KR20170134581A

KR20170134581A - 노이즈를 특성화하기 위한 노크 센서 네트워크 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20170134581A
Application number: KR1020177031651A
Authority: KR
Inventors: 제프리 제이콥 비줍
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 컴퍼니
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-12-06
Also published as: CA2981258C; EP3277944B1; CA2981258A1; US20160290884A1; JP2018511732A; EP3277944A1; CN107667212A; WO2016160374A1

Abstract

노이즈 신호의 분석 방법은 왕복동 장치에 배치된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 로컬 엔진 제어 유닛(ECU)을 통해 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 로컬 ECU, 원격 ECU, 또는 외부 시스템 중 적어도 하나를 통해 노이즈 신호를 처리하는 단계를 포함한다. 처리는 노이즈 신호를 사전 조정하여 사전 조정된 노이즈 신호를 도출하고, ADSR 엔벨로프를 사전 조정된 노이즈 신호에 적용하는 단계를 포함한다. 처리는 추가적으로 사전 조정된 노이즈 신호로부터 톤 정보를 추출하고 ADSR 엔벨로프, 음 정보, 또는 이들의 조합에 기초하여 노이즈 신호의 핑거프린트를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

노이즈를 특성화하기 위한 노크 센서 네트워크 시스템 및 방법

본 명세서에 개시된 주제는 노크 센서에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 특정 노이즈를 특성화하기에 적합한 네트워크화된 노크 센서들(networked knock sensors)에 관한 것이다.

연소 엔진 등의 엔진은 통상적으로 천연 가스, 가솔린, 디젤 등과 같은 탄소계 연료를 연소시키고, 고온 고압 가스의 상응하는 팽창을 이용하여 엔진의 특정 구성요소, 예컨대, 실린더 내에 배치된 피스톤에 힘을 가함으로써 그 구성요소를 소정 거리에 걸쳐 이동시킨다. 각각의 실린더는 탄소계 연료의 연소와 연계하여 개폐되는 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 예컨대, 흡기 밸브는 공기와 같은 산화제를 실린더 내로 지향시킬 수 있으며, 산화제는 이어서 연료와 혼합되어 연소된다. 그 다음, 연소 유체, 예컨대 고온 가스는 배기 밸브를 통해 실린더에서 빠져나가도록 지향될 수 있다. 따라서, 탄소계 연료는 부하를 구동하는 데에 유용한 기계적 운동으로 변형된다. 예컨대, 부하는 전력을 생성하는 발전기일 수 있다.

노크 센서는 다기관 연소 엔진을 모니터링하는 데에 사용될 수 있다. 노크 센서는 엔진 실린더의 외부에 장착되어 엔진이 원하는 대로 작동되고 있는지의 여부를 결정하는 데에 사용될 수 있다. 때때로, 노크 센서는 해당 시간에 식별할 수 없는 노이즈를 검출한다. 노이즈를 특성화하는 방식을 갖는 것이 바람직하다.

원청구된 발명과 범위면에서 상응하는 특정한 실시예가 아래에 요약되어 있다. 이들 실시예는 청구된 발명 범위를 제한하려는 의도는 없고, 오히려 이들 실시예는 오직 본 발명의 가능한 형태의 간략한 요약을 제공하고자 하는 것이다. 사실상, 본 발명은 아래에 기술된 실시예와 유사하거나 상이할 수 있는 다양한 형태를 포함할 수 있다.

제1 실시예에서, 노이즈 신호의 분석 방법은 왕복동 장치에 배치된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 로컬 엔진 제어 유닛(ECU)을 통해 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 로컬 ECU, 원격 ECU, 또는 외부 시스템 중 적어도 하나를 통해 노이즈 신호를 처리하는 단계를 포함한다. 처리는 노이즈 신호를 사전 조정하여 사전 조정된 노이즈 신호를 도출하고, ADSR 엔벨로프를 사전 조정된 노이즈 신호에 적용하는 단계를 포함한다. 처리는 추가적으로 사전 조정된 노이즈 신호로부터 톤 정보를 추출하고 ADSR 엔벨로프, 음 정보, 또는 이들의 조합에 기초하여 노이즈 신호의 핑거프린트를 생성하는 단계를 포함한다.

제2 실시예에서, 시스템은 왕복동 장치를 제어하도록 구성된 엔진 제어기를 포함한다. 제어기는 왕복동 장치 내에 배치되도록 구성된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 수신하도록 구성된 프로세서를 갖는다. 프로세서는 추가적으로 노이즈 신호에 기초하여 로컬 핑거프린트를 생성하거나, 노이즈 신호를 제2 엔진 제어기에 전송하여 외부 엔진 제어기로부터 원격 핑거프린트를 수신하거나, 이들의 조합을 행하도록 구성된다. 프로세서는 로컬 핑거프린트, 원격 핑거프린트, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 엔진 문제를 분류하도록 구성된다.

제3 실시예에서, 실행 가능한 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 제공하고, 실행 가능한 명령어는, 실행될 때에, 프로세서로 하여금, 왕복동 장치 내에 배치되도록 구성된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 수신하게 한다. 명령어는 또한, 프로세서로 하여금 노이즈 신호에 기초하여 로컬 핑거프린트를 생성하거나, 노이즈 신호를 제2 엔진 제어기에 전송하여 외부 엔진 제어기로부터 원격 핑거프린트를 수신하거나, 이들의 조합을 행하게 하도록 구성된다. 명령어는 추가적으로 프로세서로 하여금 로컬 핑거프린트, 원격 핑거프린트, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 엔진 문제를 분류하게 하도록 구성된다.

본 발명의 이러한 특징, 양태 및 장점 그리고 다른 특징, 양태 및 장점은, 도면 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호가 동일한 부분을 나타내는 것인 첨부 도면을 참조하여 후술하는 상세한 설명을 읽을 때 더욱 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시의 양태에 따른 네트워크화된 엔진 제어 유닛(ECU)을 갖는 엔진 구동식 발전 시스템의 일부의 실시예의 블록도이다.
도 2는 본 개시의 양태에 따른, 도 1에 도시된 왕복동 엔진의 실린더 내의 피스톤 조립체의 실시예의 측단면도이다.
도 3은 본 개시의 양태에 따른, 도 2에 도시된 노크 센서에 의해 측정된 데이터의 엔진 노이즈 플롯의 실시예이다.
도 4는 본 개시의 양태에 따른, 도 3에 도시된 샘플 엔진 노이즈 플롯의 스케일링된 버전의 실시예이다.
도 5는 본 개시의 양태에 따라 고조, 감쇠, 지속, 소실(ADSR) 엔벨로프의 4가지 주요 파라미터가 중첩된, 도 4에 도시된 샘플 스케일링된 엔진 노이즈 플롯의 실시예이다.
도 6은 본 개시의 양태에 따라 추출된 음들이 중첩된 도 5에 도시된 스케일링된 엔진 노이즈 플롯 및 ASDR 엔벨로프의 실시예이다.
도 7은 본 개시의 양태에 따른, 노이즈를 특성화하기 위한 프로세스의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 개시의 양태에 따른, 도 7에 도시된 핑거프린트를 식별하기 위한 프로세스의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 9는 노이즈 데이터의 로컬 및/또는 원격 처리에 적합한 프로세스의 실시예를 도시하는 흐름도이다.

