KR102198725B1 - 자동차 주행안전부품 자가진단 장치 - Google Patents

자동차 주행안전부품 자가진단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 주행안전부품 자가진단 장치에 관한 것으로, 도로를 주행 중인 차량에 설치되어 동작하는 복수의 센서들로부터 자가진단을 위한 진단 데이터를 수신하는 진단 데이터 수신부; 상기 진단 데이터를 기초로 상기 도로의 노면 상태를 검출하는 노면 상태 검출부; 상기 노면 상태가 정상인 경우 상기 진단 데이터의 차량속도에 따라 복수의 주행안전부품들 중에서 진단 대상을 결정하는 진단 대상 결정부; 상기 진단 대상에 따라 상기 휠 3축 가속도의 진단 축을 결정하고 상기 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 주파수 분석을 수행하는 주파수 분석 수행부; 및 상기 주파수 분석 결과를 기초로 상기 진단 대상에 대한 이동평균을 산출하고 상기 이동평균이 임계 기준을 초과한 횟수를 카운팅하여 상기 진단 대상에 관한 이상을 진단하는 이상진단 수행부를 포함한다.

Description

자동차 주행안전부품 자가진단 장치{VEHICLE DRIVING SAFETY PARTS SELF-DIAGNOSTIC APPARATUS}
본 발명은 자동차 주행안전부품 자가진단 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행 중인 차량의 주행안전부품을 실시간으로 자가진단할 수 있는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치에 관한 것이다.
차량이 전자화 되고 자율주행으로 발전하면서 기존의 전통적인 볼조인트, 휠베어링, 타이어, 등속조인트, 브레이크 등 주행안전부품에 대한 연구는 점차 줄어들고 있다. 주행안전부품은 내구시험을 통해 성능을 검증한 후 생산되고 있으나, B10, B5 수명으로 평가할 때 10%, 5%정도는 내구성능을 보장하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 주행안전부품은 고장시 큰 차량사고로 이어질 수 있는 만큼 작은 비율의 고장발생이라 하더라도 모니터링하고 진단할 수 있는 기술이 필요하다.
특히, 종래에는 차량속도를 측정할 때 휠속도 센서 신호를 이용하고 있어 완성차 업체 외의 자동차 용품 제조업체가 적용하기 어렵고, 샤시부품 진단 모델링으로 밴드패스 필터와 RMS를 사용하고 있어 부품간 구분이 어렵고 노이즈가 많이 포함될 수 있는 문제점이 존재한다.
한국등록특허 제10-0603478(2006.07.13)호는 자동차 부품 시스템을 검사하기 위한 온보드 진단장치에 관한 것으로, 이 온보드 진단 장치는 적어도 하나의 신호가 온보드 진단 장치 내에 결합 가능하며, 상기 신호에 의해 온보드 진단 장치 측에서의 시험 기능의 개시가 차단되고, 상기 신호에 의해 온보드 진단 장치에 의해 실행되는 적어도 하나의 시험 기능이 소정의 개시 조건과는 독립적으로 개시 가능하며 그리고/또는 시험 기능의 완료가 변경 가능한 것을 특징으로 한다.
한국공개특허 제10-2002-0014313(2002.02.25)호는 자동차의 자기진단 장치에 관한 것으로, 자동차에 구비된 각종 콘트롤러로부터 해당 제어대상의 장비부품에 대한 이상유무를 검출할 수 있는 고장진단장비를 갖추고서, 이를 통해 이상부위에 대한 정확한 고장내용을 파악한 다음 이를 유/무선통신을 송출할 수 있도록 하여, 정비시 정확하고도 신속한 대응조치를 취할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
한국등록특허 제10-0603478(2006.07.13)호 한국공개특허 제10-2002-0014313(2002.02.25)호
본 발명의 일 실시예는 주행 중인 차량의 주행안전부품을 실시간으로 자가진단하여 이상 여부를 실시간으로 확인할 수 있는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 차량속도를 측정할 때 휠속도 센서를 사용하지 않고 진단 ECU에 내장된 GPS로부터 차량속도를 산출하고, 진단 ECU에 내장된 차체 가속도 센서를 이용하여 가감속을 측정함으로써 차량정보 접근성을 향상시켜 완성차 업체 이외의 자동차 용품 제조업체가 쉽게 적용할 수 있는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 주행안전부품 진단 모델링에 주파수 분석기법을 사용하여 각 부품의 고장모드를 분리하고 신호 노이즈를 제거하여 진단 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 자동차 주행안전부품 자가진단 장치는 도로를 주행 중인 차량에 설치되어 동작하는 복수의 센서들로부터 자가진단을 위한 진단 데이터를 수신하는 진단 데이터 수신부; 상기 진단 데이터를 기초로 상기 도로의 노면 상태를 검출하는 노면 상태 검출부; 상기 노면 상태가 정상인 경우 상기 진단 데이터의 차량속도에 따라 복수의 주행안전부품들 중에서 진단 대상을 결정하는 진단 대상 결정부; 상기 진단 대상에 따라 상기 휠 3축 가속도의 진단 축을 결정하고 상기 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 주파수 분석을 수행하는 주파수 분석 수행부; 및 상기 주파수 분석 결과를 기초로 상기 진단 대상에 대한 이동평균을 산출하고 상기 이동평균이 임계 기준을 초과한 횟수를 카운팅하여 상기 진단 대상에 관한 이상을 진단하는 이상진단 수행부를 포함한다.
