KR20210107229A

KR20210107229A - 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링

Info

Publication number: KR20210107229A
Application number: KR1020200021892A
Authority: KR
Inventors: 임종근; 김경현
Original assignee: 주식회사 일진글로벌
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-09-01
Also published as: KR20220130054A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하는 진단장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링의 진단장치는 차량의 작동 상태와 관련된 정보를 검출하는 센싱부와, 센싱부에서 검출된 차량의 작동 상태 정보를 기초로 휠베어링을 진단하는 진단부를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱부는 가속도 정보를 검출하는 가속도 센서를 포함하고, 가속도 센서는 차축방향을 따르는 가속도 및 차량의 상하방향을 따르는 가속도를 포함해 2축 이상의 가속도를 검출하도록 구성될 수 있으며, 진단부는 가속도 센서에 의해 검출된 차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

Description

휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링{DIAGNOSIS DEVICE AND DIAGNOSIS METHOD FOR WHEEL BEARING, AND WHEEL BEARING PROVIDED THEREWITH}

본 발명은 휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하는데 이용되는 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 주행상태에 따른 오진단의 위험을 감소시켜 보다 신뢰성 있는 진단을 수행할 수 있도록 구성된 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링에 관한 것이다.

휠베어링은 차량의 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 장치로, 차륜(wheel)이 장착되는 회전요소가 차체에 고정되는 비회전요소에 전동체를 통해 연결되어 회전요소에 장착된 차륜을 차체에 회전 가능하게 장착하여 지지하는 기능을 수행한다.

그런데, 이러한 휠베어링은 차량의 주행 중에 반경방향 및 축방향으로 큰 하중과 모멘트가 인가되기 때문에 전동체를 지지하는 외륜이나 내륜에 박리(flaking) 등의 손상이 발생해 파손되는 일이 발생할 수 있고, 이러한 파손은 소음, 진동, 발열 등의 원인이 되거나 심할 경우에는 휠베어링이 소착되거나 구동축에서 분리되는 사고의 원인이 될 수 있다.

과거에는 휠베어링 등의 샤시 부품에 부품의 작동 상태를 모니터링하는 진단기능이 구비되어 있지 않았기 때문에 운전자나 정비사는 스스로 소음이나 진동을 감지해 휠베어링 등에 발생한 고장을 직감적으로 판단해야 하였다.

그러나, 이러한 직감적인 판단은 판단자의 숙련도에 따라 판단 결과에 차이가 크고 판단 결과에 대한 신뢰성을 보장할 수 없어 정확한 진단을 수행하기 어려운 문제가 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해, 최근에는 휠베어링 등에 센서를 부착해 휠베어링을 포함하는 샤시 부품의 작동 상태를 모니터링하고 진단하는 기술이 제시되고 있다.

