KR20030001013A - 자동차의 블랙박스/고장분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고장을 감지하고, 고장으로 감지되면 분석 시스템에 이를 전달하여 해당 고장의 정확한 분석 및 사후 조치가 가능토록 한 자동차의 블랙박스/고장분석 장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 전원부, 감지부, 각각의 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 및 출력 조건과 상기 감지부의 출력 신호를 대비하여 고장 유무를 판별하기 위한 트리거 여부를 감지하는 트리거 감지부, 감지부에서 출력되는 전기적인 신호를 그에 대응하는 디지털 신호로 변환을 하는 아날로그/디지털 변환부, 트리거 감지부에서 트리거가 감지되면 고장 원인을 분석하는 분석 시스템과 데이터 통신을 위한 제어를 수행하고, 동작 상태를 표시하기 위한 제어신호를 발생하는 중앙 제어부, 차량 상태 데이터를 저장하는 데이터 저장부, 표시 제어신호에 따라 고장 여부 및 블랙박스 장치의 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부, 데이터 저장부에 저장된 차량 상태 데이터를 분석 시스템으로 전송하는 데이터 송수신부로 블랙박스 장치를 구현하고, 상기 데이터 송수신부와 케이블로 연결되고, 전송되는 차량 상태 데이터를 분석하여 고장 원인을 정확히 규명하는 분석 시스템을 구비하여, 고장 원인을 신속하면서도 정확히 규명한다.

Description

자동차의 블랙박스/고장분석 장치{Wrong analysis device of black boy for vehicle}

본 발명은 자동차의 블랙박스/고장분석 장치에 관한 것으로, 특히 고장의 원인을 분석하기 위한 자료로 트리거 조건 전후의 필요한 모든 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 조건과 출력 조건을 총 망라하여 기록하고, 미리 설정된 고장 조건, 감지기의 입력 및 트리거 조건 등에 따라 고장을 감지하고, 고장으로 감지되면 분석 시스템에 이를 전달하여 해당 고장의 정확한 분석 및 사후 조치가 가능토록 한 자동차의 블랙박스/고장분석 장치에 관한 것이다.

통상, 차량의 애프터서비스 수리는 차량의 사용자가 고장을 인지하고, 인근의 애프터서비스 센터 등으로 차량을 이동하여 고장 진단을 받고 수리를 하는 방법으로 이루어진다.

이러한 경우 애프터서비스가 원활히 이루어지기 위해서는 차량의 사용자가 엔진, 현가장치 등 차량의 특성을 정확히 인지하고 있어야하나, 차량의 기능이 전자화, 복잡화, 고도화됨에 따라 경험이 많은 운전자라 할지라도 이를 정확히 파악할 수 없는 경우가 종종 발생하였다.

또한, 애프터서비스시 운전자가 고장난 차량을 갖고 고장수리 센터를 방문한 경우에도, 운전자의 설명이 불충분한 경우에는 고장의 원인을 정확히 분석하기 어려웁고, 고장 원인을 분석하는 데 많은 시간이 소요되는 단점을 유발하였다.

이는 고장수리 센터에서 고장 수리 요원이 직접 이상이 발생한 차량을 시운전할 경우에도, 운전자가 주장하는 고장 내용이 정확히 재현되지 않을 가능성이 많기 때문에 고정 원인을 정확히 분석하기 어려웁고, 또한 고장 원인 분석에 많은 시간이 소요된다.

최근 차량에 장착되는 전자 제어 유니트(ECU)들은 자체 진단 기능을 갖고 있으나, 대부분이 전선의 단선, 전자 제어 유니트의 동작 불능 등 단편적인 기능이어서 수리 과정의 신속성에는 도움을 주나, 전자와 기계적으로 복합적인 고장이 발생한 경우에는 정확한 고장 원인을 파악하기는 어려운 문제점이 있었다.

예를 들어, 엔진의 순간 적인 시동 꺼짐은 엔진의 부하 조건과 감지기의 온도 등 여러 가지 조건에 따라 간헐적으로 발생할 수 있고, 운전자는 고장 자체를 인지하지 못할 가능성이 있다. 아울러 전자식 현가장치의 경우는 불규칙한 노면 조건에 따라 기계적 특성이 수시로 바뀔 수 있으므로 운전자가 모든 경우의 조건이 적절히 이루어지고 있는 지를 파악할 수 없을 뿐만 아니라, 고장이 발생한 경우 이것이 감지기,구동부 등의 전자적인 부분의 오류인지 댐퍼 등의 기계적인 부분이 노화되거나 미세한 균열 등으로 인해 특성이 열화된것인지를 파악할 수 없다.

