KR101969908B1 - 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템 및 방법 - Google Patents

엔진 노킹 캘리브레이션 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101969908B1
KR101969908B1 KR1020170182718A KR20170182718A KR101969908B1 KR 101969908 B1 KR101969908 B1 KR 101969908B1 KR 1020170182718 A KR1020170182718 A KR 1020170182718A KR 20170182718 A KR20170182718 A KR 20170182718A KR 101969908 B1 KR101969908 B1 KR 101969908B1
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knocking
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강수혁
변세희
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주식회사 현대케피코
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Abstract

본 발명은 엔진 소리의 주파수 분석을 통해 엔진 노킹을 판별하여 엔진의 점화시기를 캘리브레이션 하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템은 엔진 소리 입력부, 신호 처리부, 노킹 판별부 및 엔진 캘리브레이션부를 포함하되, 상기 노킹 판별부는 가우시안 평가, 퀄리티 평가 및 하모닉 평가를 모두 수행하여 어느 하나라도 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 방법은 엔진 소리 입력 단계, 신호 처리 단계, 노킹 판별 단계 및 엔진 캘리브레이션 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진 노킹 캘리브레이션 시스템 및 방법{System for Calibration of Engine Knock and Method Thereof}
본 발명은 엔진 노킹 캘리브레이션 기술에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 엔진 소리의 주파수 분석을 통해 엔진 노킹을 판별하여 엔진의 점화시기를 캘리브레이션 하는 기술에 관련된 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 작업을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래에는 엔진과 연결된 동파이프를 통해 엔진 소리가 캘리브레이션 엔지니어에게 전달되면, 엔진니어가 청각으로 노킹을 판별하여 엔진의 점화시기를 직접 캘리브레이션 하였다.
즉, 종래에는 노킹을 판별하기 위한 객관적인 평가기준 없이 엔지니어의 주관적 판단에 따라 노킹을 판별함에 따라, 작업자 간 편차나 오류가 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 아래 특허문헌 1 내지 4에서와 같이 엔진 소리의 주파수 분석을 통해 엔진 노킹을 판별하는 방법들이 제안되고는 있으나, 보다 정확한 엔진 노킹 판별 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
JP 2764495 B2(1998.04.03) KR 10-0321892 B1(2002.01.11) KR 10-0443876 B1(2004.07.30) KR 10-0471903 B1(2005.02.03)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진 소리의 주파수 분석을 통해 엔진 노킹을 판별하여 엔진의 점화시기를 캘리브레이션 함에 있어, 보다 정확한 엔진 노킹 판별이 가능하도록 한 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템은 엔진 소리 입력부, 신호 처리부, 노킹 판별부 및 엔진 캘리브레이션부를 포함하되, 상기 노킹 판별부는 가우시안 평가, 퀄리티 평가 및 하모닉 평가를 모두 수행하여 어느 하나라도 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 엔진 소리 입력부는 마이크이다.
바람직하게, 상기 마이크로 입력된 엔진 소리는 상기 신호 처리부를 통해 주파수로 변환된 후 상기 노킹 판별부에서 사용할 수 있는 데이터로 가공되어 프로토콜 형태로 상기 노킹 판별부에 전달된다.
바람직하게, 상기 프로토콜은 엔진 소리의 각 피크 주파수와 첫 번째 피크 주파수의 직전 및 직후 주파수에 해당하는 주파수 및 크기에 대한 데이터로 이루어진다.
바람직하게, 상기 가우시안 평가는 상기 피크 주파수들의 평균 주파수 및 크기를 산출하고, 상기 산출된 평균 주파수 및 크기 중 하나라도 정상 범위를 벋어나면 노킹으로 판별한다.
바람직하게, 상기 퀄리티 평가는
Figure 112017130582810-pat00001
인자를 산출하고, 상기 산출된
Figure 112017130582810-pat00002
인자가 정상 범위를 벋어나면 노킹으로 판별한다.
바람직하게, 상기 하모닉 평가는
Figure 112017130582810-pat00003
인자를 산출하고, 상기 산출된
Figure 112017130582810-pat00004
인자가 정상 범위를 벋어나면 노킹으로 판별한다.
바람직하게, 상기 엔진 캘리브레이션부는 상기 노킹 판별부에서 노킹이 발생하는 것으로 판별되면 점화시기를 지각시키고, 노킹이 발생하지 않는 것으로 판별되면 점화시기를 진각시키도록 하여 엔진을 캘리브레이션 한다.
