KR20040046820A

KR20040046820A - 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법

Info

Publication number: KR20040046820A
Application number: KR1020020074850A
Authority: KR
Inventors: 이주헌
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-05

Abstract

마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법이 개시된다. 개시된 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법은, (a) 차량에 설치된 마이크로폰을 이용하여 소음을 측정하고, 스펙트럼 분석을 통하여 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 시그널 파워를 계산하며, 계산된 상기 시그널 파워를 주파수 영역별로 구분하여 래틀 소음 발생을 주파수 크기로 계산하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)와 동시에 수행되는 과정으로, 크랭크각 센서를 읽고 엔진의 회전수를 확인하고, 각속도를 연산하며, 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 파워 스펙트럼 분석을 통하여 PSD값을 구하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 구한 상기 PSD값이 미리 정한 임의 값보다 큰지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하면, 상기 단계 (a)의 수행 결과와, 상기 단계 (b) 및 (c)를 수행한 결과 데이터를 이용하여, 래틀 소음의 발생 유무를 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 래틀 소음이 발생된 경우, 점화시기를 지각시키고, 공기량을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 래틀 소음 발생 여부를 최종 확인하여 제어에 들어가므로 로직 수행에 따른 오작동의 가능성을 배제할 수 있는 이점이 있다.

Description

마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법{METHOD OF MEASURING AND CONTROLLING RATTLE NOISE USING MICROPHONE}

본 발명은 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 래틀 소음(rattle noise)의 발생을 정량적으로 계측하고, 그크기가 일정 이상일 경우 이를 줄이기 위한 마이크로폰(microphone)을 이용한 래틀 소음 측정방법에 관한 것이다.

예컨대, 기어(gear)의 래틀 소음이란, 엔진에서 회전수 변동이 발생할 때 서로 물리지 않은 기어간의 백래시(backlash)에 의하여 발생하는 소음을 말한다.

최근의 엔진 제어로직을 보면 전에 비하여 아이들(idle)시 엔진의 회전수(이하, rpm이라 함) 변동의 폭은 커지면서 일정하게 제어를 하는 경향을 가지고 있다.

도 1은 그 한 예로, 엔진의 아이들 상태에서의 rpm 변동을 시간에 대하여 나타낸 그림이다. 도 1은 종래의 기술에 적용된 제어로직을 적용한 것이고, 도 2는 최근의 빠른 응답(Fast Response) 방법을 적용한 것이다.

도 1,2에서 알 수 있듯이 도 1의 경우에는 아이들시 제어는, 공기를 이용하기 때문에 응답성이 늦은 경향을 나타내지만 도 2의 경우는, 제어방식에 점화시기제어를 통한 빠른 응답 방법을 추가로 적용하여 시간에 대한 엔진 회전수 변동량은 커지지만 일정한 패턴(pattern)을 가지는 것을 알 수 있다.

이러한 rpm 변동에 의하여 변속기로 전달되는 회전력은 아래의 경우가 위의 경우에 비하여 더 크게됨을 알 수 있다. 따라서 래틀 소음 측면에서는 이러한 최근의 제어 방식의 적용으로 인하여 더 악화되는 경향을 나타낸다.

하지만, 이러한 래틀 소음 측면에서의 불리함에도 불구하고 최근 경향은 엔진의 아이들시 부조화를 최소화하고자 빠른 응답 방법을 적용한 로직을 채택하고 있다.

그리고 아이들시 rpm은 적절한 설정 회전수 예컨대, 700~800rpm사이의 값을가지고 있다.

또한 최근의 제어 경향은 이러한 목표 rpm을 기준으로 안정적인 변동을 유지하기 위하여 점화시기 및 공기량의 적절한 제어를 하고 있다.

하지만, 차량의 운전 연수가 오래 될 수록 엔진 각 부품의 마모 및 기타 여러 가지 원인으로 인하여 엔진이 부조화하게 된다. 따라서 rpm 변동량이 커지게 되어 여러 가지 소음이 발생한다.