이러한 고장의 원인을 정확히 파악하기 위해서는 다이나모 장치 등을 이용하여 정해진 조건에서 일정한 시험을 수행하여야 하는 데, 상기 다이나모 장치는 가격이 매우 고가여서 영세한 고장수리 센터에서 이를 구비하고, 고장을 진단하기에는 현실성이 매우 적다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 차량의 고장시 원인 규명의 어려움, 과다한 수리 시간 등의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 본발명의 목적은, 고장의 원인을 분석하기 위한 자료로 트리거 조건 전후의 필요한 모든 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 조건과 출력 조건을 총 망라하여 기록하고, 미리 설정된 고장 조건, 감지기의 입력 및 트리거 조건 등에 따라 고장을 감지하고, 고장으로 감지되면 분석 시스템에 이를 전달하여 해당 고장의 정확한 분석 및 사후 조치가 가능토록 한 자동차의 블랙박스/고장분석 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "자동차의 블랙박스/고장분석 장치"는 전원이 필요한 각 부분에 유효 적절하게 전원을 공급해주는 전원부와; 고장 원인 분석을 위한 각각의 센서, 감지기, 구동부에서 출력되는 신호를 전기적인 신호로 변환하는 감지부와; 상기 감지부와 연결되고, 각각의 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 및 출력 조건과 상기 감지부의 출력 신호를 대비하여 고장 유무를 판별하기 위한 트리거 여부를 감지하는 트리거 감지부와; 상기 감지부에서 출력되는 전기적인 신호를 그에 대응하는 디지털 신호로 변환을 하는 아날로그/디지털 변환부와; 상기 전원부, 전자 제어 유니트, 트리거 감지부, 아날로그/디지털 변환부와 연결되고, 아날로그/디지털 변환부에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장 데이터로 출력하고, 상기 트리거 감지부에서 트리거가 감지되면 고장 원인을 분석하는 분석 시스템과 데이터 통신을 위한 제어를 수행하고, 고장 여부 및 블랙박스 장치의 내부 동작 상태를 표시하기 위한 제어신호를 발생하는 중앙 제어부와; 상기중앙 제어부에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장하는 데이터 저장부와; 상기 중앙 제어부에서 출력되는 표시 제어신호에 따라 고장 여부 및 블랙박스 장치의 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부와; 상기 중앙 제어부의 제어에 따라 상기 데이터 저장부에 저장된 차량 상태 데이터를 상기 분석 시스템으로 전송하는 데이터 송수신부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 "자동차의 블랙박스/고장분석 장치"는, 상기 데이터 송수신부와 케이블로 연결되고, 전송되는 차량 상태 데이터를 분석하여 고장 원인을 정확히 규명하는 상기 분석 시스템을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 자동차의 블랙박스/고장분석 장치의 구성을 보인 블록도이고,

도 2는 도 1의 분석 시스템의 일 실시예 구성을 보인 블록도이고,

도 3은 본 발명에 적용되는 전자식 현가장치의 일 실시예 구성을 보인 블록도이고,

도 4는 본 발명에서 자동차의 블랙박스/고장분석 장치의 제어방법을 보인 흐름도이고,

도 5a,5b는 본 발명에서 블랙박스/고장분석 장치의 자료 수집 과정을 보인 흐름도이고,

도 6은 본 발명에서 데이터 입력부의 신호처리 과정을 보인 흐름도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

130 : 감지부 140 : 트리거 감지부

150 : 아날로그/디지털 변환부 160 : 중앙 제어부

170 : 표시부 180 : 데이터 저장부

190 : 데이터 송수신부 200 : 분석 시스템

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 의한 블랙박스/고장분석 장치중 블랙박스 장치는 차량의 소정 위치에 장착되어, 전자 제어 유니트의 동작을 감지하며, 감지 도중에 고장 등에 의해 트리거가 발생되면 트리거 주변의 원인 분석이 가능한 데이터를 저장하고, 이를 고장 원인을 분석하는 분석 시스템으로 송신한다.

상기 분석 시스템은 주로 퍼스널컴퓨터(PC)와 같은 컴퓨터를 사용하며, 전자 제어 유니트의 동작 상태를 원인부와 결과부로 나누고, 전기적인 신호에 따라 기계부가 적절히 동작하는지 등을 확인하는 방법으로 고장 원인을 정확히 규명하게 된다.

첨부한 도면 도 1은 본 발명에 의한 자동차의 블랙박스/고장분석 장치의 구성을 보인 블록도이다.

여기서 참조부호 110은 전원이 필요한 각 부분에 유효 적절하게 전원을 공급해주는 전원부를 나타내고, 참조부호 120은 고장 감지 대상인 전자제어유니트(ECU)를 나타내고, 참조부호 130은 원인 분석을 위한 각각의 센서, 감지기, 구동부에서 출력되는 신호를 전기적인 신호로 변환하는 감지부를 나타내며, 참조부호 140은 상기 감지부(130)와 연결되고, 각각의 전자 제어 유니트(ECU)(예를 들어, 120)의 입력 및 출력 조건과 상기 감지부(130)의 출력 신호를 대비하여 고장 유무를 판별하기 위한 트리거 여부를 감지하는 트리거 감지부를 나타내고, 참조부호 150은 상기 감지부(130)에서 출력되는 전기적인 신호를 그에 대응하는 디지털 신호로 변환을 하는 아날로그/디지털 변환부를 나타낸다.

