KR20130100781A - 운송 수단의 드라이브 트레인 내의 비틀림 댐퍼의 진단 방법 - Google Patents

운송 수단의 드라이브 트레인 내의 비틀림 댐퍼의 진단 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법으로서, 구동 트레인(1)을 제공하는 단계로서, 상기 구동 트레인(1)은, 구동 토크를 생성하기 위한 구동부(5), 특히 내연 기관, 구동부(5)에 결합되고 구동 토크를 출력 샤프트(9)에 전달하기 위한 구동 샤프트(6), 특히 크랭크 샤프트, 및 구동 샤프트(6)에 연결되고 구동 샤프트(6)의 비틀림 진동을 감쇠시키기 위한 비틀림 댐퍼(19)를 포함하는, 구동 트레인(1)을 제공하는 단계; 기준 상태에서 구동 샤프트(6)의 기준 진동 신호(Nref, N'ref)를 획득하는 단계; 상기 기준 상태에서 벗어난 작동 상태에서 구동 샤프트(6)의 작동 진동 신호(NB, N'B)를 획득하는 단계; 및 기준 진동 신호(Nref, N'ref)를 작동 진동 신호(NB, N'B)와 비교하는 단계를 포함하는, 운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법에 관한 것이다.

Description

운송 수단의 드라이브 트레인 내의 비틀림 댐퍼의 진단 방법{DIAGNOSTIC METHOD FOR A TORSIONAL VIBRATION DAMPER IN A DRIVE TRAIN OF A VEHICLE}
본 발명은 운송 수단의 드라이브 트레인 내의 비틀림 댐퍼의 진단 방법에 관한 것이다.
내연기관(internal combustion engine)은 보통 비틀림 진동 댐퍼- 아래에서는 비틀림 진동 댐퍼로서 지칭됨-를 크랭크 샤프트의 형태인 드라이브 샤프트의 자유단에서 갖는다. 비틀림 댐퍼는 요구되지 않는 드라이브 샤프트의 비틀림 진동을 감소시키는 역할을 한다. 비틀림 댐퍼의 손상(falure)은 드라이브 샤프트의 파손으로 이어질 수 있다. 그러므로, 비틀림 댐퍼들은 드라이브 트레인의, 따라서 드라이브 샤프트의 비틀림 진동 에너지를 제거하는 역할을 수행한다. 계속적인 비틀림 댐퍼의 응력 작용(stressing) 때문에, 비틀림 댐퍼의 작동 상태에 나쁜 영향을 끼칠 수 있는 결함이 발생될 수 있다. 구체화된 결함은 비틀림 댐퍼의 사용 연한 동안에 갑자기 또는 서서히 발생될 수 있다.
이에, 본 발명은 적은 비용(expenditure)으로 비틀림 댐퍼를 신뢰성있게 모니터링하는 것을 허용하는 비틀림 댐퍼의 진단을 위한 방법을 제공하는 목적을 기초로 한다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징들을 포함하는 방법에 의해 달성된다. 본 발명은 비틀림 댐퍼의 진단이, 기준 진동 신호와 작동 진동 신호를 비교하는 것, 기준 상태에서 획득된 구동 샤프트의 기준 진동 신호와 기준 상태에서와는 편차가 있는 작동 상태에서 획득된 구동 샤프트의 작동 진동 신호에 근거한 비틀림 댐퍼의 진단을 허용하는 것에 의해 수행될 수 있음을 인식하고 있다. 이러한 목적을 위하여 구동 트레인에 구동 토크를 생성하는 구동부가 제공되고, 이 구동부는 내연 기관으로서 구현될 수 있다. 또한, 구동 트레인은 구동부에 결합된 구동 샤프트를 포함하고 구동 토크를 출력 샤프트로 전달하는 목적을 갖는다. 구동 샤프트는 바람직하게, 크랭크 샤프트로서 구현될 수 있다. 또한, 구동 트레인은 구동 샤프트에 연결된 비틀림 댐퍼를 포함하고 구동 샤프트의 비틀림 진동을 감쇠시키는 목적을 갖는다.
청구항 제2항에 청구된 바와 같은 방법에서, 기준 상태에서 및 작동 상태에서 진동 신호로서 회전 속도 신호를 사용하는 것은 구동 샤프트의 진동 거동의 직접적 모니터링을 허용한다. 구동 샤프트의 진동 거동의 변동은 회전 속도 신호에 직접적으로 작용한다. 이러한 이유는 비틀림 댐퍼의 감쇠 거동 및 이로 인한 구동 샤프트의 진동 거동이 실질적으로 비틀림 댐퍼의 관성 모멘트에 의해 결정되는 것에 기인한다. 따라서, 비틀림 댐퍼 내에서 발생하는 결함은 비틀림 댐퍼의 안착부에서 구동 샤프트의 기계적 파라미터의 변동을 초래하며, 이로써, 기계적 파라미터들의 변동이 구동 샤프트의 진동 거동 및 이로 인한 구동 트레인의 진동 거동에 영향을 미치게 된다.
