KR20220101465A - 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법 - Google Patents

차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법 Download PDF

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Abstract

차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집하는 진동신호수집부; 및 상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기로 제공하는 캔통신부를 포함하고, 상기 컴퓨터단말기는, 상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출한다.

Description

차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법{VEHICLE BEARING CONDITION MONITORING VIBRATION SENSOR DEVICE AND DEVICE OPERATING METHOD}
본 발명은 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 차량 통신, 블루투스 통신 등을 이용하여 각 차량 바퀴에서 전송되는 진동 데이터를 수집하고, 수집된 진동 데이터를 분석 함으로써, 휠 베어링에 대한 상태를 표출하고, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행하는, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법을 제공한다.
최근 인공지능 기반 기술들의 주목과 기술적 진화에 편승하여 인공지능의 사용화 서비스 중에서 가장 높은 수준에 이르렀다고 판단할 수 있는 분야는, 바로 자율 주행 자동차 분야이다.
과거 자율주행자동차 관련 주요 이슈는, 자율주행자동차의 도로운행 임시 허가 등 주로 규제와 기술 사이의 괴리를 정비하기 위한 법제도적 이슈들을 논의하는 데에 있어 왔다.
근래에는, 완성차 업체와 부품관련 업체를 비롯하여, 여러 ICT 업체의 기술 상용화 및 향후 발전 가능성에 이슈가 모아지고 있고, 이를 통해 본격적인 자율주행자동차 산업의 성장이 가속화 될 것으로 예상된다.
인공지능 기술의 완성판이라고 할 수 있는 자율주행 기술을 탑재한 양산형 자율주행자동차는, 본격적으로 시장에 출시될 것으로 예상되며 자율주행자동차 시장은, 높은 성장률을 보일 것으로 전망되고 있다.
또한, 완전 자율주행자동차 보급 이전에는, 일반 자동차에 차선 변경, 교통체증구간 자동운전, 자동주차 등과 같은 특정 기능의 자율주행시스템이 장착되어, 시장을 형성할 것으로 예측되고 있다.
따라서, 미래 자동차 시장의 중심이 되는 자율 주행차 부품 시장 선점을 위해, 완성차업체의 요구 수준에 만족할 수 있는 정밀도 높은 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
한국 특허공개공보 제10-2018-0173921호
본 발명의 실시예는, 자율 주행 차량을 위한 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서를 제안하는, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 각 차량 바퀴에서 전송되는 진동 데이터를 수집할 수 있도록 차량 통신 및 블루투스 등을 이용하는 데이터 수집 및 분석 기능을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 수집된 진동 데이터를 통해, 휘 베어링의 상태를 표출하고, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해, 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집하는 진동신호수집부; 및 상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기로 제공하는 캔통신부를 포함하고, 상기 컴퓨터단말기는, 상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 운용 방법은, 진동신호수집부에서, 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계; 캔통신부에서, 상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기로 제공하는 단계; 및 상기 컴퓨터단말기에서, 상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출하는 단계를 포함하여 구성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 자율 주행 차량을 위한 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서를 제안하는, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법을 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 각 차량 바퀴에서 전송되는 진동 데이터를 수집할 수 있도록 차량 통신 및 블루투스 등을 이용하는 데이터 수집 및 분석 기능을 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 수집된 진동 데이터를 통해, 휘 베어링의 상태를 표출하고, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해, 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치가 장착되는 위치를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치를 관리하는 컴퓨터단말기에 탑재되는 PC 소프트웨어를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치를 관리하는 컴퓨터단말기에서 FFT를 통한 결함 주파수 분석을 수행하고, 고장인자 추출하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치를 관리하는 컴퓨터단말기에서 탑재되는 인텔리전트 휠 베어링 고장 예측 진단 알고리즘을 이용하여 정밀한 베어링 상태를 진단하는 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)는, 진동신호수집부(110) 및 캔통신부(120)를 포함하여 구성할 수 있다.
진동신호수집부(110)와 캔통신부(120)는 상호 연관되어 동작하는, 진동센서 모듈의 형태로 구성할 수 있다.
상기 진동센서 모듈은, 휠 베어링에 대한 표출과, 고장진단을 수행하는 컴퓨터단말기(130)와 연결될 수 있다.
우선, 진동신호수집부(110)는 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집한다. 즉, 진동신호수집부(110)는 차량의 바퀴를 구성하는 휠 베어링에 진동 센서를 장착하고, 이 진동 센서에 의해 감지되는 휠 베어링의 진동 신호를 획득하여, 이를 진동 데이터로서 수집하는 역할을 할 수 있다.
