KR102053321B1 - An engine misfire diagnosis system and method using down sampling and Discrete Fourier Transform - Google Patents

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KR102053321B1 KR1020180154602A KR20180154602A KR102053321B1 KR 102053321 B1 KR102053321 B1 KR 102053321B1 KR 1020180154602 A KR1020180154602 A KR 1020180154602A KR 20180154602 A KR20180154602 A KR 20180154602A KR 102053321 B1 KR102053321 B1 KR 102053321B1
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Abstract

The present invention relates to a system and a method for engine misfire diagnosis using downsampling and discrete Fourier transformation. According to an embodiment of the present invention, the system for engine misfire diagnosis capable of diagnosing whether a misfire occurs in a four-cylinder engine by using an output signal of a crankshaft position sensor comprises: a data collection unit to collect output signal data of the crankshaft position sensor during 1 to N cycles; a downsampling unit to downsample the output signal data of the crankshaft position sensor during 1 to N cycles collected by the data collection unit at regular intervals; a discrete Fourier transformation unit to take a discrete Fourier transform of the output signal data of the crankshaft position sensor downsampled by the downsampling unit; a power spectrum density (PSD) calculation unit to calculate power spectrum density based on the discrete Fourier transform of the output signal data of the crankshaft position sensor taken by the discrete Fourier transformation unit; and a misfire occurrence diagnosis unit to diagnose whether a misfire occurs in the engine based on a harmonic order represented by the maximum of the power spectrum density calculated by the PSD calculation unit.

Description

다운 샘플링과 이산 푸리에 변환을 활용한 엔진 실화 진단 시스템 및 방법 {An engine misfire diagnosis system and method using down sampling and Discrete Fourier Transform}An engine misfire diagnosis system and method using down sampling and Discrete Fourier Transform}

본 발명은 엔진 실화 진단 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 다운 샘플링한 후, 이산 푸리에 변환하고, 상기 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터 중 특정 범위의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터만을 이용하여 파워 스펙트럼 밀도를 산출함으로써, 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 엔진 실화 진단 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an engine misfire diagnosis system and method, and more particularly, to down-sample a crankshaft position sensor output signal data, and then perform a discrete Fourier transform and a specific range of the discrete Fourier transformed crankshaft position sensor output signal data. The present invention relates to an engine misfire diagnosis system and method capable of diagnosing the occurrence of misfire in an engine by calculating a power spectral density using only the crankshaft position sensor output signal data.

자동차 산업의 발달로 발생하는 대기오염을 막기 위하여 오랜 기간을 두고 배출가스 규제가 강화되어 왔는데, 이에 대응하기 위하여 엔진 전자 제어 기술의 개발이 촉진되어 왔다.In order to prevent air pollution caused by the development of the automobile industry, emission regulations have been tightened for a long time. To cope with this, the development of engine electronic control technology has been promoted.

더욱이, 엔진 전자 제어 기술은 고장판단에 필요한 정보를 차량에 장착된 컴퓨터가 스스로 식별하고 경고하는 것을 의무화하는 OBD Ⅱ(On Board Diagnosis Ⅱ)규정을 적용 받게 됨에 따라 실화 발생으로 인한 배출가스의 증가와 촉매의 손상 가능성을 감지하는 시스템과 방법이 필요하게 되어, 엔진 실린더 내에서 실화가 발생했을 때, 실화의 발생 여부와 실화의 종류를 파악하고 엔진의 상태가 비정상임을 알려주는 엔진 실화 진단 시스템과 진단 방법이 요구되었다.Furthermore, engine electronic control technology is subject to the On Board Diagnosis II (OBD II), which mandates that computers in vehicles have the ability to identify and alert themselves to information required for fault determination. There is a need for a system and method for detecting the possibility of catalyst damage, and when a misfire occurs in an engine cylinder, an engine misfire diagnosis system and diagnosis that identifies whether the misfire has occurred and the type of misfire, and indicates that the engine is abnormal. A method was required.

이에 따라, 엔진 러프니스(Engine Roughness)을 이용하여 실화를 진단하는 방식이 90년대부터 개발되어 양산 차량에 적용되고 있었는데, 이와 같은 엔진 변동성을 이용하는 방식은 90년대의 ECU와 반도체 성능 수준을 고려하여 개발되다 보니, CARB에서 규정하고 있는 실화 검출 영역을 커버하기는 하지만 그 영역이 제한적이어서, 높은 RPM, 낮은 부하 구간과 같은 일부 영역에서는 실화를 정확하게 진단할 수 없다는 문제가 있었다.Accordingly, a method of diagnosing misfire by using engine roughness has been developed since the 1990s and applied to mass production vehicles. Such a method using engine variability takes into account ECU and semiconductor performance levels of the 90s. As a result of development, the cover of the misfire detection region defined by CARB is limited, but there is a problem that it is not possible to accurately diagnose misfire in some regions such as high RPM and low load intervals.

또한, 최근에는 엔진 변동성을 이용하는 방식 외에도 폭발 행정 과정에서 점화 플러그 회로에서 발생하는 이온 전류(Ionic current)를 계측하여 실화를 진단하는 방안 또는 연소 압력을 직접 계측하여 실화를 진단하는 방안들이 제안되었으나, 상기 방안들은 기존의 차량에 새로운 기능을 추가하거나, 새로운 센서를 추가해야만 해서 자동차 가격을 급격하게 상승시키는 요인이 되었고, 이로 인해 양산에 적용되기에는 한계가 있었다.In addition, in recent years, in addition to the method using engine variability, a method of diagnosing misfire by measuring the ion current generated in the spark plug circuit during explosion process or diagnosing misfire by measuring the combustion pressure directly has been proposed. The above methods have caused a drastic increase in automobile prices due to the addition of new functions or the addition of new sensors to existing vehicles, which has been limited in mass production.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 별도의 센서나 장비의 추가 없이 크랭크축 위치센서에서 계측된 출력 신호를 이산 푸리에 변환하여 엔진의 실화 여부를 검출하는 주파수 분석 방식이 꾸준히 검토되긴 하였으나, 주파수 분석 방식의 경우에는 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 토대로 실화 여부를 진단하는 방식이어서 실화 진단을 위해서는 플라이 휠의 외주면에 형성된 치(Teeth)의 개수에 대응되는 수만큼의 신호 데이터를 분석해야만 했고, 이로 인하여 ECU에서 연산해야 되는 연산량이 크게 증가하여 ECU에 가해지는 계산 부하가 증가된다는 문제가 있었다.In order to solve this problem, the frequency analysis method of detecting an engine misfire by discrete Fourier transforming the output signal measured from the crankshaft position sensor without additional sensor or equipment has been steadily reviewed. Since it is a method of diagnosing misfire based on the output signal of the crankshaft position sensor, in order to diagnose misfire, the signal data corresponding to the number of teeth formed on the outer circumferential surface of the flywheel had to be analyzed. There was a problem that the computational load on the ECU was increased due to the large amount of computation to be calculated.

