KR101008715B1 - 차량 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 제어방법에 관한 것으로써, 특히, 차량의 운전상태를 감지하는 감지단계와, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치를 제어하거나 변속을 제어하는 제어단계를 포함하며, 상기 제어단계에서, 상기 냉각장치를 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치 동작 온도를 설정하는 설정단계와, 냉각수의 온도가 상기 냉각장치 동작 온도 이상인지 판단하는 판단단계를 포함하며, 상기 변속을 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 엔진효율맵을 선정하는 선정단계와, 현재효율과 변속후효율을 계산하여 비교하는 비교단계를 포함하여, 감지된 차량 운전상태를 통해 냉각장치와 변속을 통합적으로 정밀하게 제어할 수 있어서 엔진의 효율이 향상되어 연비가 향상되는 차량 제어방법에 관한 것이다.

차량, 제어, 변속, 냉각

Description

차량 제어방법{Control method of vehicle}

본 발명은 차량 제어방법에 관한 것으로써, 특히, 차량의 운전상태를 감지하는 감지단계와, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치를 제어하거나 변속을 제어하는 제어단계를 포함하며, 상기 제어단계에서, 상기 냉각장치를 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치 동작 온도를 설정하는 설정단계와, 냉각수의 온도가 상기 냉각장치 동작 온도 이상인지 판단하는 판단단계를 포함하며, 상기 변속을 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 엔진효율맵을 선정하는 선정단계와, 현재효율과 변속후효율을 계산하여 비교하는 비교단계를 포함하는 차량 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 엔진은 연료의 연소에 따른 압력과 열에 의해서 고온 고압의 상태가 된다. 이와 같이 고온 고압의 엔진을 냉각하기 위해서 도 6과 같이 엔진(1)의 실린더 블럭 및 실린더 헤드에는 냉각수통로(2)가 형성되고, 상기 냉각수통로(2)를 순환하는 냉각수의 열을 식혀주기 위한 라디에이터(3)가 엔진(1)의 전방에 형성된다. 또한, 상기 라디에이터(3)의 일측에는 냉각팬(4)이 형성되어 상기 라디에이터(3)를 통과하는 냉각수가 냉각되도록 라디에이터에 강제송풍을 하게 된 다.

상기와 같이 라디에이터(3)의 냉각효과를 충분히 얻기 위해 강제송풍을 하는 냉각팬(4)은 엔진(1)의 구동력을 전달받아 회전되는 것으로, 통상 엔진(1)의 워터펌프(5)와 일체로 회전된다. 냉각팬(4)의 송풍량은 날개의 수나 비틀림 각도, 팬의 지름, 회전속도 등에 따라 다르나, 일정한 송풍량을 유지하기 위해서는 회전속도를 높이는 것보다는 팬의 지름을 크게 하는 것이 동력의 손실이 적다.

이와 같은 냉각팬(4)은 크랭크 축의 풀리와 벨트(6)로써 연결되어 라디에이터(3)를 통과하는 공기의 온도에 따라 회전량이 변경되는 비스코스(Viscous) 냉각팬과, 배터리의 전기를 이용하여 전동기로 냉각팬을 구동시키는 전동팬 등이있는데, 차량의 길이방향으로 엔진이 장착되는 종치엔진에는 비스코스 냉각팬이 적용되고 있다.

상기한 비스코스 냉각팬은 도 5와 같이 온도 감응형의 자동 팬 클러치(10)가 적용된 것으로, 바이메탈(14)이 엔진 냉각수온과 비례한 라디에이터 통과공기 온도에 감응하여 밸브(15)가 개폐되고 주입액체인 실리콘 오일의 작동을 증감시켜 팬의 회전을 자동적으로 제어하면서 실리콘 오일의 이동을 케이스(11), 로터(12)에 있는 래비린드(Labyrinth)홈과 로터(12) 내에 있는 실리콘 오일을 작동실(16)과 저장실 (17)과의 연결을 위해 사절판(18)에 설치한 오일 홀과 커버(13) 내에 설치된 댐 (19) 등에 의해 펌프 작용에 의하여 작동되는 기구로 되어 있다.

이하, 바이메탈(14)이 감응하여 밸브(15)가 개폐되어 작동하는 원리를 설명하면 다음과 같다.