한편, 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 방법은 엔진 소리 입력 단계, 신호 처리 단계, 노킹 판별 단계 및 엔진 캘리브레이션 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 엔진 소리 입력 단계는 상기 엔진 소리 입력부를 통해 엔진 소리를 입력받는 단계이다.
바람직하게, 상기 신호 처리 단계는 상기 엔진 소리 입력 단계에서 입력된 엔진 소리를 상기 신호 처리부를 통해 주파수로 변환한 후 상기 노킹 판별부에서 사용할 수 있는 데이터로 가공하여 프로토콜 형태로 상기 노킹 판별부에 전달하는 단계이다.
바람직하게, 상기 노킹 판별 단계는 상기 노킹 판별부를 통해 상기 가우시안 평가, 퀄리티 평가 및 하모닉 평가를 모두 수행하여 어느 하나라도 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 단계이다.
바람직하게, 상기 엔진 캘리브레이션 단계는 상기 엔진 캘리브레이션부를 통해 상기 노킹 판별부에서 노킹이 발생하는 것으로 판별되면 점화시기를 지각시키고, 노킹이 발생하지 않는 것으로 판별되면 점화시기를 진각시키도록 하여 엔진을 캘리브레이션 하는 단계이다.
본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템 및 방법은 객관적 판단 기준에 의해 작업간 편차나 오류없이 노킹을 정확하게 판별할 수 있고, 또한 점화시기를 자동으로 캘리브레이션 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 작업을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 방법의 순서도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템은 엔진 소리 입력부(10), 신호 처리부(20), 노킹 판별부(30) 및 엔진 캘리브레이션부(40)를 포함한다.
엔진 소리 입력부(10)는 마이크로 구성되며, 마이크로 입력된 엔진 소리는 신호 처리부(20)를 통해 주파수로 변환된 후 노킹 판별부(30)에서 사용할 수 있는 데이터로 가공되어 프로토콜 형태로 노킹 판별부(30)에 전달된다.
상기 프로토콜은 엔진 소리의 각 피크 주파수와 첫 번째 피크 주파수의 직전 및 직후 주파수에 해당하는 주파수(frequency) 및 크기(magnitude)에 대한 데이터로 이루어진다.
노킹 판별부(30)는 상기 프로토콜로 전달받은 데이터로부터 가우시안(Gaussian)-퀄리티(Quality)-하모닉(Harmonic) 평가(G-Q-H 평가)를 수행하여 노킹에 의한 이상 소리 발생을 판별한다.
가우시안 평가는 엔진 소리가 일정한지를 판단하기 위한 평가로서, 가우시안 평가에서는 아래 식 1, 2와 같이 피크 주파수들의 평균 주파수 및 크기를 산출하고, 아래 식 3, 4로 표현되는 노킹 판단 조건을 판단하여 하나라도 불만족시 노킹으로 판별한다.
[식 1]
Figure 112017130582810-pat00005
여기서
Figure 112017130582810-pat00006
는 피크 주파수이고,
Figure 112017130582810-pat00007
은 피크 주파수들의 주파수 평균값이다.
[식 2]
Figure 112017130582810-pat00008
여기서
Figure 112017130582810-pat00009
는 피크 주파수의 크기이고,
Figure 112017130582810-pat00010
은 피크 주파수들의 크기에 대한 평균값이다.
[식 3]
Figure 112017130582810-pat00011
여기서
Figure 112017130582810-pat00012
는 현재 엔진 소리의 주파수 대표값이고,
Figure 112017130582810-pat00013
는 가우시안 분포함수에서의 표준편차에 해당하는 값으로서 정상상태 엔진으로부터 실험적으로 정해지는 값이다. 상기 주파수 대표값(
Figure 112017130582810-pat00014
)은 현재 엔진 소리의 주파수 중 가장 많이 검출되는 최빈값으로써 결정된다.
[식 4]
Figure 112017130582810-pat00015
여기서
Figure 112017130582810-pat00016
는 정상상태 엔진으로부터 실험적으로 정해지는 피크 주파수들의 크기 평균값에 대한 정상 임계값이다.
퀄리티 평가는 엔진 소리가 선명하고 좋은 소리인지, 즉 공진의 날카로움을 판단하기 위한 평가로서, 퀄리티 평가에서는 아래 식 5와 같이 정의되는
Figure 112017130582810-pat00017
인자를 산출하고, 아래 식 6으로 표현되는 노킹 판단 조건을 만족하지 않으면 노킹으로 판별한다.