본 발명의 하나 이상의 특정 실시예가 아래에서 설명될 것이다. 이들 실시예에 대해 축약된 설명을 제시하려는 노력의 일환으로, 실제 실시의 모든 특징이 본 명세서에서는 설명되지 않을 수도 있다. 임의의 공학 프로젝트 또는 설계 프로젝트와 같은, 이러한 임의의 실제적인 실시의 개발에 있어서, 시스템 관련 제약 및 사업 관련 제약에 순응하는 것과 같이 개발자의 특정한 목표를 달성하기 위해 실시에 맞춘 다수의 결정이 이루어져야만 한다는 것을 이해할 것이며, 상기 제약은 각각의 실시에 따라 서로 상이할 수 있다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시의 이익을 갖는 당업자에게는 설계, 제작 및 제조에서 이루어지는 통상적인 업무일 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 도입할 때, 단수 표현 및 "상기"는 이러한 요소가 하나 이상 존재한다는 것을 의미하려는 의도이다. 용어 "구비하는", "포함하는", 및 "갖는"은 일체를 포함함을 나타내려는 의도이며, 나열된 요소들 이외에도 추가적인 요소가 존재할 수 있음을 의미하려는 의도이다.

왕복동 장치(예컨대, 연소 엔진)를 모니터링하는 데에 노크 센서를 사용할 때에, 경우에 따라 노크 센서 시스템은 해당 시간에 식별되지 않을 수 있는 비정상적이거나 원치 않는 노이즈와 같은 노이즈를 기록한다. 식별할 수 없는 노이즈를 무시하고 폐기하는 것이 아니라, 추후에 분석을 위해 식별할 수 없는 노이즈의 기록을 저장하는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 분류될 수 없는 식별 불가능한 노이즈의 로그를 갖는 것은 데이터 세트의 유용성을 크게 감소시킨다. 따라서, 노이즈가 보다 쉽게 분석될 수 있도록 수집된 식별할 수 없는 노이즈를 특성화 및/또는 카테고리화하여 미래(또는 현재)의 노이즈 분석을 보다 쉽게 하는 것이 유리하다.

유리하게는, 본 명세서에 설명된 기술은 특정 엔진 사운드 또는 노이즈의 사운드 "핑거프린트"를 생성할 수 있다. 사운드 핑거프린트는 하나 이상의 엔진 제어 유닛(ECU) 및/또는 클라우드 기반 시스템, 워크스테이션, 메인 프레임, 랩탑, 노트북, 태블릿, 셀 폰 등과 같은 외부 컴퓨팅 시스템을 비롯한 네트워크의 하나 이상의 위치에서 분석 및/또는 저장될 수 있다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, ASDR(Attack-Decay-Sustain-Release) 엔벨로프 및/또는 공동 시간-주파수 기법을 통해 노이즈를 식별하고 분류하기 위한 네트워크화된 시스템 및 방법이 제공된다. 공동 시간-주파수 기법은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 미지의 노이즈의 음향 모델 또는 핑거프린트를 생성하기 위해 캡스트럼 기법(cepstrum technique), 케프런시 기법(quefrency technique), 처프릿 기법(chirplet technique) 및/또는 웨이브릿 기법(wavelet technique)을 포함할 수 있다.

도면으로 돌아가서, 도 1은 엔진 구동식 발전 시스템(8)의 일부의 실시예의 블록도를 예시한다. 아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 시스템(8)은 하나 이상의 연소 챔버(12)[예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20개 또는 그 이상의 연소 챔버(12)]를 갖는 엔진(10)(예컨대, 왕복동 내연 엔진)을 포함한다. 도 1은 연소 엔진(10)을 도시하고 있지만, 임의의 왕복동 장치가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 공기 공급부(14)는 각 연소 챔버(12)에 공기, 산소, 산소 농후 공기, 산소 감소 공기, 또는 이들의 임의의 조합 등의 압축 산화제(16)를 제공하도록 구성된다. 연소 챔버(12)는 또한 연료 공급부(19)로부터 연료(18)(예컨대, 액체 및/또는 기체 연료)를 받아들이도록 구성되며, 각 연소 챔버(12) 내에서 연료-공기 혼합물이 점화하여 연소한다. 고온의 압축 연소 가스는 각 연소 챔버(12)에 인접한 피스톤(20)이 실린더(26) 내에서 직선 이동하게 하여, 가스에 의해 가해진 압력을 샤프트(22)를 회전시키는 회전 운동으로 변환시킨다. 또한, 샤프트(22)는 샤프트(22)의 회전을 통해 동력을 받는 부하(24)에 연결될 수 있다. 예컨대, 부하(24)는 발전기와 같이 시스템(8)의 회전 출력을 통해 전력을 발생시킬 수 있는 임의의 적절한 장치일 수 있다. 게다가, 후술하는 논의에서는 공기를 산화제(16)로서 지칭하지만, 임의의 적절한 산화제가 개시된 실시예에 이용될 수 있다. 마찬가지로, 연료(18)는, 예컨대 천연 가스, 관련 석유 가스, 프로판, 바이오가스, 하수 가스(sewage gas), 매립지 가스, 탄광 가스 등의 임의의 적절한 기체 연료일 수 있다.

본 명세서에 개시된 시스템(8)은 고정식 용례(예컨대, 산업 전력 발생 엔진) 또는 이동식 용례(예컨대, 자동차 또는 비행기)에 이용하도록 될 수 있다. 엔진(10)은 2행정 엔진, 3행정 엔진, 4행정 엔진, 5행정 엔진 또는 6행정 엔진일 수 있다. 엔진(10)은 또한 임의의 갯수의 연소 챔버(12), 피스톤(20), 및 관련 실린더(예컨대, 1개 내지 24개)를 포함할 수 있다. 예컨대, 특정 실시예에서, 시스템(8)은 실린더 내에서 왕복 운동하는 4, 6, 8, 10, 16, 24개 또는 그 이상의 피스톤(20)을 갖는 대형 산업용 왕복동 엔진을 포함할 수 있다. 그러한 몇몇 경우에, 실린더 및/또는 피스톤(20)은 대략 13.5 내지 34 센티미터(cm)의 직경을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 실린더 및/또는 피스톤(20)의 직경은 약 10 내지 40 cm, 15 내지 25 cm, 또는 약 15 cm일 수 있다. 시스템(10)은 10 kW 내지 10 MW 범위의 전력을 발생시킬 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(10)은 대략 1800회 미만의 분당 회전수(RPM)로 작동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(10)은 대략 2000 RPM 미만으로, 1900 RPM, 1700 RPM, 1600 RPM, 1500 RPM, 1400 RPM, 1300 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM, 900 RPM, 또는 750 RPM으로 작동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(10)은 대략 750 내지 2000 RPM, 900 내지 1800 RPM, 또는 1000 내지 1600 RPM으로 작동할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 엔진(10)은 대략 1800 RPM, 1500 RPM, 1200 RPM, 1000 RPM 또는 900 RPM으로 작동할 수 있다. 예시적인 엔진(10)은, 예컨대 General Electric Company의 옌바허(Jenbacher) 엔진(예컨대, 옌바허 타입 2, 타입 3, 타입 4, 타입 6 또는 J920 FleXtra) 또는 워케샤(Waukesha) 엔진(예컨대, 워케샤 VGF, VHP, APG, 275GL)을 포함할 수 있다.

