KR20220112071A

KR20220112071A - 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20220112071A
Application number: KR1020210015600A
Authority: KR
Inventors: 한정석; 오창진
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-10
Also published as: US20220244140A1; CN114858468A; EP4039959B1; EP4039959A1; US11635348B2

Abstract

본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법은, 엔진에 설치된 노킹센서(11)로부터 출력된 진동신호가 데이터저장부(23)에 저장되는 데이터저장단계(S110)와, 주파수강도계산부(24)가 상기 데이터저장부(23)에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하고 주파수별로 강도를 계산하는 주파수별강도계산단계(S120)와, 감지주파수선정부(33)가 선정한 감지주파수들의 강도를 모두 더하여 감지주파수 적산값을 구하는 감지주파수적산단계(S130)와, 노이즈판단부(26)가 배제주파수선정부(34)에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단단계(S140)와, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호인 경우, 상기 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값(TH_R)(TH_I) 보다 크면, 손상카운터(C_R)(C_I)를 증가시키는 카운터증가단계(S190)와, 상기 손상카운터(C_R)(C_I)가 미리 설정된 확정카운터(TH_CR)(TH_CI)보다 크면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상확정단계(S210)를 포함한다.

Description

노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING DAMAGE OF BEARING OF ENGINE USING KNOCK SENSOR}

본 발명은 엔진에 부착된 노킹센서로 입력된 진동신호를 이용하여 베어링의 손상을 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베어링 손상을 감지하는 주파수대역뿐만 아니라 다른 주파수대역의 진동신호도 비교하여 오감지를 방지함으로써 정확도를 높일 수 있도록 한 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법에 관한 것이다.

엔진에서 크랭크축이 실린더블록, 커넥팅로드과 연결되는 부위에는 마찰을 저감시키기 위한 베어링이 장착된다. 상기 엔진은 ECU의 제어에 의해 운전되면서, 차량의 운전에 필요한 동력을 발생시킨다.

상기 엔진이 정상적인 조건에서는 연소에 의해 소음, 진동을 발생시키지만, 상기 엔진을 구성하는 부품에 이상이 생기면, 연소에 의한 소음, 진동과는 다른 소음, 진동을 발생시킨다.

예컨대, 상기 베어링이 손상되는 경우, 정상적인 엔진과 다른 소음과 진동을 발생시킨다.

또한, 상기 베어링이 손상되는 경우, 상기 엔진에서 소착이 발생하는 심각한 문제를 일으킬 수 있다.

상기 베어링의 손상을 감지하기 위하여, 밴드패스필터(band pass filter)를 이용하여, 상기 베어링의 손상시 특정 주파수대역의 진동크기를 모니터링하여 상기 베어링의 손상을 감지하였다. 상기 베어링이 손상되면, 상기 엔진 작동시 대략 2kHz 내지 5kHz 대역의 베어링손상 주파수대역의 진동성분이 강해지므로, 상기 대역의 진동신호를 모니터링하여 상기 베어링의 손상을 감지하였다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 따르면, 베어링손상 주파수대역의 진동신호만 모니터링하기 때문에, 강한 노킹 등에 의해서 전체 주파수대역의 진동신호가 함께 증가하는 경우에도 상기 베어링의 손상된 것으로 감지하는 문제점이 있었다.

즉, 도 3a에 도시된 바와 같이, 베어링이 손상되지 않은 엔진을 2번 실린더만 노킹이 발생하도록 점화각도를 일정 시간 진각시키면, 상기 베어링손상 주파수대역(R1)뿐만 아니라, 상기 엔진의 노킹을 모니터링하는 노킹 주파수대역(R2)의 신호도 함께 증가함을 알 수 있다.

종래기술에서는 상기 베어링손상 주파수대역(R1)의 신호만 상기 밴드패스필터(22)를 이용하여 변환하고, 이를 모니터링 하였다. 단지 베어링손상 주파수대역의 진동크기의 임계값과 비교하여, 상기 베어링의 손상을 감지하였다. 베어링이 손상된 엔진을 도 3a에서와 동일한 조건으로 운전시키면, 도 3b와 같이, 상기 베어링손상 주파수대역(R1)에서의 신호만 증가하여야 한다.

그러나, 강한노킹이 발생한 경우, 상기 베어링손상 주파수대역(R1)뿐만 아니라, 상기 노킹 주파수대역(R2)의 신호도 함께 증가하였고, 상기 베어링손상 주파수대역(R1)에서 진동이 커진 것만으로 상기 베어링이 손상된 것으로 오감지하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 밴드패스필터를 사용하는 경우, 중심주파수뿐만 아니라, 주변주파수 성분도 함께 베어링 손상 감지에 이용되므로, 베어링 손상 감지 성능이 저하될 수 밖에 없었다.

아울러, 엔진마다 상기 베어링 손상시 발생되는 고유 주파수 성분이 다르기 때문에, 엔진마다 적합한 밴드패스필터를 선정하기 위한 공수가 많이 소요되는 문제점이 있었다.

KR 10-2010-0062421 A (2010.06.10, 명칭 : 직렬 4기통 엔진용 밸런스 샤프트 불평형 질량과 베어링 위치 선정 방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 베어링손상 주파수대역뿐만 아니라 노킹 주파수대역을 포함한 노킹센서가 감지할 수 있는 전체 주파수대역의 신호와 베어링손상 주파수대역의 신호를 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform)으로 변환한 후, 변환된 주파수들을 미리 설정된 배제조건과 비교하여 베어링손상과 무관한 진동신호를 배제함으로써, 오감지를 방지할 수 있도록 한 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템은, 엔진에 설치된 노킹센서로부터 출력되는 진동신호가 저장되는 데이터저장부와, 상기 데이터저장부에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하여 주파수별로 강도(amplitude)를 계산하는 주파수강도계산부와, 감지주파수선정부에서 선정한 변별력있는 주파수들의 강도를 적산하는 감지주파수적산부와, 배제주파수선정부에서 선정한 배제주파수가 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단부와, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호이면서, 감지주파수들의 강도를 적산한 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값 보다 크면, 손상카운터를 증가시켜 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상판정부를 포함한다.