즉, 종래에 제안되었던 주파수 분석 방식의 경우에도 연산량 증가에 의해 야기된 ECU의 계산 부하로 인하여 실화 진단 속도 및 정밀성이 떨어진다는 한계가 있는 바, 엔진 실화 진단의 정밀성을 유지하면서도 계산 부하를 낮출 수 있는 새로운 엔진 실화 진단 방식이 요구되는 실정이다.That is, even in the case of the conventional frequency analysis method, there is a limitation that the misfire diagnosis speed and precision are reduced due to the computational load of the ECU caused by the increased computation amount, and thus the computation load can be lowered while maintaining the precision of the engine misfire diagnosis. A new engine misfire diagnosis method is required.

미국등록특허공보(제7530261호) “Fourier-based misfire detection strategy”US Patent Publication No. 7530261 “Fourier-based misfire detection strategy”

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned above may be clearly understood by those skilled in the art from the following description. will be.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 시스템에 있어서, 1부터 N 사이클 동안 크랭크축 위치 센서의 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 일정한 간격으로 다운 샘플링(Down sampling)하는 다운 샘플링부; 상기 다운 샘플링부에서 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환부; 상기 이산 푸리에 변환부를 통해 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출부; 및 상기 PSD 산출부에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단부;를 포함하는 엔진 실화 진단 시스템을 제공한다(단, N은 자연수이다.).In order to solve the above problems, the present invention is a system capable of diagnosing the occurrence of misfire in a four-cylinder engine using the output signal of the crankshaft position sensor in one embodiment, the crankshaft position sensor for 1 to N cycles A data collector for collecting output signal data of the data; A down sampling unit for down sampling the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected by the data collection unit at regular intervals; A discrete Fourier transform unit for performing discrete Fourier transform on the down-sampled crankshaft position sensor output signal data; A PSD calculator configured to calculate a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data discretely Fourier transformed by the discrete Fourier transform unit; And a misfire occurrence diagnosis unit for diagnosing whether misfire has occurred in the engine based on a harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated by the PSD calculator is displayed (where N is a natural number). to be.).

이 때, 상기 다운 샘플링부는 상기 상기 데이터 수집부에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 나이퀴스트 샘플링 기준 이상으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 한다.In this case, the down sampling unit down-samples the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected by the data collection unit above the Nyquist sampling criterion.

특히, 상기 다운 샘플링부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 1/6 이상 1/2 이하 수준으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 한다.Particularly, the down sampling unit down-samples the crankshaft position sensor output signal data during 1 to N cycles collected by the data collecting unit to a level of 1/6 or more and 1/2 or less.

또한, 상기 PSD 산출부는 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출해내는 것을 특징으로 한다.In addition, the PSD calculator is characterized in that only calculates the power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less.

아울러, 상기 실화 발생 진단부는 하모닉차수 값이 4N이 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우, 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the misfire occurrence diagnosis unit may diagnose that misfire in the engine occurs when the maximum value of the power spectral density appears at a value whose harmonic order value is not 4N.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 방법에 있어서, 1부터 N 사이클 동안 크랭크축 위치 센서의 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계; 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 일정한 간격으로 다운 샘플링(Down sampling)하는 다운 샘플링 단계; 상기 다운 샘플링 단계에서 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환 단계; 상기 이산 푸리에 변환 단계에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출 단계; 및 상기 PSD 산출 단계에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단 단계;를 포함하는 엔진 실화 진단 방법을 제공한다(단, N은 자연수이다.).According to another aspect of the present invention, there is provided a method for diagnosing whether misfire in a four-cylinder engine is generated by using an output signal of a crankshaft position sensor, wherein the crankshaft position sensor is used for 1 to N cycles. A data collection step of collecting output signal data of the; A down sampling step of down sampling the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step at regular intervals; A discrete Fourier transform step of performing discrete Fourier transform on the down-sampled crankshaft position sensor output signal data; A PSD calculation step of calculating a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data which is discrete Fourier transformed in the discrete Fourier transforming step; And a misfire occurrence diagnosis step of diagnosing whether misfire in the engine occurs based on a harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated in the PSD calculation step is represented, provided that N is a natural number. to be.).

이 때, 상기 다운 샘플링 단계는 상기 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 나이퀴스트 샘플링 기준 이상으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 한다.At this time, the down sampling step is characterized in that down-sample the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step above the Nyquist sampling reference.

특히, 상기 다운 샘플링 단계는 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 1/6 이상 1/2 이하 수준으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 한다.In particular, the down sampling step is characterized by down-sampling the crankshaft position sensor output signal data during 1 to N cycles collected in the data collection step to 1/6 or more and 1/2 or less.

또한, 상기 PSD 산출 단계는 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출해내는 것을 특징으로 한다.In the PSD calculation step, only the power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less is calculated.

아울러, 상기 실화 발생 진단 단계는 하모닉차수 값이 4N이 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우, 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 한다.In addition, the misfire occurrence diagnosing step is characterized in that the misfire in the engine is diagnosed when the maximum value of the power spectral density appears at a value other than the harmonic order value of 4N.

본 발명의 엔진 실화 진단 시스템 및 방법은 나이퀴스트 샘플링 이론을 기준으로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 다운 샘플링한 후, 이산 푸리에 변환을 수행함으로써 ECU에서 연산해야 되는 연산량을 줄일 수 있어, 결과적으로 ECU에 가해지는 계산 부하를 저감시킬 수 있다.The engine misfire diagnosis system and method of the present invention can reduce the amount of computation that must be calculated in the ECU by down-sampling the output signal of the crankshaft position sensor based on the Nyquist sampling theory and then performing discrete Fourier transform. The computational load on the ECU can be reduced.

또한, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템 및 방법은 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만으로 엔진 실화 여부를 진단할 수 있으므로, 실화 진단에 소요되는 계산 속도를 단축할 수 있다. In addition, the engine misfire diagnosis system and method of the present invention can diagnose the engine misfire only by the power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less, thereby reducing the calculation speed required for misfire diagnosis.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다운 샘플링부에서 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 다운 샘플링하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다운 샘플링 전후의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에 대한 이산 푸리에 변환 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 엔진 내 실화 발생 여부에 따라 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터의 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값이 달라지는 것을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법의 순서도이다.
1 is a conceptual diagram of an engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of an engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a process of down sampling the crankshaft position sensor output signal data in the down sampling unit of the present invention.
4 is a diagram showing discrete Fourier transform results of crankshaft position sensor output signal data before and after downsampling.
5 is a graph comparing the harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density of the crankshaft position sensor output signal data varies depending on whether misfire in the engine occurs.
6 is a flowchart illustrating an engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail. It should be noted that the same elements in the figures are represented by the same numerals wherever possible. In addition, detailed description of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it is to be understood that although the component may be directly connected or connected to the other component, other components may exist in the middle. In addition, when a member is located "on" another member throughout this specification, this includes not only when a member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

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.In the present application, the term “comprises” or “having” is intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more. It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of other features or numbers, steps, operations, components, components or combinations thereof.

