KR20230152603A - 액티브 엔진 마운트의 기능 진단을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

액티브 엔진 마운트의 기능 진단을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR20230152603A
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귀도 포어텐
요헨 호프슈태터
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 구동 엔진(1)용 액티브 마운트의 기능을 검사하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하기의 단계:
- 엔진 시스템의 작동을 통해 진동의 유입을 제거하거나 감소시키도록 구성된 액티브 마운트를 구비한 엔진 시스템을 작동하는 단계;
- 구동 엔진(1)의 회전 속도 표시값을 제공하는 단계(S2);
- 적어도 하나의 통과 주파수 범위(FB) 내에서 대역통과 필터로 회전 속도 표시값의 프로파일을 필터링하는 단계(S4);
- 진동 에너지 또는 최대 진폭을 결정하기 위해, 상기 통과 주파수 범위(FB) 내에서 회전 속도 표시값의 프로파일을 분석하는 단계(S5);
- 진동 에너지 또는 최대 진폭에 따라 오류를 확인하는 단계(S6, S7, S8);를 포함한다.

Description

액티브 엔진 마운트의 기능 진단을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR FUNCTION DIAGNOSIS OF AN ACTIVE ENGINE MOUNT}
본 발명은 진동 집약적 구동 엔진, 특히 내연기관을 위한 액티브 마운트에 관한 것으로, 특히 액티브 엔진 마운트의 기능을 검출하거나 진단하기 위한 방법에 관한 것이다.
예를 들어 내연기관과 같은 구동 엔진으로부터 예컨대 자동차와 같은 주변 시스템으로의 진동 유입을 줄이기 위해, 일반적으로 액티브 엔진 마운트가 사용된다. 액티브 엔진 마운트는 고정 프레임과 구동 엔진 사이에 배치되어, 특정 주파수 범위에서 구동 엔진에 의한 여기(excitation)를 대응 역여기(counter-excitation)로 보상하며, 그 결과 구동 엔진이 고정되는 프레임으로의 진동 전달이 크게 감소한다. 대안적으로 액티브 엔진 마운트는, 구동 엔진의 진동 여기에 따라 조정될 수 있는 제어 가능한 가변 감쇠 기능도 가질 수 있다.
법적 요건의 범주에서 자동차에서 모든 배출 관련 및 안전 관련 기능을 모니터링해야 한다. 특히, 구동 엔진에 의한 진동 여기는 그곳에서 측정된 회전 속도 신호에 누화(crosstalk)를 야기할 수 있고, 그에 따라 내연기관이 구동 엔진으로서 사용될 때 배기 가스 배출에 또는 배출 감소 기능에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있기 때문에, 그러한 여기를 감쇠시키는 액티브 엔진 마운트의 기능 모니터링이 필요하다.
공보 DE 10 2018 107 732 A1호는, 엔진 진동을 차량의 객실 및 섀시로부터 차단하도록 구성된 액티브 엔진 마운트가 원하는 대로 기능하는지의 여부를 진단하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 점을 개시한다. 한 예시에서, 한 방법은 미리 선택된 엔진 실린더에서 연소 이벤트 열화(degradation)의 유도 및 액티브 엔진 마운트의 다중 모드에서의 작동에 의한 액티브 엔진 마운트의 손상을 지시하는(indicating) 단계를 포함하며, 상기 지시는 각각의 모드 동안 차량 섀시의 진동량에 응답하여 수행된다. 유도된 연소 이벤트 열화에 따른 섀시 진동의 모니터링을 통해, 그리고 더 나아가 액티브 엔진 마운트가 다중 모드로 제어되는 데 대한 반응으로서, 액티브 엔진 마운트가 원하는 대로 기능하는지의 여부가 지시될 수 있다.
공보 DE 10 2006 044 320 A1호는, 차량의 지지 프레임에 구동 유닛을 고정하기 위한 액티브 마운트를 개시하며, 이 액티브 마운트는 적어도 하나의 수동 탄성 마운트 요소, 적어도 하나의 액추에이터, 구동 유닛의 진동을 측정하기 위한 센서, 그리고 액추에이터에 할당된 제어 장치를 포함하고, 이 제어 장치는 센서의 측정 신호를 처리하며, 마운트 내에서 구동 유닛에 의해 발생한 진동이 능동적으로 감쇠되고 그리고/또는 주파수 편이되도록 상기 액추에이터를 제어한다. 상기 마운트는 구동 유닛의 작동 중에 발생하는 진동의 능동 대응 감쇠에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 액티브 마운트에 필요한 센서 시스템을 통해 구동 엔진의 진단 기능을 제공하는 데에도 적합하며, 상기 진단 기능은, 부품 마모로 인한 비정상적인 진동을 적시에 인지하고 적절한 대응 조치를 취하는 역할을 한다.