상기 주파수강도계산부는, 상기 데이터저장부에 저장된 진동신호를 정해진 주파수 간격별로 강도(amplitude)를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단부는, 상기 배제주파수들의 강도를 모두 합한 값이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단부는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 미리 정해진 순위 이내이면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단부는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 큰 강도를 갖는 상기 배제주파수와 상기 감지주파수의 비율이 미리 정해진 비율을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 손상판정부는, 상기 감지주파수 적산값이 상기 손상임계값 보다 크면, 상기 손상카운터를 증가시키고, 상기 손상카운터가 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 확정카운터 이상이면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 것을 특징으로 한다.

상기 손상판정부는, 상기 엔진의 운전모드별로 상기 손상임계값, 상기 손상카운터, 및 상기 확정카운터를 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 손상판정부는, 상기 엔진에서 연소가 일정하기 진행되는 경우와, 연소가 일정하게 진행되지 않는 경우로 나누어 상기 베어링의 손상을 확정하는 것을 특징으로 한다.

상기 손상판정부는, 상기 엔진이 전부하(Full Load), 부분부하(Part Load), 아이들(Idle)을 포함하는 일반주행모드로 주행되는 경우와, 상기 엔진이 퓨얼 컷(Fuel Cut) 진입, 퓨얼 컷 직전, 퓨얼 컷 직후 또는 팁 아웃(Tip Out)을 포함하여 주행하는 경우로 나누어 상기 베어링의 손상을 확정하는 것을 특징으로 한다.

상기 손상판정부가 상기 베어링의 손상을 확정하면, 상기 엔진을 미리 설정된 안전회전수 이하로 운전되도록 제한시키는 림프홈제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법은, 엔진에 설치된 노킹센서로부터 출력된 진동신호가 데이터저장부에 저장되는 데이터저장단계와, 주파수강도계산부가 상기 데이터저장부에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하고 주파수별로 강도를 계산하는 주파수별강도계산단계와, 감지주파수선정부가 선정한 감지주파수들의 강도를 모두 더하여 감지주파수 적산값을 구하는 감지주파수적산단계와, 노이즈판단부가 배제주파수선정부에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단단계와, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호인 경우, 상기 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값 보다 크면, 손상카운터를 증가시키는 카운터증가단계와, 상기 손상카운터가 미리 설정된 확정카운터보다 크면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상확정단계를 포함하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.

상기 데이터저장단계는, 측정윈도우가 개방된 상태에서 상기 노킹센서로부터 출력된 진동신호가 디지털신호로 변환하여 데이터저장부에 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 주파수별강도계산단계는, 상기 데이터저장부에 저장된 진동신호를 정해진 주파수 간격별로 강도(amplitude)를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단단계는, 상기 배제주파수들의 강도를 모두 합한 값이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단단계는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 미리 정해진 순위 이내이면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단단계는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 큰 강도를 갖는 상기 배제주파수와 상기 감지주파수의 비율이 미리 정해진 비율을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단단계에서 상기 노킹센서로 감지한 진동신호가 상기 베어링의 손상 가능성이 있다고 판단되면, 현재 상기 엔진의 운전모드가 상기 엔진에서 연소가 일정하게 이루어지는 일반주행모드인지를 판단하는 운전모드판단단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 운전모드판단단계와 상기 카운터증가단계 사이에, 상기 감지주파수의 적산값을 비교대상으로 설정하는 적산값적용단계와, 상기 적산값을 상기 손상임계값과 비교하는 적산값비교단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 운전모드판단단계에서 상기 일반주행모드로 판단되면, 상기 적산값적용단계에서 상기 감지주파수 적산값을 레퍼런스(reference)값으로 사용하고, 상기 레퍼런스값을 일반주행모드로 주행시 상기 베어링의 파손을 감지하기 위해 설정된 제1손상임계값과 비교하며, 상기 레퍼런스값이 상기 제1손상임계값을 초과하면, 상기 제1손상카운터를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상기 운전모드판단단계는, 상기 엔진이 전부하(Full Load), 부분부하(Part Load), 아이들(Idle) 중 어느 하나로 운전되는 상태를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 운전모드판단단계에서 상기 엔진에서 연소가 일정하게 이루어지지 않아 상기 일반주행모드가 아닌 것으로 판단되면, 상기 적산값적용단계에서 상기 감지주파수 적산값을 인스턴스(instance)값으로 사용하고, 상기 인스턴스값을 일반주행모드가 아닌 경우 상기 베어링의 파손을 감지하기 위해 설정된 제2손상임계값과 비교하며, 상기 인스턴스값이 상기 제2손상임계값을 초과하면, 상기 제2손상카운터를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

상기 운전모드판단단계는, 상기 엔진이 퓨얼 컷(Fuel Cut) 진입, 퓨얼 컷 직전, 퓨얼 컷 직후 또는 팁 아웃(Tip Out)의 상태로 운전되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 손상카운터는 상기 엔진의 운전모드별로 증가하도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 손상확정단계 이후, 상기 엔진의 회전수를 미리 설정된 안전회전수 이하로 제한하여 상기 엔진을 제어하는 림프홈모드로 제어하는 림프홈제어단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 노이즈판단단계에서 상기 배제주파수선정부에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건을 만족하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 확정하는 노이즈확정단계와, 상기 노이즈확정단계 이후, 상기 엔진의 작동여부를 판단하여, 상기 엔진이 작동중이면 상기 데이터저장단계로 리턴시키고, 상기 엔진이 작동중이지 않으면 종료시키는 엔진작동판단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법에 따르면, 베어링손상 주파수대역뿐만 아니라 노킹 주파수대역을 포함하여 노킹센서가 감지할 수 있는 전체 주파수대역의 진동신호를 모니터링함으로써, 베어링 손상과 무관한 진동신호를 배제할 수 있어서, 베어링손상 주파수대역만 모니터링하는 경우 발생할 수 있는 오감지를 방지할 수 있다.

또한, 중심주파수 이외의 주변주파수 성분은 배제하여, 변별이 우수한 주파수만 적산하기 때문에 감지성능이 우수해진다.

아울러, 엔진마다 적합한 밴드패스필터를 선정하기 과정이 필요 없기 때문에, 베어링의 손상을 감지하는 공수가 줄어든다.

