KR20120121621A

KR20120121621A - 차량의 이상 진단 장치, 이상 진단 방법 및 그 진단 방법의 기록매체

Info

Publication number: KR20120121621A
Application number: KR1020110039524A
Authority: KR
Inventors: 김영진; 오세도; 서해윤; 이태휘
Original assignee: 경희대학교 산학협력단; 주식회사 사이로직
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-06

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 차량의 진동 신호를 웨이블릿 변환 및 노이즈 제거에 따른 단순한 진동 신호로 변환하고 이로부터 피크를 검지하고 피크 간격 데이터를 획득함으로써 차량의 진단 상태를 정확하고 용이하게 출력할 수 있는 효과가 있다. 이를 위해, 특히 본 발명의 일 실시예는 차량의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지하는 센서; 웨이블릿 변환에 기반하여 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하는 웨이블릿 변환부; 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부; 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동신호를 생성하는 신호 결합부; 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지하는 피크 검지부; 및 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 차량의 진단 상태를 출력하는 진단 상태 출력부;를 포함하는 차량의 이상 진단 장치를 포함한다.

Description

차량의 이상 진단 장치, 이상 진단 방법 및 그 진단 방법의 기록매체{DIAGNOSTIC APPARATUS FOR VEHICLE, DIAGNOSTIC METHOD FOR VEHICLE AND RECORDING MEDIUM OF THE SAME DIAGNOSTIC METHOD}

본 발명은 차량의 이상 진단 장치, 이상 진단 방법 및 그 진단 방법의 기록매체에 관한 것이다. 보다 상세하게는 차량 엔진의 정상 및 비정상 파형을 포함하는 진동 신호의 웨이블릿 변환과 진동 신호의 피크 검지와 이상 진단 알고리즘을 제공함으로써 차량 이상 진단에 정확성을 기할 수 있는 차량의 이상 진단 장치, 이상 진단 방법 및 그 진단 방법의 기록매체에 관한 것이다.

최근 회전 진동기기 및 파워트레인 기계요소 (엔진, 변속기)에 대한 초기 품질 확보를 위하여 양산라인에 노이즈를 계측하는 시스템의 적용이 확대되고 있다.(한국 계측기 연구조합, 2003) 과거 검사관이나 작업자가 보고, 듣고, 만져보아 검사하는 감성적 검사에 의존하였던 시기가 있었으나 생산라인의 노이즈와 같은 환경적 변수에서 나오는 인적오류를 막을 수가 없고, 생산성을 보장하기 위해서는 빠른 검사가 이루어져야 하는 요구를 만족시킬 수가 없어 자동 진단시스템 개발의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

하지만, 대부분의 측정시스템의 진단 기법들이 단순한 회전기기에 기반을 두어 측정과 간단한 통계적 기법을 수행하는 진단 시스템이 대부분이다. 단순 회전 진동기기의 경우에는 진동의 형태가 단순하고 규칙적인 특징을 가지고 있어 단순히 진동 및 소음의 크기를 검사하거나 진동 충격의 통계량을 계산함으로써 그 진단이 수월하게 수행될 수 있다. 또한 파워트레인 요소 부품 중 변속기의 중요 부품인 기어 박스(Gear box)와 같은 경우에는 변속 시 서로 다른 기어비에서 생기는 진동 및 소음이 확연히 다른 형태를 보이므로 RMS(Root Mean Square), 첨도, 파고율 등과 같은 그 특성에 맞는 특별한 통계량을 계산하여 진단하는 통계적 진단을 수행해도 불량의 검출이 수월한 특징을 갖는다.