그러나, 운송 수단인 차량은 다양한 주행조건(예컨대, 직진주행, 좌선회, 우선회 등)에서 운행되어야 하는데, 결함 베어링은 주행조건에 따라 결함 주파수 영역의 Amplitude가 변화되기 때문에 휠베어링의 진단은 진단이 수행될 때의 차량의 주행상태에 따라 상이한 결과가 도출될 수 있고, 경우에 따라서는 잘못된 진단 결과가 도출될 우려가 있다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 차량의 주행상태에 의해 잘못된 진단 결과가 도출되는 것을 방지하면서 보다 안정적으로 신뢰성 있는 진단을 수행할 수 있도록 구성된 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 가속도 센서에 의해 검출된 차량의 상하방향을 따르는 가속도가 ±1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 센서는 차량의 전후방향을 따르는 가속도를 더 검출할 수 있도록 구성될 수 있고, 진단부는 가속도 센서에 의해 검출된 차량의 전후방향을 따르는 가속도가 ±0.1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱부에는 휠베어링의 회전속도를 검출하는 휠속도 센서가 더 포함될 수 있고, 진단부는 가속도 센서로부터의 가속도 정보와 휠속도 센서로부터의 속도 정보에 기초해 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 가속도 센서로부터의 가속도 정보와 차량의 ECU로부터 제공되는 속도 정보에 기초해 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부는 가속도 센서로부터의 가속도 정보와 이러한 가속도 신호 정보로부터 산출된 속도 정보에 기초해 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠베어링의 진단에 이용되는 속도 정보는 가속도 센서에서 검출된 가속도 신호를 제곱 평균 제곱근(RMS; root mean square) 처리한 다음, RMS 피크값을 갖는 주파수를 휠베어링의 회전 주파수로 간주해 산출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하는 진단방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링의 진단방법은 주행중인 차량의 가속도 정보를 수집하는 가속도 정보 수집 단계와, 주행중인 차량의 속도 정보를 수집하는 속도 정보 수집 단계와, 수집된 가속도 정보와 속도 정보를 이용해 휠베어링을 진단하는 진단 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 정보 수집 단계에서 가속도 신호는 차축방향을 따르는 가속도 및 차량의 상하방향을 따르는 가속도를 포함해 2축 이상의 가속도 정보가 수집되도록 구성될 수 있으며, 진단 단계에서 휠베어링의 진단은 차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 수행되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단 단계에서 휠베어링의 진단은 차량의 상하방향을 따르는 가속도가 ±1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 수행되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 정보 수집 단계에서 차량의 전후방향을 따르는 가속도 정보가 더 수집될 수 있고, 진단 단계에서 휠베어링의 진단은 차량의 전후방향을 따르는 가속도가 ±0.1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 수행되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 속도 정보 수집 단계에서 속도 정보는 휠속도 센서로부터 검출되어 제공되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 속도 정보 수집 단계에서 속도 정보는 차량의 ECU로부터 제공되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 속도 정보 수집 단계에서 속도 정보는 가속도 센서로부터의 가속도 정보를 주파수 분석해 산출되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 속도 정보는 가속도 센서에서 검출된 가속도 신호를 제곱 평균 제곱근(RMS; root mean square) 처리한 다음, RMS 피크값을 갖는 주파수를 휠베어링의 회전 주파수로 간주해 산출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 차륜을 차체에 회전가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 차륜이 장착되는 회전요소와, 차체에 고정되는 비회전요소와, 회전요소와 비회전요소 사이에 배치되는 복수의 전동체와, 전술한 진단장치를 구비하도록 구성될 수 있다.

