 먼저 에어클리너를 통해 흡입된 공기를 연소실 내부로 공급한 후 밸브를 닫고 공기를 압축하는 과정에서 연소실 내부에 직접 연료를 분사하는 구조를 갖는다. 또는, 연소조건에 따라서 공기흡입과정 중에 흡기 공기와 함께 연소실 내부로 연료를 분사하여 균질하게 공기와 연료를 혼합시키는 방식을 사용하기도 한다.
이와 같은 연소실 내부에 가솔린연료를 직접분사하는 GDI 엔진은 고압의 연료펌프를 엔진 자체에 장착하여서 연료탱크의 연료펌프를 통해 엔진까지 이송되어온 연료를 2차로 고압으로 가압하여 연소실 내부에 직접 분사하게 된다.
이러한 GDI 엔진은 고압 연료를 사용해야 하는 설계구조 상 GDI 엔진을 비롯한 다수의 주변 차량 부품들에서 진동을 유발하는 문제가 꾸준히 제기되고 있다.
이러한 진동은 차량의 주행 성능 및 승차감을 떨어뜨리는 주요한 요인으로서, GDI 차량의 설계자는 GDI 차량의 개발 과정에서 진동을 저감시키는 저감 대책의 고려가 필수적이다.
이를 위해서는, 우선적으로 진동원에 해당하는 임의의 차량 부품이 전달 경로를 통해 다른 차량 부품에 어느 정도 영향을 끼치는지 정확하게 분석하는 과정이 요구된다.
그러나 기존에는 각 차량 부품에 센서를 부착하여 센서를 통해 해당 차량 부품에서 발생하는 진동값을 파악할 뿐, 임의의 차량 부품에서 발생한 진동이 소정의 전달경로를 통해 얼마나 전달되는지 파악하는 것은 어렵다.
즉, 각 차량 부품들 간의 진동에 대한 상호 기여도를 파악하는데 한계가 있어, 정확한 진동 분석 작업이 이루어지고 있지 못하는 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 GDI 차량 내의 차량 부품들 간의 진동 기여도를 정확하게 분석할 수 있는 차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 분석 방법을 이용한 진동 분석 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 방법은, 차량 내의 진동원에 해당하는 주변 부품들이 대상 부품에 기여하는 진동 기여도를 분석하는 방법으로서, 수학적 연산 처리가 가능한 컴퓨팅 장치가 상기 주변 부품들과 상기 목표 부품에 각각 부착된 진동 센서들로부터 측정된 진동값들을 수신하는 단계와, 상기 컴퓨팅 장치가 상기 진동값들의 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계와, 상기 컴퓨팅 장치가 상기 주변 부품들 간의 진동에 대한 상관 정도를 파악하기 위해, 상기 계산된 파워 스펙트럼 밀도 간의 상관도를 계산하는 단계와, 상기 컴퓨팅 장치가 탑재된 다차원 스펙트럼 해석법에 따라 상기 계산된 주변 부품들 간의 상관도를 제거하여, 각 주변 부품들이 상기 대상 부품에 기여하는 순수 진동 기여도를 계산하는 단계 및 상기 컴퓨팅 장치가 상기 각 주변 부품별로 계산된 순수 진동 기여도를 정량화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 일면에 따른 진동 기여도 분석 시스템은, 차량 내에 탑재된 다수의 진동원에 해당하는 주변 부품들이 차량 내의 대상 부품의 진동에 기여하는 정도를 나타내는 진동 기여도를 분석하는 진동 기여도 분석 시스템으로서, 상기 주변 부품들, 상기 대상 부품 및 상기 주변 부품들과 상기 대상 부품간의 연결하는 전달 경로에 부착된 진동 센서들 및 상기 진동 센서들에 의해 측정된 진동값을 전달받아서 상기 진동값들의 파워 스펙트럼 밀도를 계산하고, 상기 주변 부품들 간의 진동에 대한 상관 정도를 파악하기 위해, 상기 계산된 파워 스펙트럼 밀도 간의 상관도를 계산하고, 다차원 스펙트럼 해석법에 따라 상기 계산된 주변 부품들 간의 상관도를 제거하여, 각 주변 부품들이 상기 대상 부품에 기여하는 순수 진동 기여도를 계산하여, 상기 각 주변 부품별로 계산된 순수 진동 기여도를 정량화하는 컴퓨팅 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, GDI 차량의 주변 부품들이 대상 부품에 기여하는 순수 진동 기여량를 분석함으로써, 진동에 강건한 제품 개발에 큰 도움을 줄 뿐만 아니라 과다 진동 발생 시, 그 진동문제를 해결을 위한 진동 특성 분석 및 평가가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진동 기여도 분석 시스템을 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 진동 기여도 분석부의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 각 블록들의 출력 파형의 일례를 보여주는 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 부품들 간의 진동 기여도 분석 과정을 보여주는 순서도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 진동 기여도 분석 시스템을 전체 구성을 보여주는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 진동 기여도 분석 시스템(100)은, GDI(Gasoline Direct Injection) 차량(110) 내의 차량 부품별로 탑재된 복수의 진동 센서(VS1 ~ VS7)(Vibration Sensor: VS)와, 상기 복수의 진동 센서(VS1 ~ VS5)로부터 측정된 복수의 진동값에 기초하여 진동원(Vibration Source)에 해당하는 주변 부품들(SC1, SC2, SC3)(Source Component: SC)이 대상 부품(Targeted Component: TC)의 진동에 기여하는 정도를 나타내는 순수 진동 기여도를 각 주변 부품별로 해석하고, 해석 결과를 정량화한 결과 데이터로 출력하는 컴퓨팅 장치(130)를 포함한다.