앞서 살핀 바와 같이 종래에도 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호(Tooth time signal)를 활용하여 엔진 실화 발생 여부를 진단하는 주파수 분석 방식이 제안된 바 있으나, 종래에 제안된 주파수 분석 방식은 플라이 휠(10)의 외주면에 형성된 치(Teeth)의 개수에 대응되는 수만큼의 신호 데이터를 분석해야 했다.As described above, a frequency analysis method for diagnosing engine misfire has been proposed using a discrete Fourier transformed crankshaft position sensor output signal (Tooth time signal), but the conventional frequency analysis method is a flywheel. Signal data corresponding to the number of teeth formed on the outer circumferential surface of (10) had to be analyzed.

예를 들어, 종래의 주파수 분석 방식에 따르면 플라이 휠(10)의 외주면에 60개의 치(Teeth)가 형성되어 있는 경우에 엔진 실화 진단을 위해서는 60개의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 분석해야 했다.For example, according to the conventional frequency analysis method, when 60 teeth are formed on the outer circumferential surface of the flywheel 10, 60 crankshaft position sensor 20 output signals must be analyzed for engine misfire diagnosis. did.

즉, 종래의 주파수 분석 방식은 플라이 휠(10)의 외주면에 형성된 치의 개수에 따라 분석해야 하는 데이터의 수가 증가하게 됨에 따라 ECU의 연산량이 크게 증가하게 된다는 문제가 있었고, 이로 인해 ECU에 가해지는 계산 부하가 증가하여 계산 속도가 느려지거나, 실화 진단이 불가능한 상황이 발생할 수 있어 양산에 적용하기에는 한계가 있었다.That is, the conventional frequency analysis method has a problem that the amount of data to be analyzed is greatly increased as the number of data to be analyzed increases according to the number of teeth formed on the outer circumferential surface of the flywheel 10, and thus the calculation applied to the ECU As the load increases, calculation speed may be slowed or a situation in which misfire diagnosis may not be possible may be limited.

이에 따라, 본 발명은 엔진 실화 진단 과정에 나이퀴스트 샘플링 이론(Nyquist's Sampling theory)을 도입하여 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 다운 샘플링하고, 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서 출력 신호(20)를 토대로 엔진 실화 여부를 진단할 수 있는 엔진 실화 진단 시스템 및 방법을 제공하여, 종래의 주파수 분석 방식이 갖는 한계점을 극복하고자 한다.Accordingly, the present invention introduces the Nyquist's Sampling theory to the engine misfire diagnosis process to downsample the crankshaft position sensor 20 output signal, and to downsample the crankshaft position sensor output signal 20. By providing an engine misfire diagnosis system and method capable of diagnosing engine misfire based on the above, it is intended to overcome the limitations of the conventional frequency analysis method.

이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템에 대하여 살펴보도록 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 5, the engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 실화 진단 시스템의 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 다운 샘플링부에서 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 다운 샘플링하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.1 is a conceptual diagram of an engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of an engine misfire diagnosis system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a crankshaft in a down sampling unit of the present invention. A diagram for describing a process of down sampling the position sensor output signal data.

또한, 도 4는 다운 샘플링 전후의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터에 대한 이산 푸리에 변환 결과를 나타낸 도면이고, 도 5는 엔진 내 실화 발생 여부에 따라 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터의 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값이 달라지는 것을 비교한 그래프이다.4 is a diagram showing discrete Fourier transform results of crankshaft position sensor output signal data before and after downsampling, and FIG. 5 shows a maximum power spectral density of crankshaft position sensor output signal data depending on whether misfire in the engine occurs. It is a graph comparing the harmonic order value that appears.

본 발명은 일 실시예로 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 시스템에 있어서, 1부터 N 사이클 동안 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집부(100), 상기 데이터 수집부(100)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 일정한 간격으로 다운 샘플링(Down sampling)하는 다운 샘플링부(200), 상기 다운 샘플링부(200)에서 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환부(400), 상기 이산 푸리에 변환부(400)를 통해 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출부(500) 및 상기 PSD 산출부(500)에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수(Harmonic order) 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단부(600)를 포함하는 엔진 실화 진단 시스템을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, in a system capable of diagnosing whether misfire occurs in a four-cylinder engine by using an output signal of the crankshaft position sensor 20, the output of the crankshaft position sensor 20 for 1 to N cycles is determined. A data collector 100 collecting signal data and down sampling down the crankshaft position sensor 20 output signal data for 1 to N cycles collected by the data collector 100 at regular intervals. Through a discrete Fourier transform unit 400 and a discrete Fourier transform unit 400 for discrete Fourier transforming the crankshaft position sensor 20 output signal data down-sampled by the down sampler 200. The PSD calculator 500 calculates a power spectral density PSD based on the discrete Fourier transformed crankshaft position sensor 20 output signal data, and the power spectral density calculated by the PSD calculator 500. Provides an engine misfire diagnostic system that includes a harmonic daegap this order (order Harmonic) misfire occurrence diagnosis unit 600 for diagnosing whether or not a misfire occurs in the engine based on the value indicated.

이 때, 상기 4 기통 엔진은 제1 실린더, 제2 실린더, 제3 실린더, 제4 실린더로 구성되며, 상기 제1 실린더, 제2 실린더, 제3 실린더, 제4 실린더는 제1 실린더 - 제3 실린더 - 제4 실린더 - 제2 실린더 순서로 점화된다. 또한, 상기 N은 자연수이고, 한 번에 실화 진단할 수 있는 사이클의 개수를 의미하며, 상기 N은 1인 것이 바람직하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하므로 N인 1인 경우로 한정되는 것은 아니다.At this time, the four-cylinder engine is composed of a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, a fourth cylinder, wherein the first cylinder, the second cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder is a first cylinder-a third Light is fired in order of cylinder-fourth cylinder-second cylinder. In addition, the N is a natural number, it means the number of cycles that can be diagnosed at the same time, the N is preferably 1, which is limited to the case of 1 being N because it is only a preferred embodiment of the present invention It is not.

본 발명의 엔진 실화 진단 시스템을 구성하는 데이터 수집부(100)는 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호(Tooth time signal) 데이터를 수집하는 역할을 하며, 데이터 수집부(100)에서 수집된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터는 다시 다운 샘플링부(200)에 송신되는 것이 특징이다.The data collector 100 constituting the engine misfire diagnosis system of the present invention collects output time data of the crankshaft position sensor 20, and the crank collected by the data collector 100. The axis position sensor 20 output signal data is transmitted to the down sampling unit 200 again.