하지만, 엔진의 경우 기계적인 특성상 회전운동뿐만 아니라 내부 실린더의 상하 운동이 결합된 운동 형태를 가지고 있어 진동이 상하 또는 좌우로 규칙적인 형태를 띠지 못하고 진동들 간의 간섭으로 인해 감쇄 또는 증폭이 되는 복잡한 형태의 진동특성이 나타난다. 그렇기에 이러한 엔진의 특수한 운동특성을 반영한 진단 시스템이 개발되어야 한다. 하지만 현재 엔진 생산라인에서는 변속기나 로터와 같이 단순 형태의 회전운동만을 수행하는 운동성향을 띠는 기기에 적합한 진단 시스템만이 도입된 실정이다. 이러한 시스템들은 통계량 분석과 주파수 분석 정도의 기능만 내장하고 있어, 제대로 된 불량의 검출이 이루어지지 못하는 부분이 있다. 엔진의 진동특성을 반영하지 못해 생기는 일례로 진동레벨(RMS)이 낮더라도 이음이 섞여 있을 경우에는 엔진 부품이 이상상태로 전이되고 있음을 나타내기도 하는 예를 들 수 있다. 이 경우 단순히 진동레벨만을 검사하여 통계적으로 진단하게 되는 경우 이러한 유형의 엔진을 검사로서 골라내는 것은 쉽지 않다. 결국, 엔진의 경우에는 단순히 계량적 평가를 실시하는 것만으로는 이상 상태를 바로 진단할 수 없으며 고장의 형태에 대한 완벽한 검출이 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 진동 신호의 피크 간격을 검지하여 차량의 이상 여부를 정확하게 진단할 수 있는 차량의 이상 진단 장치, 이상 진단 방법 및 그 진단 방법의 기록매체를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 차량의 진동 신호를 웨이블릿 변환 및 노이즈 제거에 따른 단순한 진동 신호로 변환하고 이로부터 피크를 검지하고 피크 간격 데이터를 획득함으로써 차량의 진단 상태를 출력할 수 있는 차량의 이상 진단 장치, 이상 진단 방법 및 그 진단 방법의 기록매체를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 차량의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지하는 센서; 웨이블릿 변환에 기반하여 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하는 웨이블릿 변환부; 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부; 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동신호를 생성하는 신호 결합부; 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지하는 피크 검지부; 및 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 차량의 진단 상태를 출력하는 진단 상태 출력부;를 포함하는 차량의 이상 진단 장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.

차량의 진동은 차량의 엔진 진동을 포함할 수 있다.

센서는 가속도 센서일 수 있다.

그리고, 감지된 진동 신호는 순차적으로 획득되는 진동 데이터의 가속도 정보일 수 있다.

또한, 검지선은 진동 신호의 절대치에 기반하여 피크보다 낮은 값으로 선택될 수 있다.

피크 간격의 규칙성 정도는 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 통해 획득되는 분류 기준선에 기반하여 결정될 수 있다.

아울러, 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 지니 지수 또는 엔트로피 지수를 이용할 수 있다.

불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘에 있어 정상 간격과 이상간격의 분류 기준선을 설정하는 기준선을 정해 줄 수 있으며 분할 전 데이터의 불순도와 분할 후 데이터의 불순도의 차가 최대값을 갖도록 설정하는 분류 기준선을 사용한다. 이를 통해 설정된 분류 기준선은 진단시의 오차를 최소화시킬 수 있다.

진단 상태는 차량의 정상 또는 비정상에 대한 차량 상태 정보일 수 있다

한편, 본 발명의 목적은 다른 카테고리로서, 센서가 차량의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지하는 단계(S10); 웨이블릿 변환부가 웨이블릿 변환에 기반하여 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하는 단계(S20); 노이즈 제거부가 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호를 제거하는 단계(S30); 신호 결합부가 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동신호를 생성하는 단계(S40); 피크 검지부가 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지하는 단계(S50); 및 진단 상태 출력부가 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 차량의 진단 상태를 출력하는 단계(S60);를 포함하는 차량의 이상 진단 방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.

웨이블릿 변환부의 웨이블릿 계수 분류단계(S20)에서, 감지된 진동 신호는 순차적으로 획득되는 진동 데이터의 가속도 정보일 수 있다.

피크 검지부의 피크 검지단계(S50)에서, 검지선은 진동 신호의 절대치에 기반하여 피크보다 낮은 값으로 선택될 수 있다.

진단 상태 출력부의 진단 상태 출력단계(S60)에서, 피크 간격의 규칙성 정도는 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 통해 획득되는 분류 기준선에 기반하여 결정될 수 있다.

불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 지니 지수 또는 엔트로피 지수를 이용한 것일 수 있다.

분류 기준선은 분할 전 데이터의 불순도와 분할 후 데이터의 불순도의 차가 최대값을 갖도록 결정될 수 있다.

