모빅테크놀러지 - 휴대형 자동차용 윈도우 레귤레이터 시험분석장치

Author(s):
고성복 팀장 - 모빅테크놀러지

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems

Products:
Developer Suite, Data Acquisition

The Challenge:
최근에는 대부분의 자동차들이 고급화가 되면서 자동방식의 윈도우 레귤레이터가 많이 채택되고 있으며, 이로 인한 품질문제가 많고 고개의 불만으로 이어지게 된다.

The Solution:
실험실 이외의 먼 현장에서 윈도우 레귤레이터를 장착한 차량에서 하자가 발생하였을 경우에 문제점 발생 원인을 분석하기 위해서는 휴대성이 용이하며, 차량상태에서 데이터 계측부터 분석 보고서까지 쉽고 빠르게 처리할 수 있는 휴대형 자동차용 윈도우 레귤레이터 시험분석장치를 개발한다.

요약
레귤레이터(WINDOW REGULATOR)는 쉽게 자동차 윈도우 글라스를 오르내리게 하는 장치를 말한다. 최근에는 대부분의 자동차들이 고급화가 되면서 자동방식의 윈도우 레귤레이터가 많이 채택되고 있으며, 이로 인한 품질문제가 많고 고개의 불만으로 이어지게 된다. 부품회사 입장에서 이러한 품질문제를 해결하기 위해서는 개발단계에서부터 많은 시험과정을 거쳐 문제점을 사전에 해결하고 있으나, 이러한 노력에도 불구하고 출고된 윈도우 레귤레이터에 문제가 발생하는 경우가 있을 수 있다. 품질 담당엔지니어는 검사 장비를 가지고 현장으로 달려가서 시험 분석과정을 거쳐 문제점을 보고해야 한다. 이러한 용도를 위한 장치의 필수 조건은 당연히 휴대성이 우수하고, 간단하고 쉽게 사용할 수 있어야 한다는 것이다.
당사는 위와 같은 제품의 개발을 고객사로부터 의뢰 받고 1개월 이내에 제작해야 했으며, 이것을 가능하게 한 것은 바로 NI의 USB-6009 OEM버전 제품과 LabVIEW 8.20 (한글판) 이었다. USB-6009 OEM버전은 케이스가 없이 PCB 형태로 되어있어 사용자마다 각기 용도별로 확장 사용이 가능하다. 당사는 부분적인 인터페이스 회로 추가와 별도로 제작한 케이스를 사용하여 당사만의 특별한 제품을 짧은 기간 내에 만들어낼 수 있었다.

개발 배경
실험실 이외의 먼 현장에서 윈도우 레귤레이터를 장착한 차량에서 하자가 발생하였을 경우에 문제점 발생 원인을 분석하기 위해서는 휴대성이 용이하며, 차량상태에서 데이터 계측부터 분석 보고서까지 쉽고 빠르게 처리할 수 있는 휴대형 자동차용 윈도우 레귤레이터 시험분석장치를 개발한다.

본론
1. 윈도우 레귤레이터의 개요
윈도우 레귤레이터는 자동차의 윈도우 글라스를 오르내리는 장치로 수동장치와 자동장치가 있다. 수동장치는 도어핸들을 손으로 회전시키며 글라스를 오르내리게 하는 장치이며 예전에는 많이 사용하였으나 요즘은 보기 힘들다. 자동장치는 도어핸들대신에 모터를 장착하여 전기의 힘으로 글라스를 오르내리게 하는 장치로 모터의 회전운동을 글라스에 직선으로 전달하기 위한 전달장치의 형태에 따라 암방식(Arm), 케이블방식(Cable), 랙기어방식(Rack Gear)으로 나눌 수 있다.
전달장치에 이물질이 끼이거나, 불량제품이 발생되었을 경우 레귤레이터의 작동감이 좋지 않을 수 있으며, 감성품질 측면에서 운전자의 불만사항으로 나타날 수 있다. 이러한 작동감은 수치적으로 모두 표현하기는 어려우나 모터에 인가되는 전압과 전류의 파형을 통해 대체적으로 원인파악을 할 수 있다.