도 1은 본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템을 도시한 블록도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법을 도시한 순서도,
도 3a는 강한 노킹 발생시 진동신호를 FFT변환하여, 주파수별 강도를 도시한 그래프.
도 3b는 베어링 손상시 진동신호를 FFT변환하여, 주파수별 강도를 도시한 그래프.
도 4는 특정 기통의 진동신호를 FFT변환하여, 주파수별 강도를 도시한 그래프.
도 5a는 밴드필터방식으로 베어링 손상 감지시의 신호강도를 도시한 그래프.
도 5b는 FFT방식으로 베어링 손상 감지시의 신호강도를 도시한 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진에 설치된 노킹센서(11)로부터 출력되는 진동신호가 저장되는 데이터저장부(23)와, 상기 데이터저장부(23)에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하여 주파수별로 강도(amplitude)를 계산하는 주파수강도계산부(24)와, 감지주파수선정부(33)에서 선정한 변별력있는 주파수들의 강도를 적산하는 감지주파수적산부(25)와, 배제주파수선정부(34)에서 선정한 배제주파수가 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단부(26)와, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호이면서, 감지주파수들의 강도를 적산한 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값(TH_R)(TH_I) 보다 크면, 손상카운터(C_R)(C_I)를 증가시켜 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상판정부(28)를 포함한다.

본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템(1)은 차량의 ECU(Engine Control Unit)의 내부에 구비된다.

ECU(20)는, 상기 ECU(20)의 외부에 구비된 노킹센서(11), 크랭크샤프트포지션센서(12) 및 캠샤프트포지션센서(13)로부터 출력되는 신호를 입력받아, 베어링의 손상을 감지하는 데 이용한다.

노킹센서(11)는 엔진의 일측에 부착되어, 상기 엔진에서 발생하는 진동을 감지한다.

크랭크샤프트포지션센서(12)는 상기 엔진의 크랭크샤프트의 회전각도를 감지하고, 캠샤프트포지션센서(13)는 상기 캠샤프트의 회전각도를 감지한다. 상기 크랭크샤프트포지션센서(12)와 상기 캠샤프트포지션센서(13)는 엔진의 회전각도를 산출하는데 사용된다.

엔진각도계산부(31)는 상기 크랭크샤프트포지션센서(12)와 상기 캠샤프트포지션센서(13)로부터 입력된 데이터를 이용하여, 상기 엔진의 회전각도를 산출한다.

예를 들어, 4행정 4기통 엔진의 경우, 1사이클동안 각 기통에서 연소가 진행되면서 상기 크랭크샤프트가 720도 회전하는데, 상기 엔진각도계산부(31)를 통하여 회전각도를 계산한다.

측정윈도우계산부(32)는 상기 엔진각도계산부(31)로부터 산출된 데이터를 이용하여, 베어링 손상을 감지하기 위한 신호가 발생할 수 있는 엔진의 특정 회전 각도 범위인 측정 윈도우(window)를 계산한다. 상기 엔진의 운전상태에 따라, TDC(top dead center) 부근의 일정 범위가 측정 윈도우가 되는데, 상기 측정윈도우계산부(32)가 이를 계산한다.

고속 ADC(analog-digital converter, 11)는 상기 노킹센서(11)를 비롯하여, 베어링의 손상을 위해 입력되는 설치된 각종센서로부터 출력된 신호 또는 이를 처리한 신호를 아날로그신호로 입력받는다. 상기 고속 ADC(11)는 아날로그신호를 입력받으면, 이를 디지털신호로 변환한다.

상기 고속 ADC(11)는 상기 노킹센서(11)로부터 진동신호를 받고, 상기 노킹센서(11)로부터 입력된 아날로그신호를 변환한다.

또한, 상기 고속 ADC(11)는 상기 측정윈도우계산부(32)로부터 출력된 신호를 입력받는다. 이에 따라, 상기 고속 ADC(11)는 상기 측정윈도우가 열려있는 동안 상기 노킹센서(11)로부터 출력되는 신호를 입력받는다.

필터(22)는 입력된 신호에 포함된 전기적 노이즈를 제거한다. 상기 필터는 AAF(Anti Aliasing Filter) 필터로 제공될 수 있다.

데이터저장부(23)는 상기 필터(22)를 거쳐 노이즈가 제거된 데이터가 저장된다. 상기 데이터는 상기 고속 ADC(21)와 상기 필터(22)를 거친 데이터이므로, 디지털로 변환되고, 전기적 노이즈가 제거된 상태이다.

주파수강도계산부(24)는 상기 데이터저장부(23)에 있는 데이터를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)을 통하여 주파수별로 강도(Amplitude)를 계산한다. 상기 측정윈도우의 크기는 상기 엔진의 회전수(RPM)별로 비슷하고, 상기 노킹센서(11)의 샘플링속도가 100kHz이며, 상기 고속푸리에변환을 통하여 2ⁿ중 하나인 128개 내외로 저장된다. 이에 따라, 샘플링속도를 128로 나누어진 값인 약 0.78kHz가 상기 FFT변환를 거친 데이터의 해상도(resolution)가 된다. 상기 주파수강도계산부(24)는, 상기 베어링의 손상을 감지에 용이한 주파수와 상기 엔진의 노킹을 감지하는 주파수를 모두 포함할 수 있도록, 0kHz부터 30kHz까지 상기 해상도를 근사화하여 1kHz단위로 주파수별로 그 강도를 계산한다.

상기 주파수강도계산부(24)에 의해 주파수별로 계산된 강도는 도 3a, 도 3b 또는 도 4와 같은 형태의 그래프로도 표시될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 4개 기통의 주파수 강도를 1kHz부터 20kHz까지 1kHz 간격으로 도시하였고, 도 4는 특정 기통의 주파수 강도를 2kHz부터 29kHz까지 1kHz 간격으로 도시하였다.

감지주파수적산부(25)는 상기 베어링의 손상을 잘 감지할 수 있는 대역의 주파수들의 강도를 더한다.