또한, 참조부호 160은 상기 전원부(110), 전자 제어 유니트(120), 트리거 감지부(140), 아날로그/디지털 변환부(150)와 연결되고, 아날로그/디지털변환부 (150)에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장 데이터로 출력하고, 상기 트리거 감지부(140)에서 트리거가 감지되면 고장 원인을 분석하는 분석 시스템과 데이터 통신을 위한 제어를 수행하고, 고장 여부 및 블랙박스 장치의 내부 동작 상태를 표시하기 위한 제어신호를 발생하는 중앙 제어부를 나타내고, 참조부호 170은 상기 중앙 제어부(160)에서 출력되는 표시 제어신호에 따라 고장 여부 및 블랙박스 장치의 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부를 나타내고, 참조부호 180은 상기 중앙 제어부(160)에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장하는 데이터 저장부를 나타내고, 참조부호 190은 상기 중앙 제어부(160)의 제어에 따라 상기 데이터 저장부(180)에 저장된 차량 상태 데이터를 상기 분석 시스템으로 전송하는 데이터 송수신부를 나타낸다.

또한, 참조부호 200은 상기 데이터 송수신부(190)와 케이블로 연결되고, 전송되는 차량 상태 데이터를 분석하여 고장 원인을 정확히 규명하는 상기 분석 시스템을 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 자동차의 블랙박스/고장분석 장치의 동작을 첨부한 도면 도2 및 도3을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 의한 블랙박스/고장분석 장치는, 크게 블랙박스 장치와 분석 시스템으로 구분된다.

상기 블랙박스 장치에 전원을 공급해주는 전원부(110)는, 전원을 안정적으로 블랙박스 장치의 내부 시스템에 인가해주는 부분으로서, 승용차와 대형 상용차의 사용 전원이 상이한 이유로 특수한 전압 안정 레귤레이터(LP2954)를 채택하였다. 상기 전압 안정 레귤레이터는, 다이오드, 제너다이오드, 콘덴서 등으로 이루어져 서지, 역전압, 고주파 노이즈 방지장치 등으로 이루어진다.

상기와 같이 각 부분에 안정적으로 전원이 공급된 상태에서, 감지부(130)는, 차량의 센서, 감지기 등과 연결된 케이블을 통해 고장 원인을 파악할 수 있도록 관련 신호를 총 망라하여 입력받는다.

예를 들어, 엔진과 관련된 신호로는 TDC, RPM, 차량속도, IGNITION POWER MODULE CONTROL 신호, IDLE SPEED 밸브 제어 신호, 인젝터 제어 신호, 유압 밸브제어 신호등의 주파수 관련 신호와, 외기 온도, 냉각수 온도, MAP 신호, 스로틀포지션감지기, 산소감지기, 밧데리 전압 등의 아날로그 신호와, 에어컨 선택 신호, 에어컨 써모스탯, 메인 스위치, 에어컨 스위치, EGR 밸브 컨트롤, 냉각수 팬 스위치 등의 디지털 신호를 들 수 있다.

또한, 전자식 현가장치와 관련된 신호로는 각 바퀴에 장착되어 있는 댐퍼의 상대적인 변위를 계산하기 위한 각각의 차체와 차축에 장착된 가속도 감지기 및 현가장치 ECU로 입력되는 차축 및 차체에 장착된 가속도 감지기, 차체 속도 감지기, 브레이크 스위치, 조향각 감지기, 횡방향 가속도 감지기, 전방 노면의 상태를 감지할 수 있는 초음파 감지기 등의 신호를 들 수 있다.

다음으로, 아날로그/디지털 변환부(150)는 상기 감지부(130)에서 출력되는 아날로그 감지신호를 그에 상응하는 디지털 신호로 변환을 하여 상기 중앙 제어부 (160)에 전달한다.

또한, 상기 트리거 감지부(140)는, 상기 전자제어유니트(120)와 연결되어, 입력 조건 및 출력 조건의 상황에 따라 상기 감지부(130)에서 출력되는 신호를 감지하여 트리거 발생 여부를 감지하고, 트리거가 감지되면 이를 중앙 제어부(160)에 전달한다.

상기 중앙 제어부(160)는, 블랙박스 장치 전체의 동작을 제어하는 부분으로서, 도면에는 도시하지 않았지만 내부적으로 NEC사의 V25중앙처리장치를 사용한다. 여기서 V25 중앙처리장치는 연산 명령 실행을 담당하는 CPU부분, 16Kbyte 내부 롬, 16비트의 인터벌 타이머, 20비트의 프리 러닝(Pre-running)동작을 하는 타임 베이스 카운터 등을 내장하고 있다. 그리고 상기 타이머를 이용하여 일정 주기의 샘플링 간격(약0.2초)으로 인터럽트를 걸어 감지 신호를 수신한다.

이와 같은 구성을 갖는 중앙 제어부(160)는, 상기 전원부(110), 전자 제어 유니트(120), 트리거 감지부(140), 아날로그/디지털 변환부(150)와 연결되고, 아날로그/디지털 변환부(150)에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장 데이터로 출력하고, 상기 트리거 감지부(140)에서 트리거가 감지되면 고장 원인을 분석하는 분석 시스템과 데이터 통신을 위한 제어를 수행하고, 고장 여부 및 블랙박스 장치의 내부 동작 상태를 표시하기 위한 제어신호를 발생한다.

