본 차량에 장착되는 전자장비의 증가로 인해 교류발전기와 배터리를 이용하여 전기에너지를 공급하고 있으며, 자동차 교류발전기의 수명단축은 교류발전기를 구성하고 있는 부속품들 중에 수명이 한정적이거나, 어떠한 조건에서 사용되느냐에 따라 수명에 영향을 끼치게 된다. 이러한 수명단축의 원인들을 파악하기 위해서는 교류발전기의 전압을 측정하여 분석하는 시스템이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 자동차 교류발전기의 수명과 성능을 유지하기 위한 점검 및 정비에 필요한 정밀한 계측 시스템을 개발하였다. PC기반의 모니터링 시스템과 측정데이터를 저장할 수 있는 시스템을 설계하고, LabVIEW SW를 이용하여 계측 시스템을 구동하기 위한 프로그램을 개발하였다. 차동 OP-AMP회로를 이용하여 교류발전기의 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압, 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 NI DAQ를 통하여 전압을 측정하고 LabVIEW 프로그램을 이용하여 측정데이터를 분석하였다. 기존에 개별적으로 이루어졌던 측정을 5개 채널까지 복합적이고 이동성이 용이한 측정이 가능하였고, 실시간으로 모니터링하며 분석하기 때문에 이상동작 유무 및 고장상태를 예측하기 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 차량에 장착되는 전자장비의 증가로 인해 교류발전기와 배터리를 이용하여 전기에너지를 공급하고 있으며, 자동차 교류발전기의 수명단축은 교류발전기를 구성하고 있는 부속품들 중에 수명이 한정적이거나, 어떠한 조건에서 사용되느냐에 따라 수명에 영향을 끼치게 된다. 이러한 수명단축의 원인들을 파악하기 위해서는 교류발전기의 전압을 측정하여 분석하는 시스템이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 자동차 교류발전기의 수명과 성능을 유지하기 위한 점검 및 정비에 필요한 정밀한 계측 시스템을 개발하였다. PC기반의 모니터링 시스템과 측정데이터를 저장할 수 있는 시스템을 설계하고, LabVIEW SW를 이용하여 계측 시스템을 구동하기 위한 프로그램을 개발하였다. 차동 OP-AMP회로를 이용하여 교류발전기의 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압, 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 NI DAQ를 통하여 전압을 측정하고 LabVIEW 프로그램을 이용하여 측정데이터를 분석하였다. 기존에 개별적으로 이루어졌던 측정을 5개 채널까지 복합적이고 이동성이 용이한 측정이 가능하였고, 실시간으로 모니터링하며 분석하기 때문에 이상동작 유무 및 고장상태를 예측하기 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
Faults in electric power system can be a critical problem for vehicles. The system durability is determined mainly by the durability of their components and operating conditions. Monitoring the conditions of the electric power system may be necessary because it is very difficult to predict precisely...
Faults in electric power system can be a critical problem for vehicles. The system durability is determined mainly by the durability of their components and operating conditions. Monitoring the conditions of the electric power system may be necessary because it is very difficult to predict precisely when it will fail. Therefore, the aim of this study was to develop a diagnosis system for an electric power system of a vehicle. The alternator voltage, excitation voltage, lamp voltage, battery voltage, and engine rpm from a crank angle sensor are monitored continuously and the system fault can be then detected in real time. NI USB- 9201 DAQ and LabVIEW SW have been used to measure the voltages and analyze the data. Compared to conventional measurements for only each component, an integrated and portable measurement method was developed. In addition to the monitoring the electric power system in real time, the saved data from the measurement also provides valuable information to improve the durability of the components.