엔진 구동식 발전 시스템(8)은 엔진의 "노크(knock)"를 검출하는 데에 적합한 하나 이상의 노크 센서(23)를 포함할 수 있다. 노크 센서(23)는 폭발, 조기 점화 및/또는 핑잉(pinging)으로 인한 진동과 같이 엔진(10)에 의해 야기되는 진동을 감지하도록 구성된 임의의 센서일 수 있다. 노크 센서(23)는 제어기, 엔진 제어 유닛(ECU)(25)에 통신 연결되는 것으로 도시되어 있다. 작동 중에, 노크 센서(23)로부터의 신호는 노킹 조건(예컨대, 핑잉)이 존재하는 지를 결정하도록 ECU(25)로 전송된다. 이어서, ECU(25)는 특정 엔진(10)의 파라미터를 조정하여 노킹 조건을 개선하거나 제거할 수 있다. 예컨대, ECU(25)는 점화 타이밍을 조정하고 및/또는 부스트 압력을 조정하여 노킹을 제거할 수 있다. 본 명세서에 더 설명되는 바와 같이, 노크 센서(23)는 부가적으로 특정 진동들이 예컨대 바람직하지 않은 엔진 상태를 검출하도록 또한 분석되고 카테고리화되어야 한다는 것을 도출할 수 있다. 엔진 시스템(8) 상에 배치된 ECU(25)는 외부 시스템(27) 뿐만 아니라 다른 엔진 시스템(8)에 배치된 하나 이상의 ECU(25)와 통신 연결될 수 있다. 외부 시스템(27)은 원격 모니터링 센터의 일부로서 제공될 수 있는 하나 이상의 클라우드 기반 시스템, 워크스테이션, 메인 프레임, 랩탑, 노트북, 태블릿, 셀 폰 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 이더넷 도관, CAN(controller area network) 버스 도관, OBDII (onboard diagnostics II) 도관, 직렬 도관, 광섬유 도관 등과 같은 유선 도관이 사용되어 ECU(25)와 외부 시스템(27)을 연결할 수 있다. ECU(25)와 외부 시스템(27)을 연결하기 위한 무선 도관은 IEEE 802.11x, 무선 메시 네트워크, Zigbee™, Bluetooth™, WiFi™ 등을 포함할 수 있다.

작동 중에, 사운드 핑거프린트가 생성되고 및/또는 ECU(25) 및/또는 외부 시스템(27) 중 임의의 하나 이상에 저장될 수 있다. 이에 따라, 플릿 기반 노크 센서(23; Fleet-based knock sensor) 네트워크가 확립될 수 있다. 예컨대, 특정 유형의 엔진 시스템(8)의 플릿이 노크 센서(23)를 통해 제공되는 데이터를 공유하도록 ECU(25) 및 외부 시스템(27)을 통해 네트워크화될 수 있다. 도시된 엔진 시스템(8)은 노크 센서(23)를 통해 미지의 노이즈를 감지하고 추가의 분석을 위해 노이즈 핑거프린트 또는 미가공 노이즈 데이터를 외부 ECU(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 제공할 수 있다. 따라서, 네트워크[예컨대, 모든 ECU(25) 및/또는 외부 시스템(27)]는 도시된 로컬 ECU(25)에 의해 이전에 확인되거나 알려지지 않은 노이즈를 분석하는 데에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 여러 개의 엔진 시스템(8)을 네트워크화함으로써, 전체 노이즈 데이터의 보다 정확한 분석이 제공될 수 있고, 엔진 시스템(8) 플릿의 모든 부재들 간에 데이터가 공유될 수 있다. 이 방식으로, 개선된 노이즈 특성화 및 분석이 제공될 수 있다.

도 2는 왕복동 엔진(10)의 실린더(26; 예컨대, 엔진 실린더) 내에 배치되는 피스톤(20)을 갖는 피스톤 조립체의 실시예의 측단면도이다. 실린더(26)는 원통형 캐비티(30)(예컨대, 보어)를 획정하는 환형 내벽(28)을 갖는다. 피스톤(20)은 축방향 축선 또는 방향(34), 반경 방향 축선 또는 방향(36) 및 원주 방향 축선 또는 방향(38)에 의해 획정될 수 있다. 피스톤(20)은 상부(40)(예컨대, 탑 랜드)를 포함한다. 상부(40)는 일반적으로 연료(18)와 공기(16), 또는 연료-공기 혼합물(32)이 피스톤(20)의 왕복 운동 중에 연소 챔버(12)로부터 빠져나가는 것을 봉쇄한다.

도시된 바와 같이, 피스톤(20)은 커넥팅 로드(56) 및 핀(58)을 통해 크랭크샤프트(54)에 부착된다. 크랭크샤프트(54)는 피스톤(20)의 왕복 직선 운동을 회전 운동으로 변환한다. 피스톤(20)이 이동함에 따라, 크랭크샤프트(54)가 회전하여 전술한 바와 같이 부하(24)(도 1에 도시됨)에 동력을 제공한다. 도시된 바와 같이, 연소 챔버(12)는 피스톤(20)의 탑 랜드(40)에 인접하게 위치 설정된다. 연료 인젝터(60)가 연료(18)를 연소 챔버(12)에 제공하고, 흡기 밸브(62)가 연소 챔버(12)로의 공기(16)]의 운반을 제어한다. 배기 밸브(64)가 엔진(10)으로부터의 배기의 배출을 제어한다. 하지만, 연료(18)와 공기(16)를 연소 챔버(12)에 제공하거나 및/또는 배기를 배출하기 위해 임의의 적절한 요소 및/또는 기법이 이용될 수 있고, 몇몇 실시예에서는 연료 분사가 이용되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 작동시에, 연소 챔버(12)에서 공기(16)에 의한 연료(18)의 연소는 피스톤(20)이 실린더(26)의 캐비티(30) 내에서 그 축방향(34)으로 왕복동식(예컨대, 왔다갔다 하는 방식)으로 이동하게 한다.

작동 중에, 피스톤(20)이 실린더(26) 내의 최고점에 있는 경우에, 피스톤은 상사점(TDC; top dead center)으로 불리는 위치에 위치한다. 피스톤(20)이 실린더(26) 내의 최저점에 위치하는 경우, 피스톤은 하사점(BDC; bottom dead center)으로 불리는 위치에 위치한다. 피스톤(20)이 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 이동함에 따라, 크랭크샤프트(54)는 회전의 1/2을 회전한다. 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로의 피스톤(20)의 각각의 이동이 행정으로서 불리며, 엔진(10)의 실시예는 2행정 엔진, 3행정 엔진, 4행정 엔진, 5행정 엔진, 6행정 엔진 또는 그 이상의 행정의 엔진을 포함할 수 있다.

엔진(10)의 작동 중에, 흡입 과정, 압축 과정, 팽창 과정(power process) 및 배기 과정을 비롯한 시퀀스가 통상적으로 발생한다. 흡입 과정은 연료와 공기 등의 가연성 혼합물을 실린더(26) 내로 끌어당길 수 있고, 이에 따라 흡기 밸브(62)가 개방되고 배기 밸브(64)는 폐쇄된다. 압축 과정은 가연성 혼합물을 보다 작은 공간 내로 압축하며, 따라서, 흡기 밸브(62)와 배기 밸브(64) 모두가 폐쇄된다. 팽창 과정은 압축된 연료-공기 혼합물을 점화시키는 것으로, 스파크 플러그 시스템을 통한 스파크 점화, 및/또는 압축 열을 통한 압축 점화를 포함할 수 있다. 그러면, 연소로부터 얻어진 압력이 피스톤(20)을 BDC로 이동시킨다. 배기 과정은 통상적으로 배기 밸브(64)를 개방 상태로 유지한 상태로 피스톤(20)을 TDC로 복귀시킨다. 따라서, 배기 과정은 소비된 연료-공기 혼합물을 배기 밸브(60)를 통해 배출시킨다. 각 실린더(26)마다 1개보다 많은 흡기 밸브(62)와 배기 밸브(64)가 사용될 수 있음을 유념해야 한다.

도시된 엔진(10)은 또한 크랭크샤프트 센서(66), 노크 센서(23), 및 프로세서(72)와 메모리(74)를 포함하는 엔진 제어 유닛(ECU; 25)을 포함한다. 크랭크샤프트 센서(66)는 크랭크샤프트(54)의 위치 및/또는 회전 속도를 감지한다. 따라서, 크랭크 각도 또는 크랭크 타이밍 정보가 도출될 수 있다. 즉, 연소 엔진을 모니터링할 때에, 타이밍은 흔히 크랭크샤프트(54)의 각도 관점에서 표현된다. 예컨대, 4행정 엔진(10)의 전체 사이클은 720°사이클로서 측정될 수 있다. 노크 센서(23)는 압전 가속도계, 마이크로전기기계 시스템(MEMS) 센서, 홀 효과 센서, 자기변형 센서, 및/또는 진동, 가속도, 사운드 및/또는 운동을 감지하도록 설계된 임의의 기타 센서일 수 있다. 다른 실시예에서, 센서(23)는 전통적인 관점에서 노크 센서가 아니라, 진동, 압력, 가속도, 편향 또는 운동을 감지할 수 있는 임의의 센서일 수 있다.

