KR100418117B1 - 차량 진동구조물의 이상 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량진동구조물의 이상유무를 모니터하는 이상 진단장치로서, 더욱 상세하게는, 진동구조물의 일측에 일체로 형성되는 고정구에 진동센서를 설치하여 구조물의 이상음을 효과적으로 청음하는 차량진동구조물의 이상 진단장치에 관한 것이다. 본 발명에서는, 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구;와 상기 고정구와 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자;와 상기 진동탐침자와 일체로 형성되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부;와 상기 센서부에 연결되어 전기신호를 증폭하는 신호증폭부;와 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 무선으로 송신하여 차량용 라디오에서 주파수를 튜닝하도록 된 RF무선 송신부;가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 전문가의 도움없이도 해당부품의 이상여부를 정확하고 용이하게 판단함으로써 소음과 관련이 없는 해당부품의 무상교체에 따라 특정부품업체가 부담하여야하는 비용을 절감하는 것이 가능하다.

Description

차량 진동구조물의 이상 진단장치{A monitoring device for vibrating strucutres in a vehicle}

본 발명은 차량진동구조물의 이상유무를 모니터하는 이상 진단장치로서, 더욱 상세하게는, 진동구조물의 일측에 일체로 형성되는 고정구에 진동탐침자와 센서가 결합된 사운드스코프를 체결하여 구조물의 이상음을 효과적으로 청음하는 차량진동구조물의 이상진단장치에 관한 것이다.

최근 차량의 품질평가에서 중요항목으로 대두된 소음진동문제의 해결을 위해 완성체업계에서는 많은 연구개발비를 투자하고 있다. 특히 차량의 기술개발에 따라 우수한 품질의 차량이 개발되고 그 만큼 고객은 차량의 이상 소음진동문제에 민감하게 된다. 차량은 파워트레인부를 비롯하여 수많은 부품이 복합적으로 작용하여 성능을 발휘하기 때문에 소음진동도 단순히 원인이 파악되거나 해결될 수 있는 문제가 아니다. 이에 따라 소음진동 신호를 측정하여 차량의 이상유무를 진단하고자 하는 많은 노력이 이루어 지고 있다.

도1은 일본 특허공개공보 2003-214944호에 개재된 엔진 진단장치에 대한 개략도이다. 이는 조립엔진을 차체에 조립하기 전에, 시운전에 의해 각종 이음이나 이상여부를 검사하기 위한 장치로서 회전하는 엔진에서 발생하는 이음을 인간의 청각에 의해 식별해 양부를 판별하기도 하고 혹은 주파수 검사를 통해 양부를 판별하기도 한다. 엔진의 상부, 혹은 이음측정 위치에 마이크로폰(8)을 근접하여 설치하고 캠각, 크랭크각 등을 검출하는 계측제어신호부(9)으로부터 엔진의 이상유무를 판별하게 된다. 정량적인 엔진 이음의 검사방법은 피크치를 소정의 설정치와 비교하는 피크치해석, 주파수분석 혹은 시간영역에서 웨이브렛해석 등이 알려져 있다. 그러나 마이크에 의한 신호해석은 폭발음 및 엔진의 회전음과 같은 음압이 지배적이기 때문에 각종 이음과 같이 음압레벨이 작은 소음은 검출이 쉽지 않다.

한편 마이크로폰의 근접음측정을 정확하게 하기 위해 외부소음을 절연시키고자 하는 노력은 일본국 특허공개공보 2000-88637호에 개재되어 있다. 도2는 이를 도시한 것으로 마이크로폰(12) 주위의 소음을 되도록 차단시키고 원하는 부품에서의 소음만을 검출하기 위해 마이크로폰과 진동체와의 사이에 충격흡수 소재(13)를 개재시켜 양자 사이의 진동절연효과를 높이는 방법을 도시한 것이다. 이는 피 검출물의 진동이 프로브 본체(11)에 전해지는 것을 방지하고 프로브 본체의 진동음 및 외부 기타 소음을 절연시켜 단지 원하는 검출물의 소음만을 측정할 수 있어 해당 부품이 이상음을 발생시키는 지를 적정하게 판정하기 위한 것이다. 이는 특별한 설치장치가 있어야 가능하며 미세한 주행중의 고체진동음을 청취하는 데 어려움이 있다.