이 외에도, 본 발명에 따른 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링에는 본 발명의 기술적 사상을 해치지 않는 범위에서 다른 부가적인 구성이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링은 가속도 센서를 통해 검출된 가속도 신호가 소정의 범위에 위치하는 상태에서(예컨대, 차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G의 범위 내에 위치하는 상태에서) 휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하도록 구성되어 있어, 차량의 주행상태에 의해 휠베어링의 고장진단에 영향을 받아 잘못된 진단 결과가 도출되는 것을 방지하면서 안정적이고 신뢰성 있게 휠베어링에 대한 고장진단을 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치를 구비하는 휠베어링을 예시적으로 도시한다.
도 2는 도 1에 도시된 휠베어링의 단면구조를 예시적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치의 일부 구조를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치의 기술구성을 개념적으로 도시하는 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치를 이용해 휠베어링을 진단하는 과정을 예시적으로 도시한다.
도 6 및 도 7은 결함 베어링에서 차량의 선회 상태에 따른 결함위치와 부하위치 사이의 관계 및 이에 따른 주파수 영역의 Amplitude 변화를 예시적으로 도시한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명과 관계없는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙여 설명하도록 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들의 형상 및 크기는 설명의 편의를 위해 임의로 도시된 것이므로, 본 발명이 반드시 도시된 형상 및 크기로 한정되는 것은 아니다. 즉, 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변형되어 구현될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링이 예시적으로 도시되어 있다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링의 진단장치 및 진단방법과 이를 구비하는 휠베어링은 가속도 센서를 통해 검출된 차량의 가속도가 소정의 범위 내에 위치하는 상태에서(즉, 차량의 주행상태가 소정의 조건을 만족하는 상태에서) 휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하도록 구성되어 차량의 주행상태에 따른 영향으로 잘못된 진단결과가 도출되는 것을 방지하면서 안정적으로 휠베어링에 대한 고장진단을 수행할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치를 구비하는 휠베어링(10)의 전체적인 구조를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(10)은 차륜이 장착되는 회전요소가 차체에 결합된 비회전요소에 전동체를 통해 연결되어 차륜을 차체에 대해 회전가능하게 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 휠허브(20) 및 내륜(30)으로 구성된 회전요소가 외륜(40)으로 구성된 비회전요소에 대해 전동체(50)를 통해 회전가능하게 장착되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠허브(20)는 축방향을 따라 연장하는 대략 원통형 형상의 구조로 형성될 수 있으며, 휠허브(20)의 차륜측 단부 부근에는 차륜측 장착 플랜지(허브 플랜지)가 구비될 수 있다. 차륜측 장착 플랜지는 휠허브(20)의 외주면으로부터 반경방향 외측으로 연장된 형상으로 형성되어, 회전요소인 휠허브(20)에 차륜(wheel) 및/또는 브레이크 디스크를 장착하는데 이용될 수 있다. 한편, 휠허브(20)의 차체측 단부에는 단차부가 형성되어 내륜(30)을 장착하도록 구성될 수 있으며, 휠허브(20)의 외주면 일부에는 궤도면(내측 궤도면)이 형성되어 전동체(50)를 반경방향 내측에서 지지하도록 구성될 수 있다. 다만, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 휠허브의 외주면 일부에 전동체를 지지하기 위한 일측 궤도면이 직접 형성되도록 구성되어 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링은 이와 달리 휠허브에 2개의 내륜을 장착해 2개의 내륜을 통해 전동체의 궤도면(내측 궤도면)을 형성하도록 구성되는 등 다른 임의의 구조로 변형되어 실시되어도 무방하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 내륜(30)은 휠허브(20)의 일측에 하나 이상 압입되어 장착되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 내륜(30)은 휠허브(20)의 차체측 단부에 형성된 단차부에 압입된 상태에서 휠허브(20)의 단부를 도 2에 도시된 바와 같이 소성변형시키거나 휠허브(20)의 차체측 단부에 너트 등을 체결해 휠허브(20)에 안착되어 유지되도록 구성될 수 있다. 또한, 내륜(30)의 외주면에는 전동체(50)가 접촉하는 궤도면(내측 궤도면)이 구비되어 전동체를 반경방향 내측에서 지지하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 외륜(40)은 외주면에 휠베어링(10)을 차체에 장착하기 위한 차체측 장착 플랜지를 구비하고, 내주면에 전동체(50)가 접촉하는 궤도면(외측 궤도면)을 구비하도록 구성될 수 있다. 외륜(40)의 내주면에 형성된 궤도면(외측 궤도면)은 휠허브(20) 및/또는 내륜(30)에 형성된 궤도면(내측 궤도면)과 협력해 궤도면 사이에 구름요소인 전동체(50)를 수용하여 지지하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전동체(50)는 회전요소[예컨대, 휠허브(20) 및 내륜(30)]와 비회전요소[예컨대, 외륜(40)] 사이에 배치되어, 회전요소를 비회전요소에 대해 회전 가능하게 장착하여 지지하는 기능을 수행할 수 있다.