본 발명에 따라, 청구항 제1항에 따른, 구동 엔진을 지지하기 위한 액티브 마운트의 기능을 모니터링하기 위한 방법 및 독립 청구항에 따른 상응하는 장치가 제공된다.
그 밖의 구성은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
제1 양태에 따라, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능을 검사하는 방법이 하기의 단계로 제공된다:
- 엔진 시스템의 작동을 통해 진동의 유입을 제거하거나 감소시키도록 구성된 액티브 마운트를 구비한 엔진 시스템을 작동하는 단계;
- 구동 엔진의 회전 속도 표시값을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 통과 주파수 범위 내에서 대역통과 필터로 회전 속도 표시값의 프로파일을 필터링하는 단계;
- 진동 에너지 또는 최대 진폭을 결정하기 위해, 적어도 하나의 통과 주파수 범위 내에서 회전 속도 표시값의 프로파일을 분석하는 단계;
- 진동 에너지 또는 최대 진폭에 따라 오류를 확인하는 단계.
자동차용 구동 엔진, 특히 내연기관의 경우, 구동 엔진으로부터 그리고 구동 엔진에 가해지는 진동은 하나 이상의 액티브 마운트에 의한 능동 지지에 의해 감쇠된다. 이 경우, 구동 엔진의 진동의 진동 진폭이 측정되고, 하나 이상의 액티브 마운트의 능동 제어에 의해 진동이 감쇠된다.
구동 엔진의 진동은 회전 속도 프로파일에 영향을 미친다. 다른 엔진 기능을 제어하기 위해, 구동 엔진에서 일반적으로 회전 신호가 미리 감지되어, 구동 엔진의 진동을 인지하기 위해 상응하게 평가될 수 있다.
위의 방법에서는, 특정 시간 영역에서 회전 속도 신호를 검출하고 주파수 분석의 도움으로 하나 이상의 미리 정해진 주파수 범위와 관련하여 평가한다. 상기 하나 이상의 주파수 범위는, 구동 엔진의 작동에 의해, 예를 들어 공진으로 인해 진동 여기가 수행되는 기지의 주파수 범위로서 선택된다.
또한, 적어도 하나의 통과 주파수 범위는 특히 부하 및/또는 회전 속도에 의해 정해지는 구동 엔진의 작동점에 따라, 특히 특성맵의 도움으로, 결정될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 통과 주파수 범위 각각에 대한 대역통과 필터의 이득(gain) 및/또는 에지 경사도는 특히 부하 및/또는 회전 속도에 의해 정해지는 구동 엔진의 작동점에 따라, 특히 특성맵의 도움으로, 결정될 수 있다.
특성맵은, 적어도 하나의 통과 주파수 범위가, 이 통과 주파수 범위에서 구동 엔진의 작동에 의해 발생하는 여기가 액티브 엔진 마운트의 진동 억제 기능에 의해 감쇠되도록, 지정되는 방식으로 형성될 수 있다.
회전 속도 신호는 대역통과 필터를 사용하여 필터링될 수 있으며, 이 경우, 대역통과 필터의 하나 이상의 미리 정해진 주파수 범위(통과 주파수 범위)는 이 주파수 범위에서 발생하는 여기가 액티브 엔진 마운트의 기능에 의해 감쇠되도록 선택된다. 상기 통과 주파수 범위는, 액티브 마운트에 의해 조정되거나 감쇠되는 여기가 결과 신호에서 특히 두드러지는 방식으로 선택된다. 특히, 통과 주파수 범위는 엔진 시스템의 하나 이상의 공진 주파수를 포함할 수 있다.
임계값에 기반하여 진동 에너지 또는 최대 진폭과의 임계값 비교가 수행됨으로써 오류가 확인될 수 있다. 특히, 상기 임계값은 구동 엔진의 작동점에 따라 선택될 수 있다.