상기와 같이 지향성 마이크로폰을 이용하여 소음을 측정하는 경우외에 엔진이나 차량의 부품에 가속도계를 붙여 진동을 측정하는 경우도 자주 사용되는데, 이 때에는 원하는 부품에 가속도계를 붙여야 한다. 이 경우 측정가능한 주파수 대역이 낮아 정확한 이음의 측정이 매우 어렵게 된다. 도3에서와 같이 가속도계의 측정시 뾰족한 탐침에 의한 가압(도3a)이나 혹은 접착제 부착(도3b)는 측정주파수범위가 대개 1 Khz정도로 알려져 있으나, 나사부에 의한 체결(도3c)은 높은 주파수 대역에서도 그 특성이 평탄한 것으로 알려져 있다. 가속도계를 붙이기 어려운 위치이거나 혹은 불가능한 위치에서는 이의 진단이 쉽지 않다. 또한 정비업소나 지정 A/S센터에서는 그에 따른 분석장비 및 센서류를 항상 휴대하여야 하고 분석전문가가 대기하여야 하는 문제점이 있다.

한편 현장에서 벌어지는 고객의 불만에 능동적으로 대처하기 위해서는 신속하고 정확한 진단장비가 필요할 뿐만 아니라 운전중에 원하는 신호를 획득한다는 것은 더욱 어려운 문제여서 이러한 고객의 불만은 통계적으로 소음불량이 많은 부품을 정확한 분석없이 교체함으로써 해결하고 있는 실정이다. 예를 들어 터보차저의 소음문제가 자주 대두될 때 고객에 의한 소음불만은 정확한 진단이나 측정없이 유사소음이 들리면 해당부품을 교체해야 하며 이에 따라 해당부품을 제조하는 회사에서는 종종 양호한 부품에 대해서도 A/S비용을 모두 감수해야만 하는 불합리한 점이 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 차량 해당부품의 불량여부를 전문적인 진단장비나 해당 전문가의 도움 없이도 차량에 설치된 오디오시스템으로 고객이나 평가자가 자체적으로 용이하게 판별할 수 있도록 하는 차량부품의 이상 진단장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 차량부품의 진단에 필요한 가속도의 측정 시 주파수 범위를 높여 고주파의 이음까지도 다른 부품의 영향없이 측정이 가능한 진단장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 운전중에도 주파수 분석기와 같은 전문 분석기의 사용이 단지 커넥터의 연결만으로 이루어지는 차량부품의 이상 진단장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명에서는 해당부품의 이상여부를 정확하게 판단함으로써 소음과 관련이 없는 해당부품의 무상교체에 따라 특정부품업체가 부담하여야하는 비용을 절감하는데 또 다른 목적이 있다.

도 1은 종래 엔진의 이상소음 진단장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,

도 2는 종래 엔진의 이상소음 근접음 측정시 외부소음을 절연하기 위한 구성도를 도시한 것이고,

도 3은 가속도계의 부착방식에 따른 진동신호의 주파수 특성을 보여주는 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 차량부품의 이상 진단장치를 나타내는 구성도이며,

도 5는 본 발명에 따른 진단장치의 진동탐침자자 굴곡되어 형성된 것을 나타내는 예시도이며,

도 6과 도 7은 본 발명에 따른 차량부품의 이상 진단장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엔진 110 : 터보차저의 압축부

120 : 터빈부 130 : 고정구

140 : 나사부 150 : 진동탐침자

151 : 다이나믹 마이크로폰 152 : 증폭기

153 : 가속도계

160 : 센서부 170 : 커넥터

180 : 신호증폭부 190 : RF 송신부

200 : 차량오디오 210 : 주파수 분석기

220 : 신호증폭부 230 : 카세트팩

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 차량 엔진이나 보기류의 진동구조물에서 발생되는 이상 진동소음을 측정하여 차량의 이상유무를 진단하는 차량진단장치에 있어서, 상기 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구;와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자;와 상기 진동탐침자와 결합되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부;가 포함되는 차량 진동구조물의 이상 진단장치를 제공한다.