엔진(10)의 충격 특성으로 인해, 노크 센서(23)는 실린더(26)의 외부에 장착되더라도 그 징후(signature)를 검출할 수 있다. 그러나, 노크 센서(23)는 실린더(26) 내의 또는 그 둘레의 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 게다가, 몇몇 실시예에서, 단일 노크 센서(23)가 하나 이상의 인접한 실린더(26)와 공유될 수 있다. 다른 실시예에서, 각 실린더(26)는 하나 이상의 노크 센서(23)를 포함할 수 있다. 크랭크샤프트 센서(66)와 노크 센서(23)는 엔진 제어 유닛(ECU)(25)과 전자 통신하는 것으로 도시되어 있다. ECU(25)는 프로세서(72)와 메모리(74)를 포함한다. 메모리(74)는 프로세서(72)에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 명령어를 저장할 수 있다. ECU(25)는, 예컨대 연소 타이밍의 조정, 밸브(62, 64) 타이밍의 조정, 연료와 산화제(예컨대, 공기)의 운반 조정 등에 의해 엔진(10)의 작동을 모니터링하고 제어한다.

유리하게는, 본 명세서에 설명된 기법은 ECU(25)를 이용하여 크랭크샤프트 센서(66) 및 노크 센서(23)로부터 데이터를 수신한 다음, 노크 센서(23)의 데이터를 크랭크샤프트(54)의 위치에 대해 플로팅함으로써 "노이즈" 징후를 생성할 수 있다. 이어서, ECU(25)는 데이터를 분석하여 정상 징후(예컨대, 기지의 노이즈 및 예상된 노이즈) 및 비정상 징후(예컨대, 미지의 노이즈 또는 예상되지 않은 노이즈)를 도출하는 프로세스를 진행할 수 있다. 다음에, ECU(25)는 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 비정상 후를 특성화할 수 있다. ECU(25)는 또한 미가공 데이터 뿐만 아니라 처리된 데이터(예컨대, 노이즈 징후)를 포함하는 데이터를 ECU(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 제공할 수 있다. 징후 분석을 제공함으로써, 본 명세서에 설명된 기법들은 엔진(10)의 보다 최적의 그리고 효율적인 작동 및 유지 보수를 가능하게 할 수 있다.

도 3 내지 도 6은, 예컨대 도 7 및 도 8과 관련하여 보다 상세하게 설명되는 프로세스를 통해 데이터 처리를 받을 수 있는 데이터의 예시이다. 도 3 내지 도 6의 데이터는 노크 센서(23)와 크랭크 각도 센서(66)를 통해 전송된 데이터를 포함할 수 있다. 데이터는 추가적으로 로컬 ECU(25)에서 처리되고 및/또는 다른 외부 ECU(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 전송될 수 있다. 예컨대, 도 3은 x축(76)이 크랭크샤프트(54)의 위치인 노크 센서(23)에 의해 측정된 노이즈 데이터의 [예컨대, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 의해] 도출된 미가공 엔진 노이즈 플롯(75)의 실시예이며, 크랭크샤프트의 위치는 시간에 상관한다. 플롯(75)은 엔진(10)의 작동 중에 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)이 노크 센서(23) 및 크랭크샤프트 센서(66)로부터 수신된 데이터를 결합할 때에 생성된다. 도시된 실시예에서, 노크 센서(23) 신호의 진폭 곡선(77)이 진폭 축(78)과 함께 도시되어 있다. 즉, 진폭 곡선(77)은 크랭크 각도에 대해 플로팅된 노크 센서(23)를 통해 감지된 진동 데이터(예컨대, 노이즈, 사운드 데이터)의 진폭 측정치를 포함한다. 이는 단지 샘플 데이터 세트의 플롯에 불과하며, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 의해 생성된 플롯을 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 곡선(77)은 이어서 도 4에 도시된 바와 같이 추가 처리를 위해 스케일링될 수 있다.

도 4는 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 의해 도출될 수 있는 스케일링된 엔진 노이즈 플롯(79)의 실시예이다. 스케일링된 플롯(79)에서, 도 3에 도시된 진폭 플롯(75)으로부터의 미가공 엔진 노이즈는 스케일링되어 스케일링된 진폭 곡선(80)을 도출한다. 이 경우에, 스케일링된 진폭 곡선(80)의 최대 양수 값이 1이 되도록 단일 승수가 각 데이터 포인트에 적용되었다. 1의 최대 양수 값을 생성하기 위해 곡선(80)의 각 포인트에 적용된 승수는 -1보다 작거나 큰 음수 값을 초래할 수 있음을 유의해야 한다. 즉, 도 4에 도시된 스케일링된 엔진 노이즈 플롯(79)에 도시된 바와 같이, 최대 음수 값은 -0.5일 수 있거나, -1.9일 수도 있다.

도 5는 플롯의 상부에 놓인 고조(attack), 감쇠(decay), 지속(sustain), 소실(release)(ADSR) 엔벨로프(82)의 4가지 주요 파라미터를 갖는 스케일링된 엔진 노이즈 플롯(81)의 실시예이다. ADSR 엔벨로프(82)는 통상적으로 악기의 사운드를 모방하기 위해 음악 신시사이저에서 사용된다. 유리하게는, 아래에서 더 설명되는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 기법들은 특정 노이즈 분석을 보다 신속하고 효율적으로 제공하기 위해 ADSR 엔벨로프(82)를 노크 센서(23)의 데이터에 적용한다. ADSR 엔벨로프의 4가지 주요 파라미터는 고조(83), 감쇠(84), 지속(85), 및 소실(86)이다. 고조(80)는 노이즈의 시작으로부터 스케일링된 곡선(80)의 피크 진폭(87)까지 발생한다. 감쇠(84)는 피크 진폭으로부터 지정된 지속(85) 레벨까지의 런 다운에서 발생하는데, 이는 최대 진폭의 소정의 특정 퍼센트일 수 있다. 4가지 파라미터의 순서는 고조, 감쇠, 지속, 및 소실일 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 일부 노이즈의 경우, 순서는 고조, 지속, 감쇠, 및 소실일 수 있다. 그러한 경우에, ADSR이 아니라 ASDR 엔벨로프가 적용된다. 단순화를 위해, 이것을 "ADSR 엔벨로프"라고 지칭하지만, 이 용어는 파라미터의 순서에 관계없이 노이즈에 적용된다는 것을 이해해야 한다. 지속(85)의 레벨은 노이즈 기간 중에 메인 레벨이다. 일부 실시예에서, 지속(85)의 레벨은 최대 진폭의 55%에서 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 지속(85)의 레벨은 최대 진폭의 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 또는 65%일 수 있다. 사용자, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 지속(85)의 레벨이 징후 지속 시간의 적어도 15% 동안 유지되는 지를 결정함으로써 지속 레벨이 원하는 대로인지의 여부를 점검할 수 있다. 지속(85)이 징후 지속 시간의 15% 이상 지속될 경우, 지속(85)의 레벨이 원하는 대로 설정된다. 소실(86)은 지속(85) 레벨에서 다시 0으로의 런 다운 중에 발생한다.