다만, 도 1 및 도 2에 도시된 휠베어링(10)은 본 발명에 따른 고장진단장치 및 고장진단방법을 설명하기 위해 예시적으로 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 고장진단장치 및 고장진단방법은 도 1 및 도 2에 도시된 휠베어링 이외에도 다른 다양한 구조의 휠베어링에 장착되어 이용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시에에 따르면, 휠베어링(10)에는 휠베어링(10)의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하기 위한 진단장치(60)가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 휠베어링(10)의 진단장치(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 차량의 작동상태를 검출하는 센싱부(70)와 센싱부(70)에서 검출된 작동상태 정보(예컨대, 가속도 정보, 속도 정보 등)를 기초로 휠베어링을 진단하는 진단부(80) 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센싱부(70)에는 차량의 가속도 정보를 검출하는 가속도 센서(72)가 구비될 수 있다. 예컨대, 가속도 센서(72)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 휠베어링(10)의 외륜(40) 등에 장착되어 주행하는 차량의 가속도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 센서(72)는 차량의 상하방향을 따르는 가속도(수직방향의 가속도) 및 차축방향을 따르는 가속도를 포함해 적어도 2축 이상의 가속도 정보를 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 차량의 상하방향을 따르는 가속도 정보는 통상의 휠베어링 진단에 이용되는 주파수 분석 등을 통해 휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 판단하거나 휠베어링의 진단을 수행하기 위한 진단조건(예컨대, 주행중인 도로의 노면상태 등)을 설정하는데 이용될 수 있으며, 차축방향을 따르는 가속도는 후술하는 바와 같이 휠베어링의 진단을 수행하기 위한 기본 진단조건(예컨대, 차량의 선회조건 등)을 설정하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 센서(72)는 차축방향, 차량의 상하방향, 차량의 전후방향 따르는 가속도를 측정할 수 있는 3축 MEMS 가속도 센서로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고장 진단 장치(60)의 진단부(80)는 검출부(70)를 통해 획득된 신호 정보를 전달받아 휠베어링 등의 상태를 진단하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 진단부(80)는 검출부(70)로부터 검출된 신호를 전달받는 제1 입출력부(82), 제1 입출력부(82)로부터 전달된 신호 정보(예컨대, 가속도 신호 정보)를 이용해 휠베어링 등의 상태를 진단하는 제어부(84), 기준 데이터를 저장하고 있거나 진단/분석 결과 등을 저장할 수 있는 메모리부(86), 제어부(84)로부터의 진단 결과를 출력하는 제2 입출력부(88) 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 진단부(80)에서 휠베어링을 진단한 결과 휠베어링에 고장 또는 이상 작동이 있는 것으로 진단되면, 이러한 진단 결과는 진단장치(60)에 구비된 메모리부(86)나 차량의 ECU(90; Electronic Control Unit) 등으로 전달되어 저장되거나, 경고음이나 디스플레이 등의 표시부(92)를 통해 사용자에게 표시되거나, 구동부(94)로 전달되어 샤시 부품 등의 구동부를 제어하는데 이용될 수 있다.

한편, 휠베어링의 결함 주파수는 속도에 따라 달라질 수 있기 때문에 휠베어링 등의 고장 또는 이상 작동 여부를 정확히 진단하기 위해서는 가속도 정보 뿐만 아니라 속도 정보도 함께 고려되어 진단이 수행될 필요가 있다.

예컨대, 휠베어링을 구성하는 내륜, 외륜, 전동체 등의 결함 주파수는 아래와 같이 회전 속도와 연관된 회전 주파수에 따라 달라지게 된다.

내륜:

외륜:

전동체:

[

는 내륜의 결함 주파수,

는 외륜의 결함 주파수,

는 전동체의 결함 주파수,

은 축의 회전 주파수,

는 전동체의 수,

는 전동체의 직경,

는 전동체의 피치원 직경,

는 전동체의 접촉각을 의미함

따라서, 보다 정확한 진단을 수행할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치(60)는 일측에 휠속도 센서(74, WSS; Wheel Speed Sensor)를 구비해 휠속도 센서(74)를 통해 휠의 회전속도를 검출한 다음 이를 진단장치(60)에 제공하여 가속도 센서(72)로부터의 가속도 정보와 휠속도 센서(74)로부터의 속도 정보를 함께 고려해 휠베어링을 진단하도록 구성될 수 있다.

예컨대, 휠속도 센서(74)는 휠베어링에 이용되는 통상의 휠속도 센서와 동일한 방식으로 구성될 수 있으며, 내부에 구비된 속도 센서가 휠베어링(10)의 회전요소에 장착된 센서타겟에 대향하도록 휠베어링의 일측에 인접하게 배치되어 센서타겟의 회전에 의해 발생되는 자기장의 변화를 감지해 휠의 회전속도를 검출하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 휠베어링의 진단장치(60)는 휠속도 센서 대신 차량의 ECU(Electronic Control Unit)로부터 차량의 속도에 대한 정보를 전달받아 이를 기초로 휠베어링을 진단하도록 구성될 수도 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 휠베어링의 진단장치(60)는 휠속도 센서나 ECU 등으로부터 추가적인 속도 정보를 전달받지 않고 가속도 센서(72)에서 검출된 가속도 정보를 기초로 속도 정보를 산출한 다음 이를 이용해 휠베어링을 진단하도록 구성될 수도 있다.