상기 진단 데이터 수신부는 상기 차량의 각 바퀴 너클에 설치된 3축 가속도 센서로부터 측정된 가속도 신호, 상기 차량의 진단제어 유닛(ECU) 내부에 설치된 GPS 센서로부터 측정된 차량속도 및, 상기 진단제어 유닛 내부에 설치된 종방향 가속도 센서로부터 측정된 가감속 신호를 상기 진단 데이터로서 수신할 수 있다.
상기 노면 상태 검출부는 상기 진단 데이터의 휠 3축 가속도에 대해 가속도 축을 분리하고 Z축 가속도의 RMS가 2g 이하인 경우 상기 노면 상태를 일반 포장도로로서 검출할 수 있다.
상기 진단 대상 결정부는 상기 차량속도에 따라, 5 ~ 60 km/h인 경우 휠 얼라이먼트, 댐퍼 및 등속조인트를 상기 진단 대상으로 결정하고, 5 ~ 100 km/h인 경우 볼 조인트를 상기 진단 대상으로 결정하며, 30 ~ 80 km/h인 경우 휠 베어링을 상기 진단 대상으로 결정하고, 40 ~ 120 km/h인 경우 타이어 공기압을 상기 진단 대상으로 결정하며, 60 ~ 120 km/h인 경우 등속조인트를 상기 진단 대상으로 결정하고, 60 ~ 160 km/h인 경우 휠 밸런스를 상기 진단 대상으로 결정할 수 있다.
상기 주파수 분석 수행부는 상기 진단 대상에 따라, 휠 밸런스, 볼 조인트 및 브레이크 저더인 경우 휠 X축 가속도를 상기 진단 축으로 결정하고, 휠 얼라이먼트 및 등속조인트인 경우 휠 Y축 가속도를 상기 진단 축으로 결정하며, 휠 베어링, 타이어 공기압 및 댐퍼인 경우 휠 Z축 가속도를 상기 진단 축으로 결정할 수 있다.
상기 주파수 분석 수행부는 상기 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 파워 스펙트럼 계산을 수행하여 주파수 분포를 분석할 수 있다.
상기 이상진단 수행부는 상기 진단 대상에 따라, 휠 밸런스 또는 등속조인트인 경우 휠 회전주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하고, 볼 조인트인 경우 100 ~ 400Hz 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하며, 휠 얼라이먼트인 경우 200 ~ 400 Hz 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하고, 휠 베어링인 경우 플래킹 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하며, 타이어 공기압 또는 댐퍼인 경우 공진주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하고, 브레이크 저더인 경우 20 Hz 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출할 수 있다.
상기 이상진단 수행부는 상기 이동평균이 상기 임계 기준을 초과한 횟수가 10회 이상 반복되는 경우 상기 이상으로서 진단할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 주행안전부품 자가진단 장치는 차량속도를 측정할 때 휠속도 센서를 사용하지 않고 진단 ECU에 내장된 GPS로부터 차량속도를 산출하고, 진단 ECU에 내장된 차체 가속도 센서를 이용하여 가감속을 측정함으로써 차량정보 접근성을 향상시켜 완성차 업체 이외의 자동차 용품 제조업체가 쉽게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 주행안전부품 자가진단 장치는 주행안전부품 진단 모델링에 주파수 분석기법을 사용하여 각 부품의 고장모드를 분리하고 신호 노이즈를 제거하여 진단 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 주행안전부품 자가진단 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 자가진단 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 도 1의 자가진단 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 1의 자가진단 장치에서 수행되는 자동차 주행안전부품 자가진단 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 주행안전부품 자가진단 장치의 전체적인 동작을 설명하는 개념도이다.