도 6은 도 4 및 도 5에 도시된 동일한 스케일링된 엔진 노이즈 플롯(79)을 특정 음들이 중첩된 상태로 도시한다. ADSR 엔벨로프(82)를 적용한 후에, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈에서 가장 강한 주파수들 중 3개 내지 5개를 추출하여 이들을 음악 음(musical tone)으로 변환시킬 수 있다. 예컨대, 주파수 범위를 음악 음으로 맵핑하는 룩업 테이블이 사용될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 피치가 튜닝의 동일한 음률 시스템 또는 다른 음악 음률 시스템에 대한 방정식을 위한 주파수의 로그로서 통상적으로 인지된다는 관찰에 기초하여 방정식이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 더 많거나 적은 주파수가 추출될 수 있다. 도 6에 도시된 플롯(81)에서, 3개의 두드러진(예컨대, 추출된) 음은 C#5, E4, 및 B3이다. 그러나, 이들 3개의 음은 단지 가능한 음의 예일 뿐이며 기록된 노이즈에 어떤 음이 존재할 수 있는지를 제한하도록 의도되지 않는다.

도 7은 노크 센서(23)를 통해 감지된 노이즈 등의 노이즈를 특성화하기 위한 프로세스(88)의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 비정상 또는 식별 불가능한 노이즈를 특성화함으로써, 노이즈가 기록되고 추후 분석 및/또는 실시간 분석을 비롯한 분석을 위해 분류될 수 있다. 프로세스(88)는 메모리(74)에 저장되고 ECU(들)(25)의 프로세서(72) 및/또는 외부 시스템(27)의 메모리 및 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 명령어 또는 실행 가능 코드로서 구현될 수 있다. 블록(90)에서, 노크 센서(23)와 크랭크샤프트 센서(66)를 이용하여 데이터 샘플을 취한다. 예컨대, 센서(66, 23)는 데이터를 수집한 다음 데이터를 로컬 ECU(25)로 전송한다. 이어서, 로컬 ECU(25)는 데이터 수집 시작에서 그리고 데이터 수집 종료에서 크랭크샤프트(54)의 각도, 뿐만 아니라 최대 진폭[예컨대, 진폭(87)] 및 최소 진폭에서 시간 및/또는 크랭크샤프트 각도를 기록한다. 이어서, 이 노이즈 및 크랭크샤프트 각도 데이터는 추가 처리를 위해 로컬 ECU(25)에 의해 다른 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)으로 전송될 수 있거나, 처리가 로컬 ECU(25)를 통해 수행될 수 있다.

블록(92)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노크 센서(23)의 데이터를 사전 조정한다. 이 블록(92)은 미가공 노크 센서(23) 데이터를 크랭크샤프트(54) 위치에 대해 플로팅하는 것을 포함한다. 샘플 미가공 엔진 노이즈는 진폭 플롯(75)으로서 도 3에 나타내었다. 이 블록(92)은 미가공 엔진 노이즈 데이터를 스케일링하는 것을 포함한다. 데이터를 스케일링하기 위해, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 양수 1인 최대 진폭을 초래하는 승수를 결정한다. 최대 음수 값은 승수 선택에 영향을 미치지 않는다는 점을 유념해야 한다. ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 각각의 데이터 포인트[예컨대, 진폭 곡선(77)에서의 데이터 포인트]에 승수를 곱하여 도 4에 도시된 바와 같이 스케일링된 진폭 곡선(80)을 도출한다. 스테일링된 진폭 곡선(80)을 보여주는 도 4의 스케일링된 엔진 노이즈 플롯(79)은 단지 일례일 뿐이고 본 개시의 범위를 스케일링된 엔진 노이즈 플롯(79)과 동일하거나 유사하게 보이는 플롯으로 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

블록(94)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 엔진 노이즈 신호에 ASDR 엔벨로프(82)를 적용한다. 이 블록에서의 처리는 도 5를 설명하는 데에 논의되었다. ASDR 엔벨로프(82)는 노이즈 데이터 세트를 4가지 상이한 파라미터 또는 페이지[고조(83), 감쇠(84), 지속(85), 소실(86)]로 분할하는 데에 사용된다. 전술한 바와 같이, 4가지 파라미터의 순서는 고조, 감쇠, 지속, 및 소실일 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 일부 노이즈의 경우, 순서는 고조, 지속, 감쇠, 및 소실일 수 있다. 단순화를 위해, 이것을 "ADSR 엔벨로프"라고 지칭하지만, 이 용어는 파라미터의 순서에 관계없이 노이즈에 적용된다는 것을 이해해야 한다. 통상적으로, ASDR 엔벨로프(82)는 트럼펫과 같은 음악 사운드를 재현하는 프로세스에 사용된다. 그러나, 본 명세서에 설명된 기법에서, ASDR 엔벨로프는 노이즈가 추후 분석, 실시간 분석, 또는 일부 다른 목적을 위해 카탈로그화되고 분류될 수 있도록 노이즈를 분류하고 특성화하는 데에 사용될 수 있다. ADSR 엔벨로프의 4가지 주요 파라미터는 고조(83), 감쇠(84), 지속(85), 및 소실(86)이다. 고조(83)는 노이즈의 시작으로부터 피크 진폭(87)까지 발생한다. 감쇠(84)는 피크 진폭으로부터 지정된 지속(85) 레벨까지의 런 다운에서 발생하는데, 이는 최대 진폭의 소정의 특정 퍼센트일 수 있다. 지속(85)의 레벨은 노이즈 기간 중에 메인 레벨이다. 일부 실시예에서, 지속(85)의 레벨은 최대 진폭의 55%에서 발생할 수 있다. 다른 실시예에서, 지속(85)의 레벨은 최대 진폭의 35%, 40%, 45%, 50%, 60%, 또는 65%일 수 있다. 사용자, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 지속(85)의 레벨이 징후 지속 시간의 적어도 15% 동안 유지되는 지를 결정함으로써 지속 레벨이 원하는 대로인지의 여부를 점검할 수 있다. 지속(85)이 징후 지속 시간의 15% 이상 지속될 경우, 지속(85)의 레벨이 원하는 대로 설정된다. 소실(86)은 지속(85) 레벨에서 다시 0으로의 런 다운 중에 발생한다. 블록(94)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 0으로부터 최대 진폭(87)(최대 진폭은 1의 값을 가져야 함)까지의 시간을 측정한다. 이어서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 최대 진폭(87)으로부터 지정된 지속 레벨(85)까지의 런 다운 시간을 측정한다. 다음에, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈가 지속되는 레벨 및 시간을 측정한다. 마지막으로, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈가 지속 레벨(85)로부터 0까지 런 다운하는 데에 걸리는 시간을 측정한다. 이어서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 ADSR 벡터 또는 세그먼트를 기록하여 ADSR 엔벨로프(82)를 정의한다.

블록(96)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 데이터로부터 음 정보(예컨대, 음악 음)를 도출한다. 이 블록은 도 6의 설명에서 논의되었다. 이 블록 중에, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 데이터로부터 음 정보를 추출하고 데이터에서 3개 내지 5개의 가장 강한 음을 식별한다. 도 6은 신호로부터 도출된 3개의 음, 즉 C#5, E4, 및 B3을 보여준다. ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 데이터로부터 5개 이상의 음을 도출할 수 있다. 도 6은 C#5, E4, 및 B3을 도시하고 있지만, 이들 음은 예이고 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 데이터로부터 임의의 음을 도출할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이어서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은, 기본 도출된 음들(즉, 최저 주파수 음들)의 주파수, 기본 도출된 음들의 순서, 고조파 도출된 음들(즉, 기본 주파수의 정배수인 주파수를 갖는 음들)의 주파수, 고조파 도출된 음들의 순서, 및 임의의 다른 관련 음 정보를 포함할 수 있는 도출된 음 정보를 기록한다.