예컨대, 차량의 운행시 휠베어링에는 회전에 따른 고유의 회전 주파수가 발생하게 되는데, 이러한 회전 주파수에서 차량의 가속도 신호는 큰 진폭값을 나타내게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치(60)에서 속도 정보는 가속도 센서(72)를 통해 검출된 가속도 신호를 제곱 평균 제곱근(RMS: root meean square) 처리한 다음 이로부터 RMS 피크값을 갖는 주파수를 추출해 이를 회전 주파수로 간주하여 산출되도록 구성될 수 있다.

일례로, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치 및 진단방법은, 가속도 센서를 통해 시간별로 진폭을 측정한 다음 측정된 시간별 진폭을 주파수 변환(FFT 변환)해 Hz 단위로 추출하고 추출된 데이터로부터 RMS 피크값을 갖는 주파수를 검색해 회전 주파수로 간주한 다음 이를 역산하여 휠의 rpm을 계산하고(예컨대, 휠의 rpm = 회전 주파수 x 60), 계산된 rpm을 역산하여 차량의 속도를 산출(예컨대, 차량의 속도 = 휠의 rpm x 2π x 타이어 동반경x 60/1000000)하는 등의 방식으로, 검출된 가속도 정보로부터 속도 정보(예컨대, 휠의 회전속도, 차량의 주행속도 등)를 산출하도록 구성될 수 있다.

이러한 방식으로 외부에서 별도의 속도 정보를 전달받지 않고 가속도 센서(72)에서 검출된 가속도 정보를 기초로 속도 정보를 산출한 다음 이를 이용해 휠베어링을 진단하게 되면, 휠베어링의 진단을 위해 가속도 센서로부터의 신호와 속도 센서로부터의 신호를 함께 진단장치로 전달해 연동시킬 필요가 없어져 진단장치 및 휠베어링의 구성을 더욱 단순화할 수 있게 된다. 또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 차체에 고정되는 외륜의 외부 표면 등과 같은 임의의 위치에 가속도 센서만 장착해 휠베어링의 진단장치를 구현할 수 있게 되어, 휠베어링에 진단장치를 보다 용이하게 구현할 수 있고 휠베어링의 설계 자유도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 정보 및 속도 정보에 기초한 휠베어링의 고장진단은 다음과 같은 프로세스를 통해 수행되도록 구성될 수 있다. (도 5 참조)

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라 휠베어링 등의 고장진단을 수행하기 위해 고장진단에 이용될 가속도 정보 및 속도 정보가 수집될 수 있다(S110). 이와 같이 가속도 정보 및 속도 정보가 수집되면, 수집된 신호 정보를 기초로 차량이 소정의 주행조건을 만족하는지 여부를 판단하고(S120), 주행조건이 소정의 요건을 만족하지 않는 경우에는 신호 수집 단계로 복귀해 가속도 정보 및 속도 정보를 다시 수집하고 주행조건이 소정의 요건을 만족하는 경우에는 후속 단계로 넘어가 고장진단(S130)을 수행하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가속도 및 속도 정보를 수집하는 신호 수집 단계(S110)에서 가속도 정보는 휠베어링(10)의 일측에 구비된 가속도 센서(72)를 통해 검출되도록 구성될 수 있으며, 속도 정보는 휠베어링의 일측에 배치된 휠속도 센서(74) 또는 차량의 ECU 등으로부터 제공되도록 구성되거나 전술한 바와 같이 가속도 센서(72)로부터 검출된 가속도 정보를 주파수 분석해 산출되도록 구성될 수 있다.

한편, 차량의 주행상태가 휠베어링의 고장진단에 적합한 상태인지 여부를 판단하는 조건 판단 단계(S120)에서, 주행조건의 만족 여부는 가속도 센서(72)를 통해 검출된 가속도 정보를 기초로 수행되도록 구성될 수 있다. 예컨대, 휠베어링의 고장진단을 수행하기 위한 주행조건은 차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G 이내에 위치하는지 여부를 기준으로 설정되어 차량이 급선회하지 않는 상태에서 휠베어링의 진단이 수행되도록 구성될 수 있다. 한편, 보다 신뢰성 있는 진단을 수행하기 위해 휠베어링의 고장진단을 수행하기 위한 주행조건은 차량의 상하방향을 따르는 가속도가 ±1G 이내에 위치하는지 및/또는 차량의 전후방향을 따르는 가속도가 ±0.1G 이내에 위치하는지 등의 기준조건을 추가해 차량이 거친노면을 주행하거나 급가감속하지 않는 상태에서 휠베어링의 진단이 수행되도록 구성되어도 좋다.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 휠베어링의 진단장치 및 진단방법은 차량이 소정의 주행조건을 만족하는 상태에서 휠베어링의 고장진단을 수행하도록 구성되어 있기 때문에, 휠베어링의 고장진단이 차량의 주행상태에 의해 영향을 받아 잘못된 결과를 도출하게 될 위험을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치 및 진단방법은 차축방향을 따르는 가속도가 소정의 범위(±0.3G 이내)에 위치하는 상태에서 휠베어링의 고장진단을 수행하도록 구성되어 있기 때문에, 휠베어링의 오진단에 큰 영향을 미치는 선회상태에 의한 영향을 최소화하면서 신뢰성 있는 진단 결과를 도출할 수 있게 된다.