청구항 제3항에서 청구된 바와 같은 방법에서, 신호들의 분석은 주파수 영역에서 전송된 회전 속도 신호를 평가하는 데 있어 유리한 것으로 입증되었다. 이는 구동 샤프트의 적어도 하나 이상의 엔진 명령의 진폭을 추출하는 것을 가능하게 한다. 이는, 특히, 낮은 엔진 명령, 즉, 점화 명령보다 낮은 명령들을 평가하는 것으로 특히 편법적으로 알려져 있다. 1.5차 엔진 명령의 선택은, 예를 들어, 직렬 장착된 육기통 엔진 내의, 비틀림 댐퍼의 파라미터들의 변동에 특히 민감하게 작용하고, 이에, 변동된 진동 신호의 분석에 대해 특히 적합하다.
청구항 제4항에서 청구된 바와 같은 방법에서, 신호들을 평가하는 것은 직접적이고 신뢰성있고 저비용인 비틀림 댐퍼의 진단을 허용한다. 추출된 구동 샤프트의 엔진 명령의 진폭 신호들은 주파수 분석 동안 직접적으로 평가될 수 있다.
청구항 제5항에서 청구된 바와 같은 진폭 합산값을 갖는 방법은 기준 특성값에 개선된 감도가 제공되는 것을 허용하며, 이로써, 구동 샤프트의 진동 거동의 작은 편차들 및 이로 인한 비틀림 댐퍼의 결함들이 이미 일찍 감지되게 된다.
청구항 제6항에서 청구된 바와 같은 방법은 왜곡되지 않은 본래의 구동 샤프트의 진동 거동이 결정되는 것을 허용한다.
청구항 제7항에 청구된 바와 같은 방법에 의해, 진폭 값들은 서로 직접적으로 및 저비용으로 비교된다. 이러한 비교는 어떤 경우이건 모터 운송 수단에 있는 제어 유닛 내에서 수행될 수 있으며, 이로써 추가적인 모니터링/ 폐루프 제어 유닛들이 본 발명에 따른 방법에 필수적이지 않게 된다.
청구항 제8항에 청구된 바와 같은 방법은 구동 샤프트의 진동 거동 및 이로 인한 비틀림 댐퍼의 감쇠 거동 유발되는 결과를 허용한다.
청구항 제9항에 청구된 바와 같은 방법은 양호한 시간에서 변동된 감쇠 거동으로 인한 비틀림 댐퍼의 가능한, 예상되는 결함에 대한 경고를 신호로 알린다. 이에, 비틀림 댐퍼는, 그것이 손상되는 것 및 그로 인한 파손 이전에, 특히 수선 불가능한 파손 이전에, 교체되는 것이 가능하게 된다. 진폭 편차에 대한 사전 정의 가능한 공차 범위는 사용되는 비틀림 댐퍼 및 운송 수단의 적용에 관한 함수로서, 즉, 내연기관에 관한 함수로서, 설정될 수 있다. 진행중인 작동 동안에 공칭 범위를 초과하는 것 또는 그것에 미치지 못하는 것은 비틀림 댐퍼의 결함에 대한 지표로서 감지될 수 있다. 특히, 구동 샤프트 내의 균열들은 비틀림 댐퍼의 신속한 교환에 의해 회피될 수 있다.
결과적으로, 이러한 방법은 구동 샤프트의 하나 이상의 엔진 명령의 평가에 근거하는 예방 조치를 제공한다.
청구항 제10항에 청구된 바와 같은 방법은 저장된 진동 신호들의 기준 특성 값에 대한 개선된 데이터 베이스를 제공한다. 이는, 기준 진동 신호들은 일반적으로 엔진 회전 속도에 종속되기 때문에, 진단 방법이, 특히, 넓은 범위의 적절한 엔진 회전 속도들 및, 특히, 내연 기관의 전체 회전 속도 범위에 대해 더 좋게 적용되는 것을 가능하게 한다. 이는 측정된 작동 진동 신호에 상응하는, 구체적인 구동 설정값 회전 속도에 대한 기준 진동 신호를 선택하는 것을 가능하게 하고, 이들을 서로 비교하는 것을 가능하게 한다. 결과적으로, 신호들의 비교의 정확도 및 이로 인한 진단 방법의 정확도 및 신뢰성이 전반적으로 향상된다.
청구항 제11항에 청구된 바와 같은 방법은 기준 특성 값의 증가된 신뢰성을 유발한다. 선택된 구동 설정값 회전 속도에 대한 복수의 기준 값들을 평균 내는 것에 의해, 상대적으로 높은 레벨의 통계적인 신뢰성이 달성된다. 이와 관련하여, 기준 값들을 평균 내는 것은 시간 영역에서 또는 각도 영역에서, 즉, 주파수 분석이 수행되기 이전에, 또는 각도 주파수 영역에서, 즉, 주파수 분석이 수행된 이후에, 일어날 수 있다.
