KR20000017279A - 오더기반 비틀림 진동 측정 및 분석 도구 - Google Patents

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웨스트안토니노란
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존 씨. 메티유
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Abstract

본 발명은 차량 구동 라인(vehicle driveline)에서의 비틀림 진동(torsional vibration)을 측정 및 특성화하는 진단적 구동 라인 진동 분석 도구(diagnostic driveline vibration analyzing tool)에 관한 것이다. 전자 제어 유닛(electronic control unit) 및 감지기(sensor)가 함께 동작하여, 회전 기어(rotating gear)의 인접 톱니들의 통과 사이에 발생하는 속도 변동(speed fluctuation)을 측정한다. 이들 시간 측정은 구동 축 회전 오더 정보(driveshaft rotational order information)와 조합되어, 과도한 구동 라인 비틀림 진동의 원인을 나타내는데 사용될 수 있는 변위(displacement), 속도 및 가속도 계산을 위한 기초가 된다.

Description

오더기반 비틀림 진동 측정 및 분석 도구{DRIVELINE VIBRATION ANALYZER}
본 발명은 전반적으로 차량 진동 진단(vehicle vibration diagnostic)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 차량 구동 라인에서의 비틀림 진동(torsional vibration)을 측정 및 평가하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
구동 라인 비틀림 진동 문제는 특히, 과적 트럭(heavy duty truck)에서의 고객의 잡음 및 진동에 대한 불평(customer noise and vibration complaint) 뿐만 아니라 때아닌 구동 라인 소자 고장의 주된 원인이다. 손상된 구동 라인 소자는 고장의 근본 원인을 해결하지 않고 필드에서 빈번하게 교체되므로, 장래에 유사한 고장을 겪게 된다. 잡음 및 진동 문제는 그러한 문제가 해결된 것처럼 보일 때까지 구동 라인 소자를 교환함으로써 일상적으로 해결되며, 심지어는 그러한 문제가 구동 라인과 관련되지 않은 경우에 조차도 그러하다. 두 가지 경우로 인해 소자 공급자 및 OEM은 높은 보장 비용을 소비하며, 차단(fleet) 소유자의 트럭 고장 시간을 증가시킨다.
이와 같이 널리 행해지고 있는 트럭 구동 라인의 고장 수리에 대한 "시행 착오적" 방법을 개선하기 위해, 본 발명의 구동 라인 진동 분석기(driveline vibration analyzer; DVA)가 개발되어, 구동 라인 비틀림 진동을 양적으로 측정 및 평가한다. 이것을 달성하기 위해, DVA는 회전 구동 라인 소자의 주기적인 속도 변화를 측정하고, 비틀림 진동 크기를 구동 축의 회전 오더(rotational order)와 서로 관련시킨다. 이들 속도 변화를 변위 및 가속도 정보로 변환하고, 구동 축의 고조파 오더(harmonic order)에 따라 분리하여, 엔진 및 유니버설 조인트 비틀림 여기(universal joint torsional excitation)에 대한 구동 라인 응답을 측정한다. 사전선택되거나, 또는 계산된 관심의 오더를 이용하여, 가속도의 관점에서 감지된 진동의 크기를 사전결정된 임계값과 비교하여, 테스트 기술자가 잠재적인 진동 문제를 식별하고, 발생된 소정의 문제의 원인을 판정하고, 각각의 문제에 대한 적절한 해결 방법을 선택하는데 도움을 준다.
DVA는 신속한 고장 수리에 적합한 간단한 필드 도구로서 기능할 뿐만 아니라, 비틀림 진동 분석 도구로서의 기능을 모두 하도록 설계되었다. 숙련된 DVA 조작자는 반나절만에도 완벽한 DVA를 수행할 수 있다. 랩탑 개인용 컴퓨터(laptop personal computer) 상에서 DVA를 구현할 경우, 휴대가 가능하고, 서비스 기술자는 이것을 이용하여 다양한 방법으로 비틀림 진동 문제를 진단 및 해결할 수 있다.