[식 5]
Figure 112017130582810-pat00018
여기서
Figure 112017130582810-pat00019
,
Figure 112017130582810-pat00020
,
Figure 112017130582810-pat00021
은 각각 첫 번째 피크 주파수와 상기 첫 번째 피크 주파수의 직전 및 직후 주파수이다.
[식 6]
Figure 112017130582810-pat00022
여기서
Figure 112017130582810-pat00023
은 정상상태 엔진에서의
Figure 112017130582810-pat00024
인자값이다.
하모닉 평가는 엔진 소리의 기음(fundamental)과 배음(harmonics)에 의한 음색을 판단하여 서로 다른 소리를 구분하기 위한 평가로서, 하모닉 평가에서는 아래 식 7과 같이
Figure 112017130582810-pat00025
인자를 산출하고, 아래 식 8로 표현되는 노킹 판단 조건을 만족하지 않으면 노킹으로 판별한다.
[식 7]
Figure 112017130582810-pat00026
여기서
Figure 112017130582810-pat00027
,
Figure 112017130582810-pat00028
는 각각 첫 번째 및 두 번째 피크 주파수이다.
[식 8]
Figure 112017130582810-pat00029
여기서
Figure 112017130582810-pat00030
은 정상상태 엔진에서의
Figure 112017130582810-pat00031
인자값이고,
Figure 112017130582810-pat00032
는 임계값으로서 정상상태 엔진으로부터 실험적으로 정해지는 값이다.
본 발명은 위와 같은 G-Q-H 평가 중 어느 하나라도 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별함으로써, 노킹 판별 정확도를 높일 수 있다.
엔진 캘리브레이션부(40)는 노킹 판별부(30)에서 노킹이 발생하는 것으로 판별되면 점화시기를 지각시키고, 노킹이 발생하지 않는 것으로 판별되면 점화시기를 진각시키도록 하여 엔진을 캘리브레이션 한다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 방법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 방법은 엔진 소리 입력 단계(S10), 신호 처리 단계(S20), 노킹 판별 단계(S30) 및 엔진 캘리브레이션 단계(S40)를 포함한다.
엔진 소리 입력 단계(S10)는 엔진 소리 입력부(10), 즉 마이크를 통해 엔진 소리를 입력받는 단계이다.
신호 처리 단계(S20)는 엔진 소리 입력 단계(S10)에서 입력된 엔진 소리를 신호 처리부(20)를 통해 주파수로 변환한 후 노킹 판별부(30)에서 사용할 수 있는 데이터로 가공하여 앞서 설명한 프로토콜 형태로 노킹 판별부(30)에 전달하는 단계이다.
노킹 판별 단계(S30)는 노킹 판별부(30)를 통해 앞서 설명한 G-Q-H 평가를 수행하여 노킹에 의한 이상 소리 발생을 판별하는 단계이다.
엔진 캘리브레이션 단계(S40)는 엔진 캘리브레이션부(40)를 통해 노킹 판별부(30)에서 노킹이 발생하는 것으로 판별되면 점화시기를 지각시키고, 노킹이 발생하지 않는 것으로 판별되면 점화시기를 진각시키도록 하여 엔진을 캘리브레이션 하는 단계이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템 및 방법에 의하면, 객관적 판단 기준에 의해 작업간 편차나 오류없이 노킹을 정확하게 판별할 수 있고, 또한 점화시기를 자동으로 캘리브레이션 할 수 있다.
본 명세서와 첨부된 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10: 엔진 소리 입력부
20: 신호 처리부
30: 노킹 판별부
40: 엔진 캘리브레이션부
S10: 엔진 소리 입력 단계
S20: 신호 처리 단계
S30: 노킹 판별 단계
S40: 엔진 캘리브레이션 단계

Claims (15)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 엔진 소리 입력부, 신호 처리부, 노킹 판별부 및 엔진 캘리브레이션부를 포함하되,
    상기 노킹 판별부는 가우시안 평가를 수행하여 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하고,
    상기 가우시안 평가는 상기 엔진 소리 입력부에 의해 입력되고 상기 신호 처리부에 의해 주파수로 변환된 데이터로부터 피크 주파수들의 평균 주파수 및 크기를 산출하고, 상기 산출된 평균 주파수 및 크기 중 하나라도 정상 범위를 벋어나면 노킹으로 판별하는 것을 특징으로 하며,
    상기 산출된 평균 주파수(
    Figure 112019502099559-pat00033
    )의 정상 범위는 아래 식으로 표현되는 정상 범위 조건식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템.
