KR20240022014A

KR20240022014A - 실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법 및 차량 저단 실시간 진단 시스템

Info

Publication number: KR20240022014A
Application number: KR1020220099859A
Authority: KR
Inventors: 진재민; 정인수
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-08-10
Filing date: 2022-08-10
Publication date: 2024-02-20
Also published as: US20240052896A1

Abstract

본 발명의 차량 저단 실시간 진단 시스템(1)에서 구현되는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법은 실도로 주행 정보 수집 장치(12,20)가 측정한 차량(10)의 주행 중 실도로 주행 데이터를 저정한 클라우드 서버(30)와 클러치 수명 예측장치(40,50)에 연계되고, 상기 클러치 수명 예측장치(40,50)가 실도로 주행 데이터 중 차속, 가속도, 가속페달개도, 주행 마일리지, 변속기 기어단, 클러치 회전수 및 클러치 온도 중 2개 이상으로 추출된 저더 평가 모드에서 클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행 마일리지 중 2개 이상을 사용해 계산한 저더 지수가 주행마일리지와 데이터 플로팅(Data Plotting)하여 곡선적합 함수(Curve Fitting Function)를 통해 저더 지수 기반의 유효수명 예측곡선(y)으로 변환됨으로써 차량(10)의 저더 발생 시 주파수 필터에서 파형 분석/분류된 클러치 회전수가 DCT(11)의 클러치 유효수명 진단과 운전자 알림에 이용되는 특징을 갖는다.

Description

실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법 및 차량 저단 실시간 진단 시스템{Clutch Life Prediction Method Using Vehicle Driving Base Judder Diagnosis and Vehicle Judder Real-time Diagnostic System Thereof}

본 발명은 차량 클러치 수명 예측에 관한 것으로, 특히 실도로 차량 주행 데이터에 기반한 차량 저더 진단을 통해 파악된 저더 발생 정도가 클러치 수명 예측에 적용되는 차량 저단 실시간 진단 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 주행 상태 변화에 따른 변속기(Transmission)의 클러치 회전수 변동이 한 원인이나 그 변동 크기에 항상 비례하지 않는 저더(Judder) 현상으로 차량 진동 문제를 발생시킨다.

일례로 상기 저더 현상은 기하 저더(Geometry Judder)와 마찰 저더(Friction Judder)를 발생 원인으로 갖는데, 상기 기하 저더에 의한 저더 현상은 클러치 시스템 회전기구의 기하학적 편차로 인한 것으로 발생 주파수가 변화적이면서 발생시간이 마찰 저더 대비 상대적으로 길게 지속되는 특성을 가지며, 상기 마찰 저더에 의한 저더 현상은 클러치 마찰재의 오염 또는 내구 후 마찰특성 변화로 인한 것으로 발생 주파수가 고정적이면서 발생 시간이 기하 저더 대비 상대적으로 짧게 지속되는 특성을 갖는다.

특히 변속기 중 DCT(Double Clutch Transmission)는 동작 클러치의 스위칭을 통한 자동 변속 수행에 두개의 클러치가 사용됨으로써 DCT 자체는 수동변속기(Manual Transmission)임에도 자동변속기(Auto Transmission)의 편리함을 제공해 주는 장점을 갖는다.

그러므로 DCT 장착 차량은 두개의 클러치로 변속 수행이 이루어짐으로써 출발을 포함한 주행 상태 변화 시 차량 진동으로 진행되는 저더 현상이 보다 크게 발생될 수 있다.

이로 인하여 상기 저더 현상을 정확히 파악하기 위하여 저더 진단 소프트웨어(또는 로직)가 사용되고, 상기 저더 진단 소프트웨어(또는 로직)는 저더 현상에 대해 DCT 장착 차량을 시험 상태로 하여 운전 시 발생되는 진동을 파악함으로써 저더 현상 원인을 사전에 해소할 수 있도록 한다. 이 경우 상기 저더 진단 소프트웨어(또는 로직)는 모바일 또는 태블릿 PC 기반 진단 장비인 GDS(Global Diagnostic System)에서 구동될 수 있다.

이를 통해 DCT 적용 차량은 최근 차량 탑재율이 더욱 높아지고 있는 추세에서도 사전적 저더 진단으로 차량 상품성을 유지하여 준다.

국제공개특허 WO 2004/027285 (2004년04월01일)

하지만, 상기 저더 진단 소프트웨어(또는 로직)는 차량에 임의 위치에 태블릿 PC의 진동 센서(또는 가속도 센서)를 부착하고, 상기 진동 센서(또는 가속도 센서)로 검출한 진동 센서 값(또는 가속도 센서 값)을 저더 평가 모드의 입력 데이터로 사용하는 간접 진단 방식이다.

그러므로 차량 운전 중 실시간으로 발생되는 진동에 의한 차량 이상은 해당 차량의 운전자가 감지하게 되고, 이러한 차량 이상을 감지한 상황에서 운전자는 자신의 주관적 판단으로 서비스 센터 또는 정비업소를 찾아가 해당 차량의 저더 발생 수준을 평가 받음으로써 해당 차량은 클러치 교환 필요성에 대한 저더 평가 결과를 판단 받게 된다.

이와 같이 차량의 실도로 주행 중 저더 발생이 실시간 진단되지 못하는 방식은 렌터카나 공유와 구독의 개념인 공유차량을 사용하는 운전자의 경우, 해당 운전자는 넘겨받은 차량을 주행하기 전 해당 차량이 저더 현상으로 인해 발생되었던 문제 발생 이력을 전혀 파악하지 못하여 아래와 같은 문제에 직면할 수 있게 된다.