Faults in electric power system can be a critical problem for vehicles. The system durability is determined mainly by the durability of their components and operating conditions. Monitoring the conditions of the electric power system may be necessary because it is very difficult to predict precisely when it will fail. Therefore, the aim of this study was to develop a diagnosis system for an electric power system of a vehicle. The alternator voltage, excitation voltage, lamp voltage, battery voltage, and engine rpm from a crank angle sensor are monitored continuously and the system fault can be then detected in real time. NI USB- 9201 DAQ and LabVIEW SW have been used to measure the voltages and analyze the data. Compared to conventional measurements for only each component, an integrated and portable measurement method was developed. In addition to the monitoring the electric power system in real time, the saved data from the measurement also provides valuable information to improve the durability of the components.
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문제 정의
본 연구는 자동차 교류 발전기의 수명과 성능 유지를 위한 점검 및 정비에 필요한 정밀한 계측시스템 개발을 목표로 PC기반의 모니터링과 측정 데이터를 저장할 수 있는 시스템을 설계하고, NI LabVIEW SW를 이용하여 본 계측시스템을 구동하기 위한 프로그램을 개발하였다.
본 연구에서는 자동차 교류 발전기의 수명과 성능 유지를 위한 점검 및 정비에 필요한 정밀한 계측시스템 개발을 목표로 PC와 LabVIEW 기반의 모니터링과 측정 데이터를 저장할 수 있는 시스템을 설계하고, 시스템 구동 프로그램을 개발하였다. 즉, 교류 발전기 이상 여부 판단과 이에 관련된 각종 전압을 측정하고, 실시간으로 모니터링 및 분석할 수 있도록 하며[3], 수집한 데이터를 데이터베이스 형태로 저장하는 시스템으로 구현하고자 하였다.
본 연구에서는 자동차 교류 발전기의 수명과 성능 유지를 위한 점검 및 정비에 필요한 정밀한 계측시스템 개발을 목표로 PC와 LabVIEW 기반의 모니터링과 측정 데이터를 저장할 수 있는 시스템을 설계하고, 시스템 구동 프로그램을 개발하였다. 즉, 교류 발전기 이상 여부 판단과 이에 관련된 각종 전압을 측정하고, 실시간으로 모니터링 및 분석할 수 있도록 하며[3], 수집한 데이터를 데이터베이스 형태로 저장하는 시스템으로 구현하고자 하였다. 이상 여부를 판단하기 위한 데이터로는 교류 발전기 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압 및 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 측정하였으며, 계측시스템 구성은 OP-AMP 증폭회로와 National Instrument(NI)사의 USB-9201 DAQ 보드를 이용하여 데이터를 수집하고, 시스템의 구동 프로그램은 NI LabVIEW SW로 개발하였다.
제안 방법
또한 plug and play 접속 기능과 안전을 위한 250Vrms 접지 절연 기능, 그리고 잡음 제거 및 고도의 전압 범위를 가지고 있다. NI-DAQmx 드라이버 소프트웨어가 내장된 USB-9201 DAQ 장치를 사용함으로서 하드웨어 구성과 계측 장비를 효율적으로 구성하였다.
엔진 회전수를 측정하는 위치는 차량마다 다를 수 있다. 각 차량에서 제공된 ECU 회로도에 따라, 크랭크 각 센서와 ECU와 연결된 핀을 찾아서 측정한다.
8은 메인 화면을 나타낸 것으로 시간메뉴, 파일열기, 정지, 초당데이터 수집 그래프, 실시간 모니터링 그래프, 분석 도구, 커서 이동 및 플롯(plot) 표시 메뉴로 구성하였다. 개별 측정화면의 경우 전압의 최대값, 최소값, 그리고 peak to peak 값을 추가로 확인할 수 있도록 구성하였다.
11은 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리전압, 그리고 엔진 회전수의 화면 구성에 관한 코드이다. 데이터 수집의 프로그램을 통해 들어온 데이터의 로컬변수를 이용하여 각각의 데이터에 맞는 모니터링 화면을 구성하였다.