예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이 휠베어링의 아웃보드측 전동체의 내측 궤도면 및/또는 인보드측 전동체의 외측 궤도면에 결함이 발생한 결함 베어링의 경우, 좌선회시에는 부하위치(Y)가 결함위치(X)와 일치되는데 반해[도 6의 (a)에 도시된 좌측 상태], 우선회시에는 부하위치(Y)와 결함위치(X)가 서로 반대로 형성되게 되고[도 6의 (a)에 도시된 우측 상태], 이에 따라 주행상태에 따른 주파수 영역의 Amplitude는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 (-) exponential 함수 형태로 변화하게 된다.

이와 달리, 도 7에 도시된 바와 같이 휠베어링의 아웃보드측 전동체의 외측 궤도면 및/또는 인보드측 전동체의 외측 궤도면에 결함이 발생한 결함 베어링의 경우, 우선회시에는 부하위치(Y)가 결함위치(X)와 일치되는데 반해[도 7의 (a)에 도시된 우측 상태], 좌선회시에는 부하위치(Y)와 결함위치(X)가 서로 반대로 형성되게 되고[도 7의 (a)에 도시된 좌측 상태], 이에 따라 주행상태에 따른 주파수 영역의 Amplitude는 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 (+) exponential 함수 형태로 변화하게 된다.

이처럼, 결함 베어링은 차량의 선회상태에 따라 결함 주파수 영역의 Amplitude가 크게 달라지게 되어 주행상태에 따라 상이한 진단결과가 도출될 수 있고 심할 경우에는 잘못된 진단 결과가 도출될 위험이 있다.

이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 진단장치는 Amplitude 변화폭이 적은 차량의 선회조건에서(차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G 이내에 위치하는 상태) 휠베어링의 고장진단이 수행되도록 구성되어 있기 때문에, 차량의 선회상태에 의해 잘못된 진단 결과가 도출되는 것을 최소화하고 휠베어링에 대한 안정적이고 신뢰성 있는 진단이 수행될 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면을 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐이며, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 사상은 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10: 휠베어링
20: 휠허브
30: 내륜
40: 외륜
50: 전동체
60: 진단장치
70: 센싱부
72: 가속도 센서
74: 휠속도 센서
80: 진단부
82: 제1 입출력부
84: 제어부
86: 메모리부
88: 제2 입출력부
90: 차량의 ECU
92: 표시부
94: 구동부