여기서 상기 센서부의 신호출력측에는 출력신호가 주파수분석기 혹은 청음용스피커 등의 외부분석기기와 소켓으로 연결되는 커넥터가 형성되는 차량진동구조물의 이상 진단장치를 제공하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 진동탐침자는 진동구조물의 배치에 따라 임의방향으로 굴곡되어 형성되는 차량진동구조물의 이상 진단장치를 제공하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 진동탐침자와 센서부는 사운드스코프센서인 것을 특징으로 하는 차량진동구조물의 이상 진단장치를 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 차량 엔진이나 보기류의 진동구조물에서 발생되는 이상 진동소음을 측정하여 차량의 이상유무를 진단하는 차량진단장치에 있어서, 상기 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구;와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자;와 상기 진동탐침자와 일체로 형성되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부;와 센서부에 연결되어 전기신호를 증폭하는 신호증폭부;와 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 무선으로 송신하여 차량용 라디오에서 주파수를 튜닝하도록 된 RF무선 송신부;가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 차량 엔진이나 보기류의 진동구조물에서 발생되는 이상 진동소음을 측정하여 차량의 이상유무를 진단하는 차량진단장치에있어서, 상기 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구;와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자;와 상기 진동탐침자와 결합되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부;와 센서부에 연결되어 전기신호를 증폭하는 신호증폭부;와 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 차량용 카세트에서 청취할 수 있도록 카세트팩;이 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치를 제공한다.

여기서 상기 신호증폭기의 출력단자에는 주파수 분석기가 연결되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 의한 차량부품의 이상진단장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

차량에는 동력발생장치인 파워트레인을 비롯하여 동력전달장치, 조향장치, 제동장치, 바디, 외장품, 내장품 등 여러 기능을 하는 장치들이 조립되어 있다. 대개 엔진소음은 실린더내의 폭발에 의한 연소폭발음과 크랭크기구와 같이 각 기구의 동적운동에 따른 기계음으로 구분된다. 소음이 발생되는 부위에 따라 구분하면 실린더블록, 헤드, 오일팬등에서 방사되는 고체소음과 흡배기의 공기소음, 터보차저, 얼터네이터등의 엔진 보기류 소음 등이 있다. 특히 터보압축기에서 발생되는 소음 및 얼터네이터 소음과 같이 엔진의 보기류에서 발생되는 소음은 음압레벨이 커서 종종 고객의 불만요인이 되기도 한다. 도4는 터보압축기에서 발생되는 이상소음을 진단하기 위한 장치를 도시한 것으로 파워트레인의 엔진부(100)에는 배기매니폴드에 배기터빈(120)과 흡기쪽에 터보압축기(110)이 나타나 있다. 터보압축기의 케이싱 일측에 고정구(130)를 터보압축기(110)의 일측에 형성된다. 상기 고정구가 형성되는 위치는 베어링부나 혹은 사전에 검출된 진동신호에 의해 통상적으로 진동이 많이 발생되는 지점에 형성하는 것이 바람직하다. 도면에서는 고정구로서 나사고정하는 방식을 도시하였지만, 필요에 따라 상기 고정구로 진동탐침자가 억지끼워 맞춤으로 고정하는 방식을 채택할 수 있다. 본 발명에서는 고정방식에 특별히 제한을 두지 않는다.