한편, 표시부(170)는 블랙박스 장치의 내부 동작을 외부로 보여주는 램프 구동 회로를 구비하고, 달링톤 트랜지스터를 이용하여 램프를 구동시키고, 상기 중앙 제어부(160)의 출력포트에서 "하이신호"가 발생하면 램프를 오프시켜주는 방식으로 동작한다.

아래의 [표1]은 블랙박스 장치의 동작 상태에 따른 램프의 동작 상태를 보인 것이다.

동작 형태	램프 온/오프 상태
고장감지시	온(on)
노말 동작시	오프(off)
자료 송수신시	온(on)
내부 전원 등의 이상시	온/오프 반복

아울러 데이터 저장부(180)는 상기 중앙 제어부(160)에서 출력되는 차량 상태 데이터를 임시 기억장치(SRAM)에 일정한 시간간격으로 저장한다. 데이터가 일정한 영역만큼 저장되면 이를 비휘발성 메모리에 옮겨 저장해 두는데, 512kbyte의 메모리를 가진 28F400BV-T 플래시 메모리를 이용하여 저장하게 된다.

또한, 데이터 송수신부(190)는 상기 데이터 저장부(180)에 저장된 차량 상태 데이터를 통신 케이블을 통해 분석 시스템(200)으로 전송해주는 역할을 한다. 여기서 통신 방식은 RS-232C를 이용한 양방향 비동기 통신 방식을 사용한다. 자료 전송 속도는 전자 제어 유니트의 프로그램에 의해 변경 가능하고, 충돌 신호는 여러 번 받을 수 있다.

도5a 및 도5b는 상기와 같은 블랙박스 장치의 데이터 수집 흐름을 보인 도면이다.

효율적이고 신뢰성 있는 데이터 수집을 위해 다음과 같은 두 가지의 조건이 중촉되어야 한다.

첫째, 트리거 되었을 때 트리거 후 30초까지의 데이터뿐만 아니라 트리거 이전의 30초의 데이터를 기록하여야 한다. 이를 위하여 임시기억장소인 링버퍼, 에스램에 현재 시간 기준으로 바로 전 30초 동안의 데이터를 항상 기억시키고 있다가 트리건된 후에 이를 영구기억장소인 플래시 메모리에 옮겨 저장한다.

둘째, 플래시 메모리는 블록단위로 데이터를 지울 수 있게 되어 있으므로 데이터를 일정한 크기의 프레임 단위로 관리하는 것이 효율적이다. 이러한 프레임 관리 방법은 시간에 관한 정보를 프레임 단위로 붙일 수 있게 되므로, 메모리를 절약할 수 있고, 프레임 단위로 데이터의 보안체계를 구축할 수 있어 한 프레임내의 오류 또는 변경으로 인해 다른 프레임 데이터의 신뢰도에 영향을 미치지 않는다.

이러한 조건을 충족시키면서 데이터를 수집하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

감지부(130)에서 검출된 데이터는 블랙박스 장치가 동작하고 있는 한 지속적으로 일정한 샘플링 간격으로 임시 저장장소인 데이터 저장부(180)의 링버퍼에 저장된다. 즉, 도5a에 도시된 바와 같이, 감지부(130)에서 검출된 데이터가 링버퍼에 임시 저장된 후(S101), 버퍼내 유효 데이터 개수(ROOM)와 버퍼 입력 포인터를 하나씩 증가시킨다(S102).

이때 버퍼 입력 포인터가 최대값을 넘으면 0으로 초기화하고 다시 시작한다.

트리거로 인해 기록을 위한 트리거 조건(트리거 감지부에서 트리거 감지시)이 만족되는 경우, 도5b에 도시된 과정이 실행된다.

즉, 버퍼내 유효 데이터 개수(ROOM)가 기록을 위한 일정 한 크기를 충족했는지, 즉 프레임을 구성했는지 검사한 후(S201), 메모리의 저장 가능 공간을 확보한다(S202). 도면에서 UNIT는 1프레임의 길이를 뜻한다.

이후 버퍼내 유효 데이터 개수를 프레임 길이 만큼 감소시키고, 버퍼 소비 포인터를 프레임 길이 만큼 증가시킨다(S203).

이때 버퍼 소비 포인터가 최대값을 넘으면 0으로 초기화하고 다시 시작한다. 데이터 프레임에 대해 시간에 관한 정보를 부가하고(S204), 플래시 메모리의 저장위치 포인터를 증가시킨다. 이때 플래시 메모리의 저장 포인터 위치가 최대값을 넘으면 0으로 초기화하고 다시 시작한다.

다음 단계로 시간에 대한 정보가 부가된 프레인의 내용을 플래시 메모리에 저장한다(S205).

한편, 분석 시스템(200)은 상기 블랙박스 장치로부터 출력되는 데이터를 분석하여 고장 원인을 정확히 규명하는 작용을 한다.

도2는 상기 분석 시스템(200)의 일 실시예를 보인 것이다.

