KR20160134551A - 탑재형 전기 시스템을 모니터링하기 위한 방법 - Google Patents

탑재형 전기 시스템을 모니터링하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 소수의 부품(18)을 구비한 탑재형 전기 시스템(10)을 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 여기서는 탑재형 전기 시스템(10) 내 전압 프로파일이 기록되어 진단 유닛(22)에 의해 평가되며, 이 평가 결과를 토대로 어느 부품(18)에 결함이 있는지 검출된다.

Description

탑재형 전기 시스템을 모니터링하기 위한 방법{METHOD FOR MONITORING AN ON-BOARD ELECTRICAL SYSTEM}
본 발명은, 탑재형 전기 시스템, 특히 자동차 내 탑재형 전기 시스템을 모니터링하기 위한 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
에너지 탑재형 전기 시스템이라고도 명명되는 탑재형 전기 시스템은, 자동차 내 모든 전기 부품 전부를 의미한다. 탑재형 전기 시스템의 부품들은 예를 들어 발전기, 에너지 저장장치, 버스 시스템, 작동기(actuator), 센서, 제어 장치, 케이블 시스템 및 디스플레이 요소이다. 탑재형 전기 시스템의 완전한 기능은 자동차의 작동력에 중요한 전제 조건이 되기 때문에, 오기능을 적시에 검출하고, 더 나아가서는 적합한 대응 조치를 적시에 도입할 수 있기 위해, 탑재형 전기 시스템을 모니터링하는 점이 제안된다.
탑재형 전기 시스템의 기능은, 전기 부하(electric load)에 전기 에너지를 공급하는 것이다. 에너지 공급 장치의 고장은, 예를 들어 전기 제동력 부스터(electric brake force booster)와 같은 부하가 비활성화되기 때문에, 안전 임계 상태를 야기할 수 있다.
이와 같은 고장을 검출하고 적시에 안전 상태로의 전환을 가능케 하기 위해, 탑재형 전기 시스템 내에서 예를 들어 발전기 또는 배터리와 관련된 부품 오류를 진단하기 위한 다양한 조치들이 탑재형 전기 시스템 내에서 취해진다.
발전기 제어기 내부에는, 예컨대 자계 말단의 단락과 같은 여자기 경로 내에서의 오류 및 정류기 내에서의 오류를 검출하기 위한 다양한 진단 조치들이 존재한다. 또한, 배터리 센서가 배터리의 상태를 모니터링한다. 이와 같은 모니터링은 예를 들어 탑재형 전기 시스템 전압의 리플(ripple)을 참조해서 이루어진다. 지금까지는, 부품 레벨에서 다양한, 주로 분산형의 진단이 수행되고 있다.
공보 DE 10 2006 019 573 A1호에 기술된, 탑재형 전기 시스템을 모니터링하기 위한 방법에서는, 탑재형 전기 시스템 내 부하가 주기적으로 스위치 온 및 스위치 오프되고, 탑재형 전기 시스템 내 전압 프로파일이 기록 및 평가된다. 상기 공보에 기술된 방법은 주기적인 측정 방법이다. 여기서는, 각각 측정될 부하가 부하 구동부를 통해, 사전에 결정되고 공지된 주파수로 스위치 온 및 스위치 오프된다. 그 동안, 탑재형 전기 시스템 내 전압 프로파일, 예를 들어 극 단자에서의 전압 프로파일이 배터리와 함께 프로토콜 처리된다. 그런 다음, 기록된 측정 프로토콜로부터 예를 들어 고역 필터에 의해서 그 직류 전압 성분이 제거된 다음, 마이크로프로세서에서 추가 처리된다.
이와 함께 상기 공보에는, 부하 및 이와 더불어 탑재형 전기 시스템 내 수동 부품(passive component)을 목적한 대로 검사하는 방법이 기술되어 있다. 이를 위해 작동에 개입하여, 검사될 부하가 스위치 온 및 스위치 오프되어야 한다. 이 방법은 정확히는 검사 대상 부하에 결함이 있는지의 여부를 검사할 수 있게 한다. 다른 부품의 오류는 검출되지 않는다.
상기와 같은 내용을 배경으로 하여, 청구항 1의 특징들을 갖는 방법 및 청구항 9에 따른 장치가 소개된다. 실시예들은 종속 청구항들 및 상세한 설명에 기술된다.
소개된 방법에 의해서는, 중앙 진단 유닛을 이용해서 탑재형 전기 시스템의 모든 부품, 다시 말해 수동 부품뿐만 아니라 능동 부품(active component)까지도 모니터링하는 것이 가능해진다. 여기에서 능동 부품이란, 예를 들어 발전기 또는 배터리를 의미한다. 이 경우, 부품을 선택하여 이 부품을 스위치 온 및 스위치 오프하는 것 그리고 그럼으로써 작동에 개입하는 것이 불필요하다. 본원의 방법에서는, 작동에 개입하지 않고 중앙에서 전압 프로파일을 기록하여, 이 전압 프로파일을 평가하고, 그 후에 이 평가 결과를 토대로 탑재형 전기 시스템의 부품들 중 하나(예를 들어 탑재형 전기 시스템의 능동 부품도 포함하여)의 오류 혹은 결함을 검출한다. 이로써, 부품들 중 어느 부품에 결함이 있는지 혹은 오류가 있는지 인지된다. 오류의 유형 혹은 심각성도 인지될 수 있다. 이로써, 부품들 중 하나의 고장 또는 고장 임박 상태도 인지될 수 있다.
복수의 부품에 결함이 있는 경우, 이 역시 상기 평가의 범주 내에서 인지될 수 있다. 특히, 부품의 선택 및 작동 개입을 먼저 수행할 필요 없이, 결함이 있는 부품(들)이 식별될 수 있다.
상기 방법에 의해, 안전 임계적 부하를 위한 에너지 공급의 제어되지 않은 총체적 고장이 회피될 수 있거나 사전에 검출될 수 있다. 중앙 진단 유닛은 오늘날의 배터리 센서의 확장으로서 실현될 수 있으므로, 상기 배터리 센서는 배터리 오류에 추가로, 발전기 및 예를 들어 직류 전압 변환기 혹은 DC/DC 변환기와 같은 탑재형 전기 시스템 내 다른 부품들의 오류도 인식할 수 있다.