진단 상태 출력부의 진단 상태 출력단계(S60)에서, 진단 상태는 차량(10)의 정상 또는 비정상에 대한 차량 상태 정보일 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은 차량의 이상 진단 방법을 실행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함으로써 달성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 의하면, 차량 진동 신호의 피크 간격을 검지하여 차량의 이상 여부를 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 차량의 진동 신호를 웨이블릿 변환 및 노이즈 제거에 따른 단순한 진동 신호로 변환하고 이로부터 피크를 검지하고 피크 간격 데이터를 획득함으로써 차량의 진단 상태를 용이하게 출력할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 구성을 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 필요성을 설명하기 위해 정상 진동(도 2a)과 비정상 진동(도 2b)에 각 대응하는 엔진의 진동을 시계열 분석을 통한 그래프들로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 필요성을 설명하기 위해 정상 진동(도 3a)과 비정상 진동(도 3b)에 각 대응하는 엔진의 진동을 시계열 분석을 통한 그래프들로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 필요성을 설명하기 위해 정상 진동(도 4a)과 비정상 진동(도 4b)에 각 대응하는 엔진의 진동을 주파수 분석을 통한 그래프들로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 필요성을 설명하기 위해 정상 진동(도 5a)과 비정상 진동(도 5b)에 각 대응하는 엔진의 진동을 주파수 분석을 통한 그래프들로 나타낸 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 필요성을 설명하기 위해 충격성 신호를 포함하는 엔진의 진동 신호를 주파수 분석을 통한 그래프들로 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 일 구성 중 웨이블릿 변환부가 진동 신호(도 8a)를 5 레벨로 분류한 진동 계수 그래프들(도 8b 내지 도 8f)을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 일 구성 중 노이즈 제거부에 의해 노이즈가 제거된 진동 계수 그래프들(도 9a 내지도 9e)과 신호 결합부의 결합으로 형성된 검지용 진동 신호(도 8f)를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 일 구성 중 피크 검지부에 의해 검지된 피크들을 검지용 진동 신호에 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치를 수행한 결과 정상과 비정상에 대응하는 피크 간격의 규칙성 정도에 의해 출력된 진단 상태 정보의 일 실시예를 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.

<차량의 이상 진단 장치>

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 구성을 나타낸 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는 센서(20), 웨이블릿 변환부(30), 노이즈 제거부(40), 신호 결합부(50), 피크 검지부(60) 및 진단 상태 출력부(70)를 포함하여 구성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치는 센서(20)를 통해 차량(10)의 진동에 대응하는 진동 신호를 수신하여 웨이블릿 변환부(30) 및 노이즈 제거부(40)를 통해 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하고 각 웨이블릿 계수에서 노이즈를 제거한 후 신호 결합부(50)를 통해 이들을 결합하여 검지용 진동 신호를 생성하고 피크 검지부(60) 및 진단 상태 출력부(70)를 통해 차량의 이상 진단을 수행토록 작용한다. 본 실시예의 각 구성에 대해서는 후술한다.

단순 시계열 분석에 기반한 종래 차량 이상 진단 장치의 경우, 엔진진동의 로우(raw) 데이터는 가속도센서로 측정된 시간영역 데이터가 된다. 이 데이터를 육안으로 분석해보면 차이점이 뚜렷하게 나타나는 고장유형도 있지만, 별다른 차이점을 발견할 수가 없는 고장유형도 있다. 엔진은 여러 부품들이 수직 상하 운동과 더불어 회전 운동, 커플링 등과 같은 복합적 진동들이 한꺼번에 발생하기 때문에 부품 간의 간섭이 생길 수 있다. 이로 인해 진동 신호의 파형이 복잡하고, 이상 충격신호들이 정상신호에 의해 상쇄되거나 숨어있는 경우가 있어 시간영역 데이터를 통해 이를 검지해내는 데에 어려움이 따른다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 필요성을 설명하기 위해 정상 진동(도 2a, 도 3a)과 비정상 진동(도 2b, 도 3b)에 각 대응하는 엔진의 진동을 시계열 분석을 통한 그래프들로 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 3에 각 도시된 그래프들은 진동 신호 데이터량을 가로축으로 하고, 가속도값을 세로축으로 하는 그래프들이다. 여기서, 도 2a에 도시된 정상 유형의 진동 파형과 도 2b에 도시된 비정상 유형의 진동 파형을 비교하면, 비정상 유형의 진동 파형(도 2b)이 정상 엔진에서의 진동 파형(도 2a)보다 충격량이 큰 파형을 가지므로 육안으로 구별이 확실하고, RMS, 첨도 및 파고율 등의 통계량을 구해 분석하는 방법으로 쉽게 이상 여부를 진단할 수 있다.