감지주파수 선정부(32)에서 RPM, 공기량, 기통에 따라 변별력이 우수한 주파수인 감지주파수를 선정하여, 이를 상기 감지주파수적산부(25)로 전달하면, 상기 감지주파수적산부(25)는 상기 주파수강도계산부(24)에서 계산한 결과 중에서, 상기 감지주파수에 해당하는 주파수의 강도를 모두 더하여 상기 감지주파수의 적산값인 감지주파수 적산값을 구한다.

예컨대, 상기 감지주파수 선정부(32)에서 2kHz 내지 5kHz를 감지주파수로 선정하였다면, 상기 감지주파수적산부(25)는 2kHz, 3kHz, 4kHz, 5kHz의 강도를 모두 더한다.

노이즈판단부(26)는 상기 노킹센서(11)로부터 출력된 진동신호가, 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단한다. 상기 노이즈판단부(26)는 배제주파수선정부(34)에서 선정한 배제주파수가 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 노이즈, 즉 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단한다.

예컨대, 상기 배제주파수선정부(34)에서 14kHz 내지 18kHz 대역을 배제주파수로 선정하였다면, 상기 14kHz 내지 18kHz의 주파수를 이용하여, 노이즈 여부를 판단한다. 여기서 노이즈라함은 상기 베어링의 손상을 감지하는데 사용되지 않는 영역의 신호를 의미하는 것으로서, 베어링 손상의 판단에는 사용되지 않지만, 노킹 감지 등에는 사용될 수 있다.

상기 배제주파수는 통상적으로 상기 엔진의 노킹을 감지에 유리한 주파수 대역을 설정되는데, 상기 배제주파수의 특성을 이용하여, 이번 세그먼트(엔진이 1사이클 회전하는 동안)에서 상기 노킹센서(11)로 입력된 진동신호의 유용성, 즉 상기 노킹센서(11)의 신호를 상기 베어링의 손상감지에 이용할 수 있는지에 대하여 판단한다.

상기 베어링의 손상감지는 상기 감지주파수 신호를 이용하지만, 이의 유용성은 상기 배제주파수를 이용하여 판단한다.

한편, 상기 노이즈판단부(26)가 상기 노이즈를 판단하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상기 노이즈판단부(26)는 상기 배제주파수들의 강도를 모두 합한 값이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단할 수 있다. 예를 들어, 상기 배제주파수선정부(34)가 배제주파수를 14kHZ 내지 18KHz로 선정한 경우, 각 배제주파수의 크기를 각각 A14, A15, A16, A17, A18 이라고 하면, 그 합(A14+A15+A16+A17+A18)이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서(11)가 수집한 진동신호가 노이즈, 즉 베어링 손상과 무관한 진동신호로 판단한다. 즉, 도 4에서 R3 대역에서의 모든 주파수의 크기의 총합이 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서(11)의 진동신호는 베어링의 손상과 무관한 신호로 볼 수 있다. 도 4는 2kHz부터 29kHz까지 각 주파수 대역의 주파수 강도가 1kHz 간격으로 도시되어 있는데, 2kHz부터 29kHz까지의 모든 주파수의 크기의 총합을 미리 설정된 기준과 비교한다.

둘째, 상기 노이즈판단부(26)는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 미리 정해진 순위 이내이면, 상기 노킹센서(11)의 진동신호를 노이즈, 즉 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단할 수 있다. 예를 들어, 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 3위 이내인 것을 노이즈로 판단하도록 설정할 수 있다. 즉, 전제주파수가 1kHz 내지 30kHz 이고, 상기 배제주파수선정부(34)가 배제주파수를 14kHZ 내지 18KHz로 선정한 경우, 각 배제주파수의 크기를 각각 A14, A15, A16, A17, A18이라고 하면, 그 중 어느 하나가 전체 주파수별 크기에서 3위 이내이면 노이즈로 판단한다. 도 4에서는 17KHz의 크기가 전체 3위이므로, 도 4로 표현된 진동신호를 노이즈로 볼 수 있다.

셋쩨, 상기 노이즈판단부(26)는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 큰 강도를 갖는 상기 배제주파수와 상기 감지주파수의 비율이 미리 정해진 비율을 초과하면, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단할 수 있다. 예컨대, 상기 배제주파수선정부(34)가 배제주파수를 14kHZ 내지 18KHz로 선정한 상태에서 17kHz의 주파수크기가 가장 크고, 상기 감지주파수선정부(33)가 감지주파수를 4kHZ로 선정한 경우(단, 4kHz의 주파수크기는 A4로 함), A17/A4가 미리 정해진 값을 초과하면, 상기 진동신호를 노이즈로 판단한다.

상기 노이즈판단부(26)는 상기의 3가지 조건중 어느 하나라도 만족하는 경우, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하고, 더 이상 상기 베어링의 손상을 감지하지 않는다.

상기 노이즈판단부(26)는 상기의 3가지 조건을 모두 만족하지 않는 경우에 한하여, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상의 감지하는데 유용한 신호라고 판단하고, 상기 베어링의 손상을 진단한다.

감지신호저장부(27)는 상기 엔진의 운전모드별로, 상기 주파수강도계산부(24)에서 계산된 신호값을 상기 엔진의 운전모드별로 저장한다. 예컨대, 상기 엔진은 연소가 일정하게 진행되는 전부하(Full Load), 부분부하(Part Load), 아이들(Idle)를 포함하는 일반주행모드로 주행될 수 있다. 또한, 퓨얼 컷(Fuel Cut) 진입, 퓨얼 컷 직전, 퓨얼 컷 직후 또는 팁 아웃(Tip Out)과 같이, 연소상태가 변하는 일반주행모드가 아닌 상태로 주행될 수 있다. 상기 감지신호저장부(27)는 상기 주파수강도계산부(24)에서 계산된 신호값을 일반주행모드와 그렇지 않은 경우로 나누어 각각 저장한다.

손상판정부(28)는 상기 감지주파수 적산값을 이용하여, 상기 베어링의 손상을 확정한다.

예컨대, 도 4에서 R4 대역에서의 모든 주파수의 크기의 총합인 상기 감지주파수 적산값을 이용하여, 상기 손상판정부(28)는 상기 베어링의 손상을 확정한다.