도 1은 필드 진단 도구로서 구현된 본 발명의 개략도,
도 2는 본 발명의 분석기의 자기 속도 감지기에 의해 생성된 신호를 도시하는 그래프,
도 3은 도 2의 신호가 구형파형으로 변환된 이후를 도시하는 그래프,
도 4는 테스트 하에서 구동 라인 시스템에 대해 측정된 구동 라인 속도 및 가속도를 나타내는, DVA에 의해 생성된 도면을 나타내는 그래프,
도 5는 과도한 비틀림 진동을 개선하기 위해 소프트 클러치가 설치된 후, 동일 구동 라인의 도 4와 유사한 그래프,
도 6은 구동 라인 진동 크기를 실시간으로 나타내는 DVA에 의해 생성된 그래프.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
12 : 자기 속도 감지기 14 : 트랜스미션
16 : 신호 조절 유닛 20 : 리드
22 : ECU 24 : 디스플레이
본 발명의 분석기의 이들 및 다른 특성 및 이점은 첨부한 도면과 함께 취해진 이하의 기술 내용을 참조하면 명백해질 것이다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 구동 라인 진동 분석기(DVA)는 일반적으로 참조 번호 (10)으로 도시되어 있다. DVA(10)는 특정한 구동 라인 소자의 회전 속도를 측정하기 위한 감지기를 포함하며, 본 발명의 바람직한 실시예에서 이 감지기는 자기 속도 감지기(magnetic speed sensor)(12)이다. 감지기(12)는 펄스열(pulse train) 형태로 속도 및 타이밍 데이터를 제공하는 가변 자기 저항 감지기(variable reluctance sensor)와 같은 비접촉 자기 감지기(non-contact magnetic sensor)이다. 본 예에서, 감지기(12)는 트랜스미션(transmission)(14)과 같은, 대부분의 모던 클래스 8 트럭 트랜스미션(modern class 8 truck transmission) 내에 이미 하나가 존재하여, 차량 속도계(speedmeter) 신호를 제공하며, 트랜스미션의 후미로부터 쉽게 도달할 수 있다. 적절한 신호 조절 유닛(signal conditioning unit)(16)이 또한 제공되어, 감지기(12)에 의한 신호 출력에서의 잡음을 필터링 및 감소시킬 수 있다.
감지기(12)는 도 2에 그래프로 도시된 바와 같은, 회전당 뚜렷한 16 개의 펄스(트랜스미션(14)의 출력 축과 함께 회전하는 16 개의 톱니가 있는 휠(wheel) 상의 각각의 톱니에 대해 하나의 펄스를 제공함)의 정현파 tach 신호(sinusoidal tach signal)(18)를 제공한다. 신호의 정점(18a)은 톱니가 감지기(12)의 근처를 통과할 때 발생되는 강한 자계에 의해 생성되며, 계곡부(18b)는 감지기가 통과하는 톱니들 사이에 위치할 때 생성된다. 감지기(12)는 트랜스미션(14)의 출력에서의 회전 속도(speed) 또는 속도(velocity)를 측정하는 동안, 모든 중요한 구동 라인 비틀림 여기의 원인에 민감하다. 비록, 트랜스미션 출력 위치가 전형적으로 구동 라인에서 가장 높은 비틀림 진동의 포인트에 있지는 않지만, 구동 라인 비틀림 동작을 정확하게 평가하도록, 엔진 및 유니버설 조인트 여기 진동 하에서 충분하게 비틀려져 활성적인 것으로 도시되어 있다.
그러나, 이와 달리 소정의 다른 수단을 제공하여 관심있는 특정 구동 라인 소자의 회전 속도를 정확하게 측정할 수 있다. 예를 들면, 대안적인 실시예로서, 차량 트랜스미션 또는 드라이브 축(drive axle)의 입력 또는 출력 요크(yoke)와 같은 관심있는 특정 구동 라인 소자의 테스트를 목적으로 부착된 적절한 테스트 설비를 통과하는 톱니들 사이의 회전 속도를 측정하는 유사한 자기 감지기를 포함할 수 있다. 또한, 광학 감지기(optical sensor)를 이용하여, 특정한 회전 구동 라인 소자 상의 마킹(marking) 또는 톱니 모양 부분(indentations made)을 통과하는 것을 나타낼 수 있다.