다음으로, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템의 핵심적인 구성 요소에 해당하는 다운 샘플링부(200)는 나이퀴스트 샘플링 이론(Nyquist's Sampling theory)을 기초로 데이터 수집부(100)에서 수집된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 다운 샘플링하는 역할을 한다.Next, the down sampling unit 200 corresponding to the core component of the engine misfire diagnosis system of the present invention is the crankshaft position collected by the data collection unit 100 based on the Nyquist's Sampling theory. The sensor 20 serves to downsample the output signal data.

여기서, 나이퀴스트 샘플링 이론은 모든 신호는 그 신호에 포함된 가장 높은 진동수의 2배에 해당하는 빈도로 일정한 간격으로 샘플링하면 샘플링 전 신호를 완벽하게 기록할 수 있다는 이론을 의미하며, 상기 나이퀴스트 샘플링 이론을 엔진 실화 진단 시스템에 적용하면 신호 왜곡(Aliasing)이 발생하지 않고 엔진 속도를 구현하려면 샘플링 주파수는 엔진 주파수의 2배 이상이 되어야 함(

Figure 112018121447002-pat00001
)을 알 수 있다. 이 때,
Figure 112018121447002-pat00002
은 샘플링 주파수를 의미하고,
Figure 112018121447002-pat00003
는 엔진의 주파수를 의미한다.Here, the Nyquist sampling theory means that all signals are sampled at regular intervals at a frequency corresponding to twice the highest frequency included in the signal, so that the signal can be perfectly recorded before sampling. When applied to engine misfire diagnosis systems, sampling frequency must be at least twice the engine frequency to achieve engine speed without signal aliasing.
Figure 112018121447002-pat00001
Can be seen. At this time,
Figure 112018121447002-pat00002
Means the sampling frequency,
Figure 112018121447002-pat00003
Is the frequency of the engine.

또한, 다운 샘플링부(200)는 저역 필터(Low pass filter)를 이용하여 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 다운 샘플링할 때, 일정 간격을 두고 다운 샘플링 해야 하며. 예를 들어 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 1/3 수준까지 다운샘플링할 때에는 3번째 데이터 마다 하나의 신호로 사용해야 한다.In addition, when the down sampling unit 200 downsamples the crankshaft position sensor 20 output signal data using a low pass filter, the down sampling unit 200 should downsample at a predetermined interval. For example, when downsampling the crankshaft position sensor 20 output signal data to 1/3 level, it should be used as one signal for every third data.

엔진 주파수Engine frequency 샘플링 주파수(

Figure 112018121447002-pat00004
)Sampling frequency (
Figure 112018121447002-pat00004
) RPMRPM
Figure 112018121447002-pat00005
Figure 112018121447002-pat00005
Figure 112018121447002-pat00006
Figure 112018121447002-pat00006
Figure 112018121447002-pat00007
Figure 112018121447002-pat00007
1One 1/21/2 1/31/3 1/41/4 ······ 1/151/15
15001500 5050 100100 400400 15001500 750750 500500 375375 ······ 100100 30003000 100100 200200 800800 30003000 15001500 10001000 750750 ······ 200200 40004000 133133 267267 10671067 40004000 20002000 13331333 10001000 ······ 267267 50005000 167167 333333 13331333 50005000 25002500 16671667 12501250 ······ 333333 60006000 200200 400400 16001600 60006000 30003000 20002000 15001500 ······ 400400

이 때, 상기 엔진 주파수는 엔진의 회전수와 엔진 기통에 따라 정해지며, 엔진의 회전수와 엔진 기통에 따른 엔진 주파수는

Figure 112018121447002-pat00008
(단, L은 엔진의 기통수)로 표현될 수 있다.At this time, the engine frequency is determined according to the engine speed and the engine cylinder, the engine frequency according to the engine speed and engine cylinder is
Figure 112018121447002-pat00008
(Where L is the number of cylinders of the engine).

흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정을 거치는 동안 크랭크축의 회전속도가 주기적으로 변화하게 되고, 크랭크축 위치 센서(20)는 플라이 휠(10)을 토대로 이와 같은 주기적인 회전 속도를 감지할 수 있다. During the four strokes of suction, compression, explosion, and exhaust, the rotational speed of the crankshaft changes periodically, and the crankshaft position sensor 20 can detect such periodic rotational speed based on the flywheel 10. .

또한, 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호에서는 특정 주파수 대역에서 주 신호가 나타날 수 있고, 주 신호가 나타내는 주파수 대역을 찾음으로써 엔진의 주파수(

Figure 112018121447002-pat00009
)를 산출할 수 있는 바, In addition, in the output signal of the crankshaft position sensor 20, a main signal may appear in a specific frequency band, and the frequency of the engine may be found by finding a frequency band indicated by the main signal.
Figure 112018121447002-pat00009
) Can be calculated,

본 발명의 다운 샘플링부(200)는 상기와 같은 과정을 거쳐 산출된 엔진의 주파수(

Figure 112018121447002-pat00010
)을 토대로 상기 상기 데이터 수집부(100)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 나이퀴스트 샘플링 기준 이상으로 다운 샘플링할 수 있다. 여기서, 나이퀴스트 샘플링 기준은 앞서 언급한 샘플링 주파수는 엔진 주파수의 2배 이상이 되어야 한다는 것을 의미한다.The down sampling unit 200 of the present invention is the frequency of the engine calculated through the above process (
Figure 112018121447002-pat00010
), Down-sampled the crankshaft position sensor output signal data during 1 to N cycles collected by the data collector 100 above the Nyquist sampling criterion. Here, the Nyquist sampling criterion means that the aforementioned sampling frequency should be more than twice the engine frequency.

상기 <표 1>를 참고하여 다운 샘플링부(200)의 다운 샘플링 과정에 대하여 보다 구체적으로 살펴보면, 엔진 주파수(

Figure 112018121447002-pat00011
)는 엔진의 기통수와 엔진 회전 속도(RPM)에 따라 달라질 수 있으며, 나이퀴스트 샘플링 이론에 따르면 신호 왜곡 없이 엔진 속도를 구현하기 위해서는 샘플링 주파수(
Figure 112018121447002-pat00012
)가 엔진 주파수의 2배(
Figure 112018121447002-pat00013
) 이상은 되어야 하는 바, 상기 다운 샘플링부(200)는 나이퀴스트 샘플링 기준에 맞추어 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 최대 1/15 수준까지 다운 샘플링할 수 있다.Referring to <Table 1> with reference to the down sampling process of the down sampling unit 200 in more detail, the engine frequency (
Figure 112018121447002-pat00011
) Depends on the number of cylinders in the engine and the engine speed (RPM), and according to the Nyquist sampling theory, to achieve engine speed without signal distortion,
Figure 112018121447002-pat00012
) Is twice the engine frequency (
Figure 112018121447002-pat00013
The down sampling unit 200 may downsample the crankshaft position sensor 20 output signal up to 1/15 level in accordance with the Nyquist sampling criteria.

