시그널링크㈜ - Transmission Order Tracking System (SYNC-OT)

Author(s):
이태휘 연구소장 - 시그널링크㈜

Industry:
Automotive

Products:
LabVIEW, Sound and Vibration Toolkit

The Challenge:
오더 분석을 하기 위해서는 진동, 소음 센서와 회전수를 측정할 수 있는 속도 센서, 오더 분석 계측기가 필요하다.

The Solution:
시그널링크㈜의 Sync-OT(Transmission Order Tracking System)는 국내 자동차회사의 변속기 시험평가표준에 의거하여 변속기의 진동•소음을 평가할 수 있도록 개발된 시스템이다.

요약
시그널링크㈜의 Sync-OT(Transmission Order Tracking System)는 국내 자동차회사의 변속기 시험평가표준에 의거하여 변속기의 진동•소음을 평가할 수 있도록 개발된 시스템이다. 두 개의 가속도 센서와 한 개의 마이크로폰 신호를 입력 받아 Run-up/Down 동작 시 입력 또는 이동 기어, Differential Gear 의 오더 성분을 계측하도록 설계되었다.

개발 배경
오더 분석은 회전체 기계의 진동을 평가하는데 중요한 분석 방법이다. 특히 Gearbox, Transmission, Transaxle, Rear Axle, Torque Transfer 등과 같이 회전속도를 가변하며 운전하는 구조체에 대한 소음, 진동에 대한 오더 분석은 회전체의 품질, 결함 등을 판별할 수 있는 중요한 요소이다. 예를 들어, 대부분의 자동차 회사의 경우 자신이 개발한 변속기에 대해서 Rpm Sweep 테스트 시 Gear Mesh Order 성분에 대한 기준값을 가지고 있다.
이러한 오더 분석을 하기 위해서는 진동, 소음 센서와 회전수를 측정할 수 있는 속도 센서, 오더 분석 계측기가 필요하다. 오더 분석 계측기의 경우 일반 소음진동계측 기본 모듈에, 별도 옵션으로 소프트웨어를 구매하여 오더 분석이 가능한 경우가 많다. 이렇게 시스템을 구성할 경우 적게는 7000만원에서 1억 이상의 장비 구매 비용이 발생한다.
이러한 상황에서 해외 범용 오더 분석 계측기와 비교하여 가격이 저렴하고, 정도가 떨어지지 않으며, 사용하기 편리한 전용 계측기 대한 요구가 끊임 없이 있어 왔다. 또한, 현재 이러한 장비는 소음 진동을 전문으로 하는 연구/개발 부서뿐만 아니라 생산, QC 부서에서도 그 수요가 증가하고 있는 실정이다.

본 시스템의 개발 목표는 다음과 같다.
1. 짧은 개발 기간 내에 변속기와 같은 회전체에 대한 Order Tracking 계측시스템 개발
(개발기간 : 평가시험 포함 2개월)
2. 범용 오더 분석 시스템(B&K, PAK, OROS 등)과 비교하여 저렴하고, 사용하기 쉬운 측정시스템 개발
3. 자동차회사 시험표준에 의거한 기준값 비교 기능 추가(Limit 비교, 면적 비교 등)
4. Dynamometer와 시리얼통신에 의한 전자동 계측 구현

본론

하드웨어
시그널링크㈜의 Sync-OT(Transmission Order Tracking System)는 국내 자동차회사의 변속기 시험평가표준에 의거하여 변속기의 진동•소음을 평가할 수 있도록 개발된 시스템이다. 두 개의 가속도 센서와 한 개의 마이크로폰 신호를 입력 받아 Run-up/Down 동작 시 입력 또는 이동 기어, Differential Gear의 오더 성분을 계측하도록 설계되었다.

제품기능 및 성능

※ Sync-OT 프로그램은 수동 계측뿐만 아니라, RS-232C(시리얼) 통신을 통하여 전자동으로 운영될 수 있다.

소프트웨어
SYNC-OT 프로그램은 Order Tracking, Spectral Map, Configuration, Transmission Info 등 4 가지 화면으로 구성되어 있다.

그림 1. Order Tracking, Spectral Map, Configuration

그림 2. Transmission Info

 Order Tracking 화면
속도, Differential Gear Order 추출 데이터와 기준 값이 표시된다. x축은 차속 및 Rpm으로 표시되어 있다. Rpm 트리거링시 계측 값은 실시간으로 화면에 업데이트 된다.

 Spectral Map 화면
전 Rpm영역에 대한 Order Spectrum 데이터를 Contour Chart에 나타낸다. Contour Chart에 커서를 이용하여 공진 혹은 회전체 오더에 의한 진동 값을 파악할 수 있다.

 Configuration 화면
센서감도 설정, 오더를 추출할 센서 선택(Accelerometer 2EA, Microphone 1EA), 센서 캘리브레이션, 측정 조건 설정(Max Order, A-weighting 여부, Window, FFT Length, Order Bandwidth 등)을 할 수 있다.

 Transmission Info
변속기 모델 정보 및 기준 값 입력 등을 할 수 있다. 국내 승용차 메이커에서 생산되는 수동, 자동 변속기 모델을 모두 선택할 수 있다. 자동변속기를 선택할 경우 변속단에 따라 유성감속비를 계산하여 Transfer, Diff 기어의 오더를 자동 계산해 주는 기능이 있다. 또한 각 단 Drive, Coast 상태에서 기준 값을 별도로 설정할 수 있다. 기준 값 비교에 의한 판정 방법에는 단순 참조 비교 방법 및 스펙 부분 면적에 의한 판정을 할 수 있도록 되어 있다.

위와 같은 화면으로 구성된 SYNC-OT는 사용하기 쉽도록 구성되어 있으며, 고가의 범용 오더 분석 계측기와 비교하여 성능이 떨어지지 않는다. 다음은 B&K, LMS 계측기의 데이터와 시그널링크㈜의 SYNC-OT의 측정값을 비교한 결과이다.

4개의 센서를 2분 동안 102.4kHz로 샘플링 할 경우 데이터의 크기는 약 400MB가 된다. 따라서 먼저 계측하고 Order Analysis SubVI에 데이터를 넘겨 오더 분석을 하려 할 경우 메모상의 문제로 프로그램이 실행되지 않거나, 프로그램의 속도가 저하되는 경우가 있다. 이를 개선하기 위해서 Rpm을 모니터링하고, Order Spectrum과 Order Extract 하기 위한 Thread Loop를 구성하고 데이터가 수집될 때마다, Notifier Synchronization 함수를 이용하여 외부에서 디스플레이 처리를 하여 메모리 문제에 따른 속도 저하 등의 문제를 개선할 수 있었다.

결론
내쇼날인스트루먼트의 Dynamic Signal Acquisition 보드와 Order Analysis Toolkit을 이용하여 짧은 개발 기간 내에 변속기와 같은 회전체에 대한 Order Tracking 계측시스템을 개발할 수 있었다. 또한, 범용 오더 분석 시스템(B&K, PAK, OROS 등)과 비교하여 가격적으로 저렴하고, 사용하기 쉬운 계측 환경을 구현할 수 있었다.
시그널링크㈜에서는 국내외 자동차 메이커의 시험 기준을 만족하며, 경제적인 오더 트래킹 전용 테스트 시스템을 NI 제품을 기반으로 개발하여 현대자동차 및 GM대우 등 완성차 메이커에 공급하였으며, 향후 국외 완성차 메이커들에게도 소개되어 판매 되기를 희망한다.

 

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이태휘 연구소장
시그널링크㈜

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