도 6은 각 주요안전부품별 진단 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 "차량(vehicle)", "차량의(vehicular)" 또는 다른 유사한 용어는 자동차들, 일반적으로 스포츠 유틸리티 차량들(SUV)을 포함하는 자가용들(passenger automobiles), 버스들, 트럭들, 다양한 상업 차량들, 다양한 보트들 및 배들을 포함하는 선박, 비행기 등을 포함하고, 그리고 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 수소 동력 차량들과 다른 대체 연료(예를 들어, 석유가 아닌 자원들로부터 유도된 연료들) 차량들을 포함하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 언급되는 바와 같이, 전기 자동차(EV)는 자신의 이동 능력들(locomotion capabilities)의 부분으로서, 충전 가능한 에너지 저장 장치(예를 들어, 하나 이상의 재충전 가능한 전기 화학적 셀 또는 다른 유형의 배터리)로부터 얻어지는 전기 동력을 포함하는 차량이다. EV는 자동차에 한정되는 것이 아니고 모터 사이클들, 카트들, 스쿠터들 등을 포함할 수 있다. 또한, 하이브리드 자동차는, 두 개 이상의 전력 소스, 일례로 가솔린 기반 동력 및 전기 기반 동력을 갖는 차량이다(예를 들어, 하이브리드 전기 자동차(HEV)).
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 주행안전부품 자가진단 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 자동차 주행안전부품 자가진단 시스템(100)은 복수의 센서들(110), 자가진단 장치(130) 및 데이터베이스(150)를 포함할 수 있다.
복수의 센서들(110)은 차량에 설치되어 차량의 상태를 모니터링하기 위한 관련 데이터를 측정할 수 있다. 예를 들어, 가속 페달 센서, 브레이크 페달 센서, 타이밍 벨트 진동 센서, 휠 가속도 센서, 차체 가속도 센서, 차체 경사각 센서, 차체 진동 센서, GPS(Global Positioning System) 센서, 유량계, 엔진 회전수 센서, 차속 센서, 너클 진동 센서 및 조향각 센서 등을 포함할 수 있다. 복수의 센서들(110)은 자가진단 장치(130)와 네트워크를 통해 연결되어 측정된 센서 신호를 실시간으로 또는 주기적으로 전송할 수 있다.
자가진단 장치(130)는 차량을 구성하는 주행안전부품의 이상을 진단하고 사용자에게 관련 정보를 제공할 수 있는 컴퓨터 또는 프로그램에 해당하는 서버로 구현될 수 있다. 여기에서, 안전부품은 차량을 구성하는 부품들 중에서 결함이 발생하는 경우 차량 및 탑승자의 안전에 영향을 미칠 수 있는 부품에 해당할 수 있다. 자가진단 장치(130)는 차량에 설치된 복수의 센서들(110)과 블루투스, WiFi 등을 통해 무선으로 연결될 수 있고, 네트워크를 통해 복수의 센서들(110)과 데이터를 주고받을 수 있다.
일 실시예에서, 자가진단 장치(130)는 차량 내부에 포함되어 구현될 수 있다. 또한, 자가진단 장치(130)는 데이터베이스(150)를 포함하여 구현될 수 있고, 데이터베이스(150)와 독립적으로 구현될 수 있다. 데이터베이스(150)와 독립적으로 구현된 경우 자가진단 장치(130)는 데이터베이스(150)와 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터를 주고받을 수 있다.
일 실시예에서, 자가진단 장치(130)는 센서 신호측정 단계, 포장도로 구분 단계, 속도영역 분리 단계, 가속도 축 분리 단계, 주파수 분석 단계, 이동평균 산출 단계, 반복성 확인 단계 및 주행안전부품 이상 경고 단계를 순차적으로 수행함으로써 차량의 주행안전부품에 대한 자가진단을 수행할 수 있다.
데이터베이스(150)는 차량의 주행안전부품에 관한 이상을 진단하기 위해 필요한 다양한 정보들을 저장할 수 있다. 데이터베이스(150)는 차량 및 차량을 구성하는 다양한 주행안전부품들에 관한 정보를 저장할 수 있고, 차량으로부터 수신한 복수의 센싱 신호들을 저장할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 복수의 센싱 신호들을 기초로 차량의 주행안전부품을 자가진단하는 과정에서 다양한 형태로 수집 또는 가공된 정보들을 저장할 수 있다
도 2는 도 1에 있는 자가진단 장치의 물리적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 자가진단 장치(130)는 프로세서(210), 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270) 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다.