실차주행에 있어서 라디에이터 통과공기의 온도가 설정치보다 낮을 때는 바이메탈(14)이 만곡상태에서 그 공기 온도를 검출하여 작동하고, 사절판(18)에 밸브 (15)가 설치되어 실리콘 오일이 오일 홀(20)을 통과하여 저장실(17)에서 작동 실(16)로 유입하려는 것을 저지한다. 케이스(11)와 로터(12) 및 커버(13)의 회전에 따라 작동실(16) 내의 실리콘 오일은 거의 없게 되면서 오프 (OFF) 상태가 되고, 로터(12)로부터 케이스(11), 커버(13)에 전달되는 토오크가 오프 상태에는 사절판(18)과 밸브(15)는 오일통로를 막고 있는 상태에서 작동실(16) 내의 실리콘 오일은 커버(13)에 설치된 댐(19)의 오일 통로(21)를 경유하여 실린콘 오일량은 75~88%가 저장실로 이동하게 된다.

그리고 라디에이터를 통과하는 공기 온도가 상승되면 바이메탈(14)이 감응하여 밸브(15)가 열리면 저장실(17)로부터 실리콘 오일이 작동실로 서서히 이동하게 되고 작동실(16) 내에 실리콘 오일량이 서서히 증가하여 온(ON) 상태로 변환하기 위해 로터(12)로부터 케이스(11)와 커버(13)에 전달되는 토오크는 실리콘 오일의 점성에 의해 증가되며 팬회전이 올라가게 된다.

그 후 라디에이터 통과공기의 온도가 변화하여 온도가 더 많이 상승되면 밸브는 완전개방의 상태가 되고 이때 실리콘 오일이 저장실에서 작동실로 이동되어 미로 (Labyrinth)구조의 공간 전체에 유막이 형성되면서 구동축의 동력전달은 최대한 피동축에 전달되어 팬회전이 최고 회전치에 도달하게 된다.

상기한 종래의 비스코스 냉각팬은 엔진의 회전수에 일정하게 비례하여 작동되는 것으로 고회전시에서는 실리콘 오일의 점성을 이용하여 과회전되지 못하도록 제어가 가능하지만, 엔진의 저속회전시에는 어떠한 대책이 없는 문제점이 있다.

엔진 냉각수 온도나 오일 온도를 직접적으로 계측하여 냉각팬이 제어되는 방식이 아니므로 최적의 엔진 온도를 유지할 수 없다.

또한, 종래 수동변속장치는 주행속도에 따라 운전자가 직접 차량의 엔진회전속도를 판단해야 하고, 그 판단에 의해 기어를 수동변속해야 했던 것으로, 이는 운전자들에게 숙련된 기어변속능력을 요구하게 되므로 초보운전자가 사용하기엔 적절하지 못한 문제점을 주는 것이었을 뿐만 아니라, 숙련된 운전자라 할지라도 잦은 수동변속에 의해 운전피로가 누적될수 밖에 없는 상당한 폐단을 주는 것이었다.

한편, 근래에는 상기 수동변속장치의 문제점을 해결한 것으로서, 자동차의 변속 시점을 알려주는 기술이 제시되어 있다.

그러나, 종래의 변속 시기를 알려주는 기술은 엔진의 속도만을 이용하여 변속시기를 알려줌으로써, 정확도가 떨어져서 엔진효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 냉각장치와 변속을 통합적으로 정밀하게 제어할 수 있어서 엔진의 효율이 향상되어 연비가 향상되는 차량 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 제어방법은, 차량의 운전상태를 감지하는 감지단계와, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치를 제어하거나 변속을 제어하는 제어단계를 포함하며, 상기 제어단계에서, 상기 냉각장치를 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치 동작 온도를 설정하는 설정단계와, 냉각수의 온도가 상기 냉각장치 동작 온도 이상인지 판단하는 판단단계를 포함하며, 상기 변속을 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 엔진효율맵을 선정하는 선정단계와, 현재효율과 변속후효율을 계산하여 비교하는 비교단계를 포함한다.

이 구성에 의하면, 감지된 차량 운전상태를 통해 냉각장치와 변속을 통합적으로 정밀하게 제어할 수 있어서 엔진의 효율이 향상되어 연비가 향상되는 이점이 있다.