일례로 렌터카나 공유차량의 경우, 첫째로 운전자의 사용시점에 차량의 주행거리 증가에 의한 차량 이상이 발생하더라도 그 상황에 마주한 해당 운전자가 모든 불편을 감내하게 되고, 둘째로 차량 주행 중 이상 문제 발생 이력을 알지 못하여 운전자 별 주관적 수준 평가 차이로 서비스 센터나 정비업소의 차량 입고 시점이 달라짐으로써 클러치 내구성 문제가 심화되게 되며, 셋째로 운전자의 민감한 기준으로 인하여 저더 발생 수준이 크지 않은데도 서비스 센터나 정비 업소에 차량을 입고시킴으로써 시간 및 저더 평가 비용이 늘어나게 되고, 넷째로 운전자의 무관심으로 인하여 저더 발생 수준이 심각함에도 그대로 방치함으로써 초기의 작은 저더 문제가 클러치 교체 등과 같은 큰 문제로 진행되게 된다.

이와 같이 최근 들어 공유와 구독 개념의 공유차량으로 변화되는 추세를 감안 할 때, 가장 일반적인 개개인의 차량 소유 개념 변화에 따라 발생될 수 있는 운전자의 주관에 의존하던 차량의 저더 발생 모니터링을 운전자에 의존하지 않는 유지보수 관점의 기능 강화가 요구되고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 주행 중인 차량을 실시간 모니터링하여 측정 및 저장한 실도로 데이터로 저더 발생 수준이 확인됨으로써 렌터카나 공유차량을 포한 모든 차량의 차량 이상 판단에 차량 운전자의 부적절한 개입 배제와 함께 차량 소유자가 아닌 운전자의 불편 감내 문제도 해소되고, 특히 차량의 도로 주행 데이터로부터 추출한 운전조건에서 계산된 지수 값을 사용한 객관적인 저더 발생 수준 판단으로 클러치의 유효 수명 예측이 가능함으로써 용이하면서 정확한 클러치 정비 시점 파악으로 차량 유지보수 비용 절감도 가능한 실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법 및 차량 저단 실시간 진단 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법은 차량의 주행 중 실도로 주행 정보 수집 장치에서 측정한 실도로 주행 데이터가 클라우드 서버로 저장되는 단계; 클러치 수명 예측장치에서 상기 클라우드 서버의 상기 실도로 주행 데이터를 다운로드하고, 저더 발생 정보를 확인하여 저더 발생 진입 조건이 추출되는 단계; 상기 클러치 수명 예측장치에서 상기 실도로 주행 데이터로 저더 지수 정보를 확인하고, 저더 지수가 계산되는 단계; 상기 저더 지수에 대한 클러치 유효수명 예측곡선으로 DCT의 클러치 유효수명이 예측되는 단계; 및 클러치 정비시점에서 정비 알림이 생성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 다.

바람직한 실시예로서, 상기 실도로 주행 데이터의 측정에는 특정주파수 이상의 샘플링 주파수가 적용되며, 차속, 가속페달개도, 주행 마일리지, 변속기 기어단, 클러치 회전수 및 클러치 온도 중 1개 이상을 포함한다.

바람직한 실시예로서, 상기 저더 발생 진입 조건의 추출 단계는 차속, 가속페달개도, 변속기 기어단, 클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행마일리지 중 1개 이상으로 상기 저더 발생 정보가 확인되는 단계, 상기 저더 발생 정보에 저더 발생 운전조건이 적용되고, 저더 발생 운전조건 충족 시 저더 발생 조건으로 판단되는 단계, 및 상기 저더 발생 조건에서 저더 평가 모드가 추출되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 저더 발생 운전조건은 주행 변속기 기어단, 차속 임계값, 가속도 임계값 및 가속페달개도 영역 중 1개 이상으로 설정되며, 상기 주행 변속기 기어단은 1단이며, 상기 차속 임계값은 0.5km/h 이상이고, 상기 가속도 임계값은 0(영) 이상이며, 상기 가속페달개도 영역은 0~40% APS이다.

바람직한 실시예로서, 상기 저더 지수의 계산 단계는 클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행 마일리지 중 1개 이상으로 상기 저더 지수 정보가 확인되는 단계, 상기 클러치 회전수를 대역통과필터로 신호 처리하고, 상기 클러치 온도에서 상기 클러치 회전수의 최소값과 최대값으로 피크 개수가 계산되는 단계, 상기 피크 개수로 저더 지수 생성 조건이 확인되는 단계, 및 상기 저더 지수 생성 조건에서 저더 지수가 계산되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 피크 개수는 특정개수를 적용하며, 상기 저더 지수는 상기 DCT의 클러치 지수와 상기 차량의 종방향 진동 최대값의 관계로부터 설정되는 클러치 온도 지수를 포함한다.

바람직한 실시예로서, 상기 클러치 유효수명의 예측 단계는 상기 저더 지수가 주행 마일리지에 대하여 마지막 측정 데이터의 이전 주행거리의 평균값을 이동 평균값으로 하여 평균화되는 단계, 상기 이동 평균값에 대한 마일리지 변화로 데이터 플로팅하고, 상기 클러치 유효수명 예측곡선을 곡선적합 함수로 계산하여 클러치 유효수명이 산출되는 단계, 및 상기 클러치 유효수명 예측곡선에 수명기준점을 적용하여 클러치 한계수명이 확인되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 이전 주행거리는 특정거리로 설정되며, 상기 클러치 한계수명은 상기 클러치 유효수명 예측곡선이 상기 수명기준점을 벗어날 때 확인된다.