그러나, 도 3에 도시된 고장 유형은 도 2의 고장 유형과 달리 정상적 피크 신호 사이에 이상충격이 일어나는 형태의 불량유형이다. 따라서, 정상 진동(도 3a)과 비정상 진동(도 3b)을 비교하면, 피크와 피크 사이에서 충격성 이상신호가 발생한 후, 보상적인 작은 충격 파가 주기적으로 발생한다. 이 유형의 경우 정상 파형과 비교하여 뚜렷한 차이점을 찾아내기 힘들며 단순히 통계량을 구해 진단을 하여도 양품과의 구분이 뚜렷하게 되지 않아 어려움이 따를 수밖에 없다.

주파수 분석에 기반한 종래 차량 이상 진단 장치의 경우, 전술한 시간영역 통계 분석의 한계점을 극복하고자 고려된다. 주파수 분석기법은 이미 많은 회전 진동기기 등에서 널리 사용되고 있는 진단 기법 또는 전처리 방법이다. 이때 푸리에 변환은 매우 중요한 의미를 갖는다. 시간영역을 주파수영역으로 변환하는 데에 이용되기 때문이며, 특히나 엔진과 같은 회전 진동기기의 진동파형을 해석하는데 있어 해당 주파수 영역의 신호가 다량으로 출현하는 지를 판단하여 불량을 검사할 수 있다. 그러나, 푸리에변환을 이용한 주파수 분석에는 한계점이 존재하는 데, 이는 주파수영역으로 변환 시 시간의 차원이 사라지게 된다는 점이다. 이러한 특징 때문에 엔진의 고장유형 중 불규칙한 이상음들이 발생 및 상쇄를 반복하는 충격성 신호를 내포한 불량 유형의 경우는 검지해내지 못한다.

예를 들어, 도 4에 도시된 정상 진동(도 4a)과 비정상 진동(도 4b)이 상호 대비되는 불량 유형의 경우 거의 모든 주파수 대역에서 신호가 증가하며, 특히 고주파 대역인 10000 Hz 대역 이상에서 뚜렷한 차이를 보이므로 진단이 수월하나 도 5에 도시된 정상 진동(도 5a)과 비정상 진동(도 5b)이 상호 대비되는 고장 유형의 경우 뚜렷한 차이가 없고 오히려 불량이 양품보다 작은 신호량(dB)를 가지는 경우도 있다. 이는 충격성 신호의 보상적 감쇄에서 기인하는 현상이다.

특히, 엔진 고장의 유형 중 커다란 충격성 신호가 발생한 후, 보상적인 작은 충격파가 주기적으로 발생되는 형태의 경우, 정상 신호(도 6)와 비정상 신호(도 7)는 평균적으로 동일하거나 유사한 파형을 나타내므로 이를 판별할 수 있는 특징량 추출이 곤란하여 푸리에 변환에 의해서는 시간에 따라 변화되는 신호를 분석할 수 없는 문제점을 내포하고 있다.

본 실시예의 각 구성을 살펴보면, 센서(20)는 차량(10)의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지하는 역할을 한다. 여기서, 차량(10)의 진동은 차량(10)의 엔진 진동을 포함하며, 센서(20)는 가속도 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 가속도 센서의 경우 진단 대상 차량(10) 또는 차량(10)의 엔진에 부착시켜 측정하되 자동차 제조 현장의 경우 차량 생산라인에 부착 설치될 수 있다.

웨이블릿 변환부(30)는 웨이블릿 변환에 기반하여 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하는 역할을 한다. 여기서, 감지된 진동 신호는 순차적으로 획득되는 진동 데이터의 가속도 정보인 것이 바람직하다. 그리고, 웨이블릿 변환(wavelet transform)은 [주파수, 주기]영역을 갖는 푸리에 변환과 달리 [시간, 음계(scale)]영역으로 분석되며 각 음계는 일정범위의 주파수 대역을 갖는다. 도 8에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 일 구성 중 웨이블릿 변환부가 진동 신호(도 8a)를 5 레벨로 분류한 진동 계수 그래프들(도 8b 내지 도 8f)을 나타내었다.

노이즈 제거부(40)는 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호의 제거, 즉 잡음 제거(De-noising)의 역할을 한다. 웨이블릿 변환부(30)의 웨이블릿 함수 적용으로 2 이상의 웨이블릿(잔물결 신호)들로 나눠지면 노이즈 제거부(40)가 신호별로 단순화 또는 백색 잡음 제거와 같은 진동 신호의 가공을 수행하는 것이다.