프로세서(210)는 복수의 센서들(110)로부터 수집된 센서 신호를 이용하여 차량의 주행안전부품에 대한 이상을 진단하는 과정에서의 각 동작들을 처리하는 프로시저를 실행할 수 있고, 그 과정 전반에서 읽혀지거나 작성되는 메모리(230)를 관리할 수 있으며, 메모리(230)에 있는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리 간의 동기화 시간을 스케줄할 수 있다. 프로세서(210)는 자가진단 장치(130)의 동작 전반을 제어할 수 있고, 메모리(230), 사용자 입출력부(250) 및 네트워크 입출력부(270)와 전기적으로 연결되어 이들 간의 데이터 흐름을 제어할 수 있다. 프로세서(210)는 자가진단 장치(130)의 CPU(Central Processing Unit)로 구현될 수 있다.
메모리(230)는 SSD(Solid State Disk) 또는 HDD(Hard Disk Drive)와 같은 비휘발성 메모리로 구현되어 자가진단 장치(130)에 필요한 데이터 전반을 저장하는데 사용되는 보조기억장치를 포함할 수 있고, RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리로 구현된 주기억장치를 포함할 수 있다.
사용자 입출력부(250)는 사용자 입력을 수신하기 위한 환경 및 사용자에게 특정 정보를 출력하기 위한 환경을 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입출력부(250)는 터치 패드, 터치 스크린, 화상 키보드 또는 포인팅 장치와 같은 어댑터를 포함하는 입력장치 및 모니터 또는 터치스크린과 같은 어댑터를 포함하는 출력장치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 입출력부(250)는 원격 접속을 통해 접속되는 컴퓨팅 장치에 해당할 수 있고, 그러한 경우, 자가진단 장치(130)는 서버로서 동작할 수 있다.
네트워크 입출력부(270)은 네트워크를 통해 외부 장치 또는 시스템과 연결하기 위한 환경을 포함하고, 예를 들어, LAN(Local Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), WAN(Wide Area Network) 및 VAN(Value Added Network) 등의 통신을 위한 어댑터를 포함할 수 있다.
도 3은 도 1의 자가진단 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 자가진단 장치(130)는 진단 데이터 수신부(310), 노면 상태 검출부(320), 진단 대상 결정부(330), 주파수 분석 수행부(340), 이상진단 수행부(350) 및 제어부(360)를 포함할 수 있다.
진단 데이터 수신부(310)는 도로를 주행 중인 차량에 설치되어 동작하는 복수의 센서들(110)로부터 자가진단을 위한 진단 데이터를 수신할 수 있다. 진단 데이터 수신부(310)는 센서와의 통신을 통해 실시간으로 데이터를 수집할 수 있고, 경우에 따라서 각 센서가 일정 기간동안 수집한 센서 데이터를 주기적으로 수신할 수 있다. 이 경우, 진단 데이터 수신부(310)는 각 센서별 수집 주기를 독립적으로 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 진단 데이터 수신부(310)는 차량의 각 바퀴 너클에 설치된 3축 가속도 센서로부터 측정된 가속도 신호, 차량의 진단제어 유닛(ECU) 내부에 설치된 GPS 센서로부터 측정된 차량속도 및, 진단제어 유닛 내부에 설치된 종방향 가속도 센서로부터 측정된 가감속 신호를 진단 데이터로서 수신할 수 있다. 특히, 진단 데이터 수신부(310)는 차량속도를 측정할 때 휠속도 센서 신호를 이용하지 않고 진단제어 유닛(ECU) 내부에 설치된 GPS 센서로부터 측정된 차량속도를 이용하고 진단제어 유닛 내부에 설치된 종방향 가속도 센서로부터 가감속 신호를 측정함으로써 완성차 업체가 아닌 자동차 용품 제조업체라 하더라도 쉽게 적용 가능한 효과를 제공할 수 있다.
노면 상태 검출부(320)는 진단 데이터를 기초로 차량이 주행 중인 도로의 노면 상태를 검출할 수 있다. 이 경우, 노면 상태는 비포장 도로 등의 열악한 노면 또는 일반 포장도로와 같은 평탄 노면으로 구분될 수 있고, 노면 상태 검출부(320)는 차량의 진동에 관한 센서 데이터를 이용하여 도로의 노면 상태를 간접적으로 검출할 수 있다.
일 실시예에서, 노면 상태 검출부(320)는 진단 데이터의 휠 3축 가속도에 대해 가속도 축을 분리하고 Z축 가속도의 RMS가 2g 이하인 경우 노면 상태를 일반 포장도로로서 검출할 수 있다. 진단 데이터 수신부(310)에 의해 수신된 진단 데이터 중에서 3축 가속도 센서로부터 수신된 휠 3축 가속도 신호는 가속도 축에 따라 X, Y 및 Z축 가속도로 각각 분리될 수 있다. 노면 상태 검출부(320)는 Z축 가속도에 대해 RMS(Root-Mean-Square)를 계산할 수 있고, 그 값이 2g 보다 작은 경우 일반 포장도로로서 평탄한 노면 상태인 것으로 결정할 수 있다.