여기서, 참조부호 210은 상기 블랙박스 장치내의 데이터 송수신부(190)로부터 전송되는 데이터를 파일 형태로 변환하여 하드디스크(HDD)에 저장하고, 그 저장한 데이터를 일정 주기로 후단에 전송해주는 데이터 입력부를 나타내고, 참조부호 220은 상기 데이터 입력부(210)에서 출력되는 저장 파일을 디코딩, 소팅의 과정을 통하여 데이터를 처리하는 데이터 처리부를 나타내고, 참조부호 230은 상기 데이터 처리부(220)에서 출력되는 정렬된 데이터중 사용자가 필요로 하는 부분에 대한 데이터를 선택하고, 원인부와 결과부로 나누어 분석을 한 후 차량의 고장 원인을 규명하는 데이터 분석부를 나타내고, 참조부호 240은 상기 데이터 분석부(230)에서 분석된 데이터를 화상으로 재현해주는 데이터 표시부를 나타낸다.

여기서 데이터 입력부(210)는 데이터가 입력되는 통신포트와 입력된 데이터가 파일로 저장되는 하드디스크드라이버(HDD)를 구비하며, 데이터 표시부(240)는 통상의 컴퓨터용 모니터를 나타낸다.

이와 같이 구성된 분석 시스템(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 데이터 입력부(210)는 도6과 같은 과정을 통해 입력 데이터를 처리한다.

즉, 단계 S301에서 데이터 및 프로그램을 초기화한 후, 단계 S302에서 블랙박스 장치와 통신을 위해 통신포트를 연다. 그리고 단계 S303에서 입력 데이터가존재하는지를 체크하고, 그 결과 입력 데이터가 존재하면 단계 S304에서 데이터를 한 바이트씩 받아 파일로 HDD에 저장한다. 그리고 단계 S305에서 데이터 송신이 완료되었는지를 체크하고, 그 결과 데이터 송신이 완료된 경우에는 단계 S306에서 파일을 닫고 통신 포트를 정리한다.

이러한 과정으로 입력되는 데이터는 데이터 처리부(220)로 전달되고, 데이터 처리부(220)는 전달되는 파일 데이터를 디코딩, 소팅의 과정을 통하여 처리하고, 그 정렬된 데이터를 데이터 분석부(230)에 전달한다.

상기 데이터 분석부(230)는, 기록된 데이터를 기초로 하여 고장 원인을 분석하기 위해 필요한 각각의 전자 제어 유니트의 입력값과 출력값을 등을 원인부와 결과부로 나누어 표시하고, 분석을 시작한다.

여기서 고장 원인 분석의 대상이 전자식 현가장치일 경우, 가변댐퍼의 출력이 변하는 시점을 트리거 조건으로 설정하며, 다음과 같이 분석을 실시한다.

첫째, 입력부와 출력부의 노면 조건이 비슷한 상황인지를 분석한다.

둘째, 입력부의 댐퍼 단에 의한 효과와 출력부의 댐퍼단에 의한 효과를 비교한다.

셋째, 트리거된 후 기계적인 부분이 얼마나 빠르게 전자적인 신호를 추종하는지를 검토한다.

다시 말해 분석의 궁극적인 목적은 동일한 노면 조건에서 전자식 현가장치의 단이 바뀔 때 차량의 조종안정성과 승차감이 어떻게 변화하는지를 비교하고, 상황 변화에 전자식 현가장치가 어떻게 적응하는지를 확인하는 것이다.

그리고 입력부와 출력부의 노면 조건이 비슷한 상황인지를 분석하는 이유는 트리거 전후에 차량의 바퀴로부터 전해지는 충격 상황이 강도와 주파수 측면에서 동일한 조건인지를 판정하기 위함이다. 차량의 주행속도와 비포장 도로, 고속도로 등 노면의 상태에 따라 바퀴로 입력되는 충격의 강도와 주파수 성분이 변할 수 잇는 데, 이것이 일정한 값을 갖는가를 평가하는 것이다. 그러나 현실적으로 미리 정하여지지 않은 노면을 주행하는 차량에 장착하여 직접 노면의 상태를 추정할 수 있는 감지기는 없으므로, 본 발명에서는 도3과 같은 장치를 이용하여 이를 해결한다.

도3은 본 발명에서 적용되는 전자식 현가장치의 신호처리 블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 노면 수직 변위를 추정하는 노면 수직 변위 추정부(310)와, 상기 추정된 노면 수직 변위를 저역 필터링하는 저역필터(320)와, 상기 추정된 노면 수직 변위를 고역 필터링하는 고역필터(330)와, 상기저역필터 (320)의 출력 신호를 소정시간 누적하고, 그 누적치의 평균을 추출하는 제1평균기 (340)와, 상기 고역필터(330)의 출력신호를 소정시간 누적하고, 그 누적치의 평균을 추출하는 제2평균기(350)와, 상기 제1평균기(340)의 출력신호를 상기 제2 평균기(350)의 출력신호로 제산하여 그 결과치를 도로 종류값(W)으로 출력하는 제산기(360)와, 상기 노면 수직변위 추정부(310)에서 출력되는 노면 수직변위를 일정 시간 누적하고, 그 누적치의 평균을 구하여 평균값을 노면 수직변위값(H)으로 출력하는 제3평균기(370)로 구성된다.

