KR20120045271A - 차량의 고장 진단장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 차량의 전자제어장치에 사용되는 각종 센서들의 증감 정보를 이용하여 그 고장 여부를 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이 발명에 따른 차량의 고장 진단장치는, 진단대상장치로부터 신호를 입력받아 그 입력값의 증감율을 계산하는 증감율연산부와, 상기 증감율과 기설정된 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 임시고장신호를 출력하는 제1비교부와, 상기 제1비교부에서 임시고장신호가 출력되는 횟수를 누적하는 카운터와, 상기 카운터에서 누적된 누적횟수와 기설정된 임계횟수를 비교하여 상기 누적횟수가 상기 임계횟수를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 제2비교부를 포함한다.

Description

차량의 고장 진단장치 및 방법 {APPRATUS AND METHOD FOR DETECTING AUTOMOBILE FAILURE}

이 발명은 차량의 고장 진단장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 전자제어장치에 사용되는 각종 센서들의 증감 정보를 이용하여 그 고장 여부를 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 동력을 발생시키는 엔진과, 그 엔진에서 발생된 동력을 휠(wheel)의 회전력으로 변환하여 차량을 주행시키는 동력전달장치와, 차량의 주행 방향을 변경하는 조향 장치와, 노면에서 받는 충격을 감쇠시켜 승차감 및 조정 안정성을 향상시키는 현가 장치와, 운전자의 조작에 따라 차량을 정지시키는 제동 장치와, 차량의 쾌적한 실내 환경을 제공하기 위한 공조 장치와, 배터리 등으로 구성된다.

과거의 차량에서는 이러한 구성부들이 단순히 기구적인 메커니즘에 의해서만 동작되었으나, 현대의 차량에서는 주행성, 안정성, 승차감, 편의성 등을 향상시키기 위하여 각종 전기 및 전자 제어기구들에 의해 상술한 구성부들의 동작을 제어하고 있으며, 이와 같은 전기 및 전자 제어기구들이 차량에서 차지하는 비중은 점점 높아져 가고 있다.

이러한 전기 및 전자 제어기구들은 각종 차량용 센서들을 이용하여 각 구성부들의 상태를 진단하고 그 진단된 상태 정보를 기반으로 각 구성부들을 제어하는 바, 이러한 구성부들에 제공되는 정보에는 차량의 RPM, 온도, 차속 등 차량의 안전 운전에 중요한 정보가 포함된다. 따라서, 이러한 차량용 센서들의 고장으로 말미암아 잘못된 정보가 구성부들에게 제공될 경우, 차량 제어에 문제를 야기하기 때문에 차량에는 차량용 센서의 고장을 진단하는 수단이 필요하다.

현재 차량용 센서 고장 진단수단은 전원 단락, 접지 단락, 단선 등과 같은 기본적인 고장에 대해서 진단이 가능하다.

그러나, 구성부들의 일부 부품이나 차량용 센서 자체의 물리적인 고장에 의해 센서의 센싱값이 상승 범위 이상으로 급상승하거나, 하강 범위 이하로 급하강할 경우 종래의 차량용 센서 고장 진단수단은 이를 고장으로 진단하지 못하고 정상적인 센싱값으로 인식하여 그 비정상적인 센싱값을 기반으로 구성부들을 제어한다.

예컨대 엔진 일부 부품이 고장나면 엔진 RPM이 물리적으로 손상이 발생할 수 있는 상승 범위 이상으로 급상승할 수 있고, 배터리 온도 센서의 경우 센서 자체의 탄화 등으로 인하여 실제 배터리 온도는 정상이지만 배터리 온도 센서에서 출력되는 배터리 온도는 물리적으로 급격하여 증가하거나 감소할 수 있다.

종래에는 이와 같이 차량의 일부 부품이나 센서에 고장이 발생하여 그 센싱값이 급격하게 상승하거나 감소하는 경우에는 고장으로 진단하지 않고 차량의 구성부들이 비정상적인 센싱값을 기반으로 제어됨으로써 엔진이나 동력 계통에 무리가 가해지고 손상이 발생되는 문제점이 있다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 이 발명의 목적은 차량용 센서의 센싱값의 증감 정도를 이용하여 차량의 고장 여부를 진단하는 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 차량의 고장 진단장치는, 진단대상장치로부터 신호를 입력받아 그 입력값의 증감율을 계산하는 증감율연산부와, 상기 증감율과 기설정된 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 임시고장신호를 출력하는 제1비교부와, 상기 제1비교부에서 임시고장신호가 출력되는 횟수를 누적하는 카운터와, 상기 카운터에서 누적된 누적횟수와 기설정된 임계횟수를 비교하여 상기 누적횟수가 상기 임계횟수를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 제2비교부를 포함한 것을 특징으로 한다.