상기 고정구에는 진동탐침자(150)이 고정되는데 고정되는 위치에서 터보차저와 차량바디부와의 사이에 공간적으로 제약이 있는 경우에는 상기 진동탐침자는 굴곡되어 형성될 수 도 있다.

다시 진동탐침자에는 센서부(160)가 결합된다. 도5와 도6에서는 상기 진동탐침자가 센서부와 결합된 다양한 실시예가 도시되어 있다. 즉, 센서부는 탐침대상부품의 고체진동을 검출할 수 있도록 진동탐침자에 일체로 결합되는 것과 동시에 진동탐침자의 내부에 가속도계(153)가 구성될 수도 있고 혹은 고체전달음을 검출할 수 있도록 마이크로폰(151)이 내장되는 진동탐침자가 적용될 수 있다.

또한 상기 진동탐침자와 센서부의 구성은 사운드스코프센서로서도 구성하는 것이 가능한데, 사운드스코프센서는 흔히 청음기, 혹은 청진기로도 불리우며 해당부품의 이상유무를 판단하기 위해 해당부품의 진동음을 찍어서 청취하는 센서이다.

또한 본 발명에서는 상기 진동탐침자에 구성된 센서부에 의해 전기신호로 변환된 신호를 용이하게 추출하기 위해서는 소켓으로 연결될 수 있도록 커넥터가 연결되는 것이 바람직하다. 상기와 같은 고정구, 탐칩자, 센서부, 커넥터의 구성은 차량의 시험단계인 프로토차량, 혹은 파일로트차량에서 시험차량과 함께 구성되는 것이 바람직하며 차량이 양산된 이 후에는 소음문제를 발생할 소지가 많은 터보차저나 혹은 얼터네이터 등과 같이 부품의 케이스 일측에 고정구 만을 구성하는 것도 가능하다.

본 발명의 다른 실시예에서는 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자와 상기 진동탐침자와 결합되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부와 센서부에 연결되어 전기신호를 증폭하는 신호증폭부;와 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 무선으로 송신하여 차량라디오에서 주파수를 튜닝하도록 된 RF무선 송신부가 포함되는 것을 특징으로 한다. 상기 커넥터에는 소켓을 통해 전기신호가 신호증폭부(180) 혹은 필터(미도시)로 연결되는 것이 가능하며 상기 신호증폭부에는 근거리 무선통신수단인 RF송신기(190)를 부착하여 신호를 전송하고 차량라디오에서 주파수를 튜닝하여 해당부품의 진동음을 현장에서 즉시 청취할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 차량용 카세트에서 청취할 수 있도록 카세트팩이 연결되도록 구성된다. 이와 같이 이상소음의 전송방식은 당해업계의 종사자라면 다양하게 변형실시하는 것이 가능하나 이는 본 발명의 범주에 있는 것이다.

한편 도6의 가속도계(153)가 진동탐침자내부에 형성된 베이스(154)에 피에조소자(155)가 부착되고 상기 피에조소자 상부에는 질량체(156)을 부착하여 가속도의 크기에 비례하여 베이스와 질량체 사이에는 전압 또는 전류가 발생된다. 또한 상기 진동탐침자 내부의 센서부(160)에는 신호증폭기(152)가 내장되는 경우 이어폰이나 헤드폰 만으로 간단히 해당부품의 진동음을 청취할 수 있다.

이하 본 발명의 구성에 따른 작용효과를 설명한다.

차량의 소음문제가 많이 야기되는 해당부품의 일측에 형성된 고정구에 진동탐침자가 고정 결합된다. 고정구로서 나사부 혹은 끼워맞춤식의 고정방식을 적용하게 되면 고주파의 이음까지도 용이하게 추출하는 것이 가능하여 부품의 이상 유무를 보다 정확하게 판단하는 것이 가능하다. 또한 터보차저는 많은 경우 대시보드 안쪽으로 위치하고 있어 진단을 위한 가속도계의 부착이 어려울 뿐만 아니라 청음을 위한 진동탐침자를 접촉시키기도 용이하지 않다. 또한 상기와 같은 진동탐침자를 고정할 수 있는 여유공간이 없는 경우 상기 진동탐침자를 굴곡시켜 고정구에 고정하는 것도 가능하다.