바람직한 실시예로서, 상기 정비 알림의 생성 단계는 상기 클러치 유효수명 예측곡선이 수명기준점을 벗어나는 시점을 상기 클러치 정비시점으로 하고, 1차로 상기 정비 알림이 생성되는 단계, 허용오차시간으로 알림 시간 경과가 확인되는 단계, 및 2차로 상기 정비 알림이 생성되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 정비 알림은 1차 메시지와 2차 메시지로 외부 표시 메시지의 내용을 다르게 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 허용오차시간은 상기 클러치 유효수명 예측곡선이 수명기준점을 벗어난 한계수명근접 구간에서 설정된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 저단 실시간 진단 시스템은 차량의 주행 중 실도로 주행 데이터로 측정하는 실도로 주행 정보 수집 장치; 상기 실도로 주행 데이터를 저장하는 클라우드 서버; 상기 실도로 주행 데이터 중 차속, 가속도, 가속페달개도, 주행 마일리지, 변속기 기어단, 클러치 회전수 및 클러치 온도 중 1개 이상으로 저더 평가 모드를 추출하고, 상기 클러치 회전수, 상기 클러치 온도 및 상기 주행 마일리지 중 1개 이상으로 저더 지수를 계산하며, 상기 저더 지수를 주행마일리지 변화로 데이터 플로팅한 후 곡선적합 함수로 계산된 유효수명 예측곡선으로 DCT의 클러치 유효수명을 예측하는 클러치 수명 예측장치, 및 상기 클러치 유효수명의 예측 결과로 확인된 클러치 정비시점에서 정비 알림을 생성하는 알림부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 실도로 주행 정보 수집 장치는 상기 변속기 기어단, 상기 클러치 회전수 및 상기 클러치 온도 중 1개 이상을 상기 차량에서 검출하는 변속기 제어기, 및 상기 차속, 상기 가속도, 상기 가속페달개도 및 상기 주행 마일리지 중 1개 이상을 상기 차량에 장착되어 검출하고, 상기 변속기 제어기와 상기 클라우드 서버에 연계되는 VDMS로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 클러치 수명 예측장치는 상기 클라우드 서버에서 상기 실도로 주행 데이터를 다운로드 받는 저더평가조건 추출기, 및 상기 저더 평가 모드의 추출, 상기 저더 지수의 계산, 상기 유효수명 예측곡선의 산출, 상기 클러치 유효수명의 예측, 및 상기 클러치 정비시점의 생성을 수행하는 저더지수 계산기로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 알림부는 상기 차량의 운전석 클러스터에서 “정비 알림” 및 “경고, 정비 재알림”을 외부 표시 문자로 나타낸다.

이러한 본 발명의 차량 저단 실시간 진단 시스템으로 구현되는 실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 차량이 저더 진단에 실도로 주행 데이터를 이용함으로써 운전자의 주관을 배제한 객관적인 차량 이상 판단이 가능하다. 둘째, 차량의 도로 주행 데이터로부터 추출한 운전조건에서 계산된 지수 값으로 저더 발생 정도에 따른 클러치의 유효 수명 예측이 가능하다. 셋째, 클러치의 유효 수명 예측에 기반 하여 클러치 정비 및 교환 시점 판단이 이루어짐으로써 차량 유지보수를 위한 정비필요 시점 파악이 용이하다. 넷째, 차량의 정비필요 시점이 정비알림 기능으로 표시됨으로써 렌터카나 공유차량과 같이 차량 소유자가 아닌 운전자가 큰 사고로 이어질 수 있는 위험에서 자유로워 질 수 있다. 다섯째, 운전자의 민감함이나 무관심에 따라 저더 발생 수준의 경중에 관계없이 차량을 서비스 센터나 정비 업소에 입고시킴에 따른 정비 비용 상승이나 정비 방치와 같이 렌터카나 공유차량에서 발생되던 고질적인 문제가 모두 해소될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법의 개략적인 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 실도로 데이터를 활용하여 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측이 이루어지는 차량에 적용된 차량 저단 실시간 진단 시스템의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법의 세부적인 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 실도로 주행 데이터가 저더 평가 조건 추출 후 저더지수로 계산되는 데이터 변환 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 저더 지수의 클러치 지수 값을 위한 저더 평가모드에서 저더 지수와 차량 진동 값의 상관성 분석 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 저더지수 계산 값을 차량 주행 마일리지에 대하여 데이터 플로팅(Data Plotting)함으로써 클러치 수명 예측 곡선이 산출되는 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 클러치 수명 예측 방법은 S10의 차량 주행 중 실도로 주행 데이터 확보 단계, S20의 실도로 주행 데이터 중 저더 발생 정보를 통한 저더 발생 진입 조건 추출 단계, S30의 저더 평가 모드 조건에서 실도로 주행 데이터 중 저더 지수 정보를 통한 저더지수 계산 단계, S40의 저더지수 기반 클러치 유효수명 예측 단계, S50의 클러치 정비시점 알림 단계로 수행된다. 이 경우 상기 클러치는 DCT(Double Clutch Transmission)의 더블클러치를 포함한다.

특히 상기 차량 주행 데이터 확보(S10)는 클라우드 저장소에 업로드되어 저장되는 정보로서, 특정주파수(예, 100Hz) 이상의 샘플링 주파수를 차량 주행 중 실시간 모니터링으로 측정하는 실도로 주행 데이터이다.

따라서 상기 클러치 수명 예측 방법은 DCT 더블클러치 적용 차량의 저더 발생시 측정된 회전수의 주파수 필터를 통한 파형 분석/분류로 주행거리에 따른 변화를 측정함으로써 커브피팅 함수를 이용한 클러치수명 진단과 함께 이를 운전자에게 알려 주는 실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법으로 특징된다.

도 2를 참조하면, 차량 저더 실시간 진단 시스템(1)은 실도로 주행 정보 수집 장치(12,20), 클라우드 서버(30), 클러치 수명 예측장치(40,50) 및 알림부(60)를 포함한다.

이하에서 실도로 주행 데이터는 변속기 정보와 차량 센서 정보로서, 상기 변속기 정보는 변속기 기어단, 클러치 회전수, 클러치 온도를 포함하며, 상기 차량센서 정보는 차속, 가속페달개도, 주행마일리지를 포함한다.