상기 감지주파수 적산값을 미리 정해진 손상임계값(TH_R)(TH_I)과 비교하고, 그 결과에 따라 손상카운터(C_R)(C_I)를 증가시킨다. 이를 상기 엔진이 작동하는 동안 반복하고, 상기 손상카운터(C_R)(C_I)가 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 확정카운터(TH_CR)(TH_CI) 이상이면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정한다.

한편, 상기 손상판정부(28)는 상기 엔진의 운전모드별로 상기 손상임계값(TH_R)(TH_I), 상기 손상카운터(C_R)(C_I), 및 상기 확정카운터(TH_CR)(TH_CI)를 설정하고, 상기 감지주파수 적산값도 운전모드별로 각각 손상임계값(TH_R)(TH_I)과 비교하여, 상기 손상카운터(C_R)(C_I)가 상기 확정카운터(TH_CR)(TH_CI) 이상이면, 상기 베어링의 손상으로 확정한다.

림프홈제어부(29)는 상기 베어링의 손상이 확정되면, 상기 엔진을 림프홈모드로 제어하여, 상기 엔진의 회전수를 미리 설정된 안전회전수 이하로 제한한다. 상기 엔진이 림프홈모드로 제어됨에 따라, 상기 베어링의 손상이 더 이상 진행하는 것을 방지하면서, 정비가능한 위치로 이동할 수 있도록 한다.

또한, 상기 림프홈제어부(29)는 MIL램프를 점등시켜, 운전자가 상기 베어링의 손상을 용이하게 인지할 수 있도록 한다.

도 2a 및 도 2b에는 본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법이 순서도로 도시되어 있다.

본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법은 앞서 설명한 본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템(1)에 의해 수행되는 것으로서, 엔진에 설치된 노킹센서(11)로부터 출력된 진동신호가 데이터저장부(23)에 저장되는 데이터저장단계(S110)와, 주파수강도계산부(24)가 상기 데이터저장부(23)에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하고 주파수별로 강도를 계산하는 주파수별강도계산단계(S120)와, 감지주파수선정부(33)가 선정한 감지주파수들의 강도를 모두 더하여 감지주파수 적산값을 구하는 감지주파수적산단계(S130)와, 노이즈판단부(26)가 배제주파수선정부(34)에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단단계(S140)와, 상기 노킹센서(11)의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호인 경우, 상기 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값(TH_R)(TH_I) 보다 크면, 손상카운터(C_R)(C_I)를 증가시키는 카운터증가단계(S190)와, 상기 손상카운터(C_R)(C_I)가 미리 설정된 확정카운터(TH_CR)(TH_CI)보다 크면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상확정단계(S210)를 포함한다.

데이터저장단계(S110)는 엔진에 설치된 노킹센서(11)로부터 출력된 진동신호가 데이터저장부(23)에 저장된다. 상기 노킹센서(11)가 감지한 진동신호는 디지털신호로 변환되고, 전기적인 노이즈가 제거된 상태로 상기 테이터저장부(23)에 저장된다.

주파수별강도계산단계(S120)는 주파수강도계산부(24)가 상기 데이터저장부(23)에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하고 주파수별로 강도(amplitude)를 계산한다.

감지주파수적산단계(S130)는 상기 감지주파수선정부(33)가 선정한 감지주파수들의 강도를 모두 더하여 감지주파수 적산값을 구한다.

노이즈판단단계(S140)는 노이즈판단부(16)가 배제주파수선정부(33)에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서(1)가 감지한 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단한다.

한편, 상기 노이즈판단단계(S140)는 상기 배제주파수선정부(33)에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하기 위하여, 다음의 제1노이즈판단단계(S141) 내지 제3노이즈판단단계(S143)를 포함한다.

제1노이즈판단단계(S141)는, 상기 배제주파수들의 강도를 모두 합한 값이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서(1)가 감지한 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단한다. 예를 들어, 상기 배제주파수선정부(34)가 배제주파수를 14kHZ 내지 18KHz로 선정한 경우, 각 배제주파수의 크기를 각각 A14, A15, A16, A17, A18 이라고 하면, 그 합(A14+A15+A16+A17+A18)이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹신호가 수집한 진동신호가 노이즈, 즉 베어링 손상과 무관한 진동신호로 판단한다. 즉, 도 4에서 R3 대역에서의 모든 주파수의 크기의 총합이 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서(11)의 진동신호는 노이즈로 볼 수 있다.

제2노이즈판단단계(S142)는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 미리 정해진 순위 이내이면, 상기 노킹센서(1)가 감지한 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단한다. 예를 들어, 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 3위 이내인 것을 노이즈로 판단하도록 설정할 수 있다. 즉, 전제주파수가 1kHz 내지 30kHz 이고, 상기 배제주파수선정부(34)가 배제주파수를 14kHZ 내지 18KHz로 선정한 경우, 각 배제주파수의 크기를 각각 A14, A15, A16, A17, A18이라고 하면, 그 중 어느 하나가 전체 주파수별 크기에서 3위 이내이면 노이즈로 판단한다. 도 4에서는 17KHz의 크기가 전체 3위이므로, 도 4로 표현된 진동신호를 노이즈로 볼 수 있다.

제3노이즈판단단계(S143)는, 상기 배제주파수들 중에서 가장 큰 강도를 갖는 상기 배제주파수와 상기 감지주파수의 비율이 미리 정해진 값을 초과하면, 상기 노킹센서(1)가 감지한 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단한다. 예컨대, 상기 배제주파수선정부(34)가 배제주파수를 14kHZ 내지 18KHz로 선정한 상태에서 17kHz의 주파수크기가 가장 크고, 상기 감지주파수선정부(33)가 감지주파수를 4kHZ로 선정한 경우(단, 4kHz의 주파수크기는 A4로 함), A17/A4가 미리 정해진 값을 초과하면, 상기 진동신호를 노이즈로 판단한다.

여기서, 상기 제1노이즈판단단계(S141) 내지 제3노이즈판단단계(S143)에 모두 해당하지 않는 경우 운전모드판단단계(S160)가 수행되고, 상기 제1노이즈판단단계(S141) 내지 제3노이즈판단단계(S143) 중 어느 하나라도 해당하는 경우 노이즈확정단계(S150)가 수행된다.

아울러, 상기 제1노이즈판단단계(S141) 내지 제3노이즈판단단계(S143)는 서로 순서에 상관없이 수행될 수 있다.