복수의 진동 센서(VS1 ~ VS7)는 대상 부품(TC) 및 대상 부품(TC)의 진동에 영향을 주는 가진동원으로 선정된 해당 주변 부품들(SC1, SC2, SC3, TP1, TP2, TP3)에 설치되어, 해당 부품들의 진동량을 측정한다. 여기서, 주변 부품은, 고압 펌프, 고압 인젝터, 고압 연료 레일, 고압 센서 등과 같은 GDI 차량용 부품들, 이러한 GDI 차량용 주변 부품들(SC1, SC2, SC3)과 대상 부품(TC) 간의 전달 경로를 형성하는 커넥터 부품들(TP1, TP2, TP3)을 포함할 수 있다. 대상 부품(TC)은 시스템 설계자가 분석하고자 하는 GDI 차량용 부품으로서, 상기 고압 펌프, 고압 인젝터, 고압 연료 레일, 고압 센서 중 어느 하나일 수 있으며, 주변 부품들의 진동이 상기 대상 부품(TC)의 진동에 기여하는 순수 진동 기여도에 대한 분석 작업이 완료되면, 상기 대상 부품(TC)은 주변 부품으로 분류된다.
컴퓨팅 장치(130)는 주변 부품들(SC1, SC2, SC3)(Source Component: SC)이 대상 부품(Targeted Component: TC)의 진동에 기여하는 정도를 결과 데이터로 수집하는 장치로서, 데이터를 분석을 위한 각종 알고리즘의 수학적 연산 처리를 수행하는 프로세서를 구비하며, 일종의 DAQ(Data Acquisition) 장비일 수 있다.
구체적으로, 컴퓨팅 장치(130)는 상기 복수의 진동 센서(VS1 ~ VS7)에 의해 측정된 진동값을 제1 케이블(122)을 통해 수신하여 이를 시간에 따른 타임 데이터(Time Data 또는 Raw Data)로 변환하여 분석하는 진동 신호 분석부(132A: 예컨대, SCADAS Ⅲ)와 제2 케이블(124)을 통해 수신한 GDI 차량의 엔진 회전수를 분석하는 엔진 회전 신호 분석부(132B: 예컨대, Tachometer)를 포함하는 데이터 계측부(132)를 포함한다. 또한 컴퓨팅 장치(130)는 진동 신호 분석부(132A)로부터 전달된 진동값에 기초하여 각 주변부품(SC1 ~ SC3)이 대상 부품(TC)의 진동에 기여하는 순수 진동 기여도를 분석하는 진동 기여도 분석부(134) 및 진동 기여고 분석부(136)에 의해 분석된 결과를 시각적으로 제공하는 표시부(136)를 포함한다(138).
상기 컴퓨팅 장치(130)는 상기 진동 기여도 분석부(134)를 통해 각 주변 부품들 간의 상관성분을 제거하여, 각각 주변 부품들(SC1, SC2, SC3)이 대상 부품(TC)의 진동에 기여하는 순수 기여 정도를 분석함으로써, 어느 하나의 주변 부품이 대상 부품의 진동에 기여하는 정도만을 분석하는 데 그친 종래와는 달리 다수의 주변 부품에서 발생한 진동이 대상 부품에 얼마나 영향을 끼치는지 그 순수 진동 기여 정도를 파악할 수 있게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 상기 진동 기여도 분석부(134)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 진동 기여도 분석부의 내부 구성을 보여주는 블록도이고, 도 3 내지 도 6은 도 2에 도시된 각 블록들의 출력 파형의 일례를 보여주는 파형도이다.