이러한 소음 예컨대, 래틀 소음 측정 및 제어방법은 차량의 변속기 케이스(case)에 가속도 센서를 설치하여 진동을 정량적으로 계측하고 이를 기준으로 제어로직의 적용여부를 결정하여 엔진의 운전 상태를 항상 최적화하도록 하는 로직이다.

그러나, 돌발적인 상황 예컨대, 차량이 정차해 있을 경우 주변으로 다른 차량들이 지나가면서 그 영향으로 차체가 진동을 할 경우 변속기 케이스도 역시 같이 진동을 하여 오작동 할 가능성이 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 빠른 응답 방법을 적용한 엔진에서 rpm 변동량을 최소화하면서 래틀 소음 측면에서 유리한 환경을 조성하도록 엔진의 연료량 및 공기량을 적절히 제어하기 위하여 차량의 실내에 마이크로폰을 설치하여 이를 통한 소음 신호를 같이 측정하고 이것을 래틀 소음 발생시 나오는 소음과 상호 비교하여 래틀 소음의 발생 여부를 확인하도록 하여 제어를 수행하므로 오작동의 가능성을 배제토록 한 마이크로폰을 이용한 래틀 소음측정 및 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 엔진의 아이들 상태에서의 엔진의 회전수 변동을 시간에 대하여 나타내 보인 기존 및 최근의 비교 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.

도 4는 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법에 적용된 마이크로폰이 차량에 설치된 상태를 나타내 보인 도면.

도 5는 래틀 소음이 발생하지 않는 조건의 각 데이터 그래프.

도 6은 래틀 소음이 발생하는 조건의 각 데이터 그래프.

도 7은 마이크로폰으로 실내 소음을 측정한 결과 및 그 처리를 나타낸 그래프.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법은, (a) 차량에 설치된 마이크로폰을 이용하여 소음을 측정하고, 스펙트럼 분석을 통하여 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 시그널 파워를 계산하며, 계산된 상기 시그널 파워를 주파수 영역별로 구분하여 래틀 소음 발생을 주파수 크기로 계산하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)와 동시에 수행되는 과정으로, 크랭크각 센서를 읽고 엔진의 회전수를 확인하고, 각속도를 연산하며, 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 파워 스펙트럼 분석을 통하여 PSD값을 구하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 구한 상기 PSD값이 미리 정한 임의 값보다 큰지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하면, 상기 단계 (a)의 수행 결과와, 상기 단계 (b) 및 (c)를 수행한 결과 데이터를 이용하여, 래틀 소음의 발생 유무를 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 래틀 소음이 발생된 경우, 점화시기를 지각시키고, 공기량을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법은, 우선, 도 4에 도시된 바와 같이 차량 예컨대, 이 차량의 운전석 일측설치된 마이크로폰(11)을 이용하여 차량의 실내 소음을 측정하고, 상기와 같이 측정된 실내 소음을 스펙트럼 분석을 통하여 주파수 분석을 위한 FFT(Fast Fourier Transformation; 이하 FFT) 계산을 수행한다.(단계 110,120)

상기 단계 120을 수행하여 시그널 파워(signal power)(R1(l),R2(l))를 계산하고, 이렇게 계산된 시그널 파워를 주파수 영역별로 구분하여 래틀 소음 발생을 주파수 크기로 계산한다.(단계 130,140,150)

상기 단계 140에서 상기 시그널 파워의 주파수 영역별로의 구분은 예컨대, 두 영역 즉, 아래와 같이 제1, 2영역으로 구분한다.

파워1=파워[주파수(900:1000], 파워2=파워[주파수(1300:1400]

그리고 상기 단계 150에서 상기 래틀 소음 발생을 주파수 크기로의 계산은, 아래의 식 1로 계산된다.