진동신호수집부(110)는 차량의 각 바퀴 별로 상기 진동 데이터를 지속적으로 수집할 수 있고, 또는 정해진 기간에 특정 위치의 바퀴에 대한 진동 데이터 만을 선택적으로 수집할 수 있다.
캔통신부(120)는 상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기(130)로 제공한다. 즉, 캔통신부(120)는 진동 데이터의 수집에 연동하여, 상기 진동 데이터를 무선으로 전송하는 역할을 할 수 있다.
여기서, 캔 통신(CAN(Controller Area Network) 통신)은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격일 수 있다. 캔 통신은 메시지 기반 프로토콜이며 최근에는 차량 뿐만 아니라 산업용 자동화기기나 의료용 장비에서도 빈번하게 사용되고 있다. 캔(CAN)은 각 제어기들 간의 통신을 위해 주로 사용되는 non-host 버스 방식의 메시지 기반 네트워크 프로토콜일 수 있다.
실시예에 따라, 진동신호수집부(110)와 캔통신부(120)는 모듈 형태로 패키징 되어 단일의 진동센서 모듈로서 구성될 수 있다.
즉, 진동신호수집부(110)와 캔통신부(120)로 이루어지는 진동센서 모듈은, 상기 차량의 바퀴를 구성하는 상기 휠 베어링에 장착되어, 진동 데이터의 수집과, 컴퓨터단말기(130)로의 진동 데이터의 제공을 구현할 수 있다.
컴퓨터단말기(130)는, 상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출한다. 즉, 컴퓨터단말기(130)는 진동 데이터를 분석하여, 휠 베어링의 현 상태를 시각화하여 표현하는 역할을 할 수 있다.
컴퓨터단말기(130)는 진동 데이터를 입력하여, 휠 베어링의 움직임을 분석해내는 프로그램이 동작하는, 프로세서 장착의 단말을 지칭할 수 있고, 공지의 PC, 분석 전용 터미널 등으로 예시될 수 있다.
예컨대, 좌측 앞 바퀴에 관련되어 수신된 진동 데이터에 대해, 컴퓨터단말기(130)는 기준 진동 데이터와의 일치 여부를 판단하고, 진동 데이터의 진동 패턴이, 기준 진동 데이터의 진동 패턴과 정해진 범위(예컨대 95% 이상)를 벗어나 상이하면, 해당 좌측 앞 바퀴에 장착되는 휠 베어링의 상태를 '이상'으로 표출할 수 있다.
실시예에 따라, 컴퓨터단말기(130)는 진동 데이터를 통해 휠 베어링의 고장 여부를 판정할 수 있다.
이를 위해, 컴퓨터단말기(130)는, 상기 진동 데이터에 대한 결함 주파수 분석, 또는 고장인자 추출을 통해, 상기 휠 베어링을 고장 진단할 수 있다.
즉, 컴퓨터단말기(130)는 진동 데이터의 진동 패턴에서, 결함으로 알려진 주파수가 발견되거나, 고장으로 알려진 부분적인 진동 패턴이 발견되는지를 판단하여, 휠 베어링을 고장 또는 정상으로 진단할 수 있다.
고장 진단에 있어서, 컴퓨터단말기(130)는 고속푸리에변환을 활용하여 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행할 수 있다.
이를 위해, 컴퓨터단말기(130)는, 상기 진동 데이터를 필터에 통과시켜 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 진동 데이터에 대해, FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 상기 결함 주파수 분석, 또는 상기 고장인자 추출을 수행하여, 상기 고장 진단할 수 있다.
컴퓨터단말기(130)는, 진동 데이터의 노이즈 배제된 전류를 취득하여, 주파수와 전류 두 가지 축의 함수로 변환 함으로써, 휠 베어링에 고장이 발생하였는지의 여부를 진단할 수 있다.
실시예에 따라, 컴퓨터단말기(130)는 외부의 다른 기기로, 진동 데이터를 공유하여, 휠 베어링에 대한 상태를 다른 기기를 통해서도 인지하도록 할 수 있다.
이를 위해, 컴퓨터단말기(130)는, Bluetooth 5.0 지원을 통해, 상기 진동 데이터를, 정해진 스마트기기로 전송할 수 있다. 즉, 컴퓨터단말기(130)는 근거리에 위치한 사용자의 스마트기기로, 진동 데이터를 전송하여, 해당 스마트기기에서, 휠 베어링의 상태 표출, 및 고장 진단이 수행되도록 할 수 있다.