결과적으로, 자가진단 장치(130)는 차량의 주행안전부품에 관한 이상을 진단하기 위한 전제조건으로서 차량의 진동에 따른 잡음 발생을 최소화시키기 위하여 차량이 평탄한 노면 상태의 도로를 주행 중일 때만 주행안전부품에 대한 자가진단이 수행되도록 구현될 수 있다. 즉, 노면 상태 검출부(320)는 주행안전부품 자가진단을 위한 다음 단계로의 진행을 위해 필수적으로 노면 상태를 확인하는 역할을 수행할 수 있다.
진단 대상 결정부(330)는 노면 상태가 일반 포장도로인 경우 진단 데이터의 차량속도에 따라 복수의 주행안전부품들 중에서 진단 대상을 결정할 수 있다. 진단 대상 결정부(330)는 노면 상태 검출부(320)에 의해 노면 상태가 일반 포장도로인 것으로 결정된 경우에만 동작할 수 있고, 차량속도에 따라 자가진단의 대상을 분리함으로써 부품 간의 구분을 명확히 하고 진단의 정확성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 진단 대상 결정부(330)는 차량속도에 따라, 5 ~ 60 km/h인 경우 휠 얼라이먼트, 댐퍼(damper) 및 등속조인트를 진단 대상으로 결정하고, 5 ~ 100 km/h인 경우 볼 조인트를 진단 대상으로 결정하며, 30 ~ 80 km/h인 경우 휠 베어링을 진단 대상으로 결정하고, 40 ~ 120 km/h인 경우 타이어 공기압을 진단 대상으로 결정하며, 60 ~ 120 km/h인 경우 등속조인트를 진단 대상으로 결정하고, 60 ~ 160 km/h인 경우 휠 밸런스를 진단 대상으로 결정할 수 있다.
즉, 진단 대상 결정부(330)는 진단제어 유닛(ECU)의 내부에 설치된 GPS 센서로부터 차량속도 V를 측정할 수 있고, 각 주행안전부품 별로 미리 설정된 속도 영역에 V가 속하는 경우 해당 주행안전부품을 자가진단을 위한 진단 대상으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 차량속도 V가 20 km/h인 경우 진단 대상 결정부(330)는 휠 얼라이먼트, 댐퍼, 등속조인트 및 볼 조인트를 진단 대상으로 결정할 수 있다. 만약 차량속도 V가 미리 설정된 속도 영역에 포함되지 않는 경우 진단 대상 결정부(330)는 다음 단계로 진행하지 않고 진단 데이터 수신부(310)에 의한 진단 데이터 수집 단계로 돌아갈 수 있다.
주파수 분석 수행부(340)는 진단 대상에 따라 휠 3축 가속도의 진단 축을 결정하고 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 주파수 분석을 수행할 수 있다. 차량의 각 바퀴 너클에 설치된 3축 가속도 센서로부터 측정된 가속도 신호는 가속도 축에 따라 분리될 수 있고, 보다 구체적으로 X, Y 및 Z축으로 각각 분리될 수 있으며, 주파수 분석 수행부(340)는 진단 대상에 따라 상기 3개의 축들 중에서 어느 하나를 진단 축으로서 결정하여 해당 축 가속도 신호에 대한 주파수 분석을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 주파수 분석 수행부(340)는 진단 대상에 따라, 휠 밸런스, 볼 조인트 및 브레이크 저더인 경우 휠 X축 가속도를 진단 축으로 결정하고, 휠 얼라이먼트 및 등속조인트인 경우 휠 Y축 가속도를 진단 축으로 결정하며, 휠 베어링, 타이어 공기압 및 댐퍼인 경우 휠 Z축 가속도를 진단 축으로 결정할 수 있다. 주파수 분석 수행부(340)는 진단 대상에 따라 부품이상이 발생한 경우 가속도 신호의 변화가 가장 많은 축을 진단 축으로 결정함으로써 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 주파수 분석 수행부(340)는 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 파워 스펙트럼 계산을 수행하여 주파수 분포를 분석할 수 있다. 즉, 주파수 분석 수행부(340)는 가속도 센서를 통해 측정된 시계열 데이터로서 시간 영역에서의 가속도 신호를 파워 스펙트럼 분석을 통해 주파수 영역에서의 분포에 관한 신호로 변환할 수 있다.