구체적으로 상기 실도로 주행 정보 수집 장치(12,20)는 변속기 제어기(12)와 VDMS(Vehicle and Driver Management System)(20)으로 구성된다. 이 경우 상기 변속기 제어기(12)는 TCU일 수 있다.

일례로 상기 변속기 제어기(12)는 DCT(11)의 작동시 발생되는 변속기 정보를 검출한다. 이 경우 상기 DCT(11)는 자동변속기(Auto Transmission)의 편리함을 제공하도록 두개의 클러치(즉, 더블 클러치)의 스위칭을 통한 자동 변속 수행이 이루어지는 수동변속기(Manual Transmission)이다.

일례로 상기 VDMS(20)는 CAN(Controller Area Network) 통신으로 변속기 제어기(12)의 변속기 정보와 함께 차량(10)에 장착된 기본 센서인 차량 탑재 센서로 검출된 차량센서 정보를 제공받고, 이들 정보를 클라우드 서버(30)로 전송한다. 이 경우 상기 VDMS(20)은 운전자의 다양한 운전 행태에 따른 차량 급출발/급가속/급제동, 공회전, 경제 속도 등을 차량탑재 센서와 제어기로부터 자동으로 수집하고, 운전지수분석과 운전자 경고 및 연료 소모량 기반 차량연비/이산화탄소 배출량의 실시간 계산등을 수행한다.

구체적으로 상기 클라우드 서버(30)는 VDMS(20)의 정보를 무선통신으로 제공받아 업로드하고, 이를 차량(10)의 실도로 주행 데이터로 저장한다. 이 경우 상기 실도로 주행 데이터는 변속기 정보와 차량센서 정보이다.

구체적으로 상기 클러치 수명 예측장치(40,50)는 저더평가조건 추출기(40)와 저더지수 계산기(50)로 구성된다. 이 경우 상기 저더평가조건 추출기(40)와 상기 저더지수 계산기(50)는 차량(10)에 장착되며, 상기 VDMS(20)와 일체화 되어 구성될 수 있다.

일례로 상기 저더평가조건 추출기(40)는 클라우드 서버(30)의 실도로 주행 데이터를 무선통신으로 제공받아 저더 분석에 유의미한 저더 판단 모드를 추출하며, 상기 저더지수 계산기(50)는 추출된 저더 판단 모드에서 신호 처리부(51)를 이용한 신호처리 및 연산, 저더지수 계산부(53)를 이용한 저더지수 계산, 클러치 수명 예측부(55)를 이용한 클러치 유효수명 예측이 이루어지도록 저더평가조건 추출기(40)와 연동된다.

그러므로 상기 저더평가조건 추출기(40)는 신호 처리부(51)와 저더지수 계산부(53) 및 클러치 수명 예측부(55)를 내부 구성요소로 포함함으로써 저더지수 계산기(50)는 별도 장치 구성이 아닌 저더평가조건 추출기(40)와 일체화 될 수 있다.

구체적으로 상기 알림부(60)는 클러치 수명 예측부(55)의 클러치 유효수명 예측 결과를 차량(10)의 운전석 클러스터에서 “정비 알림” 및 “정비 재알림”으로 운전자에게 알려 주고, 이를 위해 점등 램프와 문자 표시창으로 구성된다.

이와 같이 상기 차량 저더 실시간 진단 시스템(1)은 차량 제어기(예, 변속기 제어기(12))들이 사용하는 CAN 신호를 저장 및 송부하는 VDMS(20)을 차량에 장착하고, 저더평가조건 추출기(40) 및/또는 저더지수 계산기(50)를 차량(10)의 일반 주행을 통하여 측정되는 실도로 주행 데이터를 저장한 클라우드 서버(30)와 연계시켜 저더 분석에 유의미한 모드를 추출하며, 추출된 저더 판단 모드에서 저더 발생 모니터링용으로 계산된 저더 지수(Judder Index)의 변화를 차량(10)의 주행거리 증가(즉, 주행마일리지)에 따라 모니터링 하면서 클러치의 상태 모니터링과 진단하고, 클러치 유효 수명을 저더 지수의 크기와 빈도수 기준으로 예측하여 준다.

한편 도 3은 상기 실시간 저더 진단 기반 차량 클러치 수명 예측 방법의 상세 절차로서, 이를 도 2에 기반 하여 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 실도로 주행 정보 수집 장치(12,20) 및 클러치 수명 예측장치(40,50)이고, 제어 대상은 DCT(11)의 클러치이다.

먼저 VDMS(20)는 S10의 차량 주행 데이터 확보 단계를 수행하고, 이를 위해 실도로 주행 데이터는 차량 주행 마일리지가 특정거리(예, 1000,000km)에 도달될 때까지 실시간 모니터링 하는 데이터로서, 이러한 데이터 중 특정주파수 이상의 주파수가 샘플링 주파수로 설정되어 취득된다. 이 경우 상기 실도로 주행 데이터는 차량 주행 마일리지(즉, 주행 거리)가 최대 특정거리에 도달될 때까지 취득되는데, 이러한 이유는 DCT(11)의 클러치 내구연한을 특정거리로 설정함에 따른 것이므로 그 수치 설정은 특정거리 이하 또는 특정거리 이상을 적용할 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 VDMS(20)는 자체 기능을 통해 차속, 가속페달개도, 주행마일리지를 차량 센서 정보로 취득하면서 더불어 변속기 제어기(12)로부터 변속기 기어단, 클러치 회전수, 클러치 온도를 변속기 정보로 취득하고, 상기 차량 센서 정보와 상기 변속기 정보를 실도로 주행 데이터로 하여 클라우드 서버(30)로 전송한다. 이 경우 상기 VDMS(20)와 상기 클라우드 서버(30)의 통신은 차량 주행 중 실시간으로 이루어짐으로써 VDMS(20)에서 측정된 실도로 주행 데이터가 실시간으로 클러치 수명 예측 결과로 추출될 수 있다.