청구항 제12항에 청구된 바와 같은 방법은, 진동 신호의 획득을 위한 정상상태 회전 속도의 조건을 필수적으로 준수해야 되는 것이 아니기 때문에, 기준 진동 신호 및 작동 진동 신호의 획득을 단순화한다. 이로 인해, 이는 문제가 있을 수 있는데, 왜냐하면, 예를 들어 공기 저항, 하강 또는 상승 이동로(carriageway)로 인한 또는 유사한 외부 영향의 결과로서 구동 회전 속도가 정상 상태이지 않아서, 정상 상태 회전 속도는 빈번하게 제한된 길이의 신호 구역 내에서만 유지되기 때문이다. 예를 들어, 스무 번 연속하는 정상 상태 기준 진동 신호들의 계획된 획득의 경우에서, 그러한 싸이클의 획득은 시간-소모적이고 이로 인해 비용발생적 일 수 있다. 추세 보상을 고려함으로써, 그럼에도, 디지털 측정 신호 내의 측정 신호 추세를 보상하여 생성되는 준 정상 상태(quasi-steady-state) 신호에 근거하는 주파수 분석을 수행함으로써, 진동 신호들을 높은 정확도로 획득하는 것이 가능하다. 이는 하강 또는 상승 회전 속도 추세들을 보상하는 것을 가능하게 한다. 측정 신호 추세를 결정하고 보상하는 것은 실제 측정 신호가 정상 상태에 있는 지 또는 비 정상 상태에 있는 지와 무관하게 주파수 분석을 수행하는 것을 가능하게 한다. 결론적으로, 주파수 분석은, 획득된 정보의 정확도가 이로 인해 악영향을 받는 것 없이, 임의의 요구되는 내연 기관의 상태에 대해 수행될 수 있다. 기초적 경향이 더 이상 주파수 분석에 악 영향을 미치지 않는 것의 결과로서, 추세 보상은, 예를 들어, 측정 신호에 지장을 주는 기초적 경향을 제거함으로써, 수행될 수 있다. 추세들은 결과적인 준 정상 상태 신호로부터 제거되고, 측정 신호의 보상 동안 부정확도로 인하여 아마 남아있는 비 정상 상태 프로파일(profile)은, 주파수 분석에 의해 얻어진 정보가 그것의 정확도에 중대한 악영향을 미치는 것이 아닌 것의 결과로서, 분리될 수 있다.
청구항 제13항에 청구된 바와 같은 방법에서, 구동 샤프트상의 비틀림 댐퍼의 배열상의 구동 샤프트의 비틀림 진동들은 특히 효과적으로 감쇄된다. 구동 샤프트의 자유단에서, 비틀림 진동의 비교적으로 큰 진폭들이 발생할 수 있다. 구동 샤프트의 자유단에서 비틀림 댐퍼의 배열의 결과로서, 이러한 진동 진폭들은 특히 효과적으로 감쇄된다. 대응하여, 비틀림 댐퍼의 감쇠 거동의 변동들은 구동 샤프트의 진동 거동에 특히 명확한 효과를 갖는다.
청구항 제14항에 청구된 바와 같은 방법을 수행하는 것은 개별적인 실린더들의 영향으로부터 실질적으로 결합 해제된(decoupled) 기준 진동 신호의 획득을 허용한다.
구동부가 과동작 모드에서 활성화되지 않는 사실의 결과로서, 회전 속도 신호상의 실린더 종속적인 분사 작용의 영향들은 배제될 수 있다. 과동작 모드에서, 구동 샤프트 기구의 영향들은 실질적으로 회전 속도 신호에서 나타난다. 대안적으로, 본 발명의 방법을 활성화된 작동 모드에 적용하는 것 또한 가능하고, 이 경우, 분사 작용은 획득된 신호들을 저해시키지 않는 것이 보장되어야만 한다.
청구항 제15항에 청구된 바와 같은 방법에서, 진동 보상은 구동부 및 구동 샤프트내의 클러치 사이의 회전 진동들이 감소되는 것을 허용한다.
본 발명의 추가적인 이점들 및 특징들은, 도면을 참조하여, 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예들에 대하여 후술되는 설명에서 찾을 수 있다.
도 1은 비틀림 댐퍼를 갖는 모터 운송수단의 구동 트레인의 도식적인 도면을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 내연 기관의 확대된 기초 도면을 도시한다.
도 3은 각도 범위에서 기준 진동 신호 및 작동 진동 신호의 도식적인 도면을 도시한다.
도 4는 각도 영역에서 도 3에 따른 진동 신호들의 1.5차 엔진 명령의 프로파일을 도시한다.
도 5는 1.5차 엔진 명령의 추출된 진폭 값들과 함께 그것들로부터 계산되는 진폭 편차들 및 진폭 편차에 대한 공차 범위를 도시한다.
도 6은 다양한 엔진 명령들의 추출된 진폭 값들과 함께 그것들로부터 계산된 가중된 진폭 합산 값을 도시한다.
후술될 명세서에서, 본 발명에 따른 진단 방법을 수행하기 위한 모터 운송 수단의 구동 트레인(1)은 도 1 및 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 구동 트레인(1)은 클러치(2)를 포함하고, 이는 구동 트레인(1)을 구동 측부(3) 및 출력 측부(4)로 분리한다. 구동 측부(3)는 크랭크 샤프트 형태인 구동 샤프트(6)를 통해 구동측 제1 클러치 요소(7)에 연결된 내연 기관의 형태인 구동부(5)를 포함한다.
출력 측부(4)상에서, 구동 트레인(1)은 출력 샤프트(9) 및 그 내부에 통합된 변속기(10)를 통해 차동 장치(11)에 연결된 출력측 제2 클러치 요소(8)를 포함한다. 차동 장치(11)는 차례로 기어 샤프트(12)를 통해 드라이브 기어(13)에 연결된다.