이상진단 수행부(350)는 주파수 분석 결과를 기초로 진단 대상에 대한 이동평균을 산출하고 이동평균이 임계 기준을 초과한 횟수를 카운팅하여 진단 대상에 관한 이상을 진단할 수 있다. 주행안전부품에 이상이 발생한 경우 주파수 분포에 관해 산출된 이동평균은 임계 기준을 초과할 수 있고, 이상진단 수행부(350)는 해당 초과 횟수를 카운팅하여 주행안전부품에 대한 이상을 최종 진단할 수 있다. 즉, 이상진단 수행부(350)는 주행안전부품에 대한 진단의 정확성을 높이기 위하여 일시적으로 발생한 경우를 제외하고 일정하게 누적 반복되는 경우에만 이상이 발생한 것으로 최종 결정할 수 있다.
일 실시예에서, 이상진단 수행부(350)는 진단 대상에 따라, 휠 밸런스 또는 등속조인트인 경우 휠 회전주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 이동평균을 산출하고, 볼 조인트인 경우 100 ~ 400Hz 주파수성분의 합을 통해 이동평균을 산출하며, 휠 얼라이먼트인 경우 200 ~ 400 Hz 주파수성분의 합을 통해 이동평균을 산출하고, 휠 베어링인 경우 플래킹(Flaking) 주변 주파수성분의 합을 통해 이동평균을 산출하며, 타이어 공기압 또는 댐퍼인 경우 공진주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 이동평균을 산출하고, 브레이크 저더인 경우 20 Hz 주변 주파수성분의 합을 통해 이동평균을 산출할 수 있다.
이상진단 수행부(350)는 주파수 분석을 통해 도출된 파워 스펙트럼에 대하여 각 진단 대상 별로 특정 주파수 영역에 대한 주파수성분을 추출하여 이동평균을 산출할 수 있다. 이를 위하여 이상진단 수행부(350)는 사전에 정상적인 주행안전부품에 대한 기준 데이터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 휠 밸런스 또는 등속조인트에 대한 진단을 위하여 휠 회전주파수를 사전에 설정할 수 있고, 설정된 휠 회전주파수를 기준으로 주변 영역으로서 ±α 값을 사전에 설정할 수 있다.
또한, 이상진단 수행부(350)는 휠 베어링에 대한 진단을 위하여 휠 베어링의 플래킹(Flaking) 주변 영역을 사전에 설정할 수 있다. 여기에서, 플래킹(Flaking)이란 베어링이 하중을 받아 회전할 때 내륜 또는 외륜의 궤도면 또는 전동체의 전동면이 구름피로에 의해 비늘모양으로 떨어지는 현상에 해당할 수 있다. 이상진단 수행부(350)는 타이어 공기압 또는 댐퍼에 대한 진단을 위하여 공진주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 공진주파수를 사전에 설정할 수 있고, 설정된 공진주파수를 기준으로 주변 영역으로서 ±α 값을 사전에 설정할 수 있다. 이상진단 수행부(350)는 브레이크 저더에 대한 진단을 위하여 20 Hz 주변 영역으로서 20 ±α를 사전에 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 이상진단 수행부(350)는 이동평균이 임계 기준을 초과한 횟수가 10회 이상 반복되는 경우 이상으로서 진단할 수 있다. 이상진단 수행부(350)는 각 주행안전부품 별로 주파수 분석을 통해 이동평균을 산출하고 반복성을 확인하여 반복성이 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 최종적으로 이상 진단을 결정할 수 있다. 이상진단 수행부(350)는 반복성 확인 기준으로서 10회를 설정할 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 차량의 특성, 도로 환경, 진단 환경 및 조건 등을 고려하여 다양한 기준을 설정하여 자가진단에 활용할 수 있다.
제어부(360)는 자가진단 장치(130)의 전체적인 동작을 제어하고, 진단 데이터 수신부(310), 노면 상태 검출부(320), 진단 대상 결정부(330), 주파수 분석 수행부(340) 및 이상진단 수행부(350) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 4는 도 1의 자가진단 장치에서 수행되는 자동차 주행안전부품 자가진단 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 자가진단 장치(130)는 진단 데이터 수신부(310)를 통해 도로를 주행 중인 차량에 설치되어 동작하는 복수의 센서들(110)로부터 자가진단을 위한 진단 데이터를 수신할 수 있다(단계 S410). 자가진단 장치(130)는 노면 상태 검출부(320)를 통해 진단 데이터를 기초로 도로의 노면 상태를 검출할 수 있다(단계 S430). 자가진단 장치(130)는 진단 대상 결정부(330)를 통해 노면 상태가 일반 포장도로인 경우 진단 데이터의 차량속도에 따라 복수의 주행안전부품들 중에서 진단 대상을 결정할 수 있다(단계 S450).