[ 식 1]

R1(l)=find[파워1=====max[파워1]]

R1(2)=find[파워2=====max[파워2]]

이어서, 상기 단계 110 내지 150의 과정으로 이루어진 단계 100과 동시에 수행되는 과정이 수행된다.

우선, CPS(Crank Position Sensor) 또는 CAS(Crank Angle Sensor)를 읽고, rpm을 측정하고, 동시에 변속기 케이스에 정착된 가속도 센서를 이용하여 진동도를 측정하며, 이를 통해 각속도 및 각가속도를 연산한다.(단계 210,220,230)

상기 단계 210에서 또한 아이들 상태의 확인을 위해 TPS(Throttle PositionSensor)의 스로틀각 신호를 읽는다. 이때, TPS의 값이 0V이면, 아이들 상태로 인식한다.

상기 단계 220에서, 상기 각속도(V)의 계산은, rpm의 스트로크(stroke)를 고려하여 m/s로 계산한다. 이를 수식으로 나타내 보면 아래의 식 2와 같다.

[ 식 2]

V = rpm × (2×스트로크/60)

이어서, 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 파워 스펙트럼 분석을 통하여 PSD값을 구한다.(단계 240)

상기 단계 240에서 구한 상기 PSD값이 미리 정한 임의값 예컨대, 20보다 큰지 판단한다.(단계 250) 상기 단계 240에서 미리 정한 임의값 20은 일반적인 차량에서의 래틀 소음이 발생되지 않은 조건에 해당하는 PSD값이다.

상기 단계 250의 조건을 만족하면, 상기 단계 100의 수행 결과와, 상기 단계 200을 수행한 결과 데이터를 이용하여, 래틀 소음의 발생 유무를 판단한다.(단계 310)

상기 단계 310에서의 래틀 소음의 발생 유무는, 상기한 바와 같이, 상기 마이크로폰(11)에서 측정한 차량의 실내 소음의 신호를 주파수 분석하고, 이 주파수 분석 후 시그널 파워를 계산하며, 래틀 소음이 발생할 때 나타나는 특이 주파수대에서 각각의 시그널 파워를 정의하여, 그 각각의 주파수 밴드에서 최고값을 계산하여 판단한다.

상기 단계 310에서 래틀 소음이 발생된 경우, 점화시기를 지각(retard)시키고, 공기량을 감소시킨다.(단계 410)

상기 단계 410은, 엔진에 미치는 영향을 미리 고려하여 변동값을 정한다. 일반적으로 1도씩 빼나가도록 한다. 그리고 빠른 응답을 위하여 점화시기를 지각시킨 후, 이를 다시 공기량 보정을 통하여 다시 한 번 더 제어한다. 이때 상기 공기량 제어는 아이들 스피드 액추에이터 컨트롤러(ISAC; Idle Speed Actuator Controller)를 이용하여 아이들 스피드 액추에이터(ISA)의 밸브가 열리는 개도를 조절하여 이루어진다.

그리고 상기 단계 310에서 래틀 소음이 발생된 경우, 상기 단계 410의 수행과 동시에 수행되는 과정으로, rpm 변동량을 계산한다.(단계 510)

상기 단계 510에서 계산된 rpm 변동량이 임의의 기준값보다 큰지 판단하여 아이들 부조화가 발생할 여부를 결정한다.(단계 520)

상기 단계 520에서의 조건을 만족하는 경우, 아이들 부조화가 발생한 것으로 보고, 이를 보정하기 위한 점화시기를 진각(advance)시킨다.(단계 530)

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법은, 빠른 응답을 적용한 로직을 채택하는 새로운 경향에 맞추어 빠른 응답 방법을 적용한 엔진에서 rpm 변동량을 최소화하면서 래틀 소음 측면에서 유리한 환경을 조성하도록 엔진의 연료량 및 공기량을 적절히 제어하기 위하여 운전석에 예컨대, 소형 마이크로폰을 설치하여 이를 통한 소음 신호를 같이 측정하고 이것을 기존에 입력한 래틀 소음 발생시 나오는 소음과 상호 비교하여 래틀 소음 발생 여부를 최종 확인하여 제어에 들어 갈 수 있도록 한 것이다.