이 발명에 따른 차량의 고장 진단방법은, 제어기가 진단대상장치로부터 신호를 입력받아 그 입력값의 증감율을 계산하는 증감율연산단계와, 상기 증감율과 기설정된 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 고장진단단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 이 발명에 따르면 연속적으로 입력되는 센싱값의 단위 시간당 증감 정도를 이용하여 센서의 고장 여부를 판단하기 때문에 종래의 센서 고장 진단장치로는 진단할 수 없는 고장에 대한 진단이 가능해지기 때문에 차량의 고장으로부터 운전자 및 차량을 보호하고 운전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 이 발명의 개념을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 이 발명에 따른 차량의 고장 진단방법을 도시한 동작 흐름도이다.
도 3은 이 발명에 따른 차량의 고장 진단장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이 발명에 따른 차량용 센서 고장 진단장치의 일 예시도이다.
도 5는 HD HEV LPI의 엔진 RPM 신호 제한에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 이 발명의 한 실시예에 따른 차량의 고장 진단장치 및 방법을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 이 발명의 개념을 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

차량용 센서는 연속된 센싱값을 출력하며, 그 센싱값은 『가, 나, 다』 구간과 같이 증가하거나 『다’, 나’, 가’』구간과 같이 감소한다. 이때, 『가, 나, 다』구간의 증가율은 그 구간에서 증가된 센싱값을 그 구간의 시간으로 나누면 얻어지고, 『다’, 나’, 가’』구간의 감소율은 그 구간에서 감소된 센싱값을 그 구간의 시간으로 나누면 얻어진다. 이 발명은 이와 같이 증감율을 연산하여 그 증감율이 각 센서의 특성에 따라 설정된 임계치를 초과하는 비정상적인 증감의 경우 차량에 고장이 발생한 것으로 인지한다.

도 2는 이 발명에 따른 차량의 고장 진단방법을 도시한 동작 흐름도이다.

먼저, 이 발명에 따른 차량의 고장 진단방법을 실행하는 제어기는 센서로부터 입력되는 입력값에 대해 (현재값-과거값)/(현재시간-과거시간)을 계산하여 증감율을 연산한다(S21). 그 증감율이 그 센서의 특성을 만족하면(S22), 단계 S21로 되돌아가고, 그 증감율이 센서 특성을 만족하지 않으면(S22) 차량 고장으로 판단한다(S23).

이 발명은 센서뿐만 아니라 센서 등과 같이 연속된 값으로 입력되는신호(즉, CAN으로 입력되는 신호)에 대한 고장 진단에도 활용할 수 있는 바, 이 발명의 명세서에서는 이를 통칭하여 진단대상장치라 한다.

도 3은 이 발명에 따른 차량의 고장 진단장치를 도시한 구성도이다.

진단하고자 하는 진단대상장치로부터 신호를 입력받아 그 입력값의 증감율을 계산하는 증감율연산부(31)와, 상기 증감율과 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 임시고장신호를 출력하는 제1비교부(32)와, 상기 제1비교부(32)에서 임시고장신호가 출력되는 횟수를 누적하는 카운터(33)와, 상기 카운터(33)에서 누적된 누적횟수와 임계횟수를 비교하여 상기 누적횟수가 상기 임계횟수를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 제2비교부(34)를 포함한다.

상기 임계치는 증가율임계치와 감소율임계치가 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 증가율임계치와 감소율임계치가 동일한 경우 제1비교부(32)는 증감율의 절대값과 임계치를 비교하여 증감율의 절대값이 임계치를 초과하면 임시고장신호를 출력하여 카운터(33)의 누적횟수가 1 증가되도록 한다. 한편, 증가율임계치와 감소율임계치가 상이한 경우 제1비교부(32)는 증감율과 증가율임계치 및 감소율임계치를 비교하여 증감율(증가율)이 증가율임계치를 초과하거나 증감율(감소율)이 감소율임계치 미만인 경우 임시고장신호를 출력하여 카운터(33)의 누적횟수가 1 증가되도록 한다.