분석 버튼을 누르게 되면 분석메뉴가 동작하게 되는데 분석메뉴에는 커서를 이동할 수 있는 도구와 그래프를 축소(zoom in), 확대(zoom out) 할 수 있는 도구, 그리고 그래프를 원하는 위치로 이동하게 하는 도구로 구성된다. 또한 분석도구를 보조하기 위한 커서 이동 및 확인을 나타내는 메뉴와 한꺼번에 표시되어 있는 플롯을 개별적으로 볼 수 있도록 하는 메뉴를 추가하였다.
본 연구에서 구현하고자 하는 자동차 발전기 전압 측정 모니터링 시스템의 전체 구동과정은 Fig. 1과 같으며, 자동차의 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리전압, 그리고 엔진 회전수 신호를 입력받아 구성 회로에 의해 입력 전압 값을 조정하여 출력시킨다. 출력된 전압을 다시 NI USB-9201 DAQ 보드를 이용하여 PC로 전송하고, 측정 데이터는 실시간으로 PC를 통해 모니터링 된다.
본 연구에서 사용된 회로는 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압을 측정하기 위한 회로와 엔진 회전수를 측정하기 위한 회로로 구분한다.
본 연구에서는 LabVIEW 프로그램을 이용하여 코딩하였다. Fig.
시간을 나타내는 메뉴로는 세 가지 경우를 구성하고 있으며, 이는 자동차 교류 발전기 전압의 모니터링을 시작하는 시각과 모니터링을 시작해서 지속된 경과 시간, 그리고 현재의 시각을 나타내는 메뉴로 구성하였다.
즉, 교류 발전기 이상 여부 판단과 이에 관련된 각종 전압을 측정하고, 실시간으로 모니터링 및 분석할 수 있도록 하며[3], 수집한 데이터를 데이터베이스 형태로 저장하는 시스템으로 구현하고자 하였다. 이상 여부를 판단하기 위한 데이터로는 교류 발전기 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압 및 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 측정하였으며, 계측시스템 구성은 OP-AMP 증폭회로와 National Instrument(NI)사의 USB-9201 DAQ 보드를 이용하여 데이터를 수집하고, 시스템의 구동 프로그램은 NI LabVIEW SW로 개발하였다.
자동차 교류 발전기의 이상 여부 판단을 위해서 차동 OP-AMP 회로를 이용하여 교류 발전기의 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압, 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 NI USB-DAQ 통하여 전압을 측정하고, 개발된 LabVIEW 프로그램을 이용하여 측정 데이터를 중심으로 이론값과 비교하여 모니터링 함으로써 이상유무의 문제점을 찾아냄과 동시에 측정된 데이터를 데이터베이스 형태로 저장하여 분석할 수 있도록 하였다.
본 시스템에서 사용한 회로는 분압과 잡음을 제거하고 원하는 신호를 획득하기 위해 사용하였다. 전압을 측정하여 PC로 보내주기 위한 과정 중에 NI USB-DAQ로 7개의 신호를 입력받을 수 있도록 하였고, 1개의 rpm신호를 입력 받을 수 있도록 구성하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 데이터 수집을 위해 Fig. 6의 NI사 C시리즈 USB-9201 DAQ를 사용하였다. USB- 9201 DAQ는 USB 전원 공급으로 이동성이 용이하고, 높은 정확도 및 안정성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 강력한 측정 서비스 소프트웨어로 프로그래밍과 시스템 설정을 단순화시켜준다.
성능/효과
본 시스템을 구성함으로써 기존에 개별적으로 이루어졌던 측정을 복합적이고 이동성이 용이한 측정이 이루어질 수 있게 되었다.
시스템 동작성능은 멀티미터와 오실로스코프를 이용하여 실측 결과와 본 논문에서 개발된 시스템의 출력의 결과가 서로 일치하고 있음을 확인함으로써 개발된 시스템이 정상적으로 동작됨을 알 수 있었다.