감지기(12)는 리드(lead)(20)를 경유하여, 바람직하게는 신호 조절 유닛(16)을 통해 마이크로프로세서기반(microprocessor-based) 전자 제어 유닛(electronic control unit; ECU)(22)에 전기적으로 접속된다. 또한, 유닛(16)은 차량 시가 점등기(vehicle cigar lighter)(21)를 통해서와 같이, ECU(22)에 대해 전력을 제공하도록 구성될 수 있다. ECU(22)는 바람직하게는 휴대용 랩탑 컴퓨터인 개인용 컴퓨터 또는 소정의 다른 적절한 프로세서를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서의 ECU(22)는 진단 필드 테스트 애플리케이션에서 차량의 보드 외부에서 구현되지만, 필수적인 컴퓨터 전력 및 다른 설계를 선택하여, 분리된 프로세서로서 또는 차량의 엔진 혹은 트랜스미션 제어기의 일부로서 차량의 보드 상에 대안적으로 영구히 구현하는 것도 가능하다. ECU(22)는 감지기(12)에 의해 얻어진 측정값과 관련될 균일한 주파수의 정확한 시간 펄스를 생성하기 위한 고속의 연속적인 주기 카운터 보드(period counter board)를 포함한다. 펄스의 수는 각각의 톱니의 감지된 통과 사이에서 효과적으로 카운트된다. 매우 높은 rpm에서, 이 정보는 상당히 신속하게 획득됨을 알 수 있다.
각각의 톱니에 대한 시간 측정은 측정 시점에서의 순간적인 구동 라인 각속도(angular velocity)와 관련된다. 따라서, n 개의 톱니를 갖는 기어는 기어의 회전당 n 회의 각속도 측정이 가능하다. 이하의 정의는 본 발명의 구동 라인 진동 측정 시스템에 적용된다.
도 2에 예시된 감지기 출력 신호를 도 3에 그래프로서 도시한 정현파형으로 변환하는 것은 ECU(22)가 인접한 톱니들의 각 쌍의 사이를 통과하는 시간에 대해 양자화를 수행할 수 있는 하나의 방법이다. 이러한 "톱니들 사이의 시간"은 △t로서 표현될 수 있다. 그러나, 이와 달리 당업자에게 잘 알려진, 신호(18)로부터 △t를 결정하는 소정의 적절한 방법이 또한 이용될 수 있다. 두 개의 인접한 톱니들 사이의 각 변위는 톱니의 수로 2π를 나눈 것과 같으며, 각속도 dθ/dt가 쉽게 계산될 수 있다.
속도 측정은 기어 회전 각도의 관점에서 고른 간격으로 행해지기 때문에, 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform)을 각 영역 속도 데이터(angle domain velocity data)에 적용하면, 데이터가 오더 영역으로 변환된다.
이것은 소정의 적절한 방법으로 수행될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 일반적으로 이용할 수 있는 상업용 FFT(Fast Fourier Transform) 소프트웨어 패키지를 ECU(22) 상에서 실행함으로써 수행된다. 푸리에 변환이 특히 유용한데, 그것은 푸리에 변환이 구동 라인에서의 비틀림 변위 및 가속도 크기를 구동 축의 회전의 고조파 오더의 함수로서 계산할 수 있기 때문이다.
속도 측정은 △θ의 관점에서 고른 간격으로 행해지기 때문에, 이 각 영역 데이터에 이산 푸리에 변환을 적용하면 오더 영역으로 변환된다. 입력 데이터는 실수값만을 갖기 때문에, 이중 측면 FFT(양(positive) 뿐만 아니라 음(negative)의 오더) 블럭은 동일한 실수 및 허수 성분을 갖는다. 음의 오더 데이터를 무시하면, FFT 함수는 실수 및 허수 성분 Rj 및 Ij를 전체 1 + N/2의 요소를 갖는 분리된 블럭에 입력한다(지수 j=0, 1, …, N/2). 따라서, 고조파 오더 K 및 지수 j 간의 관계는 다음과 같다.