Claims

휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하는 진단장치(60)이며,
차량의 작동상태와 관련된 정보를 검출하는 센싱부(70)와,
상기 센싱부(70)에서 검출된 차량의 작동상태 정보를 기초로 휠베어링을 진단하는 진단부(80)를 포함하고,
상기 센싱부(70)는 가속도 정보를 검출하는 가속도 센서(72)를 포함하고,
상기 가속도 센서(72)는 차축방향을 따르는 가속도 및 차량의 상하방향을 따르는 가속도를 포함해 2축 이상의 가속도를 검출하도록 구성되고,
상기 진단부(80)는 상기 가속도 센서(72)에 의해 검출된 차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 휠베어링을 진단하도록 구성되는,
휠베어링의 진단장치.
제1항에 있어서,
상기 진단부(80)는 상기 가속도 센서(72)에 의해 검출된 차량의 상하방향을 따르는 가속도가 ±1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 휠베어링을 진단하도록 구성되는,
휠베어링의 진단장치.
제2항에 있어서,
상기 가속도 센서(72)는 차량의 전후방향을 따르는 가속도를 더 검출할 수 있도록 구성되고,
상기 진단부(80)는 상기 가속도 센서(72)에 의해 검출된 차량의 전후방향을 따르는 가속도가 ±0.1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 휠베어링을 진단하도록 구성되는,
휠베어링의 진단장치.
제1항에 있어서,
상기 센싱부(70)에는 휠베어링의 회전속도를 검출하는 휠속도 센서(74)가 더 포함되고,
상기 진단부(80)는 가속도 센서(72)로부터의 가속도 정보와 휠속도 센서(74)로부터의 속도 정보에 기초해 휠베어링을 진단하도록 구성되는,
휠베어링의 진단장치.
제1항에 있어서,
상기 진단부(80)는 가속도 센서(72)로부터의 가속도 정보와 차량의 ECU로부터 제공되는 속도 정보에 기초해 휠베어링을 진단하도록 구성되는,
휠베어링의 진단장치.
제1항에 있어서,
상기 진단부(80)는 가속도 센서(72)로부터의 가속도 정보와 이러한 가속도 정보로부터 산출된 속도 정보에 기초해 휠베어링을 진단하도록 구성되는,
휠베어링의 진단장치.
제6항에 있어서,
휠베어링을 진단하는데 이용되는 속도 정보는 가속도 센서(72)에서 검출된 가속도 신호를 제곱 평균 제곱근(RMS; root mean square) 처리한 다음, RMS 피크값을 갖는 주파수를 휠베어링의 회전 주파수로 간주해 산출되는,
휠베어링의 진단장치.
휠베어링의 고장 또는 이상 작동 여부를 진단하는 진단방법이며,
주행중인 차량의 가속도 정보를 수집하는 가속도 정보 수집 단계와,
주행중인 차량의 속도 정보를 수집하는 속도 정보 수집 단계와,
수집된 가속도 정보와 속도 정보를 이용해 휠베어링을 진단하는 진단 단계를 포함하고,
상기 가속도 정보 수집 단계에서 가속도 신호는 차축방향을 따르는 가속도 및 차량의 상하방향을 따르는 가속도를 포함해 2축 이상의 가속도 정보가 수집되도록 구성되고,
상기 진단 단계에서 휠베어링의 진단은 차축방향을 따르는 가속도가 ±0.3G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 수행되도록 구성되는,
휠베어링의 진단방법.
제8항에 있어서,
상기 진단 단계에서 휠베어링의 진단은 차량의 상하방향을 따르는 가속도가 ±1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 수행되도록 구성되는,
휠베어링의 진단방법.
제9항에 있어서,
상기 가속도 정보 수집 단계에서 차량의 전후방향을 따르는 가속도 정보가 더 수집되고,
상기 진단 단계에서 휠베어링의 진단은 차량의 전후방향을 따르는 가속도가 ±0.1G 이내의 범위에 위치하는 상태에서 수행되도록 구성되는,
휠베어링의 진단방법.
제8항에 있어서,
상기 속도 정보 수집 단계에서 속도 정보는 휠속도 센서(74)로부터 검출되어 제공되도록 구성되는,
휠베어링의 진단방법.
제8항에 있어서,
상기 속도 정보 수집 단계에서 속도 정보는 차량의 ECU로부터 제공되도록 구성되는,
휠베어링의 진단방법.
제8항에 있어서,
상기 속도 정보 수집 단계에서 속도 정보는 가속도 센서(72)로부터의 가속도 정보를 주파수 분석해 산출되도록 구성되는,
휠베어링의 진단방법.
제13항에 있어서,
상기 속도 정보는 가속도 센서(72)에서 검출된 가속도 신호를 제곱 평균 제곱근(RMS; root mean square) 처리한 다음, RMS 피크값을 갖는 주파수를 휠베어링의 회전 주파수로 간주해 산출되는,
휠베어링의 진단방법.
차량의 차륜을 차체에 회전가능하게 장착하여 지지하는 휠베어링(10)이며,
차륜이 장착되는 회전요소와,
차체에 고정되는 비회전요소와,
상기 회전요소와 상기 비회전요소 사이에 배치되는 복수의 전동체와,
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 진단장치를 구비하는,
휠베어링.