도 4는 도 3에 도시된 이 발명에 따른 차량용 센서 고장 진단장치의 일 예시도이다.

증감율연산부(31)는 진단대상장치로부터의 입력값 중 최근 N(N은 2보다 큰 기설정된 자연수)개의 입력값 어레이를 저장하는 제1메모리(41)와, 상기 최근 N개의 입력값이 입력된 N개의 시간 어레이를 저장하는 제2메모리(42)와, 상기 N번째 과거 입력값과 1번째 과거 입력값과의 차이를 연산하는 제1차감기(43)와, 상기 N번째 과거 입력값이 입력된 과거 시간과 상기 1번째 과거 입력값이 입력된 과거 시간과의 차이 연산하는 제2차감기(44)와, 제1차감기(43)에서 연산된 입력값의 차이를 제2차감기(44)에서 연산된 시간의 차이로 나누어 증감율을 출력하는 나눗셈기(45)로 이루어진다. 입력값이 주기적으로 정확하게 입력되는 경우 제2메모리(42)와 제2차감기(44)를 생략하고 나눗셈기(45)가 제1차감기(43)에서 연산된 입력값의 차이를 기설정된 단위시간으로 나누도록 설정할 수도 있다. 나눗셈기(45)에서 계산된 증감율은 시간에 따라 입력값이 증가할 때에는 양의 값으로 출력되고 시간에 따라 입력값이 감소할 때에는 음의 값으로 출력된다. 증감율연산부(31)는 진단대상장치로부터의 아날로그 입력값을 디지털 입력값으로 변환한 후 제1메모리(41)에 저장하는 아날로그/디지털변환기를 더 포함할 수도 있다.

제1비교부(32)는 증감율연산부(31)에서 출력된 증감율(증가시에는 양의 값, 감소시에는 음의 값)의 절대값을 연산하는 절대값연산기(46)와, 절대값연산기(46)에서 출력되는 증감율 절대값과 임계치를 비교하여 증감율 절대값이 임계치보다 크면 임시고장신호를 출력하는 제1비교기(47)를 포함한다.

제2비교부(34)는 카운터(33)의 누적횟수와 임계횟수를 비교하여 누적횟수가 임계횟수를 초과하면 차량 고장을 출력하는 제2비교기(48)를 포함한다.

도 3 및 도 4의 동작을 설명한다.

진단대상장치로부터의 입력값이 디지털로 변환된 후 증감율연산부(31)의 제1메모리(41)에 순차적으로 저장되고, 동시에 그 입력값이 입력된 시간이 증감율연산부(31)의 제2메모리(42)에 순차적으로 저장된다. 이 제1메모리(41)와 제2메모리(42)에는 각각 최근에 입력된 N개의 입력값 어레이와, 그의 입력 시간 어레이가 저장된다. 제1차감기(43)는 N번째 과거 입력값과 1번째 과거 입력값과의 차이를 연산하고, 제2차감기(44)는 N번째 과거 입력값이 입력된 과거 시간과 1번째 과거 입력값이 입력된 과거 시간과의 차이를 연산한다. 그리고, 나눗셈기(45)는 제1차감기(43)에서 연산된 입력값의 차이를 제2차감기(44)에서 연산된 시간의 차이로 나누어 증감율을 출력한다. 이 증감율연산부(31)의 나눗셈기(45)에서 출력되는 증감율은 입력값의 증가시에는 양의 부호를 가지고 입력값의 감소시에는 음의 부호를 갖는다.

따라서, 제1비교부(32)의 절대값연산기(46)는 즐감율연산부(31)에서 출력된증감율의 절대값을 연산하고, 제1비교기(47)는 절대값연산기(46)에서 출력되는 증감율 절대값과 임계치를 비교하여 증감율 절대값이 임계치보다 크면 임시고장신호를 출력한다. 카운터(33)는 기설정된 시간 간격 이내에 입력되는 임시고장신호의 횟수를 계수한다. 이 카운터는 임시고장신호의 입력 횟수를 누적하여 계수하다가 기설정된 시간동안 임시고장신호가 입력되지 않으면 초기화될 수도 있다.