클러치(2)의 개방 상태에서 클러치 요소들(7, 8)이 서로에 대해 지탱하지 못하는 것 및 클러치(2)의 폐쇄 상태에서 클러치 요소들(7, 8)이 서로에 대해 지탱하는 것의 결과로, 클러치 요소들(7, 8)은 서로에 대해 변위될 수 있고, 이는 클러치(2)에 의해 토크가 구동 측부(3)로부터 출력 측부(4)로 전달되는 것의 결과이다. 클러치 요소들(7,8)은 바람직하게 클러치 플레이트 또는 클러치 패킷으로서 구현된다. 제1 클러치 요소(7)를 제2 클러치 요소(8)에 적용하는 것을 위하여, 수력학적 설계인, 그리고 오일의 형태인 유체에 의해 작동될 수 있는 클러치 엑츄에이터(미도시)를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 클러치 엑츄에이터는 실린더 및 그 내부에서 안내되는 피스톤을 구비한 피스톤 실린더 유닛을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 피스톤은 제1 클러치 요소(7)상에 작용할 수 있고, 실린더는 축방향으로 변위가능한 피스톤에 의해 일 측부에 인접하는 압력 공간을 형성할 수 있다. 대안적으로, 클러치(2)는 또한 전기 모터에 의해 작동될 수 있다.
내연 기관(5)은 복수의 실린더(15)를 구비한 엔진 블록(14) 및 분사 시스템(16)을 포함한다. 분사 시스템(16)은, 각각의 실린더(15)에 대하여, 연료(18)를 분사하기 위한 분사 유닛(17)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 내연 기관(5)은, 실린더 수 z = 6인 결과로, 여섯 개의 실린더(15)를 포함한다. 내연 기관(5)은 자체 점화 또는 비자체 점화 내연 기관(5)일 수 있다. 크랭크 샤프트(6)는 엔진 블록(14) 내부에 배열되고, 엔진 블록(14)으로부터 양측에서 밖으로 나온다. 실린더(15) 내에 방출된 연료(18)의 에너지를 회전 운동으로 변환하기 위하여, 크랭크 샤프트(6)는 실린더 피스톤(더 상세히 도시되지는 않음)에 연결된다.
엔진 블록(14)으로부터 밖으로 나온 크랭크 샤프트(6)의 자유단(23)에서, 비틀림 댐퍼(19)가 제공된다. 비틀림 댐퍼(19)는, 간략히, 예를 들어 변속기(10) 내부의, 소음 또는 마모의 발생을 일으킬 수 있는 토크 피크(peak)들을 야기하는 실린더 피스톤들로부터 크랭크 샤프트(6)로의 힘의 충돌식 전달(impact-like transmission)로 인한 크랭크 샤프트(6)의 비틀림 진동 에너지를 감쇠시키도록 작용한다. 특히 계속적인 부하 작용으로 인한 크랭크 샤프트(6)의 비틀림 균열이 발생할 수 있는 결과로서, 비틀림 진동들은 크랭크 샤프트(6)를 추가적으로 비튼다. 비틀림 댐퍼(19)는 점성 댐퍼로 지칭되는 댐퍼로 구현되고, 다른 설계의 비틀림 댐퍼들 또한 본 발명에 따른 진단 방법으로 모니터링될 수 있다. 비틀림 댐퍼(19)는 엔진 블록(14)의 하우징(20)에 의해 형성되는 고정된 주요 질량을 포함한다. 또한, 플라이 링(fly ring)(21)의 형태인 보조 질량이 제공된다. 스프링 요소(22)는 플라이 링(21) 및 하우징(20) 사이에 제공되어 하우징(20)을 플라이 링(21)에 결합시킨다. 스프링 요소(22)는, 예를 들어, 천연 고무 또는 고무, 예를 들어, 실리콘, 오일 또는 스크류 디스크 스프링(skrew disk spring)인 스프링 요소와 같은 대안적으로 사용될 수 있는 양호한 감쇠 물성을 갖는 다른 재료들과 같은 탄성체로 구현된다. 크랭크 샤프트(6)의 자유단(23)은 스프링 요소(22)의 반대측에 놓인 측부 상에서 플라이 링(21)에 영구적으로 연결된다.
크랭크 샤프트(6)의 회전 속도를 측정하기 위한 센서 휠(24)은 자유단(23)의 반대측에 배열된 크랭크 샤프트(6)의 단부(34)에 제공된다. 또한, 단부(34)는, 출력 샤프트(9) 및 클러치(2)를 통해 변속기(10)에 영구적으로 연결되기 때문에, 고정단이라고 지칭된다. 자유단(23)과는 대조적으로, 고정단(34)은 자유롭게 진동할 수 없다.