중앙 진단 유닛을 사용하는 경우의 장점 중 하나는, 모든 부품의 오류가 수집될 수 있다는 데 있다. 이로써, 오류들이 상호 구별될 수 있으며, 오진단 확률이 감소하게 된다. 또한, 개별 부품에서의 진단 공백이 메워질 수 있고, 현재 이미 부품 레벨에서 제공되는 진단들이 검증될 될 수 있다. 기존의 배터리 센서를 확장하는 경우, 이는 상황에 따라 설치 공간 중립적으로 이루어진다.
소개한 방법에서는, 탑재형 전기 시스템 내의 중심부에서, 예컨대 배터리에서 전압 리플을 모니터링하는 실시예가 제공된다. 이 실시예에서, 중앙 진단 유닛에 기록된 전압은, 상이한 오류 패턴의 인가 시 사전에 검출된 전압 프로파일들과 비교된다. 이와 관련해서는, 발전기의 상이한 오류 패턴의 선택이 예로서 제시되어 있는 도 2를 참조한다. 비교는 패턴 인식을 이용해서 수행될 수 있다. 패턴 인식은 상이한 대체 시스템을 통해서도 수행될 수 있거나 신호의 추가 처리에 의해 간소화될 수도 있다. 이 경우, 예를 들어 칼만 필터(Kalman Filter), 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등이 사용될 수 있다. 상기 중앙 부품 내에 있는 모든 탑재형 전기 시스템 부품의 오류 패턴이 공지되므로, 신뢰성 있는 진단이 달성될 수 있다.
소개한 방법 및 설명한 장치는 적어도 일부 실시예에서 일련의 장점들을 갖는다. 따라서, 지금까지 탑재형 전기 시스템 부품 자체에 의해 진단될 수 없었던 오류들이 중앙 모니터링 장치 혹은 중앙 진단 유닛에 의해 검출될 수 있다. 실시예에서는, 오류의 통신 및 오류 응답이 이루어진다.
이 방법은, 탑재형 전기 시스템에서의 모니터링을 개선할 수 있고, 이로써 경우에 따라 더 높은 ASIL 등급에 도달할 수 있게 한다. 이와 같은 방식에 의해, 예컨대 고도로 자동화된 운전과 같은 새로운 안전 기능 혹은 새로운 안전 임계적 부하로 인해, 탑재형 전기 시스템에 대하여 점차 증대되는 안전 및 신뢰성 요건들이 고려될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 참조한다.
전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 제시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.
도 1은 소개한 방법을 수행하기 위한 탑재형 전기 시스템의 한 실시예를 도시한 도이다.
도 2는 발전기의 상이한 오류 패턴들과 탑재형 전기 시스템 전압 간의 상관 관계를 4개의 그래프로 나타낸 도이다.
본 발명은, 실시예들을 참조하여 도면에 개략적으로 도시되어 있고, 이하에서 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것입니다.
도 1에는, 전체적으로 도면 부호 (10)으로 표기되어 있는 탑재형 전기 시스템이 도시되어 있다. 탑재형 전기 시스템은 발전기(12), 배터리(14), 스타터(16) 및 소수의 부품(18), 본 경우에는 부하를 포함하며, 이들 부품 중 4개가 본 도면에 도시되어 있다.
배터리(14)의 중심부에는, 탑재형 전기 시스템(10) 내 전압 프로파일을 모니터링하는 배터리 센서(20)가 배치되어 있다. 특히 여기서는 전압의 리플이 모니터링되고, 이 전압 리플이 예를 들어 이전에 검출된 전압 프로파일들과 비교된다. 또한, 중앙 진단 유닛(22)이 도시되어 있으며, 본 실시예에서 이 중앙 진단 유닛의 설치 지점은 단지 예시일 뿐이다. 상기 중앙 진단 유닛은 다른 지점에도 배치될 수 있다.
도 2에는, 사용된 센서에 의해서 기록될 수 있는 상이한 전압 프로파일이 4개의 그래프로 도시되어 있다.
제1 그래프(30)에는, 오류 없는 작동을 가리키는 규칙적이고 주기적인 프로파일을 보여주는 제1 전압 프로파일(32)이 도시되어 있다.
제2 그래프(40)에는, 오류를 가리키는 제2 전압 프로파일(42)이 재현되어 있다. 이 경우, 위상의 단속을 인지할 수 있다. 이러한 위상 단속에 의해 비대칭적인 전압 프로파일(42)이 나타나는데, 그 이유는 발전기가 더 이상 모든 위상에서 전류를 송출할 수 없기 때문이다.
제3 그래프(50)는, 마찬가지로 오류를 인지할 수 있는 제3 전압 프로파일(52)을 보여준다. 이 경우에는 하나의 다이오드에서 단락이 있음을 인지할 수 있다. 단락된 다이오드의 특징은 전압 안정기(plateau)가 형성된다는 것인데, 그 이유는 특정 위상에서 전위가 단락에 의해 B+-전위에 또는 접지에 결합(clamping)되기 때문이다.
제4 그래프(60)는, 다이오드의 차단을 인지하게 하는 제4 전압 프로파일(62)을 보여준다.
오류의 유형에 따라, 다시 말해 어느 부품이 관련되어 있는지 그리고 이와 같은 오류가 어느 정도로 심각한지에 따라, 추후에 적합한 대응 조치들이 취해질 수 있다. 오류는 기본적으로 관련 부품의 기능 손상 혹은 심지어 부품의 고장까지도 야기할 수도 있다. 경우에 따라서는, 하나의 오류가 즉각적인 고장을 야기할 수도 있고, 또는 어떠한 경우라도 즉각적인 고장을 야기할 수 있다는 사실도 인지될 수 있다.
따라서, 적합한 대응 조치로서, 탑재형 전기 시스템을 안전한 상태로 전환할 수 있다. 예를 들면, 얼마나 자주 오류가 발생하는지 그리고 어느 정도의 시간 간격에 걸쳐서 이러한 오류가 발생하는지도 고려될 수 있다. 그럼으로써, 경우에 따라서는, 특정 외부 상황 및 특정 작동 상태에 의한 기능 손상도 검출될 수 있다.