이를 통해, 컴퓨터단말기(130)는 다른 작업으로 진동 데이터에 대한 분석이 늦어지는 경우, 진동 데이터를 스마트기기로 전송하여, 해당 스마트기기에서 진동 데이터의 분석 작업이 이루어지도록 할 수 있다.
스마트기기에서 분석된 결과는 상술의 Bluetooth 5.0 지원을 통해 컴퓨터단말기(130)로 리턴 되어, 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출하거나, 휠 베어링에 대한 고장 진단 결과로서 표시 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 자율 주행 차량을 위한 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서를 제안하는, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법을 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 각 차량 바퀴에서 전송되는 진동 데이터를 수집할 수 있도록 차량 통신 및 블루투스 등을 이용하는 데이터 수집 및 분석 기능을 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 수집된 진동 데이터를 통해, 휘 베어링의 상태를 표출하고, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해, 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행 할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는 차량 휠 베어링에 장착되어 진동 데이터를 수집하기 위한 진동신호수집부(210)와, 상기 수집된 진동 데이터를 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기(230)로 제공하기 위한 캔통신부(220)를 포함하여 구성 할 수 있다.
진동신호수집부(210)는 차량의 휠 베어링에 장착되어, 차량 바퀴에서 발생되는 진동 데이터를 수집할 수 있다.
캔통신부(220)는 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기(200)로 제공할 수 있다.
휠 베어링은, 바퀴 축에 장착되어 차량의 하중을 견디면서 타이어의 원활한 회전을 담당하며, 바퀴 1개당 휠 베어링 2개를 이용하여 바퀴를 지지하는 형태일 수 있다.
구체적으로, 차량은 '차량 바퀴 - 휠 베어링 - 너클 - 서스펜션'으로 연결되는 역학 구조를 가질 수 있다.
휠 베어링은 자동차 무게 및 주행 중 노면 충격 등에 의해 손상이 발생할 수 있다. 휠 베어링은, 이러한 물리적 손상 이외에, 운전습관, 도로상태 등에 따라, 수명이 단축 될 수 있다.
휠 베어링의 이상 증상은, '베어링 마모 - 주행 중 소음 발생 - 바퀴 흔들림 - 바퀴 빠짐 - 사고 발생'으로 연결될 우려가 있다.
이러한 휠 베어링 관련한 사고를 예방하기 위해서는, 휠 베어링 고장진단 및 상태 모니터링을 위한 진동센서 모듈을 필요로 할 수 있다.
특히, 자율 주행 차량의 경우에는 모든 결함을 모니터링하기 위하여, 각종 센서들이 설치되어 구성되고, 이들 센서로부터의 정보를 종합적으로 분석하여 차량의 고장을 진단하는 플랫폼을 필요로 한다.
진동신호수집부(210)는 진동센서를, 휠 베어링에 장착하여 진동 데이터를 수집할 수 있다. 수집된 진동 데이터는 실시간 CAN 통신을 통해 PC 소프트웨어를 탑재하고 있는 컴퓨터단말기(200)로 전달될 수 있다. PC 소프트웨어는 Bluetooth 5.0의 지원을 통해 휠 베어링의 진동 데이터를 스마트기기에 전송할 수 있다.
컴퓨터단말기(200)는, 진동 데이터를 수신하여 저장하고, 디스플레이 패널을 통해 베어링 상태를 표출하며, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해, 고장 진단을 수행할 수 있다.
즉, 본 발명은 차량의 휠 베어링 고장 진단을 자동화하기 위한 기반을 제공하기 위한 진동센서와 관한 진동신호수집부(210)와 캔통신부(220), 및 PC 소프트웨어에 관한 컴퓨터단말기(200)로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치가 장착되는 위치를 나타낸 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 휠 베어링 고장진단의 자동화를 위해, 휠 베어링에 설치되어, 휠 베어링으로부터 전달되는 진동신호에 관한 진동 데이터를 실시간 취득 후, 취득한 진동 데이터를 손실없이 분석 장비나 소프트웨어로 전달할 수 있는 진동센서 모듈을 포함할 수 있다.
차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는 휠 베어링의 고장 유무 뿐만 아니라 차량의 자세 제어에 대해서도 확인 할 수 있다.