센서 휠(24)은 크랭크 샤프트(6)의 회전 속도에 상응하는 회전 속도 신호(N)를 결정하는 목적을 위한 등간격 각도 표식(25)을 포함한다. 각도 표식(25)은, 예를 들어, 크랭크 샤프트의 6˚ 또는 10˚ 회전에 상응하는 표식 거리(△W)를 갖는다. 각도 표식(25)은, 예를 들어, 구멍 또는 톱니(teeth)로 구현될 수 있다. 센서, 예를 들어, 센서 휠(24) 상의 표식들(25)을 검출하기에 적합한 인덕티브 센서(inductive sensor)(26)이 센서 휠(24)에 인접하게 제공된다. 회전 속도 신호(N)를 결정하기 위한 센서 휠(24)의 사용은, 한편으로는, 신호 측정의 특히 강건한(robust) 및 효과적인 결정을 허용하고, 다른 한편으로는, 단순한 및 이로써 비용 효율적인 회전 속도 신호(N)의 제공을 허용하는데, 이는 엔진 제어기를 위한 회전 속도의 결정을 위하여 센서 휠(24)이 어떠한 경우이건 구동 트레인(1)내에 제공되기 때문이다. 이에, 크랭크 샤프트(6)의 회전 속도를 결정하기 위한 부가적인 구성들 및 조립체들이 본 발명의 방법을 수행함에 있어 필수적이지 않게 된다.
센서(26) 및 분사 유닛들(17)은 크랭크 샤프트(6)의 회전 속도 신호(N)의 결정을 위하여, 및 내연 기관(5)의 제어를 위하여, 제어 유닛(27)에 연결되는 신호 전송 연결부를 갖는다. 제어 유닛(27)은 신호 샘플링 유닛(28), 신호 전처리 유닛(29), 변환 유닛(30) 및 조정 및 검출 유닛(31)을 포함한다. 또한, 제어 유닛(27)은 디스플레이 유닛(33)에 연결되는 신호 전송 연결부를 갖는 비교 및 평가 유닛(32)을 포함한다.
또한, 에너지 저장부로서, 플라이 휠(35)이 크랭크 샤프트(6)의 고정단(34)에, 즉, 비틀림 댐퍼(19)로부터 반대 방향인 내연 기관(5)의 일 측부상에서 제공된다. 특히, 크랭크 샤프트(6)의 원만한 작동을 개선하기 위하여, 플라이 휠(35)은 크랭크 샤프트(6)의 회전 속도의 요동을 보상하도록 작용한다. 플라이 휠(35)은, 예를 들어, 헬리컬 스프링 및/또는 기어휠들과 같은 감쇠 요소에 의해 서로 연결되는 두 플라이휠의 질량들 사이에서 발생할 수 있는 회전 속도의 피크들을 제거할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도식적으로 도시된 플라이 휠(35)은 2-질량 플라이휠, 즉, 두 개로 양단된 플라이휠로 구현된다. 이와 관련하여, 제1 부분이 크랭크 샤프트(6)를 통해 내연 기관(5)에 연결된다. 제2 부분은 크랭크 샤프트(6)를 통해 클러치(2)에 연결되고, 이에 변속기(10)에 연결된다. 제2 부분은 변속기(10)내 및 플라이 휠(35) 및 클러치(2) 사이의 크랭크 샤프트(6)의 구역내의 공진을 방지할 수있게 한다.
센서 휠(24)이, 2-질량 플라이 휠(35)의 제2 부분상에 직접 배열되고, 회동이 고정된 방식으로 그것에 결합되는 사실의 결과로서, 센서 휠(24)을 이용해 결정되는 회전 속도 신호(N)는, 예를 들어, 회전 속도의 요동에 영향을 받는 필터링되지 않은 회전 속도 신호(N)에 비하여 낮은 프로세스 요동에 영향을 받는다. 또한, 플라이 휠(35)은 낮은 회전 속도에서 크랭크 샤프트(6)로 스프링 요소들에 저장된 에너지를 출력하기에 적합하고, 이에, 회전 속도 신호(N)의 일관성을 개선하는 것에 공헌한다. 크랭크 샤프트(6)의 고정단(34)에서 센서 휠(24)을 플라이 휠(35)과 함께 배열하는 것은 회전 속도 신호(N)의 획득을 개선한다.
후술될 명세서에서, 비틀림 댐퍼(19)의 진단 방법은 더욱 상세히 설명된다. 센서(26)에 의해 결정되는, 각도 표식(25)의 검출 신호는 신호 샘플링 유닛(28)에 전송된다. 내연 기관(1)의 작동 동안, 탐지된 센서 휠(24)의 각도 표식(25) 사이의 시간들은 샘플링 유닛(28)에 의해 크랭크 샤프트(6)의 디지털 회전 속도 신호(N)로 계속적으로 변환된다. 회전 속도 신호(N)는 이어서, 센서 휠(24)의 기계적 제조 공차가 저장된 수정 값에 의해 수정되는 신호 전처리 유닛(29)으로 공급된다. 기계적 제조 공차는, 예를 들어, 각도 표식들(25) 사이의 비등간 거리이다. 각도 표식들(25)이 센서 휠(24)에서, 예를 들어, 크랭크 샤프트의 6˚ 또는 10˚ 회전으로서 배열되는 사실의 결과로서, 회전 속도 신호(N)는 이산화되어 크랭크 샤프트의 6˚ 또는 10˚ 회전의 간격들인 샘플링 값들을 갖는다. 또한, 임의의 요구되는 숫자의 각도 표식들(25)을 구비한 센서 휠이 안출될 수 있고, 각도 표식들의 숫자는 샘플링 이론이 만족되도록, 즉, 하기식이 적용되도록 선택되어야 한다.