하나 이상의 주파수 범위 각각의 진동 에너지 또는 최대 진폭이 미리 정해진 고정 임계값 또는 가변 임계값과 비교됨으로써, 필터링된 회전 속도 신호가 평가된다. 하나 이상의 주파수 범위 중 적어도 하나에서 상기 결정된 진동 에너지 또는 최대 진폭이 임계값을 초과하면, 오류 응답(error response)이 실행될 수 있다.
대역통과 필터의 특성 및 진동 에너지의 임계값 비교에 사용되는 임계값은 특성맵 등을 이용하여 작동점에 따라 결정될 수 있다. 이를 위해 구동 엔진의 작동점은 예를 들어 부하 및 회전 속도에 의해 결정될 수 있다.
오류 응답은 예를 들어 오류 메모리 내 오류 항목(error entry)으로서, 자동차 운전자에 대한 서비스 알림, 차량 관리(fleet management)에 대한 온라인 메시지, 타당성 검증을 위한 측정 반복 및/또는 특히 구동 엔진의 엔진 토크 감소를 수반하는 비상 운전 모드의 채택을 수행할 수 있다.
또 다른 한 양태에 따라, 구동 엔진, 구동 엔진의 작동으로 인한 지지부로의 진동 여기를 감소시키는 액티브 마운트 및 마운트 제어 유닛을 구비한 어셈블리가 제공되며, 이 어셈블리는:
- 엔진 시스템의 작동을 통해 진동의 유입을 제거하거나 감소시키도록 구성된 액티브 마운트를 구비한 엔진 시스템을 작동하고;
- 구동 엔진의 회전 속도 표시값을 제공하고;
- 적어도 하나의 통과 주파수 범위 내에서 대역통과 필터로 회전 속도 표시값의 프로파일을 필터링하고;
- 진동 에너지 또는 최대 진폭을 결정하기 위해, 상기 통과 주파수 범위 내에서 회전 속도 표시값의 프로파일을 분석하고;
- 진동 에너지 또는 최대 진폭에 따라 오류를 확인하도록; 구성된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시예들을 더 상세히 설명한다.
도 1은 액티브 마운트를 구비한 자동차의 프레임에 현수 지지된 자동차용 구동 엔진의 개략도이다.
도 2는 액티브 마운트의 기능을 검사하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 구동 엔진의 특정 작동점에서 상이한 주파수 범위 내에서의 진동 에너지의 레벨에 대한 주파수-진동 에너지 다이어그램이다.
도 1은 자동차의 프레임(2)에 현수 지지된 구동 엔진(1)을 구비한 자동차의 엔진 시스템의 일 섹션의 개략도를 도시한다. 구동 엔진(1)은 자동차를 구동하는 데 사용되며, 내연기관 등으로서, 특히 작동 중에 작동점에 따라 상이한 진동을 가할 수 있는 구동 엔진으로서 구성될 수 있다.
구동 엔진(1)은 출력 샤프트(3)를 통해 자동차의 구동 트레인에 연결된다. 출력 샤프트(3)에는 높은 시간 분해능으로 회전 속도 신호를 감지할 수 있는 회전 속도 센서(4)가 배치된다.
구동 엔진(1)은 하나 이상의 액티브 마운트(5)에 의한 능동 지지를 통해 프레임에 현수 지지된다. 능동 지지는 마운트 제어 신호(L)에 따라 하나 이상의 특정 주파수로 감쇠의 단계적 또는 가변적 조정 및/또는 역여기의 가변적 적용을 제공한다. 마운트 제어 신호(L)는 마운트 제어 유닛(6)에 의해 제공된다.
마운트 제어 유닛(6)은 마이크로컨트롤러에 의해 구현될 수 있으며, 특성맵에 기반하여 구동 엔진(1)의 작동점에 따라 또는 구동 엔진(1)의 실제 발생 진동의 측정에 기반하여 액티브 마운트의 제어를 수행하도록 구성될 수 있다. 구동 엔진(1)의 실제 발생 진동은 센서에 의해 또는 다른 방식으로 감지될 수 있다.
액티브 마운트(5)의 기능을 검사하기 위해, 마운트 제어 유닛(6) 또는 여타의 제어 유닛에 액티브 마운트의 올바른 기능을 모니터링하는 데 사용되는 기능이 제공된다.
본원 방법은 마운트 제어 유닛(6)에서 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 도 2의 흐름도에 기초하여 더 상세히 설명된다.