도 2를 참조하면, 진동 기여도 분석부(134)는 파워 스펙트럼 밀도(PSD: Power Spectrum Density) 계산부(134A: PSD 계산부), 일반 기여도 계산부(134B: OCF(Ordinary Coherence Function) 계산부), 부분 기여도 계산부(134C: PCF(Partial Coherence Function) 계산부), 기여 출력 스펙트럼 계산부(134D) 및 출력부(134E)를 포함한다.
PSD 계산부(134A)는 진동 신호 분석부(132A)로부터 도 3에 도시된 바와 같은 시간 영역의 진동값을 입력받아서, 도 4에 도시된 바와 같은 각 진동값에 대한 주파수 영역의 파워 스펙트럼 밀도(PSD: Power Spectrum Density) 값을 계산하여 출력하며, PSD는 아래의 수학식 1로 계산될 수 있다.
Figure 112012020899476-pat00001
이때, 파워 스펙트럼 밀도값은 파워 스펙트럼 및 크로스 파워 스펙트럼을 포함하며, 파워 스펙트럼과 크로스 파워 스펙트럼은 주파수 응답 함수법의 고속 푸리에 변환을 이용하여 각 신호의 각 주파수 성분량인 스펙트럼으로 나타낼 수 있다. 여기서, 도 3은 PSD 계산부(134A)로 입력된 시간 영역의 진동값을 보여주는 파형도로서, 맨 윗 쪽에 도시된 파형(①)은 주변 부품들 중 임의의 주변 부품(SC1)에서 측정된 진동값의 타임 데이터(time data)이고, 맨 아래쪽에 도시된 파형(③)은 상기 주변 부품들 중 다른 주변 부품(SC2)에서 측정된 진동값의 타임 데이터이고, 중앙에 도시된 파형(②)은 분석하고자 하는 대상 부품(TC)에서 측정된 진동값의 타임 데이터를 나타낸다. 그리고, 도 4는 상기 PSD 계산부(134A)에 의해 계산된 PSD값을 보여주는 스펙트럼으로서, 맨 윗 쪽에 도시된 파형(①')은 도 3에 도시된 파형(①)의 PSD값을 나타내는 스펙트럼이고, 맨 아랫쪽에 도시된 파형(③')은 도 3에 도시된 파형(③)의 PSD 값을 나타내는 스펙트럼이고, 중앙에 도시된 파형(②')은 도 3에 도시된 파형(②)의 PSD 값을 나타내는 스펙트럼이다.
OCF 계산부(134B)는 상기 PSD 계산부(134A)에 의해 계산된 두 PSD 값 사이의 선형적인 상관 정도를 나타내는 상관도를 계산하기 위한 것으로서, 여기서, 상관도는 두 PSD 값, 즉, 어느 주변 부품(SC1)과 다른 주변 부품(SC2)의 크로스 파워 스펙트럼(Cross Power Spectrum) 제곱을 각각의 파워 스펙트럼의 곱으로 나눈값으로 아래의 수학식 2로 계산될 수 있다.
Figure 112012020899476-pat00002
여기서,
Figure 112012020899476-pat00003
는 주변 부품(SC1)의 PSD값이고,
Figure 112012020899476-pat00004
는 다른 주변 부품(SC2)의 PSD값이고,
Figure 112012020899476-pat00005
는 주변 부품(SC1)과 다른 주변 부품(SC2)의 크로스한 PSD값이며,
Figure 112012020899476-pat00006
는 주변 부품(SC1)의 PSD값과 다른 주변 부품(SC2)의 PSD 간의 상관 정도를 나타내는 기여도(Coherence)이다.