fs > 2 ·BW,
이때, fs는 샘플링 주파수이고 BW는 측정 신호의 대역폭이다. 회전 속도 신호(N)로부터 준정상상태(quasi-steady state) 신호(N')를 생성하도록, 회전 속도 신호(N)는 제어 유닛(27)내에 배열되는 추세 보상 유닛(trend compensation unit)(미도시)으로 공급될 수 있다. 추세 보상 유닛은 회전 속도 신호(N)의 측정 신호 추세를 결정하도록 작용한다. 회전 속도 신호(N)는, 예를 들어, 초기 정상 상태 거동 이후에, 비-정상 상태 강하 거동을 가질 수 있다. 측정 신호 추세는 일차 회귀 다항식(regression polynomial of the first order), 즉, 직선에 의해 추세 보상 유닛에서 근사치가 계산된다. 이러한 목적을 위하여, 일 증분 단위로 증가하여 시프트(shift)되는 평가 윈도우가 고려된다. 개별적인 평가 윈도우의 시작은 개별적으로 연관된 작동 사이클의 시작에 대응하고, 증분 및 평가 윈도우의 평가 윈도우 길이는 하나의 작동 사이클에 정밀하게 대응한다. 내연 기관(5)의 작동 사이클은 크랭크 샤프트의 720˚ 회전에 대응한다. 대응하여, 회전 속도 신호(N)는 회귀 다항식에 의해 각 작동 사이클에서 근사치로 계산된다.
회귀 다항식에 의해 특성화되는 측정 신호 추세를 보상하는 것에 의해, 준정상상태 신호(N')는 회전 속도 신호(N)로부터 생성된다.
준정상상태 신호(N')를 생성하도록, 회전 속도 신호(N) 및 회귀 다항식 사이에서 차분(difference)이 형성된다. 차분 형성은, 후속 주파수 분석을 위한 분석 윈도우가 준정상상태 신호(N')로 가득 채워지도록 하는 신호 길이에 의해 일어난다. 분석 윈도우는, 세 번의 작동 사이클의 분석 윈도우 길이를 가질 수 있고, 이에, 평가 윈도우 길이보다 길다.
비틀림 댐퍼(19)를 위한 본 발명에 따른 진단 방법을 수행하도록, 내연 기관(5)은 우선 기준 상태에서 작동되는데, 여기서는 전술된 바와 같이, 추세 보상 에 의해 수득되는 정상상태 기준 회전 속도 신호(Nref) 또는 준정상상태 기준 회전 속도 신호(N'ref)가 획득된다. 오로지 명확성을 이유로, 추가적인 방법은 오직 기준 회전 속도 신호(Nref)로서 짧게 지칭되는 정상상태 기준 회전 속도 신호(Nref)에 관하여 설명될 것이다. 그러나 또한 본 발명의 방법은 준정상상태 기준 회전 속도 신호(N'ref)에도 상응하게 적용될 수 있다. 기준 회전 속도 신호(Nref)의 획득은 바람직하게 크랭크 샤프트(6)의 신규 상태에서 일어나고, 그 이후에, 크랭크 샤프트(6)의 진동 거동은 변조되지(falsify) 않는다. 기준 회전 속도 신호(Nref)는 후속하여 주파수 범위 내로 변환되며, 이때 필요하다면 추세 보상이 이루어질 수 있다.
기준 회전 속도 신호(N)ref의 획득은 바람직하게 내연 기관(5)의 과동작 모드(overrun mode)에서, 즉, 내연 기관(5)의 점화가 일어나지 않는 모드에서 일어난다. 이는, 회전 속도 신호에 대해 상이한 분사 거동을 가질 수 있는 개개의 실린더들의 영향이 배제되는 것을 보장한다. 과동작 모드에서, 반드시 크랭크 샤프트 기구의 영향들만이 회전 속도 신호(Nref)에서 분명하게 나타난다.
도 3에서, 기준 회전 속도 신호(Nref)(실선) 및 작동 회전 속도 신호(NB)(파선)가 시간 영역 및/또는 각도 영역 내에 크랭크 샤프트의 회전에 관한 함수로서 도식적으로 도시된다.
일정한 엔진 회전 속도(No)에 의해 특성화되는 회전 속도 신호들(Nref, NB )의 공통 DC 요소를 기초로, 파고점들(wave crests)은 내연 기관(5)의 여섯 개의 실린더들의 편차들을 나타낸다. 작동 회전 속도 신호(NB)의 파고점들은 기준 회전 속도 신호(Nref)의 파고점들보다 높고, 즉, 비틀림 댐퍼(19)에 의한 비틀림 진동의 감쇠가 기준 상태에서 시작하는 작동 상태 내에서 감소한다. 또한, 도 3은 내연 기관(5)의 작동 사이클은 크랭크 샤프트의 720˚회전에 상응하는 사실을 나타낸다.