상기 비교단계 이후에, 변속 여부를 사용자에게 알리는 알림단계와, 변속이 되는지 여부를 기록하는 기록단계를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 차량 제어방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

감지된 차량 운전상태를 통해 냉각장치와 변속을 통합적으로 정밀하게 제어할 수 있어서 엔진의 효율이 향상되어 연비가 향상된다.

또한, 상기 비교단계 이후에, 변속 여부를 사용자에게 알리는 알림단계를 포함하여, 변속에 능숙하지 않은 초보 운전자도 쉽게 변속 시기를 알 수 있는 이점이 있고, 상기 알림단계 이후에, 변속이 되는지 여부를 기록하는 기록단계를 포함하여, 운전자가 변속지시를 몇 회 위반하였는지를 알 수 있게 되어 운전자의 운전습관을 파악할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 제어부 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 제어방법 플로우차트이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 차량 제어방법은, 차량의 운전상태를 감지하는 감지단계(S1)와, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치를 제어하거나 변속을 제어하는 제어단계를 포함하며, 상기 제어단계에서, 상기 냉각장치를 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치 동작 온도를 설정하는 설정단계(S2)와, 냉각수의 온도가 상기 냉각장치 동작 온도 이상인지 판단하는 판단단 계(S3)를 포함하며, 상기 변속을 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 엔진효율맵을 선정하는 선정단계(S7)와, 현재효율과 변속후효율을 계산하여 비교하는 비교단계(S10)를 포함한다.

차량의 운전상태를 감지부(100)를 통해 감지한다.(S1) 감지부(100)는 각종 상태를 감지하는 센서가 될 수 있으며, 감지부(100)는 냉각수온도, 엔진오일온도, 엔진속도, 차량속도, 가속패달위치를 감지하도록 할 수 있다. 상기 가속패달(액셀) 위치를 통해서는 엔진에 가해지는 엔진부하를 알 수 있다. 상기 가속패달 위치는 가속패달이 눌린 정도를 측정하여 감지할 수 있다.

이어서, 감지된 엔진의 속도가 실험에 의해 결정된 변속최저속도보다 큰지 여부를 판단한다.(S16) 엔진의 속도가 변속최저속도보다 크면 다음 단계로 진행된다. 엔진의 속도가 변속최저속도보다 작으면 감지단계(S1)로 리턴한다.

엔진의 속도가 상기 변속최저속도보다 크면 엔진의 속도가 변속최고속도보다 작은지 여부를 판단한다.(S17) 엔진의 속도가 상기 변속최고속도보다 작으면 다음 단계로 진행된다. 엔진의 속도가 변속최고속도보다 크면 바로 변속을 지시하는 변속지시단계(S12)로 이어진다.

즉, 엔진의 속도가 변속최저속보다 작으면 변속을 지시하지 않으며, 엔진의 속도가 변속최고속도보다 크면 바로 변속을 지시한다.

상기 제어단계는 ECU와 같은 통합제어장치(200)가 감지부(100)로부터 신호를 입력받아, 감지부(100)에서 감지된 차량의 운전상태에 따라 냉각장치를 제어하거나 변속을 제어한다.

상기 제어단계에서, 상기 냉각장치를 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치 동작 온도를 설정하는 설정단계(S2)와, 냉각수의 온도가 상기 냉각장치 동작 온도 이상인지 판단하는 판단단계(S3)를 포함한다.

상기 설정단계(S2)는 차량의 속도 또는 엔진부하에 따라서 냉각장치를 동작시키는 온도를 가변시킨다. 예를 들어, 고속 주행시에는 외부공기가 많이 유입되어 자연적으로 냉각이 되어 차량 냉각량이 크다. 따라서, 냉각수의 온도가 천천히 상승하게 되므로 냉각장치의 냉각팬 동작 온도를 더 높이고, 언덕을 주행할 때와 같이 저속 고부하 운전시에는 냉각팬의 동작 온도를 낮추어 설정한다.