차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 바퀴 4개에서 들어오는 진동 데이터를 실시간으로 분석하여 차량의 포지션을 감지할 수 있어, 현재 별도로 추가 구성되어 있는 포지션 센서를 대체하는 효과가 있어, 차량 원가 절감에 도움을 줄 수 있다.
또한, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 차량 바퀴로부터 전달되는 X, Y, Z 축의 진동 데이터를, 12800 ODR 의 샘플링속도로 수집할 수 있다.
차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 수집된 진동 데이터를 CAN 통신을 통해, 진동 데이터 분석용 소프트웨어나, 진단 장비로 송신할 수 있는 캔통신부를 구비 함으로써, 자율주행차량 등에서 자동화된 휠 베어링 고장진단 및 상태모니터링을 위한 기반 기술을 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치를 관리하는 컴퓨터단말기에 탑재되는 PC 소프트웨어를 나타낸 예시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, PC 소프트웨어는 CAN 통신을 통해 진동센서로부터 진동 데이터를 수신/저장 하고, 디스플레이를 통해 진동신호를 모니터링 할 수 있도록 지원 할 수 있다.
또한, PC 소프트웨어는, 육안 및 검사장비를 통해 보다 정밀한 진동 데이터의 분석이 가능하도록 지원 할 수 있다.
따라서, PC 소프트웨어는 차량 휠 베어링 고장진단을 위한 가장 기초가 되는 휠 베어링의 진동 데이터를 수집/전송/저장할 수 있는 기반을 제공함으로써, 수집된 데이터를 활용하여 휠 베어링에 대한 상태 모니터링이 가능할 뿐 아니라, 결함 주파수 분석이나 고장인자 추출을 통한 고장진단을 통해 자동화된 휠 베어링 고장진단을 가능하게 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치를 관리하는 컴퓨터단말기에서 FFT를 통한 결함 주파수 분석을 수행하고, 고장인자 추출하는 예시도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, '1. 진동 및 속도 신호 측정', '필터를 활용한 노이즈 제거', '3. FET를 통한 결함주파수 분석', '4. 고장인자 추출을 통한 고장진단'을 순차적으로 수행하여, 고장 특성 인자를 추출할 수 있다.
차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 필터를 통해 제공된 진동 데이터 상의 노이즈를 제거하며, FFT를 통한 결함 주파수 분석을 수행하고, 고장인자 추출을 통한 고장 진단을 수행 할 수 있다.
즉, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 진동 및 속도 신호를 측정하게 되고, 필터를 활용한 노이즈를 제거한 후, FFT를 통한 결함주파수를 분석한 후, 고장 특정인자 추출을 통한 고장 진단을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치를 관리하는 컴퓨터단말기에서 탑재되는 인텔리전트 휠 베어링 고장 예측 진단 알고리즘을 이용하여 정밀한 베어링 상태를 진단하는 예시도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 인테리전트 휠 베어링 고장 예측 진단 알고리즘을 이용하여 정밀한 베어링 상태 진단을 할 수 있다.
본 발명에서, 센서와 컴퓨터단말기 간의 데이터 통신은 CAN 통신을 사용하나, 수집된 데이터를 최종사용자(차량 탑승자 또는 AS시설)에게 전송하기 위해 CAN 외 별도의 전송 방식을 적용 할 수 있다.
그리고, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, Bluetooth 5.0 기술을 이용하여 수집된 정보를 사용자의 스마트폰으로 전송 가능하며, 수리 센터 등에서도 장비에 연결하지 않고도 누적된 측정 데이터를 확보할 수 있다.
그리고, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 차량 탑승자는 센서에서 Raw 데이터가 어떤 의미인지 알 수 없으므로, 누적된 데이터를 포맷을 변환하고 변환된 데이터를 탑승자의 스마트폰에 전송할 수 있어 탑승 시점에서 차량의 고장을 예측하고 AS 센터 등으로도 정보를 전송할 수 있다.
그리고, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 블루투스로 전송될 데이터를 암호화하여 제공 함으로써, 사용자 또는 사용자에게 허가받은 위임자 이외에는 측정 데이터를 열어볼 수 없으므로 차량의 상태를 파악할 수 있는 기본 정보가 외부로 노출되지 않도록 할 수 있다.
본 발명의 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치는, 각 차량 바퀴에서 전송되는 진동 데이터를 수집할 수 있도록 차량 통신 및 블루투스 등을 이용하는 데이터 수집 및 분석 기능을 제공함으로써, 베어링 상태를 표출하고, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해 고장 진단을 수행할 수 있다.