또한, 상기 노면 수직 변위 추정부(310)는, 차체의 가속도()를 소정 레벨로 증폭하는 제1증폭기(311)와, 차축의 가속도()를 소정 레벨로 증폭하는 제2증폭기(312)와, 상기 차축의 가속도를 4차 고역 필터링하는 4차 고역 필터(313)와, 상기 4차 고역 필터(313)의 출력신호를 이중으로 적분하는 이중 적분기(314)와, 상기 이중 적분기(314)의 출력신호를 제한하여 적분값이 일측 방향으로 너무 큰 값을 갖는 것을 방지하는 지능형 리미터(315)와, 상기 제1 및 제2 증폭기(311)(312)와 상기 지능형 리미터(315)의 각 출력신호를 가산하여 노면의 수직 변위 추정치를 출력하는 가산기(316)로 구성된다.

이와 같이 구성된 전자식 현가장치의 신호처리 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 노면 수직 변위 추정부(310)는 차체의 가속도와 차축의 가속도를 가속도 감지기를 통해 입력받고, 노면의 수직변위 추정치인 h(t)를 아래와 같은 [수학식1]로 추정한다.

여기서,는 스프링 질량의 절대 변위를 나타내고,은 언 스프링 질량의 절대 변위를 나타내며, h는 노면의 절대 변위를 나타낸다.

또한, 차량 재원과 관련된 입력 파라메터는 통상적인 차량의 경우,는 스프링 질량(329),은 언 스프링 질량(45),은 타이어의 스프링 상수(21000)를 나타낸다.

한편, 도3에서 G(z)는 4차 고역필터(313)와 이중적분기(314)에 의해 얻어지는 전달함수로써 아래와 같은 [수학식2]를 통해 구현할 수 있다.

또한, 지능형 리미터(315)는 통상의 anti-windup 기능이 있는 제한기로써, 적분 값이 한 방향으로 너무 큰 값을 갖는 것을 방지해주는 역할을 한다.

한편, 추정치 h값에 의한 직접적인 평가는 너무 큰 맥동을 포함하여 평균값을 계산할 필요가 있다. 따라서 0.5초 주기의 평균값 H를 산출하여 결정한다. H의 산출은 EXP Mean 방식을 사용하며, 이러한 방법에 의한 h의 실효치 H는 아래와 같은 [수학식3]에 의해 결정된다.

여기서 샘플링 시간=10ms, 평균시간 Tm은 0.5s이다.

그리고 저역 필터(320)와 고역필터(330)는 통상의 주파수를 제한하는 기능을 갖는 필터이다.

다음으로 W는 도로가 긴 파장의 종류인지 또는 짧은 파장의 종류인지를 나타내는 것으로, 여러 주파수 성분중 우세한 성분을 측정하는 척도이며, 아래의 [수학식4]에 의해 산출된다.

여기서 H(0.5 - 2Hz)는 차체 공진 영역인 0.5에서 2Hz사이의 성분을, H(8 - 20Hz)는 차축 공진 영역인 8에서 20Hz의 성분을 나타낸다.

노면의 조건은 이상에서 설명한 바와 같이, H, W를 통해 파악할 수 있다. 따라서 트리거 기준 시점에서 전후에 노면 조건이 동일한지는 H, W의 값이 변화가 5%이내인지를 조사함으로써 가능하다.

본 발명에 의한 전자식 현가장치의 분석을 위한 실시예에서는 댐퍼의 단수가 변화하더라도 동일한 노면 조건이 유지되고 있는지를 파악한다.

다음으로 입력부의 댐퍼 단에 의한 효과와 출력부의 댐퍼단에 의한 효과를 비교한다.

일반적으로 고려되는 전자식 현가장치 평가기준은 대체로 다음과 같으며, 이와 같은 평가기준을 수식적으로 표현한 평가 지수 J를 계산할 수 있다.

1) 현가장치 메커니즘의 동작공간이 제한되어 있으므로, 현가장치의 변형이 너무 커서는 안 된다.

2) 타이어와 노면 사이의 접촉은 조종 안정성의 중요한 지표이며, 노면에 수직인 접촉력이 안정기준 이상이어야 한다.

3) 탑승자의 승차감은 차체 가속도에 비례하며, 그 값은 설정된 기준치 이하이어야 한다.

여기서는 액추에이터 변위,는 탑승자 가속도,는 각각에 대한 가중치를 나타낸다.

가중치를 결정하는 일반적인 방법은 다음과 같이 각각의 계수들을 물리적인 의미의 최대치로 졍규화시키는 것이다.

여기서는 각 변수들의 최대치이다.

예를 들어, 타이어 최대 변위()는 13.3mm, 구동기 최대 변위()는 42mm, 탑승자의 수직방향 가속도이다.