또한, 자가진단 장치(130)는 주파수 분석 수행부(340)를 통해 진단 대상에 따라 휠 3축 가속도의 진단 축을 결정하고 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 주파수 분석을 수행할 수 있다(단계 S470). 자가진단 장치(130)는 이상진단 수행부(350)를 통해 주파수 분석 결과를 기초로 진단 대상에 대한 이동평균을 산출하고 이동평균이 임계 기준을 초과한 횟수를 카운팅하여 진단 대상에 관한 이상을 진단할 수 있다(단계 S490).
일 실시예에서, 자가진단 장치(130)는 주행안전부품의 이상진단 결과, 이상이 발견된 경우 차량의 운전자에게 알릴 수 있는 알림 장치를 더 포함할 수 있다. 알림 장치는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 예를 들어, 경고음을 재생하는 사운드 장치, 이상진단 결과를 구체적으로 제공하는 디스플레이 장치, 이상 진단된 주행안전부품에 따른 진동을 발생시키는 진동 발생 장치 등을 포함하여 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가진단 장치(130)는 차량속도를 측정할 때 휠 속도 센서를 사용하지 않고 진단 ECU에 내장된 GPS로부터 차량속도를 산출하고, ECU에 내장된 차체 가속도 센서를 이용하여 가감속을 측정함으로써 차량정보 접근성을 향상시켜 완성차 업체 이외의 자동차 용품 제조업체가 적용하기 쉽도록 할 수 있고, 주행안전부품 진단 모델링에 주파수 분석기법을 사용하여 각 부품의 고장모드를 분리하고 신호 노이즈를 제거하여 진단 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 주행안전부품 자가진단 장치의 전체적인 동작을 설명하는 개념도이다.
도 5를 참조하면, 자가진단 장치(130)는 차량에 설치된 휠 3축 가속도 센서, GPS 센서 및 차체 종방향 가속도 센서로부터 진단 데이터를 수집할 수 있다. 자가진단 장치(130)는 휠 3축 가속도를 축 분리하여 X, Y 및 Z축 가속도 신호를 획득할 수 있고, 휠의 Z축 가속도 신호의 RMS가 2g 이하인 경우 자가진단을 수행할 수 있다. 자가진단 장치(130)는 GPS 센서를 통해 호긷그한 차량속도 V를 기초로 속도 영역을 분리할 수 있고, 차량속도 V에 따라 진단 대상을 결정할 수 있다. 특히, 자가진단 장치(130)는 브레이크 저더에 대한 이상 진단을 위하여 종방향 가속도 센서로부터 측정된 신호를 기초로 차량의 제동모드 여부를 추가로 결정할 수 있다.
자가진단 장치(130)는 차량속도 V에 따라 결정된 진단 대상에 대해 주파수 분석을 수행할 수 있고, 보다 구체적으로 진단 대상 별로 진단 축을 결정하고 해당 진단 축 가속도 신호에 대해 파워 스펙트럼 계산을 통한 주파수 분포를 획득할 수 있다. 자가진단 장치(130)는 각 진단 대상 별로 미리 설정된 주파수 영역에서 주파수성분을 추출하여 이동평균을 산출할 수 있고, 이동평균의 반복성을 확인하여 최종 이상 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자가진단 장치(130)는 진단 대상으로서 휠 밸런스, 볼 조인트, 휠 얼라이먼트, 휠 베어링, 타이어 공기압, 댐퍼, 등속조인트 및 브레이크 저더를 예로 들어 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 상기의 방법을 통해 이상 진단이 가능한 다양한 주행안전부품에도 적용될 수 있다.
도 6은 각 주요안전부품별 진단 방법을 설명하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 자가진단 장치(130)는 각 진단 대상 별로 차량속도와 가속도 진단 축 및 이동평균 산출을 위한 주파수 영역을 각각 독립적으로 설정할 수 있다. 해당 설정 내용은 데이터베이스(150)에 저장되어 자가진단에 활용될 수 있다.
또한, 자가진단 장치(130)는 자가 진단의 전제 조건으로서 노면 상태를 검출할 수 있고, 이를 통해 정상적인 주행 상황에서 측정된 신호를 기초로 자가진단을 수행하여 진단의 정확성을 높일 수 있다. 예를 들어, 자가진단 장치(130)는 휠 Z축 가속도 신호의 RMS를 산출할 수 있고, 해당 RMS가 2g 이하인 경우에 노면 상태가 정상인 것으로 검출하여 자가진단의 이후 과정을 수행할 수 있다.
