KR101406504B1 - 차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

차량이 정지상태이고 평지에 있는지를 체크하는 준비단계; 차량이 정지상태이고 평지에 있다면, 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하는 가동단계; 냉각수 워터펌프에 일정출력이 인가되는 동안 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하는 측정단계; 및 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템이 소개된다.

Description

차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR DIAGNOSING LACK OF COOLANT}
본 발명은 전동식 워터펌프가 장착된 차량에서, 정확하고 간단하게 냉각수의 부족 현상을 체크할 수 있도록 하는 차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전동식 워터 펌프(EWP)가 장착된 하이브리드 차량 등에 대해서 별도의 센서를 사용하지 않고 제어기간 협조제어를 통하여 냉각수 부족 진단 및 알림 기능이 구현가능 하도록 하는 것에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 등의 경우 전력변환시스템부품의 정상동작을 위해서는 냉각이 필수적이다. 전력변환시스템부품의 온도가 상승하게 되면 과온에 의해 자동차 출력이 떨어지는 현상이 나타날 수 있으며, 더욱 심할 경우 과온에 의하여 차량이 셧다운 될 가능성이 있다. 이는 운전자에 큰 위험이 될 수가 있다. 따라서 전력변환계 냉각시스템의 냉각수 부족을 정확히 진단하고 이를 운전자에게 알려주어 제어회로의 과온발생을 사전에 방지하여 정상제어를 유지하는데 목적이 있다.
전력변환계 냉각시스템의 전동식 워터 펌프(EWP)의 외란요소(입력전압, 제어듀티, 차량편차, 단품편차, 내구열화, 냉각수온, 냉각수량, 경사각센서 오차 등) 분석 및 영향도 평가를 바탕으로 제어기들간 협조제어를 통해 신뢰성 높은 냉각수 부족 진단 제어기술이 구현된다.
종래의 전동식 워터펌프(EWP)를 이용한 자동차의 경우 냉각수가 없거나 부족한 경우 이에 대한 진단기능이 없었다. 주로 온도센서를 사용하여 온도 상승율을 계산하여 간접적으로 진단하는 방식이었던 것이다.
예를 들면, 냉각수가 부족하면 냉각수가 충분할 때에 비해서 시간에 따른 온도 변화의 편차(기울기)가 큰 것을 이용하여, 차량 스위치가 ON 되면 정상일 때 측정한 온도변화 모델링과 비교해 편차가 심하면 냉각수가 부족한 것으로 판단하고, 이를 운전자에게 알림으로써 냉각수 부족으로 인해 발생될 수 있는 문제점을 예방할 수 있었던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2011-0062409 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전력변환계 냉각시스템의 냉각수 부족을 정확히 진단하고 이를 운전자에게 알려주어 제어회로의 과온발생을 사전에 방지하여 정상제어를 유지할 수 있는 차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법은, 차량이 정지상태이고 평지에 있는지를 체크하는 준비단계; 차량이 정지상태이고 평지에 있다면, 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하는 가동단계; 냉각수 워터펌프에 일정출력이 인가되는 동안 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하는 측정단계; 및 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 판단단계;를 포함한다.
상기 준비단계는 차량이 시동초기인 경우 차속이 0이고 평지상태인지를 체크할 수 있다.
상기 준비단계는 차량이 시동초기에 차속이 0이 아니거나 평지상태가 아닌 경우에는 주행 중 다시 차량이 정지되고 평지에 있는지를 체크할 수 있다.
상기 가동단계는 차량이 주행 중 다시 차량이 정지되고 평지에 있다면, 차량이 정지상태에서 제1기준시간이 지난 후 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가할 수 있다.
상기 판단단계는 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도가 미리 마련된 기준속도보다 큰 경우 냉각수부족으로 판단할 수 있다.
상기 가동단계는 제2기준시간 동안 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하고, 상기 판단단계는 제2기준시간 동안 측정된 워터펌프 임펠러의 회전속도를 평균하며, 그 평균값을 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 차량의 냉각수부족 진단시스템은, 차량의 차속센서, 기울기센서; 전력공급기로부터 출력을 인가받아 회전되는 임펠러가 구비된 냉각수 워터펌프; 평상시에는 전력공급기에서 냉각수 워터펌프에 인가하는 출력을 냉각수 온도에 따라 피드백제어 하되, 차량이 정지상태이고 평지에 있다면 전력공급기가 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하도록 제어하고 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하며, 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 제어부;를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템에 따르면, 종래의 기술과 달리 전력변환계 냉각시스템의 특성을 파악하여 로직으로 구현함으로써 온도센서 설치 비용이 들지 않는다.