또한, 탑승자 가속도는 차체의 가속도와 같다고 볼 수 있으며, 액추에이터 변위는 각각의 차체의 가속도감지기와 차축의 가속도 감지기를 통상적인 방법으로 두 번 적분을 하여 그 차분을 구하면 된다.

이상과 같이 구하여진 평가지수를 트리거 시점의 시간을 0으로 할 때, 원인부에 대해서는, 즉, -30초부터 0까지의 구간에 대해서 구하고, 결과부에 대해서는즉, 0에서 30초까지를 구간으로 정해 구할 수 있다.

구하여진 결과값을 분석하므로 써 전자식 현가장치의 기능이 올바로 동작하고 있는지를 파악할 수 있다.

예를 들어, 댐퍼의 단이 댐핑계수가 적은 방향으로 조정되었을 때는 승차감에 대한 평가지수가 증가하고, 조종성에 대한 평가지수가 감소하며, 반대로 댐핑계수가 큰 방향으로 댐핑계수가 전환된 경우 평가지수도 반대로 나타난다. 고장에 의한 경우 이러한 평가지수의 비가 미리 정하여진 값이 나오지 않게 된다. 이러한 관계는 전자식 현가장치 설계시에 통상적으로 미리 정의되므로, 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.

다음으로, 트리거된 후 기계적인 부분이 얼마나 빠르게 전자적인 신호를 추종하는지를 검토한다. 이는 트리거 시점을 기준으로 그 이후의 각종 평가지수가 안정을 보이는 시간을 계산하여 소요된 시간이 원래의 기준보다 느려졌는지를 평가한다. 이는 대개 40msec에서 100msec정도의 시간을 갖는다. 이러한 소요시간은 전자식 현가장치 설계시에 통상적으로 미리 정의되므로 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.

도4는 이상과 같이 동작하는 본 발명의 전체적인 내용을 종합적으로 정리한 흐름도이다.

먼저 단계 S401에서는 검사할 전자 제어 유니트의 종류(예를 들어, 엔진 ECU, 전자식 현가장치 ECU, 에이비에스ECU 등)를 선택하고, 모델 등에 따라 적절한 케이블을 선택한다. 그리고 케이블을 연결하고 블랙박스를 장착한다.

단계 S402에서는 정정테스트를 실시하는 단계로써, 전원의 검지, 배선체크, 스위치, 감지기, 구동부 등을 적절히 장착하고 정상으로 동작되는지를 확인한다.. 이와 같은 테스트 내용은 기존의 진단장비 등에서 활용되고 있는 내용으로써, 주행시험에 앞서 이를 체크해보는 데 의미가 있다.

다음으로 단계 S403에서는 트리거 조건을 설정하는 단계로서, 고장이 일어날 조건을 설정한다. 예를 들어 엔지 미스화이어가 검지되는 조건으로는 스파크플러그를 연소실 화염내에 위치시키면 화염의 강도 즉, 이온농도에 따라 저항값이 변화하므로 바이어스 저항을 직렬 연결하여 신호원으로 작용하도록 구성할 수 있다.

이 신호와 TDC 신호, 크랭크 각속도 검출회로의 출력값의 위상이 동시에 변하는 상관관계가 있으면 정상적으로 동작하는 것이고, 그렇지 않으면 통상적으로 미스화이어의 요건으로 볼 수 있다. 이러한 조건을 검지하여 미스화이어를 찾아낼 수 있다.

다른 예로는, 전자식 현가장치의 경우에는 전자제어유니트의 연산에 의해 가변댐퍼의 단수가 바뀌는 순간을 기준으로 삼아 댐퍼단이 바뀌기 전후의 값을 비교할 수 있다.

다음으로, 단계 S404에서는 운전자가 차량의 주행을 통해 고장이 예상되는 영역에서 블랙박스를 장착한 상태로 주행을 충분한 시간동안 수행한다. 주행 중에 설정된 트리거 조건에 부합하는 상황이 발생되어 블랙박스 내용이 저장되면 단계 S404는 종료할 수 있다.

다음으로 단계 S405에서는 트리거가 작동되었는지를 판단하고, 이 판단 결과트리거가 발생한 것으로 판단되면, 단계 S406에서는 블랙박스 장치를 분석 시스템에 통신 케이블 등을 이용하여 연결하고 자료를 분석시스템에서 전송 받아 고장을 분석한다.

그리고 단계 S407에서는 고장의 내용을 수리하고 동작을 확인한다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 고장의 원인을 분석하기 위한 자료로 트리거 조건 전후의 필요한 모든 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 조건과 출력 조건을 총 망라하여 기록할 수 있으므로 추후 정확한 고장 분석이 가능해지는 이점이 있다.