이 때, 상기 다운 샘플링부(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 데이터 수집부(100)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 일정한 M개 간격으로 선택하여 저장하는 방식으로 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 최대 1/M 수준까지 다운 샘플링할 수 있다(단, M은 15 이하의 자연수이다.).At this time, the down sampling unit 200 selects the crankshaft position sensor 20 output signal data for 1 to N cycles collected by the data collection unit 100 at regular M intervals, as shown in FIG. 3. And down-sampling the crankshaft position sensor 20 output signal up to a level of 1 / M (however, M is a natural number of 15 or less).

또한, 상기 다운 샘플링부(200)는 단순히 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 일정한 M개 간격으로 선택하는 것이 아니라, M개의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터의 평균치를 산출하고, 산출된 평균치를 저장하는 방식으로 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 최대 1/M 수준까지 다운 샘플링할 수도 있다.In addition, the down sampling unit 200 does not simply select the crankshaft position sensor 20 output signal data at regular M intervals, but calculates an average value of the M crankshaft position sensor 20 output signal data. The crankshaft position sensor 20 output signal may be down sampled up to a level of 1 / M by storing the calculated average value.

앞서 살핀 바와 같이 다운 샘플링부(200)에서 나이퀴스트 샘플링 기준에 의해 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호를 최대 1/15 수준까지 다운 샘플링할 수 있음은 별론, 실용적인 관점에서는 샘플링 주파수(

Figure 112018121447002-pat00014
)가 엔진 주파수의 8배(
Figure 112018121447002-pat00015
) 수준인 것이 바람직하다고 알려져 있는 바, 상기 다운 샘플링부(200)는 상기 데이터 수집부(100)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 1/3 수준으로 다운 샘플링하는 것이 바람직하나, As described above, the down-sampling unit 200 can downsample the crankshaft position sensor 20 output signal up to a level of 1/15 based on the Nyquist sampling criterion.
Figure 112018121447002-pat00014
) Is eight times the engine frequency (
Figure 112018121447002-pat00015
It is known that the level of the down sampling unit 200, the crankshaft position sensor 20 output signal data for 1 to N cycles collected by the data collection unit 100 to 1/3 level Down sampling is preferred,

일반적인 다운 샘플링 과정과 달리 엔진 실화 진단 과정에서는 시간 영역의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호가 주파수 영역으로 변환된 후, 다시 시간 영역으로 재 변환될 필요가 없어, 샘플링 주파수(

Figure 112018121447002-pat00016
)를 엔진 주파수의 8배(
Figure 112018121447002-pat00017
) 수준보다 낮게 선정하더라도 무관하므로, 상기 다운 샘플링부(200)는 상기와 같은 엔진 실화 진단 과정의 특성을 고려하여 상기 데이터 수집부(100)로부터 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 1/6 이상 1/2 이하 수준으로 다운 샘플링하는 것이 가장 바람직하다.Unlike the general downsampling process, in the engine misfire diagnosis process, the output signal of the crankshaft position sensor 20 in the time domain is not converted into the frequency domain and then again converted into the time domain.
Figure 112018121447002-pat00016
) Is eight times the engine frequency (
Figure 112018121447002-pat00017
Since it is irrelevant even if it is selected to be lower than the level, the down sampling unit 200 takes into account the characteristics of the engine misfire diagnosis process as described above, and the crankshaft position sensor (1 to N cycles) collected from the data collection unit 100 for 1 to N cycles. 20) It is most preferable to downsample the output signal data to the level of 1/6 or more and 1/2 or less.

다음으로, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템은 신호 처리부(300)를 구비하여 상기 다운 샘플링부(200)에서 다운 샘플링된 1부터 N 사이클 동안의 플라이 휠(10)의 외주면에 형성된 치(Tooth) 개수의 2배만큼의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호(Tooth time signal)를 수신한 후, 1 사이클 당 크랭크축이 720° 회전하는 과정에서 수신된 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호가 중복되므로, 수신된 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호 데이터의 절반은 필터를 통해 걸러낸다.Next, the engine misfire diagnosis system of the present invention includes a signal processing unit 300 and the number of teeth formed on the outer circumferential surface of the flywheel 10 during 1 to N cycles downsampled by the down sampling unit 200. After receiving the output signal (Tooth time signal) of the crankshaft position sensor 20 by 2 times, the output signal of the crankshaft position sensor 20 received in the course of rotating the crankshaft 720 ° per cycle Since it is redundant, half of the output signal data of the received crankshaft position sensor 20 is filtered through the filter.

또한, 상기 신호 처리부(300)는 상기와 같은 과정을 거쳐 걸러진 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호 데이터를 필터를 통해 한 번 더 걸려 기 설정된 하모닉 차수까지의 데이터만을 최종적으로 걸러낸다.In addition, the signal processor 300 finally filters the output signal data of the crankshaft position sensor 20 filtered through the above process through a filter to finally filter only data up to a preset harmonic order.

예를 들어, 기 설정된 하모닉 차수가 6인 경우, 상기 신호 처리부(300)는 필터 처리 과정을 통해 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 하모닉 차수가 1일 때부터 6일 때까지의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호까지 줄일 수 있으며, 이로써 ECU에서의 연산 과정을 단순화하고, 연산 속도를 향상시킬 수 있다.For example, when the preset harmonic order is 6, the signal processing unit 300 receives the output signal of the crankshaft position sensor 20 through a filter process from the harmonic order of 1 to 6 crankshaft. The output signal of the position sensor 20 can be reduced, thereby simplifying the calculation process in the ECU and improving the calculation speed.

다음으로, 본 발명의 상기 이산 푸리에 변환부(200)는 상기 신호 처리부(300)에서 처리된 1부터 N 사이클 동안(여기서, 1 사이클은 크랭크축이 720° 회전하는 구간이며, N 사이클은 크랭크축의 720° 회전이 N번 반복되는 구간을 의미한다.)의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호 데이터와 크랭크축의 각속도(플라이 휠의 각속도)를 이용하여 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)하여 주파수 영역으로 변환시키는 역할을 한다.Next, the Discrete Fourier Transformer 200 of the present invention is one to N cycles processed by the signal processor 300 (wherein, one cycle is a section in which the crankshaft rotates by 720 °, and N cycles of the crankshaft The output signal of the crankshaft position sensor 20 using the output signal data of the crankshaft position sensor 20 and the angular velocity of the crankshaft (angular velocity of the flywheel). Discrete Fourier Transform (DFT) is used to transform the frequency domain.