    Figure 112019502099559-pat00034
    ,
    여기서
    Figure 112019502099559-pat00035
    는 현재 엔진 소리의 주파수 대표값이고,
    Figure 112019502099559-pat00036
    는 가우시안 분포함수에서의 표준편차에 해당하는 값으로서 정상상태 엔진으로부터 실험적으로 정해지는 값이다.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 조건식에서 주파수 대표값(
    Figure 112017130582810-pat00037
    )은 현재 엔진 소리의 주파수 중 가장 많이 검출되는 최빈값으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템.
  8. 엔진 소리 입력부, 신호 처리부, 노킹 판별부 및 엔진 캘리브레이션부를 포함하되,
    상기 노킹 판별부는 퀄리티 평가를 수행하여 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하고
    상기 퀄리티 평가는 상기 엔진 소리 입력부에 의해 입력되고 상기 신호 처리부에 의해 주파수로 변환된 데이터로부터 아래 식으로 정의되는
    Figure 112019502099559-pat00038
    인자를 산출하고, 상기 산출된
    Figure 112019502099559-pat00039
    인자가 정상 범위를 벋어나면 노킹으로 판별하는 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템.
    Figure 112019502099559-pat00040
    ,
    여기서
    Figure 112019502099559-pat00041
    ,
    Figure 112019502099559-pat00042
    ,
    Figure 112019502099559-pat00043
    은 각각 첫 번째 피크 주파수와 상기 첫 번째 피크 주파수의 직전 및 직후 주파수이다.
  9. 엔진 소리 입력부, 신호 처리부, 노킹 판별부 및 엔진 캘리브레이션부를 포함하되,
    상기 노킹 판별부는 하모닉 평가를 수행하여 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 것을 특징으로 하고,
    상기 하모닉 평가는 상기 엔진 소리 입력부에 의해 입력되고 상기 신호 처리부에 의해 주파수로 변환된 데이터로부터 아래 식으로 정의되는
    Figure 112019502099559-pat00044
    인자를 산출하고, 상기 산출된
    Figure 112019502099559-pat00045
    인자가 정상 범위를 벋어나면 노킹으로 판별하는 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템.
    Figure 112019502099559-pat00046
    ,
    여기서
    Figure 112019502099559-pat00047
    ,
    Figure 112019502099559-pat00048
    는 각각 첫 번째 및 두 번째 피크 주파수이다.
  10. 청구항 6, 청구항 8 및 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진 캘리브레이션부는 상기 노킹 판별부에서 노킹이 발생하는 것으로 판별되면 점화시기를 지각시키고, 노킹이 발생하지 않는 것으로 판별되면 점화시기를 진각시키도록 하여 엔진을 캘리브레이션 하는 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템.
  11. 청구항 6, 청구항 8 및 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 엔진 노킹 캘리브레이션 시스템의 엔진 노킹 캘리브레이션 방법으로서,
    엔진 소리 입력 단계, 신호 처리 단계, 노킹 판별 단계 및 엔진 캘리브레이션 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 엔진 소리 입력 단계는 상기 엔진 소리 입력부를 통해 엔진 소리를 입력받는 단계인 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 신호 처리 단계는 상기 엔진 소리 입력 단계에서 입력된 엔진 소리를 상기 신호 처리부를 통해 주파수로 변환한 후 상기 노킹 판별부에서 사용할 수 있는 데이터로 가공하여 프로토콜 형태로 상기 노킹 판별부에 전달하는 단계인 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 노킹 판별 단계는 상기 노킹 판별부를 통해 상기 가우시안 평가, 퀄리티 평가 및 하모닉 평가를 모두 수행하여 어느 하나라도 만족하지 않을 경우 노킹이 발생한 것으로 판별하는 단계인 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 엔진 캘리브레이션 단계는 상기 엔진 캘리브레이션부를 통해 상기 노킹 판별부에서 노킹이 발생하는 것으로 판별되면 점화시기를 지각시키고, 노킹이 발생하지 않는 것으로 판별되면 점화시기를 진각시키도록 하여 엔진을 캘리브레이션 하는 단계인 것을 특징으로 하는 엔진 노킹 캘리브레이션 방법.
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