한편, 1개의 대상 부품(TC)과 2개의 주변 부품(SC1, SC2)을 선정하고, 선정된 부품들에서 순수 진동 기여도를 분석하는 경우, 상기 3개의 부품(TC, SC1, SC2)에서 계산될 수 있는 모든 경우의 상관도가 계산된다. 즉, 주변 부품들(SC1, SC2) 간의 상관도 외에 대상 부품의 PSD값과 주변 부품(SC1) 간의 상관도 및 대상 부품의 PSD 값과 다른 주변 부품(SC2) 간의 상관도를 모두 계산하며, 이들 상관도를 계산하는 방식은 위의 수학식 2와 동일한 한다. 도 5에서는, 상기 OCF 계산부(134B)의 출력 파형의 일례로서, 맨 윗 쪽의 스펙트럼(①'')은 주변 부품(SC1)의 PSD와 대상 부품의 PSD의 상관도(Coherence)를 보여주는 스펙트럼이고, 맨 아랫쪽의 파형(③'')은 주변 부품(SC1)의 PSD와 주변 부품(SC2)의 PSD의 상관도 즉, 상기 수학식 2에 의해 계산된 상관도(Coherence:
Figure 112012020899476-pat00007
)를 보여주는 파형이고, 중앙에 도시된 스펙트럼(②'')은 주변 부품과 대상 부품 간의 상관도를 보여주는 스펙트럼이다.
계속해서, PCF 계산부(134C)는 상기 OCF 계산부(134B)에 의해 계산된 상관도에 기초하여 각 주변 부품(SC1, SC2)별 대상 부품(TC)의 진동에 기여하는 순수 기여도를 파악하는 구성으로서, 주변 부품들 간의 상관성분을 제거하여 각 주변 부품의 순수한 진동 기여 정도를 계산한다.
이를 계산하기 위해, PCF 계산부(134C)는 다차원 스펙트럼 해석법(Multiple Dimensional Spectral Analysis)에 따라 주변 부품들 간의 PSD값의 상관성분을 제거하여 부분 기여도 함수(Partial Coherence Function: PCF) 및 다중 기여도 함수(Multiple Coherence Function: MCF)와 같은 다차원 스펙트럼 해석법에 따라 순수 진동 기여도를 계산한다. 다차원 스펙트럼 해석법은 부분 기여도 함수(Partial Coherence Function: PCF), 다중 기여도 함수(Multiple Coherence Function: MCF), 잔여 스펙트럼(residual spectrum), 부분 기여 출력 스펙트럼(partial coherent output spectrum)을 통해 각 주변 부품(SC1, SC2)이 대상 부품(TC)의 진동에 미치는 순수 기여 정도를 정량적으로 계산할 수 있다.
이러한 다차원 스펙트럼 해석법에 따른 순수 진동 기여도는 잔차 과정에 의하여 각 주변 부품의 순수 진동 기여도를 나타내는 부분 기여도 함수는 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112012020899476-pat00008
여기서,
Figure 112012020899476-pat00009
는 주변 부품(SC2)의 PSD값과 대상 부품의 PSD값을 크로스(cross)한 PSD값에서 다른 주변 부품(SC1)의 PSD값을 제거한 PSD값이고,
Figure 112012020899476-pat00010
는 주변 부품(SC2)의 PSD값에서 다른 주변 부품(SC1)의 PSD값을 제거한 PSD값이고,
Figure 112012020899476-pat00011
는 대상 부품(TC)의 PSD값에서 다른 주변 부품(SC1)의 PSD값을 제거한 PSD값이다. 그리고,
Figure 112012020899476-pat00012
는 주변 부품(SC2)과 대상 부품의 기여도(coherence)에서 주변 부품(SC1)의 기여도를 제거한 부분 기여도(Partial coherence)이다. 도 6의 윗 쪽의 스펙트럼은 상기 PCF 계산부(134C)의 계산과정에 따라 주변 부품(SC1)과 대상 부품(TC)의 상관도(coherence)에서 다른 주변 부품(SC2)의 기여도를 제거한 부분 상관도를 나타내는 스펙트럼의 일례이고, 아래쪽의 스펙트럼은 주변 부품(SC2)과 대상 부품(TC)의 상관도(coherence)에서 다른 주변 부품(SC1)의 기여도를 제거한 부분 상관도를 나타내는 스펙트럼의 일례이다.
기여 출력 스펙트럼 계산부(134D)는 상기 PCF 계산부(134C)에 의해 주변 부품들 별로 PSD 값들 간의 상관 성분을 제거한 부분 기여도(Partial coherence)에 대한 부분 기여 출력 스펙트럼(partial coherent output spectrum)을 계산하여 기여 순위를 파악한다. 즉, 기여 출력 스펙트럼 계산부(134D)는 상관 성분이 제거된 각 주변 부품들(SC1, SC2)의 대상 부품(TC)에 대한 부분 기여 출력 스펙트럼을 계산하며, 그 계산 결과는 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112012020899476-pat00013
여기서,
Figure 112012020899476-pat00014
는 주변 부품(SC1)에서 대상 부품(TC)로 전달되는 PSD 값이고,
Figure 112012020899476-pat00015
는 주변 부품(SC2)에서 대상부품(TC)로 전달되는 PSD값이다.