DVA(10)는 기어 톱니 수의 1/2까지 모든 구동 축 진동 오더를 계산할 수 있다. 따라서, DVA(10)는 모든 트랜스미션 기어에서의 일정한 제 2 오더인 U 조인트 여기 비틀림에 민감하다. 엔진 여기 진동은 톱니 수를 엔진 크랭크 축(crankshaft) 진동 오더로 나눈 것의 1/2과 동일한 최대 기어 속도까지 모든 트랜스미션 기어에서 분석될 수 있다. 예를 들면, 6 실린더 4 사이클(6 cylinder 4-cycle) 엔진에 대한 기본적인 엔진 점화 오더는 제 3 크랭크 축 오더이다. 16 개의 톱니 기어를 갖는 경우, DVA(10)는 2.67 미만의 모든 기어 속도에서 엔진 점화 데이터를 분석할 수 있다. 엔진 여기 비틀림은 높은 범위의 트랜스미션 기어에 있어서 가장 큰 관심 사항이므로, 16 톱니 기어 또는 휠이 적합하다. 또한, 샘플의 크기를 증가시킴으로써 오더 분해능(order resolution)을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 동일한 기어 및 크기 256의 샘플을 사용하는 경우, DVA(10)는 16 축 회전을 기록할 것이며, 가장 근접한 1/16 오더로 비틀림 진동을 해결할 수 있다.
크랭크 축의 각각의 회전 오더에서, ECU(22)는 속도 크기 데이터를 생성한다. 이 속도 데이터로부터, 당업자에게 잘 알려진 방법으로 변위 및 가속도를 또한 계산할 수 있다. 실수 및 허수 성분이 정규화된 후, 다음의 수학식으로부터 각각의 K 번째 오더 성분에 대한 속도 스펙트럼의 크기가 계산된다.
상기와 같은 각속도 크기 스펙트럼으로부터, 구동 라인에서의 비틀림 변위 및 가속도 크기가 회전의 고조파 오더의 함수로서 계산된다. 이것은 다음의 수학식과 같다.
를 최대값(크기 변위, 속도 및 가속도)에 대한 수학식에서 대체하면 다음과 같다.
그러나, 이들 계산의 상세한 내용은 본 명세서에서 참고한 것으로서, 1994년 11월 8일, 맥고번(McGovern) 등에 의해 "DVA-A New Tool for the Trucking Industry"란 제목으로 SAE 논문 제 942324 호에 게재되어 있다. 이들 값은 ECU(22)에 접속되거나, 또는 그 일부인 적절한 디스플레이 장치(24) 상에 바람직하게 포맷 및 도시된다.
DVA 조작자에게 정보를 제공하는 하나의 방법으로는 도 4 및 5의 그래프에 도시된 방법이 있다. 도시된 바와 같이, 구동 라인 속도(rpm)는 도 4a 및 5a에서 시간에 대해 도시되어 있다. 당업자라면 비틀림 진동이 없는 완벽하게 일정한 회전에서의 구동 라인 회전은 이 그래프에서 일직선의 수평선을 생성할 것임을 알 수 있을 것이다. 계산된 가속도 및 변위는 도 4b 및 5b에서 구동 축 회전 오더에 대해 도시되어 있다. 바람직하게, 특정 관심의 오더 및 그러한 오더에 대한 가속도의 크기는 DVA 조작자에게 26에서 수치적으로 제공된다. 또한, 여러 가지 추가적인 그래픽 및/또는 수치 정보의 디스플레이가 26에서 DVA 조작자에게 제공될 수 있다.
구동 라인 비틀림 진동은 두 가지의 주요 원인으로부터 발생된다. 즉, 기본 엔진 점화 주파수 및 그의 고조파에서 발생하는 엔진 비틀림 및 0이 아닌 작업 각도로 동작하는 유니버설 조인트가 주요 원인이다. 드라이브트레인(drivetrain) 시스템은 동적 와인딩(winding) 및 언와인딩(unwinding)에 의해 이러한 비틀림 여기에 응답한다. 소정의 양의 이러한 비틀림 활동은 항상 존재하며, 일반적으로 구동 라인 소자에 위험이 없음을 나타낸다. 그러나, 여기 주파수(excitation frequency)가 구동 라인 비틀림 공진 주파수(resonant frequency)와 일치하면, 구동 라인 비틀림이 심각하게 증폭되는 문제가 발생할 수 있다.