14와 같은 계측시스템을 구현하였다. 오실로스코프와 PC, DAQ 모듈, 그리고 임의의 신호를 얻기 위한 함수 발생 모듈(function generator module)을 사용하여 실험을 진행하여 프로그램이 정상적으로 동작하는 것을 확인하였다[8].
후속연구
실시간으로 교류 발전기의 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압과 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 측정하여, 차량 발전시스템의 상태 정보를 모니터링 하기 때문에 구성소자의 신뢰성 향상을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 수집한 데이터는 데이터베이스 형태로 저장하여 추후에 분석하거나, 또는 실시간으로 모니터링하며 분석하기 때문에 이상 동작 유무 및 고장 상태를 예측하기 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
실시간으로 교류 발전기의 발전전압, 여자전압, 램프전압, 배터리 전압과 크랭크 각 센서에 의한 엔진 회전수를 측정하여, 차량 발전시스템의 상태 정보를 모니터링 하기 때문에 구성소자의 신뢰성 향상을 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 수집한 데이터는 데이터베이스 형태로 저장하여 추후에 분석하거나, 또는 실시간으로 모니터링하며 분석하기 때문에 이상 동작 유무 및 고장 상태를 예측하기 위한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
차량에서는 전기에너지를 어떻게 공급하는가?
국내·외적으로 차량 개발자와 운전자들의 요구에 따라 차량에 장착되는 전자장비가 증가하고 이로 인하여 요구되는 전기 에너지가 증가하고 있다. 차량에서는 교류 발전기와 배터리를 이용하여 전기 에너지를 공급하고 있으며, 교류 발전기는 엔진에 연결된 벨트로 구동되고 발생된 교류 전력은 다이오드를 통해 직류 전력으로 변환되어 부하에 공급됨과 동시에 배터리를 충전하고 있다. 따라서 전기적 부하 증가와 엔진의 기계적 마찰 증가로 연비에 영향을 미친다.
자동차 교류 발전기의 수명 단축의 원인을 파악하기 위해서는 무엇이 필요한가?
이러한 연비 문제와 더불어 자동차 교류 발전기의 수명 단축은 교류 발전기를 구성하고 있는 부속품들 중에 수명이 한정적이거나, 어떠한 조건에서 사용되느냐에 따라 수명에 영향을 미치게 된다. 이러한 수명 단축의 원인들을 파악하기 위해서는 교류 발전기의 전압을 측정하여 분석하는 계측 시스템이 요구된다[1,2].
교류 발전기는 어떻게 전기를 공급하고 배터리를 충전하는가?
국내·외적으로 차량 개발자와 운전자들의 요구에 따라 차량에 장착되는 전자장비가 증가하고 이로 인하여 요구되는 전기 에너지가 증가하고 있다. 차량에서는 교류 발전기와 배터리를 이용하여 전기 에너지를 공급하고 있으며, 교류 발전기는 엔진에 연결된 벨트로 구동되고 발생된 교류 전력은 다이오드를 통해 직류 전력으로 변환되어 부하에 공급됨과 동시에 배터리를 충전하고 있다. 따라서 전기적 부하 증가와 엔진의 기계적 마찰 증가로 연비에 영향을 미친다.
참고문헌 (4)
Su-Jin Yang, Sung-Jin Kim, Sun-Jun Kim, and Seong-Cheol Lee, "A Monitoring System for Voltage Measurement of an Automobile Alternator," Proceeding of Korean Society for Precision Engineering 2008 Spring Conference, pp.545-546, June, 2008.
Jong-Sik Min and Sam-Sun Seung, "A case study on troubles analysis and diagnoses of passenger car's engine based on OBD," The Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol.7, No.6, pp.1004-1011, 2006.
Jong-Wan Seo, Hee-Seok Suh, and Myong-Chul Shin, "Research for Implementation of Real-time Power Measurement and Storage System," J. of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, Vol.21, No.7, pp.29-36, August, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.5207/JIEIE.2007.21.7.029
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