신호 결합부(50)는 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동 신호를 생성하는 역할을 한다. 즉, 신호 결합부(50)는 전술한 웨이블릿 변환부(30)에 의해 레벨별로 분류되고 노이즈 제거부(40)에 의해 잡음 제거가 된 2 이상의 웨이블릿들 선형적으로 합쳐 단순한 형태의 파형인 검지용 진동 신호를 생성하는 것이다. 도 9에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 장치의 일 구성 중 노이즈 제거부에 의해 노이즈가 제거된 진동 계수 그래프들(도 9a 내지도 9e)과 신호 결합부의 결합으로 형성된 검지용 진동 신호(도 8f)를 나타내었다. 원 진동 신호(도 8a)와 비교하면 검지용 진동 신호(도 8f)는 잡음이 제거되어 단순화된 것을 알 수 있다.

피크 검지부(60)는 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지하는 역할을 한다. 이러한 피크 검지부(60)는 신호의 절대치를 이용해 피크와 이상신호보다 작은 적정 값을 찾아 검지선으로 설정하고 이 검지선을 넘어가는 충격들이 발생되는 순간부터 다시 검지선을 넘지 않는 충격이 발생되는 부분까지를 추출해 최대치를 찾는 알고리즘을 수행한다. 즉, 검지선을 넘은 후부터 넘지 않는 점을 카운트하여 넘지 않는 점이 일정하게 계속 유지되는 경우 마지막으로 검지선을 통과한 부분까지를 추출해 최대값을 구함으로써 피크를 검지할 수 있다. 여기서, 검지선은 진동 신호의 절대치에 기반하여 피크보다 낮은 값으로 선택하는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 전체 엔진 파형의 절대량의 평균에 2 배의 표준편차수준을 더한 값으로 설정하였다. 즉, 엔진의 충격 파형 데이터는 시료의 개수가 충분히 많고, 0을 기점으로 하여 진동하는 특성이 있어 정규 분포를 따르고 있다. 때문에 이러한 검지선 설정의 의미는 평균이상의 신호 중 약 2.25 %의 신호만을 추출해 이 신호들 안에서 피크 값을 발견하겠다는 의미이다. 피크 검지부(60)의 전술한 피크 검지 알고리즘의 수행결과는 도 10에 예시적으로 나타내었다.

진단 상태 출력부(70)는 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 차량(10)의 진단 상태를 출력하는 역할을 한다. 여기서, 피크 간격의 규칙성 정도는 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 통해 획득되는 분류 기준선에 기반하여 결정될 수 있다.

불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 지니 지수(Gini index) 또는 엔트로피 지수(Entropy index)를 이용함으로써 수행될 수 있는데, 지니 지수에 기반하는 경우 분할 전 데이터의 불순도와 분할 후 데이터의 불순도의 차가 최대값을 갖도록 분류 기준선을 결정한다. 이러한 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 정상 엔진 파형에서도 이상 신호가 존재하는 경우가 있고, 이상 엔진에서도 정상적인 피크 신호가 존재하는 엔진의 특성을 감안해 에러를 최대로 줄이고 순수도를 보장받을 수 있는 분류기준선(Splitting line)을 결정하기 위해서 사용된다. 진단 상태 출력부(70)가 출력하는 진단 상태는 차량(10)의 정상 또는 비정상에 대한 차량 상태 정보인 것이 바람직하다. 이러한 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 수행하면, 피크 간격의 불순도가 가장 적은 피크 간격의 정상범위가 도출되며, 이를 통해 도 11과 같이 이상 신호가 얼마나 많이 발생하는 지를 진단할 수 있게 된다. 도 11에서는 비정상 엔진의 비정상 피크 간격의 개수가 정상 엔진에 비해 약 2배 정도 많은 수치를 보임을 알려준다.

<차량의 이상 진단 방법>

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 이상 진단 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다. 도 12를 참조하면, 본 실시예인 차량 이상 진단 방법은 우선, 센서(20)가 차량(10)의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지한다(S10).

다음, 웨이블릿 변환부(30)가 웨이블릿 변환에 기반하여 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류한다(S20). 여기서, 감지된 진동 신호는 순차적으로 획득되는 진동 데이터의 가속도 정보인 것이 바람직하다.

다음, 노이즈 제거부(40)가 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호를 제거한다(S30).

다음, 신호 결합부(50)가 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동 신호를 생성한다(S40).

다음, 피크 검지부(60)가 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지한다(S50). 여기서, 검지선은 진동 신호의 절대치에 기반하여 피크보다 낮은 값으로 선택되는 것이 바람직하다.