단계(S1)에서, 구동 엔진(1)이 적합한 특성맵 포인트에서 작동되는지의 여부가 검사된다. 상기 특성맵 포인트는, 예를 들어 순시 부하와 순시 회전 속도 및 여타의 스위치-온 조건에 의해 특성화될 수 있는 작동점에 의해 결정된다.
적합한 특성맵 포인트의 세트에 속하는 작동점에 구동 엔진이 위치해 있는 것으로 확인되면(옵션: 예), 방법은 단계(S2)로 계속 진행하고, 그렇지 않으면(옵션: 아니오) 단계(S1)로 다시 되돌아간다. 액티브 마운트가 없으면 구동 엔진(1)의 진동을 야기할 수 있는 진동 여기가 수행되는 작동점이 적합한 특성맵 포인트로 간주된다. 상기 특성맵 포인트는 시스템 지식에 의해 또는 실험을 통해 결정될 수 있으며, 그에 상응하게 미리 정해질 수 있다.
단계(S2)에서, 회전 속도 센서(4)의 회전 속도 신호는 미리 결정된 평가 시간대에 걸쳐 고주파 샘플링에 의해 제공된다. 샘플링 주파수는 충분히 정확한 주파수 분석을 수행할 수 있도록 바람직하게는 5kHz 이상, 바람직하게는 10kHz 이상이다. 회전 속도 신호는 일반적으로 엔진 시스템 내에 존재하며, 하기에 설명된 기능에 대해서만 액티브 마운트(5)의 기능을 모니터링하기 위한 평가를 위해 제공되어야 한다.
단계(S3)에서, 일반적으로 샘플링된, 즉, 디지털화된 신호 시계열로서 존재하는 회전 속도 신호에서 간섭이 제거된다. 예를 들어 이상치(outlier)가 제거되고 그리고/또는 회전 속도 신호가 평활화된다.
단계(S4)에서, 샘플링된 신호 시계열은 하나 이상의 통과 주파수 범위를 갖는 대역 통과 필터를 사용하여 필터링된다. 필터 파라미터로서 대역 통과 필터의 이득, 에지 경사도 및 통과 주파수 범위(통과 대역)는 미리 정해진 특성맵에 상응하게 작동 상태에 따라 선택될 수 있다. 특성맵은 예를 들어 추가로, 클러치가 열려 있는지 또는 닫혀 있는지 또는 변속기에서 강제 결합이 존재하는지의 여부를 고려할 수 있다.
이 경우, 대역통과 필터의 통과 주파수 범위는, 액티브 마운트(5)에 의해 조정되는 여기가 결과 신호에서 특히 두드러지는 방식으로 선택된다.
단계(S5)에서, 주파수 분석을 통해, 필터링된 신호 시계열의 각각의 통과 주파수 범위와 관련하여 진동 에너지 또는 최대 진폭이 결정된다.
진동 에너지 또는 최대 진폭 또는 이에 종속된 변수는 단계(S6)에서 각각 미리 정해진 임계값에 기반해서 각각의 주파수 범위와 관련하여 평가된다.
단계(S7)에서의 검사 시, 결과적으로 도출되는 필터링된 신호 시계열의 진동 에너지가 통과 주파수 범위 내에서 임계값을 초과하는 것으로 확인되면(옵션: 예), 액티브 마운트(5)의 기능에 오류가 있는 것으로 검출된다.
상기 임계값은 특히 대역통과 필터의 이득, 에지 경사도 및 통과 필터 주파수와 관련하여 고정되거나 가변적일 수 있다. 상기 임계값은 필터 파라미터에 상응하게, 마찬가지로 작동점에 따라 선택될 수 있다. 대안적으로, 다르게 필터링된 제2 신호의 진동 에너지 또는 최대 진폭의 지시를 통해 임계값이 미리 정해질 수 있다.
오류가 확인되면(옵션: 예), 단계(S8)에서 능동 응답이 요청될 수 있고, 그리고/또는 액티브 마운트에 오류가 있는지의 여부에 대한 평가가 반복될 수 있다. 또한, 상응하는 오류 항목, 운전자에 대한 서비스 알림 또는 차량 관리에 대한 온라인 메시지가 트리거될 수 있다. 그렇지 않은 경우(옵션: 아니오), 단계(S1)로 되돌아간다.