이어 저더평가조건 추출기(40)는 S20의 저더 발생 진입 조건 추출로 저더 발생 진입 상황에서 저더 평가조건 추출이 이루어지고, 이를 통해 S21의 실도로 주행 데이터 중 저더 발생 정보 확인, S22의 저더 발생 정보를 통한 저더 평가 조건 판단, S23의 저더 평가 조건에서 저더 평가 모드 추출이 이루어진다.

도 2를 참조하면, 상기 저더평가조건 추출기(40)는 VDMS(20)가 측정한 실도로 주행 데이터를 저장한 클라우드 서버(30)로부터 실도로 주행 데이터 중 저더 발생 정보를 다운로드한다. 이 경우 상기 저더평가조건 추출기(40)와 상기 클라우드 서버(30)의 통신은 차량 주행 중 실시간으로 이루어지며, 상기 실도로 주행 데이터는 변속기 정보와 차량센서 정보이다.

일례로 상기 저더 발생 정보 확인(S21)은 실도로 주행 데이터 중 변속기 정보와 차량센서 정보를 저더 발생 정보로 하고, 이는 차속, 가속페달개도, 변속기 기어단, 클러치 회전수, 클러치 온도, 주행마일리지를 포함한다. 이 경우 상기 주행 마일리지는 최대 특정거리일 수 있으나, 데이터 다운로드 시점에서 특정거리 미만의 주행 마일리지일 수 있다.

일례로 상기 저더 평가 조건 판단(S22)은 차량 주행 조건이 적용된 저더 발생 진입 조건을 통해 이루어진다. 이 경우 상기 차량 주행 조건은 DCT(11)를 탑재한 차량(10)이 정지(또는 정차) 후 변속기 1단 기어로 일반 도로를 출발하는 상태로 설정되며, 상기 저더 발생 진입 조건은 차속, 변속기 기어단, 가속페달개도, 가속도에 대하여 임계값(Threshold)으로 설정된다.

도 4를 참조하면, 상기 VDMS(20)의 실도로 주행 데이터의 저더 발생 정보 중 차속이 상기 저더평가조건 추출기(40)에서 저더 발생 여부 판단을 위한 운전조건으로 추출된 예가 제공된다.

그러므로 상기 저더평가조건 추출기(40)는 저더 평가를 위한 저더 발생 진입 조건을 아래와 같이 설정한다.

저더 발생 진입 조건: 차속 > A ? & 변속기 기어단 = B ? & Ca < 가속페달개도 Cb ? & 가속도 > D ?, & = AND

여기서 “차속”.“변속기 기어단”.“가속페달개도”,“가속도”의 각각은 차량 주행 데이터 확보(S10) 시 검출한 정보로 차량(10)의 차량 속도, DCT(11)의 변속기 기어단, 가속페달 밟힘에 따른 가속페달개도, 가속페달 조작에 따른 차량(10)의 가속도이며, “A"는 차속 임계값(Threshold)으로 약 0.3~0.5km/h 중 0.5km/h로 설정되고, ”B"는 변속 1단으로 설정되며, “Ca"는 가속페달개도 하한 임계값(Threshold)으로 APS(Accelerator Position Scope)=0%로 설정되고, “Cb"는 가속페달개도 상한 임계값(Threshold)으로 APS=30~40% 중 APS=40%로 설정되며, ”D“는 차속(V)의 시간(t)당 변화(dV/dt)로 dV/dt=0으로 설정된다.

그 결과 상기 저더평가조건 추출기(40)는 0.5km/h(A) 이상의 차속, 1단(B)의 변속기 기어단, APS 0~40%(Ca~Cb) 사이의 가속페달개도 및 0 이상의 가속도 중 어느 하나라도 조건 미충족이면, S10의 차량 주행 데이터 확보 단계로 피드백한다.

반면 상기 저더평가조건 추출기(40)는 0.5km/h(A) 이상의 차속, 1단(B)의 변속기 기어단, APS 0~40%(Ca~Cb) 사이의 가속페달개도 및 0(영) 이상의 가속도가 모두 조건 충족이면, 이들 정보를 저더 평가 조건으로 추출하여 S23의 저더 평가 모드 추출 단계를 완료한다.

계속해서 저더지수 계산기(50)는 S30의 저더 평가 모드에서 저더지수 계산 단계를 수행하고, 이를 통해 S31의 실도로 주행 데이터 중 저더 지수 정보 확인, S32의 저더 지수 정보 처리, S33의 저더 지수 생성 조건 확인, S34의 저더 지수 계산이 이루어진다.

도 2를 참조하면, 상기 저더지수 계산기(50)는 저더평가조건 추출기(40)의 저더 평가 조건에 따른 저더 판단 모드에서 저더 지수 정보 확인(S31)을 위해 VDMS(20)의 실도로 주행 데이터 중 클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행 마일리지의 정보를 저더 지수 정보로 읽어 온다.

일례로 상기 저더 지수 정보 처리(S32)는 추출된 모드의 클러치 회전수를 대역통과필터로 신호 처리하고, 필터를 통과한 클러치 회전수에서 검출된 최대값을 기준으로 하여 최소값을 검출함으로써 피크(Peak) 개수(K+1)가 계산된다.

도 4를 참조하면, 상기 저더지수 계산기(50)는 신호 처리부(51)에서 밴드패스 필터(Bandpass Filter)로 클러치 회전수 신호를 통과시킴으로써 클러치 데이터 처리(S32)가 이루어진다. 이 경우 상기 밴드패스 필터는 신호에 따라 값 선정이 이루어지는 N차(Nth) Butterworh Bandpass Filter 또는 IIR(Infinite Impulse Response)Filter이다.