Claims (10)

  1. 탑재형 전기 시스템(10) 내 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)이 기록되고, 진단 유닛(22)에 의해서 평가되며, 상기 평가 결과를 참조해서 어느 부품(18)에 결함이 있는지 검출되는, 소수의 부품(18)을 구비한 탑재형 전기 시스템(10)을 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 검출된 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)은 주파수 분석을 거치는, 모니터링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기록된 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)이 미리 규정된 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)과 비교되는, 모니터링 방법.
  4. 제3항에 있어서, 기록된 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)은 패턴 인식을 이용해서 비교되는, 모니터링 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탑재형 전기 시스템(10) 내 능동 부품의 오류가 검출되는, 모니터링 방법.
  6. 제5항에 있어서, 발전기(12)의 오류가 검출되는, 모니터링 방법.
  7. 제5항에 있어서, 배터리(14)의 오류가 검출되는, 모니터링 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 오류의 유형에 따라 탑재형 전기 시스템(10)이 안전한 상태로 전환되는, 모니터링 방법.
  9. 소수의 부품(18)을 구비한 탑재형 전기 시스템(10)을 모니터링하기 위한 장치로서,
    상기 장치는 탑재형 전기 시스템(10) 내 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)을 기록하기 위한 센서 및 기록된 전압 프로파일(32, 42, 52, 62)을 평가하기 위한 진단 유닛(22)을 포함하며, 이때 평가는, 어느 부품(18)에 결함이 있는지가 검출될 수 있도록 이루어지는, 모니터링 장치.
  10. 제9항에 있어서, 센서로서 배터리 센서(20)를 구비한, 모니터링 장치.
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