블록(98)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 ASDR 엔벨로프(82) 및 블록(94, 96)에서 도출된 음 정보에 기초하여 핑거프린트(100)를 생성한다. 핑거프린트(100)는 비정상적이거나 식별 불가능한 노이즈의 특성화, 노이즈를 그 성분 부분[예컨대, ADSR 엔벨로프(82)의 성분(83, 84, 85, 86)]으로 분해하는 것, 및 노이즈가 카탈로그화, 카테고리화, 및 분류될 수 있도록 이들 부분을 정량화하는 것을 포함한다. 프로세스의 이 지점에서, 핑거프린트(100)는 대부분 블록(94)에서의 ADSR 엔벨로프 및 블록(96)에서 도출된 음 정보에 기초한다.

블록(102)에서, 핑거프린트(100)가 식별되고 점검된다. 나중에 설명되는 다수의 기법을 이용하여, 핑거프린트(100)가 수정되거나 추가된 다음 다시 점검될 수 있다.

도 8은 도 7에 도시된 핑거프린트(100)를 식별하는 프로세스(102)의 실시예의 추가 상세를 보여주는 흐름도이다. 프로세스(102)는 메모리(74)에 저장되고 ECU(들)(25)의 프로세서(72) 및/또는 외부 시스템(27)의 프로세서 및 메모리에 의해 실행 가능한 컴퓨터 명령어 또는 실행 가능 코드로서 구현될 수 있다. 결정(104)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈 신호가 변조(즉, 하나의 음으로부터 다른 음으로 변화) 중 인지의 여부를 결정한다. 신호가 변조 중이지 않으면(결정 104), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(112)으로 진행하여 매칭 웨이브릿을 찾고자 시도한다. 웨이브릿, 사실상 웨이브의 피스 또는 성분은 0에서 시작하여 증가하거나, 감소하거나, 또는 증가하고 감소한 다음 0으로 되돌아가는 파형 진동이다. 웨이브릿은 주파수, 진폭 및 지속 시간을 조정하여 수정될 수 있어 신호 처리에 매우 유용하다. 예컨대, 연속적인 웨이브릿 변환에서, 주어진 신호는 다양한 수정된 주파수 성분에 대해 적분함으로써 재구성될 수 있다. 일반적으로 사용되는 "마더(mother)" 웨이브릿은 마이어(Meyer), 모릿(Morlet) 및 멕시코 모자(Mexican hat) 웨이브릿을 포함한다. 그러나, 마더 웨이브릿이 적합하지 않으면, 새로운 웨이브릿이 또한 생성될 수 있다.

사운드가 변조 중이면(결정 104), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 결정(108)으로 진행하여 노이즈 신호가 처프릿(chirplet)에 적합한지의 여부를 결정한다. 처프(chirp)는 주파수가 시간에 따라 증가하거나 감소하는 신호이다. 웨이브릿이 웨이브의 피스인 것처럼, 처프릿은 처프의 피스이다. 웨이브릿과 매우 유사하게, 처프릿의 특성이 수정될 수 있고, 이어서 신호에 근사하도록 다수의 처프릿이 결합된다(즉, 처프릿 변환). 처프릿은 상방으로 또는 하방으로 변조(즉, 주파수를 변화)할 수 있다. 결정(108)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 처프릿을 노이즈 신호에 적합하게 하도록 처프릿의 변조를 조절할 수 있다. 처프릿의 변조를 조절한 후에, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)이 처프릿을 노이즈 신호에 적합하도록 조절할 수 있다면, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은, 신호에 적합한 처프릿이 있는지의 여부, 그리고 있다면, 처프릿의 제1 주파수, 처프릿의 제2 주파수, 및 주파수/(크랭크 각도) 또는 초당 주파수에서 처프릿 변조의 속도를 기록한다. 이어서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(110)으로 진행하고, 이 블록에서 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 핑거프린트(100)를 점검하도록 노이즈 신호를 위상 시프트시킨다. 블록(110)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 ASDR 엔벨로프(82) 벡터 또는 다른 성분, 추출된 음 정보, 및 처프릿 또는 웨이브릿 적합도에 기초하여 발생된 노이즈 신호를 생성한다. 이어서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 발생된 신호를 역위상으로 180도 시프트시킨다(블록 110). 노이즈 신호의 특성화가 정확하다면, 위상 시프트된 발생된 노이즈 신호는 노이즈 신호를 상쇄해야 한다.

노이즈 신호가 처프릿에 적합하지 않으면(결정 108), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(112)으로 진행하여 웨이브릿을 노이즈 신호에 적합하게 하도록 시도한다. 블록(112)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈 신호에 적합할 수 있는 하나 이상의 웨이브릿을 선택한다. 선택된 웨이브릿 또는 웨이브릿들은 마이어 웨이브릿, 모릿 웨이브릿, 멕시코 모자 웨이브릿, 또는 몇몇 다른 공지된 웨이브릿일 수 있다. 결정(114)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 선택된 웨이브릿 또는 웨이브릿들이 노이즈 신호에 적합한지의 여부를 결정한다. 선택된 웨이브릿이 적합하면(결정 114), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은, 웨이브릿 적합도, 마더 웨이브릿 유형, 웨이브릿의 제1 스케일 범위, 및 웨이브릿의 제2 스케일 범위가 존재함을 기록한다. 웨이브릿이 적합하면(결정 114), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(110)으로 진행하고, 이 블록에서 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 핑거프린트(100)를 점검하도록 노이즈 신호를 위상 시프트시킨다. 선택된 웨이브릿들 중 하나가 노이즈 신호에 적합하지 않으면(결정 114), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(116)으로 진행하여 웨이브릿을 생성한다. 결정(118)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 새롭게 생성된 웨이브릿이 노이즈 신호에 적합한지의 여부를 결정한다. 생성된 웨이브릿이 적합하면(결정 118), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은, 웨이브릿 적합도, 마더 웨이브릿 유형, 웨이브릿의 제1 스케일 범위, 및 웨이브릿의 제2 스케일 범위가 존재함을 기록한다. 생성된 웨이브릿이 노이즈 신호에 적합하면(결정 118), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(110)으로 진행하고, 이 블록에서 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 핑거프린트(100)를 점검하도록 노이즈 신호를 위상 시프트시킨다. 새로운 웨이브릿이 적합하지 않으면(결정 118), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 블록(120)으로 진행하여 노이즈 신호를 광대역 노이즈로서 특성화시킨다.