그 결과 상기 클러치 회전수에 대한 크기(dB)-주파수(Hz) 선도(필터 신호 처리 전 상태)가 클러치 회전수(RPM, Revolution Per Minute)-시간(sec) 선도(필터 신호 처리 후 상태)로 변환된다. 이 경우 상기 클러치 회전수-시간 선도는 차량 주행 데이터 확보(S10) 시 검출한 정보 중 추출된 운전 조건에서 정의된 클러치 온도(T_clutch) 기반으로 표현된다.

일례로 상기 저더 지수 생성 조건 확인(S33)은 클러치 회전수의 피크 개수(Number of Peaks)(N_peak)를 적용하고, 이는 피크 개수 발생 조건으로 판단된다.

피크 개수 발생 조건: k+1 > E ?

여기서 “k+1"은 피크 개수(N_peak)이고, ”E"는 피크 개수 임계값(Threshold)으로 4~5개 중 4개로 설정된다.

도 4를 참조하면, 상기 저더지수 계산기(50)는 저더지수 계산부(53)에서 신호 처리부(51)의 결과를 이용하여 저더 지수 생성 조건 확인(S33)이 이루어지고, 상기 저더지수 계산부(53)는 상기 피크 개수(N_peak)를 Peak 최대값과 Peak 최소값이 포함된 "n-(n-k)+1=k+1"을 Peak 개수로 하여 정의된다. 이 경우 상기 클러치 회전수-시간 선도에선 클러치 회전수가 최소값과 최대값으로 표현되고, 클러치 회전수 최대값을 Peak_n으로 정의 할 때 클러치 회전수 최소값은 Peak_n-k번째 Peak 값 중 Peak_(n-k)-1보다 작은 점으로 선정된다.

그 결과 상기 저더 지수 계산기(50)는 저더지수 계산부(53)의 처리 결과 특정개수(예, 4개) 미만의 피크 개수(N_peak)(k+1)에선 S31의 클러치 데이터 확인 단계로 피드백하는 반면 특정개수(예, 4개) 이상의 피크 개수(N_peak)(k+1)에선 이를 S34의 저더 지수 계산으로 적용한다.

일례로 상기 저더 지수 계산(S34)은 저더 지수 계산식을 적용하여 저더 지수가 확정된다.

저더 지수 계산식

또는

여기서 “(k+1)”은 피크 개수(N_peak), “Peak_n”및 “Peak_max”은 피크 최대값, “T_clutch”는 클러치 온도, “n" 및 ”i"는 클러치 온도 지수로서 DCT(11)가 적용된 차량(10)에 대한 저더 평가를 통해 계산되는 값이다.

도 5는 상기 클러치 온도 지수(즉, n 또는 i)가 클러치 회전수-차량 진동 선도와 클러치 지수-차량 종방향 진동 선도를 이용하여 산출되는 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 클러치 회전수의 최대값[Maximum of the filtered clutch speed(RPM)]과 차량 진동의 최대값[Maximum of the filtered acceleration(g)] 사이의 상관성은 상기 클러치 회전수-가속도 선도에서 y=463.35x-17.088, R²=0.9302로 알 수 있고, 클러치 지수와 차량 종방향 진동의 최대값[Maximum of the filtered longitudinal acceleration(g)] 사이의 상관성은 상기 클러치 지수-차량 종방향 진동 선도에서 R²=0.8141로 알 수 있다.

이로부터 상기 클러치 온도 지수(즉, n 또는 i)는 차량의 저더 평가를 통하여 계산된 클러치 지수와 측정된 차량 종방향 진동 최대값의 R²값이 0.8을 넘도록 설정되어야 함을 예시한다.

최종적으로 상기 저더 지수 계산기(50)는 S40의 저더지수 기반 클러치 유효수명 예측을 S41의 저더 지수 평균화, S42의 클러치 유효수명 산출, S43의 클러치 한계수명 확인으로 수행한다.

일례로 상기 저더 지수 평균화(S41)는 저더 지수(S34)를 주행 마일리지에 대하여 측정시점기준(즉, 마지막 측정 데이터 기준)의 이전 주행거리(예, 특정거리)의 평균값을 이동 평균값(Moving Average)으로 나타낸다. 그리고 상기 클러치 유효수명 산출(S42)은 이동 평균값(Moving Average)에 대한 마일리지 변화(즉, 주행거리 변화)를 기준으로 계산한 유효수명 예측곡선(y)에 기반 한다.

도 6을 참조하면, 상기 저더지수 계산기(50)는 클러치 수명 예측부(55)에서 저더 지수-주행 거리계 거리(Odometer) 선도를 곡선적합(Curve Fitting)의 기법으로 저더 지수 이동 평균-주행거리 선도로 변환시켜 준다.

일례로 상기 저더 지수-주행 거리계 거리(Odometer) 선도는 추출된 운전조건에서의 마일리지와 계산된 저더 지수를 이용하고, 특정거리별 시점에서 계산된 저더 지수를 기준으로 이전 특정거리 시점까지의 이동 평균을 이용하는 기법으로 수행된다.

일례로 상기 저더 지수 이동 평균-주행거리 선도는 마일리지 변화(즉, 주행거리 변화)에 따른 저더 지수 이동 평균값의 데이터 플로팅(Data Plotting)으로 커브(Curve)의 상태를 나타내고, 이를 곡선적합(Curve Fitting)을 통하여 y = y₀exp(A₀x t)와 같은 곡선적합 함수로 만들어줌으로써 유효수명 예측곡선이 함수로 도출될 수 있다. 이 경우 상기 곡선적합(Curve Fitting)의 기법은 실험 데이터로(예, 실도로 주행 데이터)부터 실험식[예, 클러치 유효수명 예측곡선의 y = y₀exp(A₀x t)]를 구함과 같이, 독립변수의 이산적인 값 x1, x2, …에서의 관측값이나 측정값 y1, y2, …가 주어진 경우 점(x1, y1)에 잘 맞추어 가는 곡선식 y=f(x)를 구하는 수학적 방법이다.