제2비교부(34)의 제2비교기(48)는 카운터(33)의 누적횟수와 임계횟수를 비교하여 누적횟수가 임계횟수를 초과하면 차량 고장으로 진단하고 그에 따른 페일 세이프티(fail safety) 조치가 취해지도록 한다.

도 5는 HD HEV LPI의 엔진 RPM 신호 제한에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. HD HEV LPI의 경우 소프트타입 하이브리드 차량으로서, 엔진과 모터가 직결 구조이므로 엔진과 모터의 RPM은 거의 동일하다. 이러한 이유로 엔진 RPM이 비정상 증가할 경우 한 번 발생한 경우에는 임시고장으로 판단하여 엔진 RPM으로 유지하고, 연속된 임시고장이 발생하면 센서의 고장으로 진단하면서 모터 RPM으로 대체하는 방안으로 시뮬레이션하였다.

31 : 증감율연산부 32 : 제1비교부
33 : 카운터 34 : 제2비교부

Claims (9)

1. 진단대상장치로부터 신호를 입력받아 그 입력값의 증감율을 계산하는 증감율연산부와,
   상기 증감율과 기설정된 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 임시고장신호를 출력하는 제1비교부와,
   상기 제1비교부에서 임시고장신호가 출력되는 횟수를 누적하는 카운터와,
   상기 카운터에서 누적된 누적횟수와 기설정된 임계횟수를 비교하여 상기 누적횟수가 상기 임계횟수를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 제2비교부를 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 증감율연산부는 상기 진단대상장치로부터의 입력값 중 최근 N(N은 2보다 큰 기설정된 자연수)개의 입력값 어레이를 저장하는 제1메모리와, 상기 N번째 과거 입력값과 1번째 과거 입력값과의 차이를 연산하는 제1차감기와, 상기 제1차감기에서 연산된 입력값의 차이를 기설정된 시간으로 나누어 상기 증감율을 출력하는 나눗셈기를 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 증감율연산부는 상기 최근 N개의 입력값이 입력된 N개의 시간 어레이를 저장하는 제2메모리와, 상기 N번째 과거 입력값이 입력된 과거 시간과 상기 1번째 과거 입력값이 입력된 과거 시간과의 차이 연산하여 상기 나눗셈기에게 제공하는 제2차감기를 더 포함하고,
   상기 나눗셈기는 상기 제1차감기에서 연산된 입력값의 차이를 상기 제2차감기에서 연산된 시간의 차이로 나누어 상기 증감율을 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 제1비교부는 상기 증감율연산부에서 출력된 증감율의 절대값을 연산하는 절대값연산기와, 상기 절대값연산기에서 출력되는 증감율 절대값과 임계치를 비교하여 상기 증감율 절대값이 상기 임계치보다 크면 상기 임시고장신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 임계치는 증가율임계치와 감소율임계치로 이루어지고, 상기 제1비교부는 상기 증감율과 증가율임계치 및 감소율임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 증가율임계치를 초과하거나 상기 증감율이 상기 감소율임계치 미만인 경우 상기 임시고장신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단장치.
6. 제어기가 진단대상장치로부터 신호를 입력받아 그 입력값의 증감율을 계산하는 증감율연산단계와,
   상기 증감율과 기설정된 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 고장진단단계를 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 고장진단단계는 상기 증감율과 기설정된 임계치를 비교하여 상기 증감율이 상기 임계치를 초과하면 임시고장신호를 출력하는 제1비교단계와,
   상기 임시고장신호가 출력되는 횟수를 누적하는 카운팅단계와,
   상기 임시고장신호가 출력되는 누적횟수와 기설정된 임계횟수를 비교하여 상기 누적횟수가 상기 임계횟수를 초과하면 차량의 고장임을 출력하는 제2비교단계를 포함한 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1비교단계는 상기 증감율연산부에서 출력된 증감율의 절대값을 연산하고, 상기 증감율 절대값과 상기 임계치를 비교하여 상기 증감율 절대값이 상기 임계치보다 크면 상기 임시고장신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 임계치는 증가율임계치와 감소율임계치로 이루어지고, 상기 제1비교단계는 상기 증감율과 증가율임계치 및 감소율임계치를 비교하여 상기 증감율이 증가율임계치를 초과하거나 상기 증감율이 감소율임계치 미만인 경우 상기 임시고장신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 차량의 고장 진단방법.

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