예를 들어, 도 3의 주파수 다이어그램에서는 능동 지지를 수반하는 오류 없는 경우의 진동 에너지(E)의 프로파일(FL), 오류 발생 시 능동 지지를 수반하는 진동 에너지(E)의 프로파일(FF) 및 임계값(S)의 레벨이 도시된다. 대역 통과 필터의 통과 주파수 범위는 "FB"로 명시되어 있다.
액티브 마운트의 기능의 지속적인 모니터링을 보장하기 위해, 상기 방법이 주기적으로 반복될 수 있다.

Claims (11)

  1. 구동 엔진(1)용 액티브 마운트의 기능을 검사하는 방법이며, 이 방법은 하기의 단계:
    엔진 시스템의 작동을 통해 진동의 유입을 제거하거나 감소시키도록 구성된 액티브 마운트를 구비한 엔진 시스템을 작동하는 단계;
    구동 엔진(1)의 회전 속도 표시값을 제공하는 단계(S2);
    적어도 하나의 통과 주파수 범위(FB) 내에서 대역통과 필터로 회전 속도 표시값의 프로파일을 필터링하는 단계(S4);
    진동 에너지 또는 최대 진폭을 결정하기 위해, 상기 통과 주파수 범위(FB) 내에서 회전 속도 표시값의 프로파일을 분석하는 단계(S5);
    진동 에너지 또는 최대 진폭에 따라 오류를 확인하는 단계(S6, S7, S8);를 포함하는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 통과 주파수 범위(FB)는 특히 부하 및/또는 회전 속도에 의해 정해지는 구동 엔진(1)의 작동점에 따라, 특히 미리 정해진 특성맵의 도움으로, 결정되는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 하나의 통과 주파수 범위(FB) 각각에 대한 대역통과 필터의 이득 및/또는 에지 경사도는 특히 부하 및/또는 회전 속도에 의해 정해지는 구동 엔진의 작동점에 따라, 특히 특성맵의 도움으로, 결정되는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 특성맵은, 적어도 하나의 통과 주파수 범위(FB)가, 이 통과 주파수 범위에서 구동 엔진(1)의 작동에 의해 발생하는 여기가 액티브 마운트의 진동 억제 기능에 의해 감쇠되도록, 지정되는 방식으로 형성되는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오류는, 임계값에 기반하여 진동 에너지 또는 최대 진폭과의 임계값 비교가 수행됨으로써, 확인되는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 임계값은 구동 엔진(1)의 작동점에 따라 선택되는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 오류가 확인되면, 오류 메모리 내 오류 항목이, 자동차 운전자에 대한 서비스 알림, 차량 관리(fleet management)에 대한 온라인 메시지, 타당성 검증을 위한 측정 반복 및/또는 특히 구동 엔진의 엔진 토크 감소를 수반하는 비상 운전 모드의 채택을 수행하는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액티브 마운트는 역여기(counter-excitation)를 가하거나 제어 가능한 가변 감쇠 기능을 갖는, 구동 엔진용 액티브 마운트의 기능 검사 방법.
  9. 구동 엔진(1), 구동 엔진의 작동으로 인한 지지부로의 진동 여기를 감소시키는 액티브 마운트 및 마운트 제어 유닛(6)을 구비한 어셈블리이며, 이 어셈블리는:
    엔진 시스템의 작동을 통해 진동의 유입을 제거하거나 감소시키도록 구성된 액티브 마운트를 구비한 엔진 시스템을 작동하고;
    구동 엔진(1)의 회전 속도 표시값을 제공하고;
    적어도 하나의 통과 주파수 범위(FB) 내에서 대역통과 필터로 회전 속도 표시값의 프로파일을 필터링하고;
    진동 에너지 또는 최대 진폭을 결정하기 위해, 상기 통과 주파수 범위(FB) 내에서 회전 속도 표시값의 프로파일을 분석하고;
    진동 에너지 또는 최대 진폭에 따라 오류를 확인하도록; 구성되는, 어셈블리.
  10. 프로그램이 적어도 하나의 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 상기 데이터 처리 장치가 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 실행하게 하는 명령을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.　
  11. 적어도 하나의 데이터 처리 장치에 의해 실행될 때 상기 데이터 처리 장치가 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계들을 실행하게 하는 명령을 포함하는 머신 판독 가능 저장 매체.
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