한편 종래와 같이 진동탐침자를 찍어 고체전달음을 청취하는 것이 가능하더라도 부품의 이상여부는 실제로 주행중에 발생되는 경우가 많은데 대개의 경우 단지 정지시 혹은 무부하로 운전시에만 가능한 반면 본 발명에 따르면, 실제로 운전중에 해당부품의 이상여부를 나타내는 고체 진동음을 청취하는 것이 가능하다.

또한 커넥터를 통해 해당부품의 진동신호를 근거리 무선송신하는 RF송신기로서 구성하거나 카세트팩을 이용하여 차량내부에서 주행중의 이상소음을 직접 청취할 수 있어 전문가가 아니더라도 용이하게 해당부품의 이상여부를 판별할 수 있다.필요한 경우 신호증폭부의 출력단자로부터 주파수 분석기 혹은 노트북을 연결하여 보다 정밀한 신호해석을 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량진동구조물의 이상진단장치는 차량 해당부품의 불량여부를 전문적인 진단장비나 해당 전문가의 도움 없이도 차량에 설치된 오디오시스템으로 고객이나 평가자가 자체적으로 용이하게 판별할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한 본 발명에 의하면 해당부품의 이상여부를 정확하고 용이하게 판단함으로써 소음과 관련이 없는 해당부품의 무상교체에 따라 특정부품업체가 부담하여야하는 비용을 절감하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 단순한 변형 특히 전기신호의 차량오디오시스템으로의 전송방식, 진동탐침자와 센서부의 연결방식의 변형은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 이러한 변경이나 변형은 첨부된 특허청구의 범위에 의하여 제한된다.

Claims (7)

1. 차량 엔진이나 보기류의 진동구조물에서 발생되는 이상 진동소음을 측정하여 차량의 이상유무를 진단하는 차량진단장치에 있어서,

   상기 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구(130);와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자(150);와 상기 진동탐침자와 결합되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부(160);가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 진동탐침자(150)는 진동구조물의 배치에 따라 임의방향으로 굴곡되어 형성된 것을 특징으로 하는 차량진동구조물의 이상 진단장치
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 센서부의 신호출력측에는 출력신호가 외부기기와 소켓으로 연결되는 커넥터(170)가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량진동구조물의 이상 진단장치
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 진동탐침자와 센서부는 사운드스코프센서인 것을 특징으로 하는 차량진동구조물의 이상 진단장치
5. 차량 엔진이나 보기류의 진동구조물에서 발생되는 이상 진동소음을 측정하여 차량의 이상유무를 진단하는 차량진단장치에 있어서,

   상기 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구;와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자;와 상기 진동탐침자와 결합되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부;와 센서부에 연결되어 전기신호를 증폭하는 신호증폭부;와 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 무선으로 송신하여 차량라디오에서 주파수를 튜닝하도록 된 RF무선 송신부;가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치.
6. 차량 엔진이나 보기류의 진동구조물에서 발생되는 이상 진동소음을 측정하여 차량의 이상유무를 진단하는 차량진단장치에 있어서,

   상기 진동구조물의 일측에 진동구조물과 일체로 형성되는 고정구;와 상기 고정구에 고정되어 진동구조물의 진동신호를 수집하는 진동탐침자;와 상기 진동탐침자와 결합되어 진동구조물로부터 전달된 진동신호를 전기신호로 변환하는 센서부;와 센서부에 연결되어 전기신호를 증폭하는 신호증폭부;와 상기 신호증폭부에는 증폭신호를 차량용 카세트에서 청취할 수 있도록 카세트팩;이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치.
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,

   상기 신호증폭기의 출력단자에는 주파수 분석기가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 진동구조물의 이상 진단장치.