구동 라인은 스프링(spring) 및 대량의 소자(mass element)들을 포함하는 이산 시스템으로서 동적으로 모델링될 수 있는 여러 가지 소자로 구성된다. 이론적으로, 구동 라인은 모드에서의 모든 자유도(degree of freedom)에 대해 하나의 공진 주파수를 생성할 것이다. 그러나, 여기서는 단지 제 2 비틀림 모드만이 고려되는데, 이는 제 2 비틀림 모드가 엔진 및 유니버설 조인트로부터 강제된 입력에 의해 정규적으로 여기되도록 하는 주파수 범위에 있는 유일한 구동 라인 공진 모드이기 때문이다.
제 2 비틀림 모드는 플라이휠(flywheel) 및 휠에서 노드(node)를 갖는 클러치(clutch) 및 축 스프링(shaft spring) 상의 페이즈(phase)에서 비틀려 부서진 트랜스미션 및 축 회전 소자로서 기술된다. 비록, 전단 구동 축(front drive axle)이 일반적으로 시스템 앤티 노드(anti-node)이지만, 트랜스미션 출력에서의 공진 동안 높은 비틀림 변위가 일관되게 측정될 수 있다.
구동 축의 각각의 회전 오더에서 획득된 데이터는 ECU(22)에 의해 사전결정된 임계값과 비교되고, 임계값 이상의 비틀림 진동은 과도한 것으로 간주된다. 사전설정된 임계값 이상의 측정된 진동은 플래싱(flashing) 또는 컬러 디스플레이(24)를 통해 DVA 조작자에게 가시적으로 제공될 수 있다. 수용가능한 진동 임계값 레벨은 경험적으로 계산 및 결정될 수 있으며, 구동 라인 소자의 조합과는 상이할 것이다.
비록, 획득된 기본적인 회전 속도 측정으로부터 여러 가지 계산이 행해질 수 있지만, 이러한 DVA(10)의 예시적인 실시예에서는 제 2 비틀림 모드에 속하는 것만이 바람직하게 고려되는데, 그 이유는 제 2 비틀림 모드가 엔진 및 유니버설 조인트로부터 강제된 입력에 의해 정규적으로 여기되도록 하는 주파수 범위에 있는 유일한 구동 라인 공진 모드이기 때문이다. 그러나, DVA(10)는 전술한 바와 같은 최대 진동 오더 및 오더 분해능에 의해 정의된 기본적인 응답 한계 내에서 보다 높은, 그리고 보다 낮은 구동 라인 비틀림 모드를 평가할 수 있다. 제 2 비틀림 모드는 전형적으로 20 내지 100Hz의 주파수 범위를 갖지만, 높은 범위의 트랜스미션 기어에서는 가장 일반적으로 30 내지 70Hz의 범위를 갖는다. 제 2 모드는 트랜스미션 수치 기어 속도가 증가함에 따라 주파수가 증가되어, 결국 상부 기어에서는 가장 낮은 공진 주파수가 된다. 공진 진동 크기는 상부 기어에서 가장 높으며, 하부의 기어들의 경우는 크기가 점차적으로 감소된다.
내부 연소 엔진(internal combustion engine)은 구동 라인에서 가장 현저한 비틀림 여자기(exciter)이다. 연소 프로세스는 진동하는 구동 라인 다이나믹 토크(torque) 및 비틀림 변위를 생성하는 다이나믹 토크 파형(dynamic torque waveform)을 생성한다. 엔진 다이나믹 토크 파형은 대부분 기본 엔진 점화 주파수로 이루어지지만, 엔진 점화 주파수의 0.5, 1.5 및 2.0에서 측정가능한 토크 성분이 또한 있다. 전형적인 4 사이클 6 실린더 엔진의 경우, 크랭크 축 회전당 3회(3번째 오더)의 점화가 발생된다. 따라서, 0.5, 1.5 및 2.0 고조파는 1.5, 4.5 및 6.0 크랭크 축 오더를 각각 나타낼 것이다.