회전 속도 신호들(Nref, NB)은 후속적으로 변환 유닛(30)에 공급되어 각도 주파수 범위내로 변환된다. 상기 변환은, 예를 들어, 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transformation; DFT)에 의해 일어난다. 대안적으로, 상기 변환은, 이산 하틀리 변환(discrete Hartley transformation, DHT)에 의해 수행될 수 있다. DFT에 비교하여, DHT는 계산이 오직 실수 연산으로서 수행될 수 있는 이점을 제공한다. 상기 변환은, 조정 및 검출 유닛(31)으로 공급되는 회전 속도 신호들(Nref, NB)의 주파수 스펙트럼에서 각각 일어난다. 후자에서, 상응하는 주파수 스펙트럼의 주파수 분석이 후속하여 각각 수행되고, 여기서 크랭크 샤프트(6)의 회전 속도 거동 및 이로 인한 비틀림 댐퍼(19)의 감쇠 작용 거동에 대한 정밀한 정보가 획득된다. 주파수 분석, 특히 DFT 또는 DHT에 의하여, 크랭크 샤프트(6)의 회전 속도 신호는 분석될 수 있고, 엔진 명령, 특히 직렬 장착된 육기통 엔진의 경우에는 1.5차 엔진 명령이 추출될 수 있다.
변환된 회전 속도 신호들(Nref, NB)의 1.5차 엔진 명령의 진폭들(Aref, AB)은 크랭크 샤프트의 회전에 관한 함수로서 도 4에 도시된다. 각각의 진폭 값(Aref, AB)은 DFT 또는 DHT로부터 직접 수득된다.
변환된 회전 속도 신호들(Nref, NB)은 후속하여, 진폭 값들(Aref, AB)을 추출하기 위하여 비교 및 평가 유닛(32)으로 전송된다. 초기에, 1.5차 엔진 명령의 두 진폭 값들(Aref, AB)의 비교가 수행되고, 이 비교는 하기식이 적용되는, 차분자(difference former)에 의한 진폭 차분(△A) 나타내어진다.
△A= Aref - AB.
진폭들(Aref, AB)의 비교는, 다르게, 예를 들어, 몫의 형태(quotient formation) 또는 신호 평가의 분야에서 알려진 다른 방법들에 의해 일어날 수 있다. 진폭들(Aref, AB)의 비교로부터 도출되는 진폭 차분(△A)은 도 5에서, 조정가능한 미리 정의된 공차 범위(TB)와 함께 도시된다. 도 5에 따른 공차 범위는 기준 진폭(Aref)에 대해 대칭적으로 배열되며, 따라서 도시된 실시예에 따른 작동 진폭(AB)-이는 기준 진폭(Aref)에 대해 증가되거나 감소됨-이 기본적으로 공차 범위(TB) 이내에 있을 수 있다. 적용 사례에 따라, 공차 범위(TB)를 기준 진폭(Aref)의 위에만 또는 아래에만 제공하는 것이 또한 안출될 수 있다. 도 5에 따르면, 진폭 차분(△A)은 공차 범위 내에 위치된다.
진폭 차분(△A)이 미리 정의된 공차 범위(TB)를 벗어나자마자, 비교 및 평가 유닛(32)은 디스플레이 유닛(33)으로 전송되는 알람 신호를 생성한다. 디스플레이 유닛(33)은, 예를 들어, 모터 운송 수단의 계기판 내의 제어 램프 형태로 구현될 수 있다. 또한, 상응하는 입력이 모터 운송 수단의 결함 메모리 내에 저장되는 것이 안출될 수 있고, 이로써, 이 입력이, 예를 들어, 모터 운송 수단의 통상의 점검 동안 엔진 테스트 벤치(engine test bench)에 기록된다. 결함 메모리내의 이러한 입력은, 예를 들어, 결함 메모리의 점검이 예상되는 시간 구간, 즉, 모터 운송 수단의 다음 점검이 수행될 시간 구간에 종속되어 이루어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 내부 공차 범위 및 내부 공차 범위 보다 더 큰 외부 공차 범위가 정의되는 것과 같은 방식으로 두 스테이지 내에, 공차 범위(TB)를 구성하는 것이 안출될 수 있다. 진폭 차분(△A)이 내부 공차 범위 내에 위치하는 한, 알람 신호는 제어 유닛(27)에 의해 디스플레이 유닛(33)에 제공되지 않는다. 진폭 차분(△A)이 내부 공차 범위를 벗어나고 외부 공차 범위 내에 위치하는 한, 경보의 형태인 알람 신호가 디스플레이 유닛(33)에 전송되고, 이로써, 작동자는 비틀림 댐퍼(19)가 가까운 미래에 제 기능을 할 수 없고, 이로부터 손상이 야기될 수 있음을 주의하도록 경고받게 된다. 두 번째 스테이지에서, 만일 진폭 차분(△A)이 외부 공차 범위를 벗어나면, 정지 신호가 알람 신호로서 디스플레이 유닛(33)에 전송될 수 있다. 이 같은 경우에, 작동자는, 내연 기관(5)이 작동을 계속한다면, 비틀림 진동 댐퍼(19)에 및 이로 인해 크랭크 샤프트(6)에 즉각적으로 손상이 발생할 수밖에 없다는 것을 명백하게 알게 된다.
회전 속도 신호들(Nref, NB) 및, 또한 이로 인해 관련된 진폭 값들은 회전 속도에 종속되기 때문에, 복수의 기준 진동 신호들(Nref)을 구동 설정값 회전 속도(N0)의 함수로서 분석하는 것이 유리하다.