2. 시스템 개요
본 개발 제품은 실험실이 아닌 원격지에서 차량의 윈도우 레귤레이터의 이상 점검에 대한 요청이 발생되었을 경우에 사용하기 위한 것으로 용이한 휴대성은 필수적이라고 할 수 있다. 또한 그림 1에서 볼 수 있듯이 이 장치는 데이터 분석을 위해 모터의 양단에 인가되는 전압과 전류를 직접 계측해야 하기 때문에 데이터 수집(DAQ)의 아날로그 전압 입력 허용 범위가 커야 하는 제약사항이 있다. 이에 덧붙여 장비 제조회사의 입장에서 볼 때, DAQ의 가격이 저렴해야 하고, 전체적으로 제품의 이미지가 NI 제품이라기 보다는 당사의 고유 제품으로 보이는 것이 좋을 경우가 있는데, 이에 가장 부합되는 제품이 바로 NI USB-6009 OEM와 LabVIEW 8.20 (한글판)이다.

그림 1 시스템 개요

3. 하드웨어
하드웨어는 NI USB-6009를 사용하였다. NI USB-6009는 저렴한 가격과 매우 작은 크기에도 불구하고 14비트 차동(Differential) 아날로그 입력과 48KHz 샘플링 능력을 갖추고 있고, 차동(Differential) 입력으로 사용할 경우 +20V에서 -20V까지 폭넓은 전압범위를 측정할 수 있어 별도의 앰프회로가 없어도 차량의 배터리전압을 직접 읽을 수 있다. 이렇게 해서 제작된 제품이 바로 그림 2에서 우측에 보이는 제품이며, 그림에서 보듯이 제품 외형만 보아서는 NI 제품이라고는 생각되지 않을 것이다.

그림 2 NI USB-6009 응용 제품

그림 3 전체 시스템 이미지

4. 소프트웨어
소프트웨어 툴은 LabVIEW 8.20 (한글판)을 사용하였다. 소프트웨어는 윈도우 레귤레이터의 점검이 필요한 차량의 부근에서 사용함으로서 복잡한 기능을 지원하기보다는 비교적 쉽고 간단한 기능으로 빠른 시간 내에 점검을 마무리할 수 있도록 지원해주어야 한다. 이러한 윈도우 레귤레이터의 이상유무를 판단하기 위한 소프트웨어의 구성을 데이터 계측, 데이터 분석, 보고서 작성의 3 단계로 나누어 제작하였다. 프로그램은 LabVIEW의 Event Loop와 여러 개의 SubVI를 사용하여 작성함에 따라 한 개의 VI 파일에 포함된 소스의 양이 적어 한눈에 파악할 수 있도록 제작하였다.

그림 4. 메인 화면(좌측)과 데이터 계측 화면(우측)


그림 5. 단계별 데이터 분석 화면

그림 6. 엑셀로 보고서를 작성한 예

프로그래밍에 있어 가장 어렵다고 생각했던 부분은 계측한 데이터를 다시 그래프로 읽어 들인 후에 4개의 안내선을 이용하여 구간을 설정하면 자동으로 구간별 데이터의 통계를 작성하는 것이었다.
또 하나는 이렇게 만들어진 통계값과 그래프를 정형화된 형식의 엑셀 파일로 보고서를 만드는 것이었다. 사실 이 두 가지 내용을 Visual C와 같은 프로그래밍언어로 작성할 수도 있겠지만, 상당한 실력이 있지 않고서는 어려울 것이다. 그러나 LabVIEW에는 이러한 기능을 구현할 수 있는 함수가 이미 포함되어있어 너무도 쉽고 빠르게 모든 프로그램을 완성할 수 있었다.

그림 7. 엑셀로 보고서를 만드는 SubVI

결론
휴대형 자동차용 윈도우 레귤레이터 시험분석장치를 제작하기 위한 핵심 요소는 작고 가벼워 휴대성이 용이하며, 현장에서 사용하는 경우에 신속하게 분석을 마치기 위해 소프트웨어의 그래픽 인터페이스와 사용방법이 간단하고 효율적이어야 한다는 점이다.
이를 위해서는 사용자에게는 간단한 소프트웨어일지 몰라도 제작자에게는 꽤 신경이 쓰이고 어려운 점이 많게 된다. 이런 점에서 NI USB-6009와 LabVIEW의 만남은 매우 유효 적절한솔루션이었다.
1개월이라는 짧은 시간 내에 윈도우 레귤레이터 시험분석장치를 만들어 낼 수 있었던 것은 NI 제품의 다양성과 LabVIEW의 파워풀한 기능 덕분이라고 생각하며, 이따금 귀찮은 질문을 해도 전혀 귀찮아 하지 않고 친절하게 기술 지원을 해주신 NI 직원들의 서비스가 없었다면 어려웠을 것이다.

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