마지막으로, 진단 상태 출력부(70)가 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 차량(10)의 진단 상태를 출력함으로써(S60) 차량(10)의 이상 진단 방법의 일 실시예가 수행될 수 있다. 여기서, 피크 간격의 규칙성 정도는 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 통해 획득되는 분류 기준선에 기반하여 결정되는 것이 바람직하다. 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 지니 지수 또는 엔트로피 지수를 이용하고, 분류 기준선은 분할 전 데이터의 불순도와 분할 후 데이터의 불순도의 차가 최대값을 갖도록 결정된 것이 바람직하다.

특히, 진단 상태 출력부(70)의 진단 상태 출력단계(S60)에서, 진단 상태는 차량(10)의 정상 또는 비정상에 대한 차량(10) 상태 정보인 것이 바람직하다.

또한, 상술한 모든 기능은 상기 기능을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

10: 차량
20: 센서
30: 웨이블릿 변환부
40: 노이즈 제거부
50: 신호 결합부
60: 피크 검지부
70: 진단 상태 출력부

Claims

차량의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지하는 센서;
웨이블릿 변환에 기반하여 상기 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하는 웨이블릿 변환부;
상기 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호를 제거하는 노이즈 제거부;
상기 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동 신호를 생성하는 신호 결합부;
상기 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지하는 피크 검지부; 및
상기 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 상기 차량의 진단 상태를 출력하는 진단 상태 출력부;를 포함하는 차량의 이상 진단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 차량의 진동은 상기 차량의 엔진 진동을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 센서는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 감지된 진동 신호는 순차적으로 획득되는 진동 데이터의 가속도 정보인 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 검지선은 상기 진동 신호의 절대치에 기반하여 상기 피크보다 낮은 값으로 선택되는 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 피크 간격의 규칙성 정도는 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 통해 획득되는 분류 기준선에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 6항에 있어서,
상기 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 지니 지수 또는 엔트로피 지수를 이용한 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 6항에 있어서,
상기 분류 기준선은 분할 전 데이터의 불순도와 분할 후 데이터의 불순도의 차가 최대값을 갖도록 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
제 1항에 있어서,
상기 진단 상태는 상기 차량의 정상 또는 비정상에 대한 차량 상태 정보인 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 장치.
센서가 차량의 진동에 대응하는 진동 신호를 감지하는 단계(S10);
웨이블릿 변환부가 웨이블릿 변환에 기반하여 상기 감지된 진동 신호를 2 이상의 웨이블릿 계수로 분류하는 단계(S20);
노이즈 제거부가 상기 분류된 각 웨이블릿 계수에서 노이즈 신호를 제거하는 단계(S30);
신호 결합부가 상기 노이즈 신호가 제거된 2 이상의 웨이블릿 계수를 결합하여 검지용 진동 신호를 생성하는 단계(S40);
피크 검지부가 상기 검지용 진동 신호에서 소정 검지선을 상회하는 피크를 검지하는 단계(S50); 및
진단 상태 출력부가 상기 검지된 피크의 피크 간격의 규칙성 정도에 기반하여 상기 차량의 진단 상태를 출력하는 단계(S60);를 포함하는 차량의 이상 진단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 웨이블릿 변환부의 웨이블릿 계수 분류단계(S20)에서,
상기 감지된 진동 신호는 순차적으로 획득되는 진동 데이터의 가속도 정보인 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 피크 검지부의 피크 검지단계(S50)에서,
상기 검지선은 상기 진동 신호의 절대치에 기반하여 상기 피크보다 낮은 값으로 선택되는 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 진단 상태 출력부의 진단 상태 출력단계(S60)에서,
상기 피크 간격의 규칙성 정도는 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘을 통해 획득되는 분류 기준선에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 방법.
제 13항에 있어서,
상기 불순도 최소화 데이터 분할 알고리즘은 지니 지수 또는 엔트로피 지수를 이용한 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 방법.
제 13항에 있어서,
상기 분류 기준선은 분할 전 데이터의 불순도와 분할 후 데이터의 불순도의 차가 최대값을 갖도록 결정된 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 방법.
제 10항에 있어서,
상기 진단 상태 출력부의 진단 상태 출력단계(S60)에서,
상기 진단 상태는 상기 차량의 정상 또는 비정상에 대한 차량 상태 정보인 것을 특징으로 하는 차량의 이상 진단 방법.
제 10항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 따른 차량의 이상 진단 방법을 실행할 수 있는 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.