앞서 언급한 바와 같이 일 실시예로 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 1/3 수준으로 다운 샘플링할 수 있는데, 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 다운 샘플링하지 않고 그대로 이산 푸리에 변환한 결과와 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 1/3 수준으로 다운 샘플링한 후의 이산 푸리에 변환한 결과는 도 4에 도시된 바와 동일하므로, 이산 푸리에 변환부(400)에서 다운 샘플링부(200)에서 다운 샘플링된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이산 푸리에 변환하더라도 엔진 실화 진단의 정밀성에는 영향을 끼치지 않게 된다.As mentioned above, in one embodiment, the crankshaft position sensor 20 output signal data can be downsampled to a third level, and the discrete Fourier transformation is performed without downsampling the crankshaft position sensor 20 output signal data. Since the results of the discrete Fourier transform after down-sampling the crankshaft position sensor 20 output signal data to a third level are the same as those illustrated in FIG. 4, the downsampler ( Discrete Fourier transforming the output signal of the crankshaft position sensor 20 during 1 to N cycles downsampled in 200 does not affect the precision of the engine misfire diagnosis.

이 때, 크랭크축 위치 센서(20)의 출력 신호를 이산 푸리에 변환하는 과정은 종래에 알려진 방식과 동일하므로, 본 발명에서는 이산 푸리에 변환부(400)의 이산 푸리에 변환 과정에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.In this case, since the process of discrete Fourier transforming the output signal of the crankshaft position sensor 20 is the same as the conventionally known method, a detailed description of the discrete Fourier transforming process of the discrete Fourier transform unit 400 is omitted in the present invention. do.

다음으로, PSD 산출부(500)는 상기 이산 푸리에 변환부(400)에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 역할을 한다.Next, the PSD calculator 500 calculates a power spectral density based on the output signal data of the crankshaft position sensor 20 discretely Fourier transformed by the Discrete Fourier Transformer 400.

이 때, 파워 스펙트럼 밀도는 단위 주파수 당 에너지 밀도를 의미하며, 상기 PSD 산출부(500)에서 산출된 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터의 파워 스펙트럼 밀도 값은 실화 발생 진단부(600)로 송신되어, 본 발명의 엔진 실화 진단 시스템에서 실화 발생 진단에 활용될 수 있다.In this case, the power spectral density means the energy density per unit frequency, and the power spectral density value of the crankshaft position sensor 20 output signal data calculated by the PSD calculator 500 to the misfire occurrence diagnosis unit 600. Can be used to diagnose misfire occurrence in the engine misfire diagnosis system of the present invention.

마지막으로, 실화 발생 진단부(600)는 앞서 살핀 바와 같이 상기 PSD 산출부(500)에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도를 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 역할을 하며, 이하에서는 도 5를 중심으로 실화 발생 진단부(600)의 엔진 실화 진단 과정에 대해 보다 구체적으로 살펴보도록 한다.Lastly, as described above, the misfire occurrence diagnosis unit 600 diagnoses misfire in the engine based on the power spectral density calculated by the PSD calculator 500. The engine misfire diagnosis process of the generation diagnosis unit 600 will be described in more detail.

반복 시험 결과, 엔진 내 정상 연소가 이루어진 경우에는 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호에 대한 파워 스펙트럼 밀도의 최대 값이 하모닉차수가 4N일 때(k=4N) 나타나며, 이와 달리 엔진 내 일부 실린더에서 실화가 발생한 경우에는 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호에 대한 파워 스펙트럼 밀도의 최대 값이 하모닉차수가 4N이 아닐 때(k≠4N)에서 나타난다는 것이 확인되었으며, 일 예시로 4 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 토대로 엔진 실화 여부를 진단함에 있어 ⅰ) 엔진 내 정상 연소가 이루어진 경우에는 도 5 (a)에 도시된 바와 같이 하모닉차수가 16(k= 4 X 4 = 16)일 때 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나고, ⅱ) 엔진 내 일부 실린더에서 실화가 발생한 경우에는 도 5 (b)에 도시된 바와 같이 하모닉차수가 16이 아닐 때(k≠16) 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나게 된다.As a result of the repeated test, when the normal combustion in the engine is made, the maximum value of the power spectral density for the crankshaft position sensor 20 output signal for 1 to N cycles appears when the harmonic order is 4N (k = 4N). Otherwise, when misfire occurs in some cylinders in the engine, it was confirmed that the maximum value of the power spectral density for the crankshaft position sensor 20 output signal appears when the harmonic order is not 4N (k ≠ 4N). In diagnosing engine misfire based on the crankshaft position sensor 20 output signal data for 4 cycles, the harmonic order is 16 (k) as shown in FIG. = 4 X 4 = 16), the maximum value of the power spectral density appears, and ii) when misfire occurs in some cylinders in the engine, as shown in FIG. When not 16 (k ≠ 16), the maximum value of the power spectral density appears.

본 발명의 실화 발생 진단부(600)는 상기와 시험 결과와 같이 실화 발생 유무에 따라 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호에 대한 파워 스펙트럼 밀도의 최대 값이 나타나는 하모닉차수 값이 다르다는 점에 주목하여, ⅰ) 하모닉차수 값이 4N일 때, 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우에는 엔진이 정상 연소 한 것으로 진단하고, ⅱ) 하모닉차수 값이 4N이 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우에는 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단할 수 있다.The misfire occurrence diagnosis unit 600 according to the present invention has a harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density with respect to the output signal of the crankshaft position sensor 20 for 1 to N cycles is displayed according to whether misfire has occurred as described above and the test result. Note that this is different, i) when the harmonic order value is 4N, if the maximum value of the power spectral density appears, the engine is diagnosed as normal combustion; and ii) the power spectral density when the harmonic order value is not 4N. If the maximum value of appears, it can be diagnosed that a misfire has occurred in the engine.

이와 같이 본 발명의 실화 발생 진단부(600)는 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만으로도 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있으므로, ECU의 계산 속도 향상 및 계산 부하 저감하는 측면에서 상기 PSD 산출부(500)에서 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출해내는 것이 바람직하며, As described above, the misfire occurrence diagnosis unit 600 of the present invention can diagnose whether misfire has occurred in the engine by using only the power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less. Preferably, the PSD calculator 500 calculates only a power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less.

하모닉차수 값이 4N보다 클 때의 파워 스펙트럼 밀도 값은 엔진 실화 진단에 영향을 주지 않으므로, 상기와 같이 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출해내더라도 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 데는 무관하다.Since the power spectral density value when the harmonic order value is larger than 4N does not affect the engine misfire diagnosis, even if only the power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less is calculated as described above, the diagnosis of misfire in the engine is performed. It doesn't matter.

다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법에 대하여 살펴보도록 한다.Next, the engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.

이 때, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 엔진 실화 진단 방법의 순서도이며, 본 발명의 엔진 실화 진단 방법의 각 과정(단계)에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하도록 한다.6 is a flowchart of an engine misfire diagnosis method according to another embodiment of the present invention, and the detailed description of each process (step) of the engine misfire diagnosis method according to the present invention is the same as described above, The description will be omitted.