노이즈확정단계(S150)는 상기 노이즈판단단계(S140)를 만족하는 경우, 상기 노이즈확정단계(S150)에서 상기 노킹센서(11)로 감지한 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 확정한다. 즉, 상기 제1노이즈판단단계(S141) 내지 상기 제3노이즈판단단계(S143) 중 어느 하나라도 만족하는 경우, 상기 노킹센서(11)로 감지한 진동신호는 베어링의 손상과 무관한 것으로 본다.

상기 노이즈확정단계(S150)가 수행된 이후에는, 상기 엔진이 작동중인지를 판단하는 엔진작동판단단계(S230)가 수행된다. 상기 엔진이 작동중이면 다시 처음으로 리턴되고, 상기 엔진이 작동상태라 아니라면 종료된다.

한편, 노이즈판단단계(S140)의 결과, 상기 노킹신호로 감지한 진동신호가 노이즈가 아니라고 판단되면, 상기 주파수강도계산부(24)에서 계산된 신호값이 상기 감지신호저장부(27)에 운전모드별로 저장된다.

상기 제1노이즈판단단계(S141) 내지 상기 제3노이즈판단단계(S143)를 모두 만족하지 않는 다는 것은, 상기 노킹센서(11)로 감지한 진동신호가 상기 베어링의 손상과 관련이 있을 수 있음을 의미할 뿐, 그 제차로 베어링의 손상을 의미하는 것은 아니다. 상기 베어링의 손상은 상기 운전모드판단단계(S160) 이후 수행되는 로직에 의해 확정할 수 있다.

운전모드판단단계(S160)는 상기 노이즈판단단계(S140)에서, 상기 노킹센서(11)로 감지한 진동신호가 베어링의 손상과 관련성 있다고 판단되는 경우 수행된다.

상기 운전모드판단단계(S160)에서는 현재 상기 엔진의 운전모드가 상기 엔진에서 연소가 이루어지는 일반주행모드인지를 판단한다. 상기 엔진의 운전모드를 판단하는 이유는 감지주파수의 적산값을 상기 베어링의 손상을 감지하기 위한 손상임계값(TH_R)(TH_I)과 비교하는데, 상기 엔진의 운전모드에 따라 감지주파수의 적산값, 손상임계값(TH_R)(TH_I)이 달라지기 때문이다.

여기서, 일반주행모드는 상기 엔진에서 연소가 일정하게 진행되는 경우로서, 전부하(Full Load), 부분부하(Part Load), 아이들(Idle)로 운전되는 경우를 포함한다.

운전모드판단단계(S160)가 수행된 이후, 감지주파수의 적산값을 비교대상으로 적용하는 적산값적용단계(S170), 상기 적산값을 상기 베어링의 손상을 판단하기 위한 손상임계값(TH_R)(TH_I)과 비교하는 적산값비교단계(S180) 및 상기 적산값이 상기 손상임계값(TH_R)(TH_I)보다 크면 손상카운터(C_R)(C_I)를 증가시키는 카운터증가단계(S190)및 상기 손상카운터(C_R)(C_I)를 확정카운터(TH_CR)(TH_CI)과 비교하는 카운터비교단계(S200)가 수행된다.

상기 카운터비교단계(S200)에서 상기 손상카운터(C_R)(C_I)가 미리 설정된 확정카운터(TH_CR)(TH_CI)보다 크면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상확정단계(S210)가 수행된다.

상기 적산값적용단계(S170) 내지 상기 카운터비교단계(S200)는 상기 운전모드판단단계(S160)에서 상기 엔진이 일반주행모드로 운전되고 있는지의 여부에 따라 이원화되어 수행된다.

먼저, 상기 운전모드판단단계(S160)에서 상기 엔진이 일반주행모드로 판단되면, 감지주파수를 적산한 값을 베어링 손상을 비교하는 대상으로 적용하는 제1적산값적용단계(S171)가 수행된다. 상기 제1적산값적용단계에서는 현재값과 현재로부터 일정 기간의 과거값의 평균인 레퍼런스값(R)을 비교대상으로 설정한다.

이후, 상기 레퍼런스값(R)을 상기 일반주행모드시 베어링의 손상을 판단하기 위해 설정된 제1손상임계값(TH_R)과 비교하는 제1적산값비교단계(S181)가 수행된다.

제1적산값비교단계(S181)의 결과, 상기 레퍼런스값(R)이 상기 제1손상임계값(TH_R) 보다 큰 것으로 판단되면(R > TH_R), 제1손상카운터(C_R)를 증가시키는 제1카운터증가단계(S191)가 수행된다.

상기 제1손상카운터(C_R)가 그 이전값에 비하여 증가되면, 상기 제1손상카운터(C_R)를 제1확정카운터(TH_CR)와 비교하는 제1카운터비교단계(S201)가 수행된다.

상기 제1카운터비교단계(S201)에서 상기 제1손상카운터(C_R)가 상기 제1확정카운터(TH_CR) 이상이면(C_R ≥ TH_CR), 상기 손상판정부(28)는 상기 베어링이 손상된 것으로 확정한다.

상기 레퍼런스값(R)이 상기 제1손상임계값(TH_R) 보다 크면, 바로 상기 베어링이 손상된 것으로 확정할 수 있지만, 일시적으로 상기 레퍼런스값(R)이 커져 오감지할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 상기 제1손상카운터(C_R)를 증가시켜가면서, 상기 레퍼런스값(R)이 상기 제1손상임계값(TH_R) 보다 커지는 경우가 반복되어 제1손상카운터(C_R)가 상기 제1확정카운터(TH_CR) 이상이면, 최종적으로 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하도록 한다.

한편, 상기 운전모드판단단계(S160)에서 상기 엔진이 일반주행모드가 아닌 것으로 작동하는 것으로 판단되면, 제2적산값적용단계(S172)가 수행된다. 상기 엔진이 일반주행모드가 아닌 경우는, 상기 엔진의 연소상태가 변하는 상태로서, 상기 엔진이 퓨얼 컷(Fuel Cut) 진입, 퓨얼 컷 직전, 퓨얼 컷 직후 또는 팁 아웃(Tip Out)의 상태로 운전되는 경우를 포함한다. 이 상태에서는 연소 상태가 변함에 따른 진동신호도 발생하기 때문에, 일반주행모드와 구별하여 상기 베어링의 손상을 판단한다.