이하, 도 7에서는 본 발명의 실시예들에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
본 실시예에 따른 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 운용 방법은, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.
우선, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)의 진동신호수집부에서, 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집한다(710). 단계(710)는, 진동신호수집부가 차량의 바퀴를 구성하는 휠 베어링에 진동 센서를 장착하고, 이 진동 센서에 의해 감지되는 휠 베어링의 진동 신호를 획득하여, 이를 진동 데이터로서 수집하는 과정일 수 있다.
진동신호수집부는 차량의 각 바퀴 별로 상기 진동 데이터를 지속적으로 수집할 수 있고, 또는 정해진 기간에 특정 위치의 바퀴에 대한 진동 데이터 만을 선택적으로 수집할 수 있다.
또한, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)의 캔통신부에서, 상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기로 제공한다(720). 단계(720)는 캔통신부가 진동 데이터의 수집에 연동하여, 상기 진동 데이터를 무선으로 전송하는 과정이다.
여기서, 캔 통신(CAN 통신)은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격일 수 있다. 캔 통신은 메시지 기반 프로토콜이며 최근에는 차량 뿐만 아니라 산업용 자동화기기나 의료용 장비에서도 빈번하게 사용되고 있다. 캔(CAN)은 각 제어기들 간의 통신을 위해 주로 사용되는 non-host 버스 방식의 메시지 기반 네트워크 프로토콜일 수 있다.
실시예에 따라, 진동신호수집부와 캔통신부는 모듈 형태로 패키징되어 단일의 진동센서 모듈로서 구성될 수 있다.
즉, 진동신호수집부와 캔통신부로 이루어지는 진동센서 모듈은, 상기 차량의 바퀴를 구성하는 상기 휠 베어링에 장착되어, 진동 데이터의 수집과, 컴퓨터단말기로의 진동 데이터의 제공을 구현할 수 있다.
계속해서, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)의 컴퓨터단말기에서, 상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출한다(730). 단계(730)는 컴퓨터단말기가 진동 데이터를 분석하여, 휠 베어링의 현 상태를 시각화하여 표현하는 과정일 수 있다.
컴퓨터단말기는 진동 데이터를 입력하여, 휠 베어링의 움직임을 분석해내는 프로그램이 동작하는, 프로세서 장착의 단말을 지칭할 수 있고, 공지의 PC, 분석 전용 터미널 등으로 예시될 수 있다.
예컨대, 좌측 앞 바퀴에 관련되어 수신된 진동 데이터에 대해, 컴퓨터단말기는 기준 진동 데이터와의 일치 여부를 판단하고, 진동 데이터의 진동 패턴이, 기준 진동 데이터의 진동 패턴과 정해진 범위(예컨대 95% 이상)를 벗어나 상이하면, 해당 좌측 앞 바퀴에 장착되는 휠 베어링의 상태를 '이상'으로 표출할 수 있다.
실시예에 따라, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)의 컴퓨터단말기는 진동 데이터를 통해 휠 베어링의 고장 여부를 판정할 수 있다.
이를 위해, 컴퓨터단말기는, 상기 진동 데이터에 대한 결함 주파수 분석, 또는 고장인자 추출을 통해, 상기 휠 베어링을 고장 진단할 수 있다.
즉, 컴퓨터단말기는 진동 데이터의 진동 패턴에서, 결함으로 알려진 주파수가 발견되거나, 고장으로 알려진 부분적인 진동 패턴이 발견되는지를 판단하여, 휠 베어링을 고장 또는 정상으로 진단할 수 있다.
고장 진단에 있어서, 컴퓨터단말기는 고속푸리에변환을 활용하여 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행할 수 있다.
이를 위해, 컴퓨터단말기는, 상기 진동 데이터를 필터에 통과시켜 노이즈를 제거하고, 상기 노이즈가 제거된 진동 데이터에 대해, FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 상기 결함 주파수 분석, 또는 상기 고장인자 추출을 수행하여, 상기 고장 진단할 수 있다.
컴퓨터단말기는, 진동 데이터의 노이즈 배제된 전류를 취득하여, 주파수와 전류 두 가지 축의 함수로 변환 함으로써, 휠 베어링에 고장이 발생하였는지의 여부를 진단할 수 있다.
실시예에 따라, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치(100)의 컴퓨터단말기는 외부의 다른 기기로, 진동 데이터를 공유하여, 휠 베어링에 대한 상태를 다른 기기를 통해서도 인지하도록 할 수 있다.