또한, 미리 설정된 고장 조건, 감지기의 입력 및 트리거 조건 등에 따라 고장을 감지하고, 고장으로 감지되면 분석 시스템에 이를 전달하여 해당 고장의 정확한 분석 및 사후 조치가 가능토록 도모해주는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 전원이 필요한 각 부분에 유효 적절하게 전원을 공급해주는 전원부와;

   고장 원인 분석을 위한 각각의 센서, 감지기, 구동부에서 출력되는 신호를 전기적인 신호로 변환하는 감지부와;

   상기 감지부와 연결되고, 각각의 전자 제어 유니트(ECU)의 입력 및 출력 조건과 상기 감지부의 출력 신호를 대비하여 고장 유무를 판별하기 위한 트리거 여부를 감지하는 트리거 감지부와;

   상기 감지부에서 출력되는 전기적인 신호를 그에 대응하는 디지털 신호로 변환을 하는 아날로그/디지털 변환부와;

   상기 전원부, 전자 제어 유니트, 트리거 감지부, 아날로그/디지털 변환부와 연결되고, 아날로그/디지털 변환부에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장 데이터로 출력하고, 상기 트리거 감지부에서 트리거가 감지되면 고장 원인을 분석하기 위한 데이터 통신을 위한 제어를 수행하고, 고장 여부 및 블랙박스 장치의 내부 동작 상태를 표시하기 위한 제어신호를 발생하는 중앙 제어부와;

   상기 중앙 제어부에서 출력되는 차량 상태 데이터를 저장하는 데이터 저장부와;

   상기 중앙 제어부에서 출력되는 표시 제어신호에 따라 고장 여부 및 블랙박스 장치의 동작 상태를 시각적으로 표시해주는 표시부와;

   상기 중앙 제어부의 제어에 따라 상기 데이터 저장부에 저장된 차량 상태 데이터를 외부로 전송하는 데이터 송수신부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 블랙박스/고장분석 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터 송수신부와 케이블로 연결되고, 전송되는 차량 상태 데이터를 분석하여 고장 원인을 정확히 규명하는 분석 시스템을 더 포함하여 구성된 것을 됨을 특징으로 하는 자동차의 블랙박스/고장분석 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 분석 시스템은, 상기 데이터 송수신부로부터 전송되는 데이터를 파일 형태로 변환하여 하드디스크(HDD)에 저장하고, 그 저장한 데이터를 일정 주기로 후단에 전송해주는 데이터 입력부와; 상기 데이터 입력부에서 출력되는 저장 파일을 디코딩, 소팅의 과정을 통하여 데이터를 처리하는 데이터 처리부와; 상기 데이터 처리부에서 출력되는 정렬된 데이터중 사용자가 필요로 하는 부분에 대한 데이터를 선택하고, 원인부와 결과부로 나누어 분석을 한 후 차량의 고장 원인을 규명하는 데이터 분석부와; 상기 데이터 분석부에서 분석된 데이터를 화상으로 재현해주는 데이터 표시부로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 블랙박스/고장분석 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 데이터 분석부는,

   고장 원인 분석의 대상이 전자식 현가장치일 경우, 가변댐퍼의 출력이 변하는 시점을 트리거 조건으로 설정하고, 입력부와 출력부의 노면 조건이 비슷한 상황인지를 분석하며, 입력부의 댐퍼 단에 의한 효과와 출력부의 댐퍼단에 의한 효과를 비교하고, 트리거된 후 기계적인 부분이 얼마나 빠르게 전자적인 신호를 추종하는지를 검토하여 전자식 현가장치의 고장 원인을 분석하는 것을 특징으로 하는 자동차의 블랙박스/고장분석 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 고장 원인 분석의 대상이 전자식 현가장치일 경우, 상기 데이터 분석부는, 노면 수직 변위를 추정하는 노면 수직 변위 추정부와, 상기 추정된 노면 수직 변위를 저역 필터링하는 저역필터와, 상기 추정된 노면 수직 변위를 고역 필터링하는 고역필터와, 상기 저역필터의 출력 신호를 소정시간 누적하고, 그 누적치의 평균을 추출하는 제1평균기와, 상기 고역필터의 출력신호를 소정시간 누적하고, 그 누적치의 평균을 추출하는 제2평균기와, 상기 제1평균기의 출력신호를 상기 제2 평균기의 출력신호로 제산하여 그 결과치를 도로 종류값(W)으로 출력하는 제산기와, 상기 노면 수직변위 추정부에서 출력되는 노면 수직변위를 일정 시간 누적하고, 그 누적치의 평균을 구하여 평균값을 노면 수직변위값(H)으로 출력하는 제3평균기를 구비하여 전자식 현가장치의 고장 원인을 분석하기 위한 데이터를 입력받는 것을 특징으로 하는 자동차의 블랙박스/고장분석 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 노면 수직 변위 추정부는, 차체의 가속도()를 소정 레벨로 증폭하는 제1증폭기와, 차축의 가속도()를 소정 레벨로 증폭하는 제2증폭기와, 상기 차축의 가속도를 4차 고역 필터링하는 4차 고역 필터와, 상기 4차 고역 필터의 출력신호를 이중으로 적분하는 이중 적분기와, 상기 이중 적분기의 출력신호를 제한하여 적분값이 일측 방향으로 너무 큰 값을 갖는 것을 방지하는 지능형 리미터와, 상기 제1증폭기와 제2 증폭기 및 상기 지능형 리미터의 각 출력신호를 가산하여 노면의 수직 변위 추정치를 출력하는 가산기를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차의 블랙박스/고장분석 장치.