4.5 및 6.0 크랭크 축 오더는 주파수가 너무 높아 구동 라인 제 2 비틀림 모드를 여기시키지 않기 때문에, 일반적으로 문제를 일으키지 않는다. 그러나, 제 3 크랭크 축 오더가 제 2 비틀림 모드와 주파수가 일치한다면, 상당한 공진 증폭이 발생될 수 있으므로, 제 3 오더는 특별한 관심을 갖게 된다. 마찬가지로, 1.5 크랭크 축 오더 여기도 또한 관심의 대상인데, 이는 1.5 크랭크 축 오더 여기가 기본 엔진 동작 범위 내의 어떤 속도에서 공진 주파수와 일치할 것이기 때문이다. 몇 몇 경우에 있어서, 1.5 크랭크 축 오더 여기는 충분한 크기로 되어 손상된 주기적 로딩을 생성하므로, 이 또한 관심의 대상이다.
유니버설 조인트에서의 0이 아닌 작업 각도의 비트림은 축 회전당 2 사이클의 속도로 변화하는 일정한 입력 속도가 주어진 진동하는 출력 회전 속도에도 영향을 미칠 것이다. 따라서, 제 2 오더 가속도 또한 관심의 대상이다. 따라서, 제 2 오더에서의 중요한 비틀림 가속도는 0이 아닌 U 조인트 작업 각도를 나타낸다.
몇 몇 작업 각도에 의해 오프세트된 유니버설 조인트는 조인트 각도의 제곱에 입력 요크 속도의 제곱을 곱한 것과 대략 동일한 비틀림 가속도를 출력 요크에서 생성할 것이다. 비틀림의 영향은 페이즈(phase) 내에 다운스트림(downstream) u 조인트를 탑재함으로써, 그리고 동일한 동작 각도를 가짐으로써 제거될 수 있다. 일련의(그리고 페이즈에서의) m 개의 u 조인트의 경우, 결과적인 출력 비틀림 가속도에 대한 대략적인 운동 방정식(kenematic equation)이 다음과 같이 주어진다.
여기서 ω = 입력 축 회전 속도(radians/second) 및 α 조인트 작업 각도(radians)이다. 가장 높은 비틀림 가속도는 가장 높은 구동 축 속도에서, 상부 기어에서 얻어질 것이다.
드라이브트레인은 동적으로 와인딩 및 언와인딩함으로써 이러한 비틀림 여기에 응답한다. 소정 양의 이러한 비틀림 활동은 항상 존재하며, 구동 라인 소자에 위험이 없음을 나타낸다. 그러나, 여기 주파수가 구동 라인 비틀림 공진 주파수와 일치하면, 구동 라인 비틀림이 심각하게 증폭될 수 있다. 과도한 유니버설 조인트 비틀림은 공진 여기 뿐만 아니라 안정 상태(steady state) 진동 문제를 일으킬 수 있다. 안정 상태 문제는 전형적으로 고속도로 주행 속도(highway cruise speed)에서 발생되며, 과도한 구동 축 및 소자 비틀림 가속도의 원인이 된다. 조인트 비틀림이 공진 속도에서 제 2 비틀림 모드를 여기시키기에 충분하다면, 심지어 보다 높은 비틀림 변위가 발생될 수 있다.
DVA(10)를 사용하기 위해, DVA 조작자 또는 테스트 기술자는 바람직하게 리드(20)와 감지기(12)를 접속한다. 트럭은 구동될 수 있고, 데이터는 차후의 사용을 위해 메모리 장치 내에 로깅(logging) 및 저장되거나, 또는 실시간으로 처리될 수 있다. 바람직하게, 도 6에 도시된 바와 같은 그래프를 디스플레이(24) 상에 제공하여, 기술자에게 실시간으로 속도와, 어느 기어에서 비틀림 진동이 가장 현저한 지를 보여준다. 이러한 실시간 속도 디스플레이는 바람직하게 충분하게 응답하여, 비틀림 활동을 실시간으로 제공한다. 도 6은 제 2 구동 라인 비틀림 모드의 구동 라인을 겪고 있는 엔진 점화 여기에 대한 실시간 디스플레이 스크린을 예시하고 있다. 이 스크린을 이용하면, DVA 조작자는 동작 조건의 변화 하에서 각각의 트랜스미션 기어를 통해 신속하게 순환하여, (소정의 한계를 초과하는 속도 변동에 의해 나타내지는) 과도한 비틀림을 찾아 로드(load)한다. 과도한 비틀림 활동이 관측되면, DVA 조작자는 차후의 처리를 위한 데이터를 즉시 획득할 수 있다. 이로 인해 시간이 크게 절약되며, 모든 속도 및 기어에서 많은 양의 데이터를 획득해야 할 필요성이 없어진다.