이어서, 설정된 냉각장치의 동작온도보다 감지단계(S1)에서 감지된 냉각수의 온도가 높은지 여부를 판단한다.(S3)

냉각수의 온도가 냉각장치의 동작 온도보다 높으면 냉각장치의 냉각팬을 작동시키고, 냉각수의 온도가 냉각장치의 동작 온도보다 낮으면 새롭게 센서신호를 취득하여 냉각장치의 동작온도를 새롭게 설정한다.(S4)

나아가, 본 발명의 냉각장치의 냉각팬은 속도제어가 가능한 클러치(예를 들어 magnetic 클러치 등)를 통해 엔진과 연결된다. 이로인해, 통합제어장치(200)는 감지단계(S1)에서 감지된 물리량을 통해 최적의 냉각팬의 속도를 계산하여, 냉각장치 작동단계(S4)에서 계산된 속도에 따라 냉각팬이 작동되도록 할 수 있다.

이와 같이 본원발명의 통합제어장치(200)는 냉각장치를 효율적으로 제어하여, 냉각팬의 소모 동력을 최소화하고, 엔진이 과냉되거나 과열되는 것을 방지하여 엔진의 온도를 최적화하여 엔진 마찰에 의한 동력 소모를 줄일 수 있다.

상기 변속을 제어할 때에는, 감지된 운전상태에 따라 엔진효율맵(BSFC)을 선정하는 선정단계(S7)와, 현재의 엔진효율과 변속 후의 엔진효율을 계산하여 비교하는 비교단계(S10)를 포함한다.

선정단계(S7) 이전에 통합제어장치(200)는 엔진속도와 가속패달의 위치를 통해 엔진토크를 계산하고,(S5) 엔진속도와 차속을 이용하여 현재 기어단수를 계산한다.(S6) 전술한 바와는 다르게, 현재의 기어단수는 계산하지 않고 기어 레버의 위치를 센싱하는 센서를 구비하여 바로 검출되도록 할 수도 있다.

엔진오일의 온도가 낮을 경우에는 엔진마찰이 증가하여 엔진토크가 줄어들게 되고 이에 따라 엔진효율맵도 도 3에 도시된 바와 같이 변화하게 된다. 도 3에서 그래프1은 엔진오일온도 80도에서의 엔진효율맵을 나타내고, 그래프2는 엔진오일온도 30도에서 엔진효율맵을 나타낸다.

따라서, 선정단계(S7)에서는 엔진오일온도(엔진온도)와 보기류의 작동유무에 따라 엔진효율맵을 선정한다. 상기 보기류는 냉각팬이나 에어콘 등이 될 수 있다. 통합제어장치(200)에는 다양한 엔진 오일온도와 보기류의 작동유무에 따른 엔진효율맵이 테이블형식으로 저장되어 있고, 감지단계(S1)에서 감지된 값에 따라 엔진효율맵을 선정단계(S7)와 같이 선정할 수 있다. 이러한 데이터는 실차시험이나 연비 시뮬레이션 등을 통하여 확보될 수 있다.

한편, 엔진에 요구되는 부하가 큰 경우(언덕을 올라갈 때)에는 동일한 기울기로 가속을 하여도 엔진의 운전 영역이 달라지므로 최적의 변속 시점 또한 달라지게 된다. 따라서, 선정단계(S7)에서 엔진부하도 고려하여 엔진효율맵을 선정하도록 할 수도 있다.

여기서, 엔진효율맵은 엔진 운전 조건에 따른 BSFC(Brake Specific Fuel Consumption)선도로, 연료소모량을 제동동력으로 나눈 값을 나타내며, 작을수록 효율이 우수하다고 볼 수 있다.

이어서, 현재의 효율은 선정된 엔진효율맵에서 엔진속도 및 엔진토크를 이용하여 계산하고(S8), 변속 후 효율은 선정된 엔진효율맵에서 변속엔진속도와 변속엔진토크를 이용하여 계산한다.(S9) 나아가, 변속 후 효율은 계산된 현재의 기어단수보다 한단 높은 단수로 변속했을 때의 효율을 계산하여 변속했을 때에 차에 무리가 가지 않도록 한다.