이제, 블록(110)으로 돌아가서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)이 노이즈 신호에 적합한 처프릿 또는 웨이브릿을 찾으면, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈 상쇄를 시도함으로써 적합도를 점검하게 된다. 따라서, 블록(110)에서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 ASDR 엔벨로프(82) 벡터 또는 다른 성분, 추출된 음 정보, 및 처프릿 또는 웨이브릿 적합도에 기초하여 발생된 노이즈 신호를 생성한다. 이어서, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 발생된 신호를 180도 시프트시킨다(블록 110). 다음에, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 시프트된 신호가 원하는 잔류 공차 내에 원래의 노이즈 신호를 상쇄하는지의 여부를 결정한다(결정 122). 시프트된 신호가 원하는 잔류 공차 내에서 원래의 노이즈 신호를 상쇄시키면(결정 122), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 핑거프린트(100)가 "양호한" 핑거프린트(126)라고 결정하고 블록(128)으로 진행하며, 블록(128)에서 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 계수 및 관련 데이터를 기록하는데, 관련 데이터는 신호의 제곱 평균 제곱근(RMS; root mean squared) 값 또는 RMS 에러를 포함할 수 있다. ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은, 제한하지 않지만, 신호의 시작 또는 종료에서의 크랭크샤프트 각도, ASDR 엔벨로프(82) 벡터 또는 다른 ADSR 성분, 기본 스펙트럼 음, 고조파 스펙트럼 음, 스펙트럼 음들의 순서, 고조파 음들의 순서, 처프릿 적합도 여부, 제1 처프릿 주파수, 제2 처프릿 주파수, 처프릿 변조 속도, 웨이브릿 적합도 여부, 마더 웨이브릿 유형, 웨이브릿의 제1 스케일 범위, 웨이브릿의 제2 스케일 범위, 최대 진폭 값 및 시간, 최소 진폭 값 및 시간, 신호의 RMS 값, 생성된 신호에 대한 신호의 RMS 에러, 및 노이즈가 광대역 노이즈로서 분류되는지의 여부를 비롯한 다른 데이터를 또한 기록할 수 있다. 이 기록된 데이터, 및 기록된 다른 데이터는 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)이 대부분의 미지의 노이즈를 특성화 및 카테고리화하여, 이들 노이즈는 ECU(들)(25)의 메모리 구성요소(74) 및/또는 외부 시스템(27) 상에 저장되고, 아마도 일부 다른 메모리 디바이스로 전달된 다음, 추후 분석을 위해 데이터베이스에 기록 및 분류될 수 있다. 다른 한편으로, ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)이 시프트된 신호가 잔류 공차 내에서 원래의 노이즈 신호를 상쇄하지 않았다록 결정하면(결정 122), ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)은 노이즈 신호가 광대역 노이즈로서 특성화되는 블록(124)으로 진행한다. 전술한 프로세스(88) 및 프로세스(102)는 로컬 ECU(25)에 의해, 하나 이상의 외부 ECU(25)에 의해, 그리고 외부 시스템(27)에 의해, 또는 이들의 조합에 의해 실행될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에 설명된 기법은 핑거프린트(100)를 도출하도록 노이즈 데이터를 모두 처리할 수 있는 ECU들(25)의 네트워크를 제공할 수 있고, 핑거프린트(100)는 ECU(25), 외부 시스템(27), 또는 이들의 조합 중 임의의 하나 이상에 의해 식별될 수 있다[예컨대, 프로세스(88)의 블록(102)].

이제, 도 9를 참조하면, 도면은 여러 개의 엔진 시스템(8)을 포함한 네트워크에서 핑거프린트를 생성 및 식별하기에 적절한 프로세스(150)의 흐름도이다. 프로세스(150)는 메모리(74)에 저장되고 ECU(들)(25)의 프로세서(72) 및/또는 외부 시스템(27)의 프로세서 및 메모리에 의해 실행 가능한 컴퓨터 명령어 또는 실행 가능 코드로서 구현될 수 있다. 도시된 실시예에서, 노크 센서(23)로부터의 노이즈 데이터 또는 신호는 로컬 ECU(25)에 의해 수신될 수 있다(블록 152). 이어서, 로컬 ECU(25)는 노이즈 데이터를 처리할 수 있다(블록 154). 추가적으로 또는 대안적으로, 로컬 ECU(25)는 노이즈 데이터를 외부 처리를 위해 외부 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)으로 전달할 수 있다. 따라서, 로컬 핑거프린트(158), 원격 핑거프린트(160), 또는 이들 모두가 도출될 수 있다. 핑거프린트(158, 160)를 도출하기 위해, 프로세스(88 및/또는 102)가 수행될 수 있다. 따라서, 각각의 핑거프린트(158, 160)는 핑거프린트(100), 핑거프린트(126), 또는 이들 모두에 대응할 수 있다.

따라서, 로컬 ECU(25)는 로컬 핑거프린트(158), 원격 핑거프린트(160), 또는 이들 모두를 사용함으로써 엔진(8) 문제를 국부적으로 분류할 수 있다(블록 162). 사실상, 로컬 ECU(25)는 원격 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 통신 연결되고 엔진(8) 문제를 분류하는 데에 사용하도록 원격 핑거프린트(160)를 수신할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 엔진(8) 문제는 원격으로 분류될 수 있다(블록 164). 예컨대, 국부 핑거프린트(158), 원격 핑거프린트(160), 또는 이들 모두는 엔진 문제를 원격으로 분류하도록 원격 ECU(들)(25) 및/또는 외부 시스템(27)에 의해 처리될 수 있다. 엔진 문제의 분류(블록 162 및/또는 블록 164)는 기지의 징후들 중에서 징후(158 및/또는 160)를 비교하는 것을 수반할 수 있다. 기지의 징후들은 밸브(62, 64) 트레인 문제, 실린더(26) 문제, 피스톤(20) 문제, 캠샤프트(54) 문제 등과 같은 특정 문제를 나타낼 수 있다. 핑거프린트(158 및/또는 160)를 기지의 핑거프린트 징후와 비교함으로써, 프로세스(150)는 다양한 엔진(8) 상태를 검출할 수 있다.

본 발명의 기술적 효과는 노이즈 신호를 특성화하고 노이즈 신호로부터 징후를 도출하는 것을 포함하고, 이는 추가적으로 노이즈 신호를 사전 조정하는 것, ASDR 엔벨로프를 노이즈 신호에 적용하는 것, 노이즈 신호로부터 음 정보(예컨대, 음악 음)를 추출하는 것, 및 노이즈 신호를 처프릿 및/또는 웨이브릿에 적합하게 하는 것을 포함할 수 있다. 노이즈 신호의 처리는 원격 모니터링 센터의 일부로서 제공될 수 있는 로컬 ECU, 원격 ECU, 외부 시스템(예컨대, 클라우드 기반 시스템, 워크스테이션, 메인 프레임, 랩탑, 노트북, 태블릿, 셀 폰 등)을 통해 수행될 수 있다. 징후는 기지의 징후와 비교되어 다양한 엔진 상태를 도출할 수 있다.

이상 기술된 설명은, 예를 이용하여 최선의 방식을 비롯한 본 발명을 개시하고 있으며, 또한 당업자가, 임의의 장치 또는 시스템을 제조 및 이용하도록 하는 것 그리고 임의의 통합된 방법을 수행하도록 하는 것을 비롯하여 본 발명을 실시할 수 있도록 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자가 착안 가능한 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예는, 이들 예에서 본원 청구범위의 문어적 어구와 상이하지 않은 구조 요소가 마련된다면, 또는 이들 예에서 청구범위의 문어적 어구와 미미한 차이를 갖는 등가의 구조 요소가 마련된다면, 본원의 청구범위에 속하도록 의도된다.