본 발명은 또 다른 실시예로 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 방법에 있어서, 1부터 N 사이클 동안 크랭크축 위치 센서의 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계(S210), 상기 데이터 수집 단계(S210)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 일정한 간격으로 다운 샘플링(Down sampling)하는 다운 샘플링 단계(S220), 상기 다운 샘플링 단계(S220)에서 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환 단계(S230), 상기 이산 푸리에 변환 단계(S230)에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출 단계(S240) 및 상기 PSD 산출 단계(S240)에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수(Harmonic order) 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단 단계(S250)를 포함하는 엔진 실화 진단 방법(S200)을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, a method for diagnosing whether misfire in a four-cylinder engine is generated by using an output signal of a crankshaft position sensor includes collecting output signal data of the crankshaft position sensor for 1 to N cycles. Down sampling step (S220) for down sampling the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step (S210) and the data collection step (S210) at regular intervals, the down Discrete Fourier Transform step (S230) for converting the down-sampled crankshaft position sensor output signal data in the sampling step (S220), the discrete Fourier transformed crankshaft position sensor output signal data in the discrete Fourier transform step (S230) PSD calculation step (S240) for calculating a power spectral density (PSD) on the basis of the power calculated in the PSD calculation step (S240) On the basis of the harmonic order (Harmonic order) value up to the value that appears in the spectrum density provides an engine misfire diagnostic method (S200) comprising a misfire has occurred diagnostic step (S250) for diagnosing whether or not a misfire occurs in the engine.

이 때, 상기 다운 샘플링 단계(S220)는 상기 상기 데이터 수집 단계(S210)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 나이퀴스트 샘플링 기준 이상으로 다운 샘플링함으로써, 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 최대 1/15까지 다운 샘플링할 수 있으나, At this time, the down sampling step (S220) is to down-sample the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step (S210) above the Nyquist sampling reference, the crankshaft position You can downsample the sensor output signal data up to 1/15,

실용적인 측면을 고려하였을 때는 샘플링 주파수(

Figure 112018121447002-pat00018
)가 엔진 주파수의 8배(
Figure 112018121447002-pat00019
) 수준이 되도록 다운 샘플링하는 것이 낫다고 알려져 있는 바, 상기 다운 샘플링 단계(S220)는 상기 데이터 수집 단계(S210)에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 1/3 수준으로 다운 샘플링하는 것이 바람직하나,In practical terms, the sampling frequency (
Figure 112018121447002-pat00018
) Is eight times the engine frequency (
Figure 112018121447002-pat00019
It is known that it is better to downsample to a level of), and the downsampling step (S220) causes the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step (S210) to 1/3 level. Down sampling is preferred,

일반적인 다운 샘플링 과정과 달리 엔진 실화 진단 과정에서는 시간 영역의 크랭크축 위치 센서 출력 신호가 주파수 영역으로 변환된 후, 다시 시간 영역으로 재 변환될 필요가 없어, 샘플링 주파수(

Figure 112018121447002-pat00020
)를 엔진 주파수의 8배(
Figure 112018121447002-pat00021
) 수준보다 낮게 선정하더라도 무관하므로, 다운 샘플링 단계(S220)에서는 상기와 같은 엔진 실화 진단 과정의 특성을 고려하여 상기 데이터 수집 단계(S210)로부터 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서(20) 출력 신호 데이터를 1/6 이상 1/2 이하 수준으로 다운 샘플링하는 것이 가장 바람직하다.Unlike the general downsampling process, the engine misfire diagnosis process does not need to convert the crankshaft position sensor output signal in the time domain into the frequency domain and then convert it back into the time domain.
Figure 112018121447002-pat00020
) Is eight times the engine frequency (
Figure 112018121447002-pat00021
Since it is irrelevant even if it is selected below the level, the down-sampling step (S220) takes into account the characteristics of the engine misfire diagnosis process as described above, and the crankshaft position sensor (20) for 1 to N cycles collected from the data collection step (S210). It is most preferable to downsample the output signal data to a level of 1/6 or more and 1/2 or less.

또한, 엔진 내 정상 연소가 이루어진 경우에는 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호에 대한 파워 스펙트럼 밀도의 최대 값이 하모닉차수가 4N일 때(k=4N) 나타나며, 엔진 내 일부 실린더에서 실화가 발생한 경우에는 크랭크축 위치 센서 출력 신호에 대한 파워 스펙트럼 밀도의 최대 값이 하모닉차수가 4N이 아닐 때(k≠4N)에서 나타나는 바, In addition, when normal combustion occurs in the engine, the maximum value of the power spectral density for the crankshaft position sensor output signal for 1 to N cycles appears when the harmonic order is 4N (k = 4N), and is misfired in some cylinders of the engine. In the case of, the maximum value of the power spectral density for the crankshaft position sensor output signal appears when the harmonic order is not 4N (k ≠ 4N).

상기 실화 발생 진단 단계(S250)는 ⅰ) 하모닉차수 값이 4N일 때, 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우에는 엔진이 정상 연소 한 것으로 진단하고, ⅱ) 하모닉차수 값이 4N이 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우에는 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단할 수 있다.In the misfire occurrence diagnosis step (S250), i) when the harmonic order value is 4N, when the maximum value of the power spectral density appears, the engine is diagnosed as normal combustion, and ii) when the harmonic order value is not 4N. If the maximum value of the spectral density appears, it can be diagnosed that misfire in the engine has occurred.

아울러, 상기와 같이 실화 발생 진단 단계(S250)에서 하모닉차수가 4N 이하의 파워 스펙트럼 밀도 값만으로도 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있게 됨에 따라, 상기 PSD 산출 단계(S240)에서는 하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출함으로써, ECU의 연산량을 저감시켜 ECU 계산 속도를 향상시킬 수 있다.In addition, as described above, it is possible to diagnose whether misfire has occurred in the engine by using only a power spectral density value of 4N or less harmonic order in the misfire occurrence diagnosis step (S250). By calculating only the power spectral density values below, it is possible to reduce the amount of calculation of the ECU and improve the ECU calculation speed.

정리하면, 본 발명의 상기 엔진 실화 진단 시스템 및 방법은 엔진 실화 진단 과정에 나이퀴스트 샘플링 이론을 적용하여 ECU의 연산량을 줄임으로써, ECU 계산 속도를 향상시키고, ECU에 가해지는 계산 부하를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 주파수 분석 방식을 이용한 엔진 실화 진단 과정에서 바람직한 다운 샘플링 기준을 제시함으로써, 주파수 분석 방식의 실용성 향상에 기여할 수 있다.In summary, the engine misfire diagnosis system and method of the present invention apply Nyquist sampling theory to the engine misfire diagnosis process to reduce the amount of ECU computation, thereby improving the ECU calculation speed and reducing the computational load on the ECU. In addition, by presenting a desirable down-sampling criterion in the engine misfire diagnosis process using the frequency analysis method, it can contribute to improving the practicality of the frequency analysis method.