특히 상기 저더 지수 이동 평균-주행거리 선도는 클러치의 유효수명 예측곡선[y = y₀exp(A₀x t)]이 저더 발생 기반 유효수명 판단 기준인 수명기준점(Lifetime threshold)(L_tr)을 벗어나는 차량(10)의 주행거리를 파악할 수 있고, 차량(10)의 주행거리에서 상기 유효수명 예측곡선[y = y₀exp(A₀x t)]이 무의미해질 때 클러치가 수명기준점(L_tr)에 머무는 한계수명근접의 상태와 수명기준점(L_tr)에서 벗어난 한계수명도달의 상태를 알 수 있다. 이 경우 상기 한계수명근접의 상태가 한계수명도달의 상태로 넘어가는 시점의 주행거리를 클러치 단품조사 상황으로 설정하여 준다.

그러므로 상기 클러치 한계수명 확인(S43)은 클러치 유효수명 예측곡선(y)과 수명기준점(L_tr)의 관계로 파악될 수 있고, 이는 클러치 한계수명 조건으로 판단된다.

클러치 한계수명 조건: y > L_tr?

이를 통하여 상기 저더 지수 계산기(50)는 클러치 수명 예측부(55)의 처리 결과로부터 클러치 유효수명 예측곡선(y)이 수명기준점(L_tr)에 도달하지 않은 경우엔 S31의 클러치 데이터 확인 단계로 피드백하는 반면 클러치 유효수명 예측곡선(y)이 수명기준점(L_tr)에 도달된 경우엔 S50의 차량정비시점 알림 단계로 전환한다.

이어 상기 저더 지수 계산기(50)는 S50의 클러치 정비시점 알림 단계를 S51의 1차 정비 알림 생성, S52의 경고시점 경과 확인, S53의 2차 정비 알림 생성으로 수행한다.

도 6을 참조하면, 상기 저더지수 계산기(50)는 클러치 수명 예측부(55)에서 수행한 저더 상태 모니터링으로부터 유효수명 예측곡선(y)이 수명기준점(L_tr)을 벗어난 한계수명근접의 상태를 확인하고, 이에 대해 1,2차 알림을 생성하여 준다.

일례로 상기 1차 정비 알림 생성(S51)은 유효수명 예측곡선(y)을 기준으로 그 값이 선정된 수명기준점(L_tr)을 넘는 시점에서 “정비 알림”의 메시지를 띠우고, 상기 2차 정비 알림 생성(S53)은 “정비 알림”시점을 기준으로 일정시간인 허용오차시간(Tolerance time)(T)을 지난 후 “경고, 정비 재알림”의 메시지를 띠워 준다.

그러므로 상기 경고시점 경과 확인(S52)은 알람 경과 시간 조건으로 1차 정비 알림과 2차 정비 알림을 구분하여 준다.

알람 경과 시간 조건: t_alarm > T ?

여기서 “t_alarm”은 1차 정비 알림 시점 후 경과 시간이고, “T"는 허용오차시간(Tolerance time)으로 한계수명근접의 상태를 벗어나지 않는 주행거리 한도 내에서 일정시간으로 설정된다.

그러므로 상기 허용오차시간(T)은 1차 정비 알림 생성(S51)과 2차 정비 알림 생성(S53)의 사이에 일정한 시간경과 또는 주행 거리 경과를 둠으로써 운전자가 클러치의 한계 수명을 넘지 않는 상태에서 클러치 정비를 조치할 수 있도록 한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량 저단 실시간 진단 시스템(1)에서 구현되는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법은 실도로 주행 정보 수집 장치(12,20)가 측정한 차량(10)의 주행 중 실도로 주행 데이터를 저정한 클라우드 서버(30)와 클러치 수명 예측장치(40,50)에 연계되고, 상기 클러치 수명 예측장치(40,50)가 실도로 주행 데이터 중 차속, 가속도, 가속페달개도, 주행 마일리지, 변속기 기어단, 클러치 회전수 및 클러치 온도 중 1개 이상으로 추출된 저더 평가 모드에서 클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행 마일리지 중 1개 이상을 사용해 계산한 저더 지수가 주행마일리지와 데이터 플로팅(Data Plotting)하여 곡선적합 함수(Curve Fitting Function)를 통해 저더 지수 기반의 유효수명 예측곡선(y)으로 변환됨으로써 차량(10)의 저더 발생 시 주파수 필터에서 파형 분석/분류된 클러치 회전수가 DCT(11)의 클러치 유효수명 진단과 운전자 알림에 이용될 수 있다.