Claims

노이즈 신호의 분석 방법으로서,
왕복동 장치에 배치된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 로컬 엔진 제어 유닛(engine control unit; ECU)을 통해 수신하는 단계; 및
로컬 ECU, 원격 ECU, 또는 외부 시스템 중 적어도 하나를 통해 상기 노이즈 신호를 처리하는 단계
를 포함하고, 상기 처리하는 단계는,
상기 노이즈 신호를 사전 조정하여 사전 조정된 노이즈 신호를 도출하는 단계;
상기 사전 조정된 노이즈 신호에 ADSR 엔벨로프를 적용하는 단계;
상기 사전 조정된 노이즈 신호로부터 음 정보를 추출하는 단계; 및
상기 ADSR 엔벨로프, 상기 음 정보(tonal information), 또는 이들의 조합에 기초하여 상기 노이즈 신호의 핑거프린트를 생성하는 단계
를 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
제1항에 있어서, 상기 핑거프린트를 생성하는 단계는 로컬 ECU를 통해 상기 핑거프린트를 생성하고 상기 핑거프린트를 상기 원격 ECU, 상기 외부 시스템, 또는 이들의 조합으로 전송하는 단계를 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
제2항에 있어서, 상기 원격 ECU, 상기 외부 시스템, 또는 이들의 조합을 통해 상기 핑거프린트를 분석하여 엔진 문제(issue)를 도출하고, 상기 엔진 문제를 상기 로컬 ECU에 전달하는 단계를 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
제1항에 있어서, 상기 핑거프린트를 생성하는 단계는 상기 핑거프린트를 상기 원격 ECU, 상기 외부 시스템, 또는 이들의 조합을 통해 생성하고, 상기 핑거 프린트 또는 상기 핑거프린트를 사용하여 도출된 엔진 문제를 상기 로컬 ECU에 전송하는 단계를 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
제1항에 있어서, 상기 원격 ECU, 상기 외부 시스템, 또는 이들의 조합을 통해 제2 핑거프린트를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 핑거프린트를 생성하는 단계는 상기 로컬 ECU를 통해 상기 핑거프린트를 생성하는 단계 및 상기 핑거프린트 및 상기 제2 핑거프린트를 사용하여 엔진 문제를 분류하는 단계를 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
제1항에 있어서, 상기 ADSR 엔벨로프를 적용하는 단계는,
상기 사전 조정된 노이즈 신호의 시작과 상기 사전 조정된 노이즈 신호가 최대 진폭에 도달하는 시간 사이의 제1 시구간을 측정하는 단계;
상기 사전 조정된 노이즈 신호가 상기 최대 진폭에 도달하는 시간과 상기 노이즈 신호가 지속 레벨로 런 다운(run down)하는 제2 시간 사이의 제2 시구간을 측정하는 단계;
상기 사전 조정된 노이즈 신호가 지속되는 제3 시구간을 측정하는 단계; 및
상기 사전 조정된 노이즈 신호가 상기 지속 레벨로부터 0까지 런 다운되는 제4 시구간을 측정하는 단계
를 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
제1항에 있어서,
상기 사전 조정된 노이즈 신호가 상방으로 또는 하방으로 변조되는지의 여부를 결정하고, 처프릿(chirplet)이 노이즈 신호에 적합할 때까지 상기 처프릿의 변조 속도를 조절함으로써 상기 사전 조정된 노이즈 신호를 상기 처프릿에 적합하게 하는 단계를 포함하는 노이즈 신호의 분석 방법.
제1항에 있어서, 상기 음 정보는 음악 음을 포함하는 것인 노이즈 신호의 분석 방법.
시스템으로서,
왕복동 장치를 제어하도록 구성된 엔진 제어기를 포함하고, 상기 엔진 제어기는,
상기 왕복동 장치 내에 배치되도록 구성된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 수신하고,
상기 노이즈 신호에 기초하여 로컬 핑거프린트를 생성하거나, 상기 노이즈 신호를 제2 엔진 제어기에 전송하여 상기 외부 엔진 제어기로부터 원격 핑거프린트를 수신하거나, 또는 이들의 조합을 행하며,
상기 로컬 핑거프린트, 상기 원격 핑거프린트, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 엔진 문제를 분류하도록 구성된 프로세스를 포함하는 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 엔진 제어기는 상기 로컬 핑거프린트를 상기 원격 ECU에 전달함으로써 상기 엔진 문제를 분류하고, 상기 엔진 문제를 상기 원격 ECU로부터 수신하도록 구성되는 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 엔진 제어기는 상기 노이즈 신호를 외부 시스템에 전송하고 상기 노이즈 신호에 기초하여 상기 외부 시스템으로부터 제2 원격 핑거프린트를 수신하도록 구성되고, 상기 엔진 제어기는 상기 로컬 핑거프린트, 상기 원격 핑거프린트, 상기 제2 원격 핑거프린트, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 상기 엔진 문제를 분류하도록 구성되는 것인 시스템.
제11항에 있어서, 상기 외부 시스템은 클라우드 기반 시스템, 워크스테이션, 메인 프레임, 랩탑, 노트북, 태블릿, 셀 폰, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 시스템.
제9항에 있어서, 상기 엔진 제어기는,
상기 노이즈 신호를 사전 조정하여 사전 조정된 노이즈 신호를 도출하고,
상기 사전 조정된 노이즈 신호에 ADSR 엔벨로프를 적용하며,
상기 사전 조정된 노이즈 신호로부터 음 정보를 추출하고,
상기 ADSR 엔벨로프, 상기 음 정보, 또는 이들의 조합에 기초하여 상기 노이즈 신호의 상기 로컬 핑거프린트를 생성하도록 구성되는 것인 시스템.
제13항에 있어서, 상기 엔진 제어기는,
상기 사전 조정된 노이즈 신호가 상방으로 또는 하방으로 변조되는지의 여부를 결정하고, 처프릿이 상기 노이즈 신호에 적합할 때까지 상기 처프릿의 변조 속도를 조절함으로써 상기 사전 조정된 노이즈 신호를 상기 처프릿에 적합하게 하도록 구성되는 것인 시스템.
제13항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 왕복동 장치 노이즈 신호의 시작과 상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 최대 진폭에 도달하는 시간 사이의 제1 시구간을 측정하고,
상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 최대 진폭에 도달하는 시간과 상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 지정된 지속 레벨로 런 다운하는 시간 사이의 제2 시구간을 측정하며,
상기 지정된 지속 레벨을 측정하고,
상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 지속되는 제3 시구간을 측정하며,
상기 ADSR 엔벨로프를 적용하기 위해 상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 상기 지속 레벨로부터 0까지 런 다운되는 제4 시구간을 측정하도록 구성되는 것인 시스템.
실행 가능한 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체로서, 상기 실행 가능한 명령어는, 실행될 때에, 프로세서로 하여금,
상기 왕복동 장치 내에 배치되도록 구성된 노크 센서에 의해 감지된 노이즈 신호를 수신하고,
상기 노이즈 신호에 기초하여 로컬 핑거프린트를 생성하거나, 상기 노이즈 신호를 제2 엔진 제어기에 전송하여 상기 외부 엔진 제어기로부터 원격 핑거프린트를 수신하거나, 또는 이들의 조합을 행하며,
상기 로컬 핑거프린트, 상기 원격 핑거프린트, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 엔진 문제를 분류하게 하는 것인 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제16항에 있어서, 실행될 때에, 상기 프로세서로 하여금, 상기 로컬 핑거프린트를 상기 원격 ECU에 전달함으로써 상기 엔진 문제를 분류하고, 상기 엔진 문제를 상기 원격 ECU로부터 수신하게 하는 것인 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제16항에 있어서, 실행될 때에, 상기 프로세서로 하여금,
상기 노이즈 신호를 외부 시스템에 전송하고 상기 노이즈 신호에 기초하여 상기 외부 시스템으로부터 제2 원격 핑거프린트를 수신하며, 상기 로컬 핑거프린트, 상기 원격 핑거프린트, 상기 제2 원격 핑거프린트, 또는 이들의 조합을 적용함으로써 상기 엔진 문제를 분류하게 하는 것인 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제16항에 있어서, 실행될 때에, 상기 프로세서로 하여금,
상기 노이즈 신호를 사전 조정하여 사전 조정된 노이즈 신호를 도출하고,
상기 사전 조정된 노이즈 신호에 ADSR 엔벨로프를 적용하고,
상기 사전 조정된 노이즈 신호로부터 음 정보를 추출하며,
상기 ADSR 엔벨로프, 상기 음 정보, 또는 이들의 조합에 기초하여 상기 노이즈 신호의 상기 로컬 핑거프린트를 생성하게 하는 것인 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
제19항에 있어서, 실행될 때에, 상기 프로세서로 하여금,
상기 왕복동 장치 노이즈 신호의 시작과 상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 최대 진폭에 도달하는 시간 사이의 제1 시구간을 측정하고,
상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 최대 진폭에 도달하는 시간과 상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 지정된 지속 레벨로 런 다운하는 시간 사이의 제2 시구간을 측정하고,
상기 지정된 지속 레벨을 측정하고,
상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 지속되는 제3 시구간을 측정하며,
상기 ADSR 엔벨로프를 적용하기 위해 상기 왕복동 장치 노이즈 신호가 상기 지속 레벨로부터 0까지 런 다운되는 제4 시구간을 측정하게 하는 것인 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.