그리고 본 발명은, rpm을 각속도로 변환한 후, 이를 시간으로 다시 나누어주어 각가속도를 구한다. 이때 구해진 각가속도를 FFT 처리를 하면 엔진의 화이어링 오더(Firing Order)에 해당하는 주파수대에서 스펙트럼의 크기를 구한다.

이 값이 일정값(보통 20) 이상이 되면 래틀 소음이 발생하는 가능성은 매우 커지게 된다.

한편, 첨부한 도 5는 래틀 소음이 발생하지 않는 조건의 각 데이터 그래프이고, 도 6은 도 5와는 반대로 래틀 소음이 발생하는 조건의 각 데이터 그래프를 나타낸 것이다.

그리고 도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로폰(11)으로 실내 소음을 측정한 결과 및 그 처리를 나타낸 그래프이다.

도시된 바와 같이, 래틀 소음 발생시는 아래의 그림과 같이 1kHz와, 1.4kHz대에서 크게 튀는 것을 알 수 있다.

따라서 이러한 결과를 이용하여 차량의 실내 소음을 계측하고 이것을 초기 설정치와 상호 비교하여 그 크기가 초기 설정치에 해당하고 주파수대가 맞으면 래틀 소음이 발생한다고 인식하게 된다.

도 7에서, R1(0), R2(0)는 래틀 소음 발생시의 각 주파수대에 해당하는 시그널 파워를 의미한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

래틀 소음 발생 여부를 최종 확인하여 제어에 들어가므로 로직 수행에 따른 오작동의 가능성을 배제할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

(a) 차량에 설치된 마이크로폰을 이용하여 소음을 측정하고, 스펙트럼 분석을 통하여 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 시그널 파워를 계산하며, 계산된 상기 시그널 파워를 주파수 영역별로 구분하여 래틀 소음 발생을 주파수 크기로 계산하는 단계와;

(b) 상기 단계 (a)와 동시에 수행되는 과정으로,

크랭크각 센서를 읽고 엔진의 회전수를 확인하고, 각속도를 연산하며, 주파수 분석을 위한 FFT 계산을 수행하여 파워 스펙트럼 분석을 통하여 PSD값을 구하는 단계와;

(c) 상기 단계 (b)에서 구한 상기 PSD값이 미리 정한 임의값보다 큰지 판단하는 단계와;

(d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하면, 상기 단계 (a)의 수행 결과와, 상기 단계 (b) 및 (c)를 수행한 결과 데이터를 이용하여, 래틀 소음의 발생 유무를 판단하는 단계와;

(e) 상기 단계 (d)에서 래틀 소음이 발생된 경우, 점화시기를 지각시키고, 공기량을 감소시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법.
제1항에 있어서,

(f) 상기 단계 (d)에서 래틀 소음이 발생된 경우, 상기 단계 (e)의 수행과 동시에 수행되는 과정으로, 엔진의 회전수 변동량을 계산하는 단계와;

(g) 상기 단계 (f)에서 계산된 엔진의 회전수 변동량이 임의의 기준값보다 큰지 판단하여 아이들 부조화가 발생할 여부를 결정하는 단계와;

(h) 상기 단계 (g)에서의 조건을 만족하는 경우, 아이들 부조화가 발생한 것으로 보고, 이를 보정하기 위한 점화시기를 진각시키는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 단계 (e)는,

엔진에 미치는 영향을 미리 고려하여 변동값을 정하고, 빠른 응답을 위하여 점화시기를 지각시킨 후, 이를 다시 공기량 보정을 통하여 다시 한 번 더 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰을 이용한 래틀 소음 측정 및 제어방법.