임의의 측정 작업이라도 본질적으로, 통계적인 요동들은 지속적으로 측정 불확실성을 일으키기 때문에, 각각의 선택된 구동 설정값 회전 속도들(N0 ,i)에 대하여 복수의 기준 진동 신호들(Nref ,i)을 획득하는 것 및, 이들을 평균 내거나 이들로부터 복수의 기준 진폭들(Aref ,i)을 추출하여 추출된 것들을 평균 내는 것이 유리하다. 지표 i는, 예를 들어, N0 ,1 = 600 1/min, N0 ,2 = 1500 1/min, N0 ,3 = 2500 1/min 등인 다양한 구동 설정값 회전 속도들 N0 ,i에 대한 집계 지표를 나타낸다. 따라서, 기준 진폭들(Aref ,i)은, 이후에, 예를 들어, 산술 평균 값과 같은 진폭 평균 값(Am)을 생성하도록 합산될 수 있다.
전술한 바와 같이, 1.5차 명령은, 예를 들어, 직렬 장착된 육기통 엔진의 경우에서, 크랭크 샤프트(6)의 진동 거동에서의 변화 그리고 이에 따라 비틀림 댐퍼(19)의 감쇠 거동에서의 변화를 검출하는 것에 특히 적합한 것으로 입증되었는데, 이는 이러한 명령들이 비틀림 댐퍼(19)의 기계적 감쇠 물성치에서의 변화에 특히 민감하게 작용하기 때문이다. 비틀림 댐퍼(19) 및, 특히, 스프링 요소(22)의 손상은, 변동된 진동 신호를 야기하는, 비틀림 댐퍼(19)의 변동된 진동 특성을 낳는다. 그러므로, 특정 여건 하에서는, 다양한 엔진 명령들을 검출하는 것 및 그것들의 기준 진폭들(Aref ,j)을 추출하는 것이 적합할 수 있고, 이 때, 지표 j는 개별적인 엔진 명령을 나타낸다. 추출된 기준 진폭들(Aref,j)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 하기식에 따라, 특히 가중된, 진폭 합산값(Asum)을 생성하도록 합산될 수 있다.
Asum = ∑(Aref ,j ·kj),
이때, kj는 특정 엔진 명령의 기준 진폭(Aref ,j)에 연관된 가중계수(weighting factor)이다.

Claims (15)

  1. 운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법으로서,
    (a) 구동 트레인(1)을 제공하는 단계로서,
    상기 구동 트레인(1)은,
    구동 토크를 생성하기 위한 구동부(5), 특히 내연 기관,
    구동부(5)에 결합되고 구동 토크를 출력 샤프트(9)에 전달하기 위한 구동 샤프트(6), 특히 크랭크 샤프트, 및
    구동 샤프트(6)에 연결되고 구동 샤프트(6)의 비틀림 진동을 감쇠시키기 위한 비틀림 댐퍼(19)를 포함하는,
    구동 트레인(1)을 제공하는 단계;
    (b) 기준 상태에서 구동 샤프트(6)의 기준 진동 신호(Nref; N'ref)를 획득하는 단계;
    (c) 상기 기준 상태에서 벗어난 작동 상태에서 구동 샤프트(6)의 작동 진동 신호(NB ; N'B)를 획득하는 단계; 및
    (d) 기준 진동 신호(Nref; N'ref)를 작동 진동 신호(NB; N'B)와 비교하는 단계를 포함하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    진동 신호들은 구동 샤프트(6)의 회전 속도 신호들(Nref, N'ref; NB, N'B)인 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    기준 진동 신호(Nref; N'ref)와 작동 진동 신호(NB; N'B)의 비교 이전에, 구동 샤프트(6)의 하나 이상의 엔진 명령, 특히, 1.5차 엔진 명령을 추출하기 위하여, 진동 신호들(Nref, NB; N'ref, N'B)이 주파수 영역 내로 변환되는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  4. 제3 항에 있어서,
    추출된 엔진 명령의 진폭들(Aref, AB)을 비교하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    기준 진폭 값(Aref)으로서 다양한 추출된 엔진 명령들의, 특히 가중된, 진폭 합산값(Asum)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기준 상태로서 구동 샤프트의 신규 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    진폭들(Aref, AB)의 비교는, 기준 진폭(Aref) 및 작동 진폭(AB) 사이의 차이로서 진폭 차분(△A)을 생성하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    진폭 차분(△A)을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    진폭 차분(△A)에 대한 미리 정의된 공차 범위(TB)가 초과될 때, 비틀림 댐퍼(19)의 교체가 유발되는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동 설정값 회전 속도(N0)의 함수로서 복수의 기준 진동 신호들(Nref; N'ref)을 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    선택된 구동 설정값 회전 속도(N0) 및 선택된 엔진 명령에 대한 복수의 기준 값(Nref; N'ref; Aref)을 평균 내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    기준 진동 신호(Nref; N'ref)의 획득에 있어 추세 보상을 고려하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동 샤프트(6)의 자유단(23)에 비틀림 댐퍼(19)가 배열된 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    진동 신호들(Nref; NB; N'ref, N'B) 중 하나 이상의 획득은 과동작 모드(overrun mode)에서 일어나는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동 샤프트(6)의 비틀림 진동들을, 에너지 누산기로서 구동 샤프트(6)의 고정단(34)에 장착된 플라이 휠(35)에 의해 보상하는 것을 특징으로 하는,
    운송 수단의 구동 트레인내의 비틀림 댐퍼를 위한 진단 방법.
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