본 발명에서는 4기통 엔진 내에서 다운 샘플링 후, 실화 발생 여부를 진단하는 과정을 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 엔진 실화 발생 여부 진단 과정은 4기통 엔진에 한정되는 것은 아니며, 8기통, 16기통 엔진 등 다양한 종류의 엔진에 확대 적용할 수 있음 당연하다.In the present invention, after downsampling in a four-cylinder engine, the process of diagnosing a misfire has been described. However, the engine misfire diagnosis process of the present invention is not limited to a four-cylinder engine. Naturally, it can be extended to various types of engines.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the above has been shown and described with respect to preferred embodiments and applications of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments and applications described above, the invention without departing from the gist of the invention claimed in the claims Various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or the prospect of the present invention.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 데이터 수집부
200 : 다운 샘플링부
300 : 신호 처리부
400 : 이산 푸리에 변환부
500 : PSD 산출부
600 : 실화 발생 진단부
100: data collection unit
200: down sampling unit
300: signal processing unit
400: Discrete Fourier Transform
500: PSD calculation unit
600: misfire occurrence diagnosis unit

Claims (10)

크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 시스템에 있어서,
1부터 N 사이클 동안 크랭크축 위치 센서의 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 일정한 간격으로 다운 샘플링(Down sampling)하는 다운 샘플링부;
상기 다운 샘플링부에서 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환부;
상기 이산 푸리에 변환부를 통해 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출부; 및
상기 PSD 산출부에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단부;
를 포함하고,
상기 실화 발생 진단부는,
하모닉차수 값이 4N이 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 시스템. (단, N은 자연수이다.)
In the system capable of diagnosing the occurrence of misfire in the four-cylinder engine using the output signal of the crankshaft position sensor,
A data collector configured to collect output signal data of the crankshaft position sensor for 1 to N cycles;
A down sampling unit for down sampling the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected by the data collection unit at regular intervals;
A discrete Fourier transform unit for performing discrete Fourier transform on the down-sampled crankshaft position sensor output signal data;
A PSD calculator configured to calculate a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data discretely Fourier transformed by the discrete Fourier transform unit; And
A misfire occurrence diagnosis unit for diagnosing whether misfire has occurred in the engine based on a harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated by the PSD calculator is displayed;
Including,
The misfire occurrence diagnosis unit,
An engine misfire diagnosis system comprising diagnosing a misfire in an engine when the maximum value of the power spectral density appears when the harmonic order value is not 4N. (N is a natural number.)
제1항에 있어서,
상기 다운 샘플링부는,
상기 상기 데이터 수집부에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 나이퀴스트 샘플링 기준 이상으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 시스템.
The method of claim 1,
The down sampling unit,
And down-sample the crankshaft position sensor output signal data during the 1 to N cycles collected by the data collection unit above the Nyquist sampling criterion.
제2항에 있어서,
상기 다운 샘플링부는,
상기 데이터 수집부에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 1/6 이상 1/2 이하 수준으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 시스템.
The method of claim 2,
The down sampling unit,
The engine misfire diagnosis system, characterized in that the down-sample the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected by the data collection unit to 1/6 or more and 1/2 or less.
제1항에 있어서,
상기 PSD 산출부는,
하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출해내는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 시스템.
The method of claim 1,
The PSD calculation unit,
The engine misfire diagnosis system, wherein only the power spectral density value is calculated when the harmonic order value is 4N or less.
삭제delete 크랭크축 위치 센서의 출력 신호를 이용하여 4기통 엔진 내 실화 발생 여부를 진단할 수 있는 방법에 있어서,
1부터 N 사이클 동안 크랭크축 위치 센서의 출력 신호 데이터를 수집하는 데이터 수집 단계;
상기 데이터 수집 단계에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 일정한 간격으로 다운 샘플링(Down sampling)하는 다운 샘플링 단계;
상기 다운 샘플링 단계에서 다운 샘플링된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 이산 푸리에 변환하는 이산 푸리에 변환 단계;
상기 이산 푸리에 변환 단계에서 이산 푸리에 변환된 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 토대로 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 산출하는 PSD 산출 단계; 및
상기 PSD 산출 단계에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 하모닉차수 값을 토대로 엔진 내 실화 발생 여부를 진단하는 실화 발생 진단 단계;
를 포함하고,
상기 실화 발생 진단 단계는,
하모닉차수 값이 4N이 아닌 값에서 파워 스펙트럼 밀도의 최대값이 나타나는 경우, 엔진 내 실화가 발생한 것으로 진단하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 방법. (단, N은 자연수이다.)
In the method for diagnosing the occurrence of misfire in the four-cylinder engine using the output signal of the crankshaft position sensor,
A data collection step of collecting output signal data of the crankshaft position sensor for 1 to N cycles;
A down sampling step of down sampling the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step at regular intervals;
A discrete Fourier transform step of performing discrete Fourier transform on the down-sampled crankshaft position sensor output signal data;
A PSD calculation step of calculating a power spectral density (PSD) based on the crankshaft position sensor output signal data which is discrete Fourier transformed in the discrete Fourier transforming step; And
A misfire occurrence diagnosis step of diagnosing the occurrence of misfire in the engine on the basis of the harmonic order value in which the maximum value of the power spectral density calculated in the PSD calculation step appears;
Including,
The misfire occurrence diagnosis step,
An engine misfire diagnosis method comprising diagnosing a misfire in an engine when the maximum value of the power spectral density appears when the harmonic order value is not 4N. (N is a natural number.)
제6항에 있어서,
상기 다운 샘플링 단계는,
상기 상기 데이터 수집 단계에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 나이퀴스트 샘플링 기준 이상으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 방법.
The method of claim 6,
The down sampling step,
And down-sample the crankshaft position sensor output signal data for 1 to N cycles collected in the data collection step above the Nyquist sampling criterion.
제7항에 있어서,
상기 다운 샘플링 단계는,
상기 데이터 수집 단계에서 수집된 1부터 N 사이클 동안의 크랭크축 위치 센서 출력 신호 데이터를 1/6 이상 1/2 이하 수준으로 다운 샘플링하는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 방법.
The method of claim 7, wherein
The down sampling step,
And down-sample the crankshaft position sensor output signal data during 1 to N cycles collected in the data collection step to 1/6 or more and 1/2 or less.
제6항에 있어서,
상기 PSD 산출 단계는,
하모닉차수 값이 4N 이하일 때의 파워 스펙트럼 밀도 값만을 산출해내는 것을 특징으로 하는 엔진 실화 진단 방법.
The method of claim 6,
The PSD calculation step,
An engine misfire diagnosis method comprising calculating only the power spectral density value when the harmonic order value is 4N or less.
삭제delete
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