이를 위해, 컴퓨터단말기는, Bluetooth 5.0 지원을 통해, 상기 진동 데이터를, 정해진 스마트기기로 전송할 수 있다. 즉, 컴퓨터단말기는 근거리에 위치한 사용자의 스마트기기로, 진동 데이터를 전송하여, 해당 스마트기기에서, 휠 베어링의 상태 표출, 및 고장 진단이 수행되도록 할 수 있다.
이를 통해, 컴퓨터단말기는 다른 작업으로 진동 데이터에 대한 분석이 늦어지는 경우, 진동 데이터를 스마트기기로 전송하여, 해당 스마트기기에서 진동 데이터의 분석 작업이 이루어지도록 할 수 있다.
스마트기기에서 분석된 결과는 상술의 Bluetooth 5.0 지원을 통해 컴퓨터단말기로 리턴 되어, 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출하거나, 휠 베어링에 대한 고장 진단 결과로서 표시 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 자율 주행 차량을 위한 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서를 제안하는, 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 및 장치 운용 방법을 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 각 차량 바퀴에서 전송되는 진동 데이터를 수집할 수 있도록 차량 통신 및 블루투스 등을 이용하는 데이터 수집 및 분석 기능을 제공 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 수집된 진동 데이터를 통해, 휘 베어링의 상태를 표출하고, 결함 주파수 분석 혹은 고장인자 추출을 통해, 휠 베어링에 대한 고장 진단을 수행 할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100 : 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치
110 : 진동신호수집부
120 : 캔통신부
130 : 컴퓨터단말기

Claims (11)

  1. 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집하는 진동신호수집부; 및
    상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기로 제공하는 캔통신부
    를 포함하고,
    상기 컴퓨터단말기는,
    상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출하는
    차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터단말기는,
    상기 진동 데이터에 대한 결함 주파수 분석, 또는 고장인자 추출을 통해, 상기 휠 베어링을 고장 진단하는
    차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컴퓨터단말기는,
    상기 진동 데이터를 필터에 통과시켜 노이즈를 제거하고,
    상기 노이즈가 제거된 진동 데이터에 대해, FFT(Fast Fourier Transform)에 의한 상기 결함 주파수 분석, 또는 상기 고장인자 추출을 수행하여, 상기 고장 진단하는
    차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 컴퓨터단말기는,
    Bluetooth 5.0 지원을 통해, 상기 진동 데이터를, 정해진 스마트기기로 전송하는
    차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진동신호수집부와 상기 캔통신부로 이루어지는 진동센서 모듈은,
    상기 차량의 바퀴를 구성하는 상기 휠 베어링에 장착되어, 상기 진동 데이터의 수집과, 상기 컴퓨터단말기로의 상기 진동 데이터의 제공을 구현하는
    차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치.
  6. 진동신호수집부에서, 차량의 휠 베어링에 대한 진동 데이터를 수집하는 단계;
    캔통신부에서, 상기 수집된 진동 데이터를 실시간으로 캔 통신을 이용하여 컴퓨터단말기로 제공하는 단계; 및
    상기 컴퓨터단말기에서, 상기 진동 데이터에 의해 분석되는 상기 휠 베어링의 상태를 디스플레이 패널을 통해 표출하는 단계
    를 포함하는 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 운용 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컴퓨터단말기에서, 상기 진동 데이터에 대한 결함 주파수 분석, 또는 고장인자 추출을 통해, 상기 휠 베어링을 고장 진단하는 단계
    를 더 포함하는 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 운용 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 휠 베어링을 고장 진단하는 단계는,
    상기 진동 데이터를 필터에 통과시켜 노이즈를 제거하는 단계; 및
    상기 노이즈가 제거된 진동 데이터에 대해, FFT에 의한 상기 결함 주파수 분석, 또는 상기 고장인자 추출을 수행하여, 상기 고장 진단하는 단계
    를 포함하는 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 운용 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 컴퓨터단말기에서, Bluetooth 5.0 지원을 통해, 상기 진동 데이터를, 정해진 스마트기기로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 운용 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 진동신호수집부와 상기 캔통신부로 이루어지는 진동센서 모듈은,
    상기 차량의 바퀴를 구성하는 상기 휠 베어링에 장착되어, 상기 진동 데이터의 수집과, 상기 컴퓨터단말기로의 상기 진동 데이터의 제공을 구현하는
    차량용 베어링 상태 모니터링 진동 센서 장치 운용 방법.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
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