상기 제2적산값적용단계(S172)에서는 순간적인 운전환경에 적합한 Instance값을 비교대상으로 설정한다.

이후의 과정은 앞서 설명한 과정과 유사하되, 사용하는 기준값만 서로 상이하다.

즉, 제2적산값비교단계에서는 상기 인스턴트값(I)을 상기 일반주행모드가 아닌 경우로 운전시 상기 베어링의 손상을 판단하기 위해 설정된 제2손상임계값(TH_I)과 비교한다.

제2적산값비교단계(S182)의 결과, 상기 인스턴트값(I)이 상기 제2손상임계값(TH_I) 보다 큰 것으로 판단되면(I > TH_I), 제2손상카운터(C_I)를 증가시키는 제2카운터증가단계(S192)가 수행된다.

이후, 상기 제2손상카운터(C_I)를 제2확정카운터(TH_CI)와 비교하는 제2카운터비교단계(S202)가 수행된다.

상기 제2카운터비교단계(S202)에서 상기 제2손상카운터(C_I)가 상기 제2확정카운터(TH_CI) 이상이면(C_I ≥ TH_CI), 상기 손상판정부(28)는 상기 베어링이 손상된 것으로 확정한다.

상기 손상확정단계(S210) 이후, 상기 엔진의 회전수를 미리 설정된 안전회전수 이하로 제한하여 상기 엔진을 제어하는 림프홈모드로 제어하는 림프홈제어단계(S220)가 수행된다. 상기 림프홈제어부(29)는 상기 엔진의 회전수를 상기 안전회전수 이하로 제한하여, 상기 베어링의 손상이 더 이상 진행하는 것을 방지하면서, 정비가능한 위치로 이동할 수 있도록 한다.

또한, 상기 림프홈제어단계(S220)에서는 상기 림프홈제어부(29)는 MIL램프를 점등시켜, 운전자가 상기 베어링의 손상을 인지할 수 있도록 한다.

상기 림프홈제어단계(S220)는 상기 엔진이 작동하는 동안 수행되고, 상기 엔진이 작동하지 않으면 상기 로직은 종료된다.

본 발명에 따른 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템 및 방법에 따르면, 상기 베어링의 손상을 감지하는 주파수는 물론, 나머지 대역의 주파수를 고려함으로써, 오감지를 방지할 수 있다.

도 5a와 도 5b에는 강제로 특정 기통의 베어링을 손상시킨 후, 베어링 손상 감지 결과를 도시하였다. 도 5a에는 밴드패스필터를 이용하여 베어링의 손상을 감지한 경우로서, 4KHz 밴드패스필터를 사용시, 진단영역이 시작되는 2000RPM이 넘는 상황에서 고장기통뿐만 아니라 정상기통에서도 고장신호의 강도가 커지는 현상을 볼 수 있었다. 하지만, 본 발명이 적용된 도 5b에서는 고장기통과 정상기통의 신호가 분리됨에 따라 오감지를 방지할 수 있다.

아울러, 종래의 밴드패스필터 방식은 감지를 위해 가장 우수한 성능을 보이는 필터를 선정해야 하고, 베어링 손상시 엔진마다 기통마다 발생되는 고유 주파수 특성이 다르기 때문에 N개의 Band-Pass Filter set을 모두 평가한 후에야 베어링의 손상 감지가 가능해진다. 하지만, 본 발명에서는 고장엔진을 1번만 운전시키면, 각 엔진의 기통마다 발생되는 고유주파수 특성을 알 수 있게 되므로, 밴드패스필터를 선정하는 과정을 생략할 수 있다.

11 : 노킹센서 12 : 크랭크샤프트포지션센서
13 : 캠샤프트포지션센서 20 : ECU
21 : 고속ADC 22 : AAF필터
23 : 데이터저장부 24 : 주파수강도계산부
25 : 감지주파수적산부 26 : 노이즈판단부
27 : 감지신호저장부 28 : 손상판정부
29 : 림프홈제어부 31 : 엔진긱도계산부
32 : 측정윈도우계산부 33 : 감지주파수선정부
34 : 배제주파수선정부 S110 : 데이터저장단계
S120 : 주파수별강도계산단계 S130 : 감지주파수적산단계
S140 : 노이즈판단단계 S141 : 제1노이즈판단단계
S142 : 제2노이즈판단단계 S143 : 제3노이즈판단단계
S150 : 노이즈확정단계 S160 : 운전모드판단단계
S170 : 적산값적용단계 S171 : 제1적산값적용단계
S172 : 제2적산값적용단계 S180 : 적산값비교단계
S181 : 제1적산값비교단계 S182 : 제2적산값비교단계
S190 : 카운터증가단계 S191 : 제1카운터증가단계
S192 : 제2카운터증가단계 S200 : 카운터비교단계
S201 : 제1카운터비교단계 S202 : 제2카운터비교단계
S210 : 손상확정단계 S220 : 림프홈제어단계
S230 : 엔진작동판단단계