계산된 현재의 효율보다 변속 후 효율이 높으면 다음 단계로 진행하고, 현재의 효율보다 변속후 효율이 낮으면 다시 감지단계(S1)로 리턴된다.(S10)

도 4는 엔진효율맵 중에 하나이며, 등효율선이라고 표시된 선(실선)이 엔진효율이 같은 지점이다. 도4에서 가장 작은 타원의 효율이 가장 좋고 그 지점을 벗어남에 따라 효율이 점차 감소한다. 엔진파워는 엔진토크와 엔진속도의 곱이므로 등파워선(점선)은 토크와 속도의 곱이 일정한 지점이다. 차량이 정지상태에서 가속할 경우 운전 상황을 굵은 선으로 표시하였다. 1단으로 출발하여 운전하다가 기어변속 후 2단으로 운전되는 상황이 표시되었다. 1단에서 2단으로 변속을 하게 될 경우 변속시점(A, B, C, D)에 따라 운전 조건이 달라지게 된다. 도 4에서는 2단으로 변속했을 때의 효율이 1단일 때의 효율보다 높아지기 시작하는 B지점에서 변속하는 것이 연비 관점에서 최적의 운전을 하게 된다.

상기 비교단계 이후에, 변속 후의 엔진구동력을 계산하는 계산단계(S11)를 포함하여, 변속 후의 구동력이 설정된 값보다 큰지 여부를 판단한다. 변속 후의 구동력이 설정된 값보다 크면 다음 단계로 진행하고, 설정된 값보다 작으면 변속을 지시하지 않고 다시 감지단계(S1)로 리턴된다.(S11) 이와 같이 계산단계(S11)를 포함하여 효율 측면에서 유리하다 하더라도 변속후 구동력이 부족하여 가속이 되지 않는 상황을 방지할 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 변속이 결정되어, 다양한 운전조건에서 최적의 변속시점을 알려주어 엔진의 효율을 높일 수 있다.

이와 같은 과정을 통해 변속이 결정되면 변속여부 및 변속할 기어단수를 디스플레이 장치 등을 통해 변속을 사용자에게 지시한다. (S12) 변속할 기어단수는 현재의 기어단수보다 한단 높은 기어단수로 한다. 이와 같이 변속 여부를 사용자에게 알려서 변속에 능숙하지 않은 초보 운전자도 쉽게 변속 시기를 알 수 있다.

상기 알림단계(S12) 이후에, 실제로 사용자가 변속을 하였는지 여부를 통합제어장치(200)가 변속조작기록장치에 기록하는 기록단계(S13)가 이어진다. 이러한 상기 기록단계를 통해, 운전자가 변속지시를 몇 회 위반하였는지를 알 수 있게 되어, 운전자의 운전습관을 파악할 수 있다.

감지된 차량 운전상태를 통해 냉각장치와 변속을 통합적으로 정밀하게 제어할 수 있어서 엔진의 효율이 향상되어 연비가 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로 부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 차량 제어방법은, 특히, 버스, 트럭, 등 디젤엔진 수동 상용차량에 적합하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 제어부 블럭도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 제어방법 플로우차트.

도 3은 엔진효율맵 예시.

도 4는 엔진온도에 따른 엔진효율맵 예시.

도 5는 종래의 자동차 냉각팬 단면도.

도 6은 도 5의 유체흐름도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 감지부 200 : 통합제어장치

Claims (2)

1. 차량의 운전상태를 감지하는 감지단계;

   차량의 운전상태에 따라 냉각장치를 제어하거나 변속을 제어하는 제어단계를 포함하며,

   상기 제어단계에서,

   상기 냉각장치를 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 냉각장치 동작 온도를 설정하는 가변설정단계와, 냉각수의 온도가 상기 냉각장치 동작 온도 이상인지 판단하는 판단단계를 포함하며,

   상기 변속을 제어할 때에는, 차량의 운전상태에 따라 엔진효율맵을 선정하는 선정단계와, 현재효율과 변속후효율을 계산하여 비교하는 비교단계를 포함하되,

   상기 차량의 운전상태는 차속 및 엔진부하를 포함하고,

   상기 감지단계에서, 고속 주행시에는 상기 냉각장치의 냉각팬 동작 온도를 더 높이고, 저속 고부하 운전시에는 상기 냉각장치의 동작팬 동작 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 차량 제어방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 비교단계 이후에,

   변속 여부를 사용자에게 알리는 알림단계;

   변속이 되는지 여부를 기록하는 기록단계를 포함하는 차량 제어방법.

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