또한, 자가진단 장치(130)는 각 진단 대상별 주파수 분석을 위한 진단 축을 설정할 수 있고, 주파수 분석의 전단계에서 3축 가속도 신호에 대한 가속도 축 분리를 수행할 수 있다. 이 때, 축 분리 결과는 데이터베이스(150)에 저장되어 이후 단계에서 활용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 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.
100: 자동차 주행안전부품 자가진단 시스템
110: 복수의 센서들 130: 자가진단 장치
150: 데이터베이스
210: 프로세서 230: 메모리
250: 사용자 입출력부 270: 네트워크 입출력부
310: 진단 데이터 수신부 320: 노면 상태 검출부
330: 진단 대상 결정부 340: 주파수 분석 수행부
350: 이상진단 수행부 360: 제어부

Claims (8)

  1. 도로를 주행 중인 차량에 설치되어 동작하는 복수의 센서들로부터 자가진단을 위한 진단 데이터를 수신하는 진단 데이터 수신부;
    상기 진단 데이터를 기초로 상기 도로의 노면 상태를 검출하는 노면 상태 검출부;
    상기 노면 상태가 정상인 경우 상기 진단 데이터의 차량속도에 따라 복수의 주행안전부품들 중에서 진단 대상을 결정하는 진단 대상 결정부;
    상기 진단 대상에 따라 상기 휠 3축 가속도의 진단 축을 결정하고 상기 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 주파수 분석을 수행하는 주파수 분석 수행부; 및
    상기 주파수 분석 결과를 기초로 상기 진단 대상에 대한 이동평균을 산출하고 상기 이동평균이 임계 기준을 초과한 횟수를 카운팅하여 상기 진단 대상에 관한 이상을 진단하는 이상진단 수행부를 포함하되,
    상기 진단 대상 결정부는 상기 차량속도에 따라, 5 ~ 60 km/h인 경우 휠 얼라이먼트, 댐퍼(damper) 및 등속조인트를 상기 진단 대상으로 결정하고, 5 ~ 100 km/h인 경우 볼 조인트를 상기 진단 대상으로 결정하며, 30 ~ 80 km/h인 경우 휠 베어링을 상기 진단 대상으로 결정하고, 40 ~ 120 km/h인 경우 타이어 공기압을 상기 진단 대상으로 결정하며, 60 ~ 120 km/h인 경우 등속조인트를 상기 진단 대상으로 결정하고, 60 ~ 160 km/h인 경우 휠 밸런스를 상기 진단 대상으로 결정하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 진단 데이터 수신부는
    상기 차량의 각 바퀴 너클에 설치된 3축 가속도 센서로부터 측정된 가속도 신호, 상기 차량의 진단제어 유닛(ECU) 내부에 설치된 GPS 센서로부터 측정된 차량속도 및, 상기 진단제어 유닛 내부에 설치된 종방향 가속도 센서로부터 측정된 가감속 신호를 상기 진단 데이터로서 수신하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 노면 상태 검출부는
    상기 진단 데이터의 휠 3축 가속도에 대해 가속도 축을 분리하고 Z축 가속도의 RMS가 2g 이하인 경우 상기 노면 상태를 일반 포장도로로서 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 주파수 분석 수행부는
    상기 진단 대상에 따라, 휠 밸런스, 볼 조인트 및 브레이크 저더인 경우 휠 X축 가속도를 상기 진단 축으로 결정하고, 휠 얼라이먼트 및 등속조인트인 경우 휠 Y축 가속도를 상기 진단 축으로 결정하며, 휠 베어링, 타이어 공기압 및 댐퍼인 경우 휠 Z축 가속도를 상기 진단 축으로 결정하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 주파수 분석 수행부는
    상기 진단 축에 관한 가속도 신호에 대해 파워 스펙트럼 계산을 수행하여 주파수 분포를 분석하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이상진단 수행부는
    상기 진단 대상에 따라, 휠 밸런스 또는 등속조인트인 경우 휠 회전주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하고, 볼 조인트인 경우 100 ~ 400Hz 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하며, 휠 얼라이먼트인 경우 200 ~ 400 Hz 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하고, 휠 베어링인 경우 플래킹(Flaking) 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하며, 타이어 공기압 또는 댐퍼인 경우 공진주파수 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하고, 브레이크 저더인 경우 20 Hz 주변 주파수성분의 합을 통해 상기 이동평균을 산출하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이상진단 수행부는
    상기 이동평균이 상기 임계 기준을 초과한 횟수가 10회 이상 반복되는 경우 상기 이상으로서 진단하는 것을 특징으로 하는 자동차 주행안전부품 자가진단 장치.

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