1 : 차량 저더 실시간 진단 시스템
10 : 차량 11 : DCT(Double Clutch Transmission)
12 : 변속기 제어기 20 : VDMS(Vehicle and Driver Management System)
30 : 클라우드 서버 40 : 저더평가조건 추출기
50 : 저더지수 계산기 51 : 신호 처리부
43 : 저더지수 계산부 45 : 클러치 수명 예측부
60 : 알림부

Claims

차량의 주행 중 실도로 주행정보수집 장치에서 측정한 실도로 주행 데이터가 클라우드 서버로 저장되는 단계;
클러치 수명예측 장치에서 상기 클라우드 서버의 상기 실도로 주행 데이터를 다운로드하고, 저더 발생 정보를 확인하여 저더 발생 진입 조건이 추출되는 단계;
상기 클러치 수명예측 장치에서 상기 실도로 주행 데이터로 저더 지수 정보를 확인하고, 저더 지수가 계산되는 단계;
상기 저더 지수에 대한 클러치 유효수명 예측곡선으로 DCT(Double Clutch Transmission)의 클러치 유효수명이 예측되는 단계; 및
클러치 정비시점에서 정비 알림이 생성되는 단계
가 포함되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 실도로 주행 데이터의 측정에는
특정주파수 이상의 샘플링 주파수가 적용되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 실도로 주행 데이터는
차속, 가속페달개도, 주행 마일리지, 변속기 기어단, 클러치 회전수 및 클러치 온도 중 1개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 저더 발생 진입 조건의 추출 단계는
차속, 가속페달개도, 변속기 기어단, 클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행마일리지 중 1개 이상으로 상기 저더 발생 정보가 확인되는 단계,
상기 저더 발생 정보에 저더 발생 운전조건이 적용되고, 저더 발생 운전조건 충족 시 저더 발생 조건으로 판단되는 단계, 및
상기 저더 발생 조건에서 저더 평가 모드가 추출되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 저더 발생 운전조건은
주행 변속기 기어단, 차속 임계값(Threshold), 가속도 임계값(Threshold) 및 가속페달개도 영역 중 1개 이상으로 설정되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 저더 지수의 계산 단계는
클러치 회전수, 클러치 온도 및 주행 마일리지 중 1개 이상으로 상기 저더 지수 정보가 확인되는 단계,
상기 클러치 회전수를 대역통과필터(Bandpass Filter)로 신호 처리하고, 상기 클러치 온도에서 상기 클러치 회전수의 최소값과 최대값으로 피크(Peak) 개수가 계산되는 단계,
상기 피크 개수로 저더 지수 생성 조건이 확인되는 단계, 및
상기 저더 지수 생성 조건에서 저더 지수가 계산되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 피크 개수는 특정개수를 적용하는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 저더 지수는 클러치 온도 지수를 포함하고,
상기 클러치 온도 지수는 상기 DCT의 클러치 지수와 상기 차량의 종방향 진동 최대값의 관계로부터 설정되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 클러치 유효수명의 예측 단계는
상기 저더 지수가 주행 마일리지에 대하여 마지막 측정 데이터의 이전 주행거리의 평균값을 이동 평균값(Moving Average)으로 하여 평균화되는 단계,
상기 이동 평균값(Moving Average)에 대한 마일리지 변화로 데이터 플로팅(Data Plotting)하고, 상기 클러치 유효수명 예측곡선을 곡선적합 함수(Curve Fitting Function)로 계산하여 클러치 유효수명이 산출되는 단계, 및
상기 클러치 유효수명 예측곡선에 수명기준점(Lifetime threshold) 을 적용하여 클러치 한계수명이 확인되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 9에 있어서, 상기 클러치 한계수명은
상기 클러치 유효수명 예측곡선이 상기 수명기준점을 벗어날 때 확인되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 정비 알림의 생성 단계는
상기 클러치 유효수명 예측곡선이 수명기준점을 벗어나는 시점을 상기 클러치 정비시점으로 하고, 1차로 상기 정비 알림이 생성되는 단계,
허용오차시간(Tolerance time)으로 알림 시간 경과가 확인되는 단계, 및
2차로 상기 정비 알림이 생성되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 정비 알림은
1차 메시지와 2차 메시지로 외부 표시 메시지의 내용을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 허용오차시간은
상기 클러치 유효수명 예측곡선이 수명기준점을 벗어난 한계수명근접 구간에서 설정되는 것을 특징으로 하는 실시간 저더 진단 기반 클러치 수명 예측 방법.
차량의 주행 중 실도로 주행 데이터로 측정하는 실도로 주행 정보 수집 장치;
상기 실도로 주행 데이터를 저장하는 클라우드 서버;
상기 실도로 주행 데이터 중 차속, 가속도, 가속페달개도, 주행 마일리지, 변속기 기어단, 클러치 회전수 및 클러치 온도 중 1개 이상으로 저더 평가 모드를 추출하고, 상기 클러치 회전수, 상기 클러치 온도 및 상기 주행 마일리지 중 1개 이상으로 저더 지수를 계산하며, 상기 저더 지수를 주행마일리지 변화로 데이터 플로팅(Data Plotting)한 후 곡선적합 함수(Curve Fitting Function)로 계산된 유효수명 예측곡선으로 DCT(Double Clutch Transmission)의 클러치 유효수명을 예측하는 클러치 수명 예측장치 및
상기 클러치 유효수명의 예측 결과로 확인된 클러치 정비시점에서 정비 알림을 생성하는 알림부
가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 저더 실시간 진단 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 실도로 주행 정보 수집 장치는
상기 변속기 기어단, 상기 클러치 회전수 및 상기 클러치 온도 중 1개 이상을 상기 차량에서 검출하는 변속기 제어기, 및
상기 차속, 상기 가속도, 상기 가속페달개도 및 상기 주행 마일리지 중 1개 이상을 상기 차량에서 검출하고, 상기 변속기 제어기와 상기 클라우드 서버에 연계되는 VDMS(Vehicle and Driver Management System)
로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 저더 실시간 진단 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 VDMS는 상기 차량에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량 저더 실시간 진단 시스템.
청구항 14에 있어서, 상기 클러치 수명 예측장치는
상기 클라우드 서버에서 상기 실도로 주행 데이터를 다운로드 받는 저더평가조건 추출기, 및
상기 저더 평가 모드의 추출, 상기 저더 지수의 계산, 상기 유효수명 예측곡선의 산출, 상기 클러치 유효수명의 예측, 및 상기 클러치 정비시점의 생성을 수행하는 저더지수 계산기
로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량 저더 실시간 진단 시스템.