Claims

엔진에 설치된 노킹센서로부터 출력되는 진동신호가 저장되는 데이터저장부와,
상기 데이터저장부에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하여 주파수별로 강도(amplitude)를 계산하는 주파수강도계산부와,
감지주파수선정부에서 선정한 변별력있는 주파수들의 강도를 적산하는 감지주파수적산부와,
배제주파수선정부에서 선정한 배제주파수가 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단부와,
상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호이면서, 감지주파수들의 강도를 적산한 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값 보다 크면, 손상카운터를 증가시켜 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상판정부를 포함하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 주파수강도계산부는,
상기 데이터저장부에 저장된 진동신호를 정해진 주파수 간격별로 강도(amplitude)를 계산하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 노이즈판단부는,
상기 배제주파수들의 강도를 모두 합한 값이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 노이즈판단부는,
상기 배제주파수들 중에서 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 미리 정해진 순위 이내이면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 노이즈판단부는,
상기 배제주파수들 중에서 가장 큰 강도를 갖는 상기 배제주파수와 상기 감지주파수의 비율이 미리 정해진 비율을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 손상판정부는,
상기 감지주파수 적산값이 상기 손상임계값 보다 크면, 상기 손상카운터를 증가시키고,
상기 손상카운터가 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 확정카운터 이상이면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제6항에 있어서,
상기 손상판정부는,
상기 엔진의 운전모드별로 상기 손상임계값, 상기 손상카운터, 및 상기 확정카운터를 설정하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제7항에 있어서,
상기 손상판정부는,
상기 엔진에서 연소가 일정하기 진행되는 경우와, 연소가 일정하게 진행되지 않는 경우로 나누어 상기 베어링의 손상을 확정하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제8항에 있어서,
상기 손상판정부는,
상기 엔진이 전부하(Full Load), 부분부하(Part Load), 아이들(Idle)을 포함하는 일반주행모드로 주행되는 경우와, 상기 엔진이 퓨얼 컷(Fuel Cut) 진입, 퓨얼 컷 직전, 퓨얼 컷 직후 또는 팁 아웃(Tip Out)을 포함하여 주행하는 경우로 나누어 상기 베어링의 손상을 확정하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 손상판정부가 상기 베어링의 손상을 확정하면, 상기 엔진을 미리 설정된 안전회전수 이하로 운전되도록 제한시키는 림프홈제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 시스템.
엔진에 설치된 노킹센서로부터 출력된 진동신호가 데이터저장부에 저장되는 데이터저장단계와,
주파수강도계산부가 상기 데이터저장부에 입력된 진동신호를 고속푸리에변환(FFT; Fast Fourier Transform)하고 주파수별로 강도를 계산하는 주파수별강도계산단계와,
감지주파수선정부가 선정한 감지주파수들의 강도를 모두 더하여 감지주파수 적산값을 구하는 감지주파수적산단계와,
노이즈판단부가 배제주파수선정부에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건에 해당하는지를 판단하여, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호인지를 판단하는 노이즈판단단계와,
상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상에 의한 진동신호인 경우, 상기 감지주파수 적산값이 미리 설정된 손상임계값 보다 크면, 손상카운터를 증가시키는 카운터증가단계와,
상기 손상카운터가 미리 설정된 확정카운터보다 크면, 상기 베어링이 손상된 것으로 확정하는 손상확정단계를 포함하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 데이터저장단계는,
측정윈도우가 개방된 상태에서 상기 노킹센서로부터 출력된 진동신호가 디지털신호로 변환하여 데이터저장부에 저장하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 주파수별강도계산단계는,
상기 데이터저장부에 저장된 진동신호를 정해진 주파수 간격별로 강도(amplitude)를 계산하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 노이즈판단단계는,
상기 배제주파수들의 강도를 모두 합한 값이 미리 설정된 기준을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 노이즈판단단계는,
상기 배제주파수들 중에서 가장 강도가 큰 배제주파수가 전체 주파수 중 미리 정해진 순위 이내이면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 노이즈판단단계는,
상기 배제주파수들 중에서 가장 큰 강도를 갖는 상기 배제주파수와 상기 감지주파수의 비율이 미리 정해진 비율을 초과하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 노이즈판단단계에서 상기 노킹센서로 감지한 진동신호가 상기 베어링의 손상 가능성이 있다고 판단되면,
현재 상기 엔진의 운전모드가 상기 엔진에서 연소가 일정하게 이루어지는 일반주행모드인지를 판단하는 운전모드판단단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제17항에 있어서,
상기 운전모드판단단계와 상기 카운터증가단계 사이에,
상기 감지주파수의 적산값을 비교대상으로 설정하는 적산값적용단계와,
상기 적산값을 상기 손상임계값과 비교하는 적산값비교단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제18항에 있어서,
상기 운전모드판단단계에서 상기 일반주행모드로 판단되면,
상기 적산값적용단계에서 상기 감지주파수 적산값을 레퍼런스(reference)값으로 사용하고,
상기 레퍼런스값을 일반주행모드로 주행시 상기 베어링의 파손을 감지하기 위해 설정된 제1손상임계값과 비교하며,
상기 레퍼런스값이 상기 제1손상임계값을 초과하면, 상기 제1손상카운터를 증가시키는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제19항에 있어서,
상기 운전모드판단단계는,
상기 엔진이 전부하(Full Load), 부분부하(Part Load), 아이들(Idle) 중 어느 하나로 운전되는 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제18항에 있어서,
상기 운전모드판단단계에서 상기 엔진에서 연소가 일정하게 이루어지지 않아 상기 일반주행모드가 아닌 것으로 판단되면,
상기 적산값적용단계에서 상기 감지주파수 적산값을 인스턴스(instance)값으로 사용하고,
상기 인스턴스값을 일반주행모드가 아닌 경우 상기 베어링의 파손을 감지하기 위해 설정된 제2손상임계값과 비교하며,
상기 인스턴스값이 상기 제2손상임계값을 초과하면, 상기 제2손상카운터를 증가시키는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제21항에 있어서,
상기 운전모드판단단계는,
상기 엔진이 퓨얼 컷(Fuel Cut) 진입, 퓨얼 컷 직전, 퓨얼 컷 직후 또는 팁 아웃(Tip Out)의 상태로 운전되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 손상카운터는 상기 엔진의 운전모드별로 증가하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제11항에 있어서,
상기 손상확정단계 이후,
상기 엔진의 회전수를 미리 설정된 안전회전수 이하로 제한하여 상기 엔진을 제어하는 림프홈모드로 제어하는 림프홈제어단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.
제13항에 있어서,
상기 노이즈판단단계에서 상기 배제주파수선정부에서 선정한 배제주파수들이 미리 설정된 조건을 만족하면, 상기 노킹센서의 진동신호가 베어링의 손상과 무관한 진동신호로 확정하는 노이즈확정단계와,
상기 노이즈확정단계 이후, 상기 엔진의 작동여부를 판단하여, 상기 엔진이 작동중이면 상기 데이터저장단계로 리턴시키고, 상기 엔진이 작동중이지 않으면 종료시키는 엔진작동판단단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노킹센서를 이용한 엔진의 베어링 손상 감지 방법.