출력부(134E)는 기여 출력 스펙트럼 계산부(134D)에 계산된 기여 출력 스펙트럼을 입력받아 GUI를 이용하여 정량화된 다양한 수치 데이터로 변환하여 저장하고, 이 정량화된 데이터를 도 1에 도시된 표시부(136)로 전달한다. 표시부(136)는 이러한 정량화된 데이터를 시각적으로 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 부분 기여도 함수와 같은 다차원 스펙트럼 해석법을 이용하여 GDI 차량 내의 임의의 차량 부품에서 발생하는 진동 및 다른 차량 부품에서 발생하는 다른 진동이 전달 경로를 통해 대상 부품에 얼마나 영향을 미치는지 개별적으로 정확하게 파악함으로써, GDI 차량의 설계 과정에서 진동 저감 설계를 용이하게 할 수 있다.
이하, 차량 부품들 간의 진동 기여도를 분석하는 전체 과정에 대해 상세히 설명하며, 이전 진동 기여도 분석 시스템과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 부품들 간의 진동 기여도 분석 과정을 보여주는 순서도이다.
도 7을 참조하면, 전체 진동 기여도 분석 과정은 크게 차량 진동 측정 과정(700)과 진동 데이터 분석 과정(800)으로 나눌 수 있으며, 차량 진동 측정 과정(700) 이후, 진동 데이터 분석 과정(800)이 진행된다.
차량 진동 측정 과정(700)은 8 단계(S710 ~ S780)로 이루어지며, 먼저, 차량 설계자에 의해 분석하고자 하는 대상 부품(Targeted Component: TC)을 선정하는 단계가 수행된다(S710).
이어, 상기 대상 부품(TC)의 진동에 영향을 주는 가진원에 해당하는 주변 부품들(Source Component: SC)을 선정하는 단계(S720)가 수행된다. 전체 진동 기여도 분석 과정이 종료되면, 상기 주변 부품들 중 어느 하나의 임의의 부품이 대상 부품으로 선정되고, 상기 대상 부품이 주변 부품에 포함되어 이하의 단계들이 진행된다.
이어, 진동 전달 경로를 파악하는 단계(S730)가 수행된다. 여기서, 진동 전달 경로는 대상 부품과 주변 부품들 간의 진동 전달 경로, 및 주변 부품들 간의 전달 경로를 포함한다. 이러한 전달 경로는 차량 부품과 차량 부품을 연결하는 커넥터와 같이 차량 부품 단위로 분류할 수 있는 장치 외에 차량 부품으로 분류할 수는 없으나 부품과 부품 간의 접촉 부위를 모두 포함할 수 있다.
이어, 전달 경로를 파악하면, 진동 센서의 부착 위치를 선정하는 단계(S740)가 수행된다. 여기서, 부착 위치는 앞서 선정된 대상 부품과 주변 부품 및 파악된 전달 경로이다.
이어, 선정된 부착 위치에 각각 진동 센서가 부착된다(S750). 여기서 진동센서로는 가속도 센서가 이용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 진동을 감지할 수 있는 모든 종류의 센서를 배제하지 않는다.
이어, GDI 차량 내의 RPM 측정 센서에 RPM 측정 케이블을 연결하고, 상기 진동센서에 센서 케이블을 연결하는 단계가 수행된다(S760).
이어, 센서 케이블을 통해 진동센서 진동 기여도를 분석하는 DAQ 장비(컴퓨팅 장치)를 연결하고, 상기 RPM 측정 케이블을 통해 RPM 측정 센서와 타코미터를 연결하는 단계(S770)가 수행된다. 이 단계(S770)를 통해 설계자는 실기간, 진동, RPM 및 엔진 시그널 등을 확인할 수 있게 된다.
이어, 소정의 실험공간에 배치된 GDI 차량을 실제 주행 상황과 주행시켜, 각 부품에 부착된 진동 센서를 통해 시간에 따른 진동 데이터를 측정하는 단계(S780)가 수행함으로써, 차량의 진동 측정 과정이 종료된다(700).
이후, DAQ 장비에 의한 진동 데이터 분석 과정(800)이 수행된다.
진동 데이터 분석과정(800)에서는, 우선, DAQ 장비 내의 진동 분석기가 센서 케이블 통해 전달받은 진동 데이터의 타임 시그널을 분석하는 단계(S810)가 수행된다.