구동 라인 비틀림 활동은 여기 원인의 크기를 감소시키고, 공진 속도를 엔진의 동작 범위 아래로 시프트시키거나, 또는 충분한 구동 라인 댐핑(damping)을 제공하여 비틀림 응답을 감쇠시키는 방법을 포함한 몇 가지 방법으로 처리될 수 있다. 바람직한 처리는 문제의 속성에 따라 달라진다. DVA(10)를 이용하여 진동의 원인을 식별함으로써, 적절한 해결 방안이 선택될 수 있다. 도 4 및 5를 다시 참조하면, 도 4는 중대한 제 4 오더 진동을 나타내는 구동 라인으로부터 취해진 측정을 예시하고 있다. 도 5는 적절한 댐프닝(dampening)이 행해진 후, 제 4 오더 진동이 상당히 감소된 상태에서, 동일 구동 라인으로부터의 측정을 예시하고 있다. 이 예에 관한 추가적인 상세 내용은 참조로 인용된 SAE 논문에 제공되어 있다. 정확성을 높이기 위해, 1 15/16 오더 및 2 1/16 오더로부터의 데이터를 2.0 오더 데이터에 가산할 뿐만 아니라 (회전 속도가 일정하게 유지되는 한) 데이터를 평균하는 것이 바람직할 것이다. 마찬가지로, 관심있는 다른 오더에서 획득된 정보에 대해 동일한 것이 적용될 수 있다.
따라서, DVA(10)는 여러 가지 차량 진동 문제에 편리하고 간단한 해결책을 제공한다. 이것에 의해 진동의 원인을 지적하여, 고비용 및 비효율적인 시행착오적 구동 라인 보수 방법을 제거할 수 있다. DVA는 차량을 테스트하고, 그 결과를 단지 2 시간 내에 분석하여 차량 고장 시간을 최소화할 수 있도록 구성된다. 또한, DVA(10)는 엔진 및 트랜스미션 제어 알고리즘에 입력할 뿐만 아니라 구동 라인 설계에 이용하기 위해 차량 구동 라인에서의 비틀림 진동을 학습하기 위한 엔지니어링 도구(engineering tool)로서 사용될 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 예시적인 실시예를 개시 및 기술한다. 당업자라면 전술한 내용으로부터, 그리고 첨부 도면 및 특허 청구 범위로부터, 다음의 특허 청구 범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도 소정의 변화, 수정 및 변경이 가능함을 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 오더기반 비틀림 진동 측정 및 분석 도구에 의하면, 차량 구동 라인에서의 비틀림 진동을 측정 및 평가할 수 있다.

Claims (3)

  1. 차량 구동 라인(vehicle driveline)에서의 회전 소자(rotating component)의 오더기반 비틀림 진동(order based torsional vibration)을 측정 및 분석하는 도구(tool)에 있어서,
    테스트 하에서 구동 라인 소자의 순간적인 속도을 측정하여, 속도 신호를 생성하는 감지기(sensor)와,
    상기 감지기에 전기적으로 접속되어, 상기 감지기로부터 상기 속도 신호를 수신하고, 상기 속도 신호를 회전 가속도 측정(rotational accelerating measurement)으로 처리하는 프로세서－상기 처리는 하나 이상의 사전결정된 주파수 각각에서 상기 회전 가속도 측정의 크기를 계산하는 것을 포함하며, 상기 주파수는 상기 회전 소자의 회전 오더를 추적(tracking)함－와,
    각각의 회전 오더를 갖는 상기 회전 가속도 측정의 상기 크기를 디스플레이하는 디스플레이 수단
    을 포함하는 오더기반 비틀림 진동 측정 및 분석 도구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    차량 구동 라인에서의 상기 회전 소자는 트랜스미션 출력 축(transmission output shaft)인 오더기반 비틀림 진동 측정 및 분석 도구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리는 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform)을 이용하여 수행되는 오더기반 비틀림 진동 측정 및 분석 도구.
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