이어, 진동 데이터의 타임 시그널을 전술한 수학식 1을 통해 진동 에너지 밀도 함수(Power Spectrum Density: PSD)를 계산하는 단계(S820)가 수행된다. 이 단계(S820)에서, 대상 부품에서 측정된 진동 데이터의 PSD값과 각 주변 부품들에서 측정된 진동 데이터의 PSD값 및 주변 부품들 간의 CPS(Cross Power Spectrum)가 계산된다.
이어, 전술한 수학식 2를 통해 주변 부품들 간의 상관도 및 주변 부품과 대상 부품 간의 상관 기여도(또는 상관도)를 계산하는 단계가 수행된다(S830).
이어, 부분 기여도 함수(Partial Coherence Function)를 이용하여 상기 계산된 주변 부품들 간의 상관도를 제거하여, 각 주변 부품들이 상기 대상 부품에 기여하는 순수 진동 기여도를 계산하는 단계가 수행된다(S840).
이어, 각 주변 부품별 계산된 순수 진동 기여도에 대한 기여 출력 스펙트럼을 계산하는 단계가 수행되고(S850), 계산된 기여 출력 스펙트럼에 따라 진동 기여도를 졍량화된 데이터로 출력하게 된다(S860). 최종 순수 진동 기여도 분석 결과는 정량화된 다양한 방식으로 설계자에게 제공될 수 있다. 예컨대, 각 차량 부품의 순수 진동 기여도가 관심 주파수 별로 퍼센트 단위의 정량화된 데이터 테이블로 제공되거나, 그래프 형태로 제공될 수도 있다.
엔진 피스톤 폭발시에 해당하는 0~1,000 Hz의 주파수 대역에서 최대 진동레벨(Max.vibration level)이 측정되고, 각 차량 부품별 순수 진동 기여도는 엔진의 기여도는 해당 주변부품별로 A%, B% 및 C%(A > B > C)로 제공되며, 이를 통해 개발자는 0~1,000 Hz의 주파수 대역에서 A%에 해당하는 부품의 진동 저감 설계 방안이 필요하다는 것을 알 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

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  7. GDI 차량 내에 탑재된 다수의 진동원에 해당하는 주변 부품들이 상기 GDI 차량 내의 대상 부품의 진동에 기여하는 정도를 나타내는 진동 기여도를 분석하는 진동 기여도 분석 시스템에 있어서,
    상기 주변 부품들, 상기 대상 부품 및 상기 주변 부품들과 상기 대상 부품간의 연결하는 전달 경로에 부착된 진동 센서들; 및
    상기 진동 센서들에 의해 측정된 진동값을 전달받아서 상기 진동값들의 파워 스펙트럼 밀도를 계산하고, 상기 주변 부품들 간의 진동에 대한 상관 정도를 파악하기 위해, 상기 계산된 파워 스펙트럼 밀도 간의 상관도를 계산하고, 다차원 스펙트럼 해석법에 따라 상기 계산된 주변 부품들 간의 상관도를 제거하여, 각 주변 부품들이 상기 대상 부품에 기여하는 순수 진동 기여도를 계산하여, 상기 각 주변 부품별로 계산된 순수 진동 기여도를 정량화하는 컴퓨팅 장치를 포함하며,
    상기 컴퓨팅 장치는,
    상기 진동 센서들에 의해 측정된 진동값을 제1 케이블을 통해 수신하여 시간에 따른 타임 데이터로 변환하여 분석하는 진동 신호 분석부와 제2 케이블을 통해 수신한 상기 GDI 차량의 엔진 회전수를 분석하는 엔진 회전 신호 분석부를 포함하는 데이터 계측부; 및
    상기 진동 신호 분석부로부터 전달된 진동값에 기초하여 상기 주변부품이 상기 대상 부품의 진동에 기여하는 상기 순수 진동 기여도를 분석하는 진동 기여도 분석부; 및
    상기 진동 기여도 분석부에 의해 분석된 결과를 시각적으로 제공하는 표시부를 포함하는 진동 기여도 분석 시스템.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서, 상기 컴퓨팅 장치는,
    부분 기여도 함수(Partial Coherence Function: PCF), 다중 기여도 함수(Multiple Coherence Function: MCF), 잔여 스펙트럼(residual spectrum), 부분 기여 출력 스펙트럼(partial coherent output spectrum)로 이루어진 상기 다차원 해석법에 따라 상기 순수 진동 기여도를 계산하는 것인 진동 기여도 분석 시스템.
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