또한, 본 발명의 경우 전력변환계 냉각시스템 전체를 이용함으로써 좀 더 신뢰성 있게 진단하도록 할 수 있고, 차량에서 발생할 수 있는 냉각시스템에 영향을 미치는 외란요소를 고려하여 로직에 반영함으로써, 진단의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법의 순서도.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법에 따른 임펠러 회전속도의 변화를 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법 및 시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법의 순서도이며, 도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법에 따른 임펠러 회전속도의 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 차량의 냉각수부족 진단시스템은 전동식 워터펌프를 이용한 냉각계통에 사용이 가능하다.
구체적으로, 본 발명의 냉각수부족 진단시스템은 차량의 차속센서(100), 기울기센서(200); 전력공급기(400)로부터 출력을 인가받아 회전되는 임펠러(520)가 구비된 냉각수 워터펌프(500); 및 평상시에는 전력공급기(400)에서 냉각수 워터펌프(500)에 인가하는 출력을 냉각수 온도에 따라 피드백제어 하되, 차량이 정지상태이고 평지에 있다면 전력공급기(400)가 냉각수 워터펌프(500)에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하도록 제어하고 워터펌프 임펠러(520)의 회전속도를 측정하며, 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 제어부(300);를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단시스템의 구성도로서, 도시된 바와 같이 우선 차량의 차속센서(100)와 기울기센서(200)를 마련한다. 이를 통하여 차속이 정지상태이고 기울기가 평탄한 경우 본 발명의 진단을 수행하도록 하는 것이다. 기울기의 경우 차량의 G센서 등을 이용하여 기울어진 각도가 일정범위에서 평지라고 볼 수 있을 것이다.
이와 같이 차속이 0이고 기울기가 0인 경우 진단을 수행하는 이유는 워터펌프의 임펠러(520)의 회전속도를 보고 냉각수량의 부족 여부를 판단해야 하는데, 이를 위하여 회전속도와 냉각수량의 관계를 신뢰할 수 있어야 한다. 따라서, 냉각수량 이외의 회전속도에 영향을 미치는 인자(외란요소)를 고려해야 한다. 따라서, 진단진입시 임펠러의 정상여부, 차속, 경사도를 고려하고 각 제어기들과 협조제어(전압제어 등)를 하는 것은 외란요소의 영향을 없애기 위해서이다.
한편, 워터펌프의 임펠러(520)의 회전속도는 홀센서 등을 이용하여 모터의 회전속도를 측정함으로써 파악이 가능할 것이다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법의 순서도로서, 본 발명의 차량의 냉각수부족 진단방법은, 차량이 정지상태이고 평지에 있는지를 체크하는 준비단계(S100); 차량이 정지상태이고 평지에 있다면, 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하는 가동단계(S120); 냉각수 워터펌프에 일정출력이 인가되는 동안 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하는 측정단계(S140); 및 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 판단단계(S160);를 포함한다.
먼저, 기본적으로 시동시에 냉각수 부족 진단을 하여 운전자가 운전을 하기전에 냉각수 부족진단을 수행하여 냉각수 부족으로 일어날 수 있는 문제점을 사전에 방지한다. 그러나 시동시 진단진입조건을 만족하지 못해 진단을 하지 못한 경우, 주행중정차시 진단진입조건이 만족되어 1번의 냉각수 부족진단을 수행할 때까지 진단을 시도한다. 냉각수 부족진단은 잦은 전동식워터펌프(EWP) 구동으로 인한 에너지 낭비를 고려하여 IG OFF까지 1회만 수행한다. 즉, 시동시 냉각수 부족진단을 정상적으로 수행하게 되면 IG OFF전에는 주행중 정차시 진단을 하지 않는다.
구체적으로, 시동시에는 시동시 조건을 살펴본다. 차량이 정지상태이고 평지에 있는지를 체크하는 준비단계(S100)를 수행하는 것이다. 그리고 그 조건이 만족되는 경우에는 차량이 정지상태이고 평지에 있다면, 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하는 가동단계(S120)를 수행한다. 가동단계에서는 모터제어방식에 따라 일정전압 또는 전류를 가하는 것으로 구성된다.
그리고나서 냉각수 워터펌프에 일정출력이 인가되는 동안 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하는 측정단계(S140) 및 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 판단단계(S160)를 수행하는 것이다.
만약 임펠러의 회전속도가 기준속도보다 작을 경우에는 냉각수가 부족하지 않다고 볼 수 있지만, 클 경우에는 냉각수가 적어 모터에 걸리는 부하가 그만큼 작은 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 임펠러의 회전속도가 기준속도보다 클 경우에는 냉각수 부족의 경고를 수행한다(S190). 경고는 클러스터 등에서 다양하게 수행될 수 있다.
한편, 기준속도의 경우는 미리 실험을 통하여 정상적인 냉각수 유량에서 일정 출력의 인가시 발생되는 회전속도를 미리 계측하여 맵핑하여 두는 것이다.
이와 같이, 냉각수 부족진단은 냉각수가 부족할 때의 임펠러 회전속도를 찾아 진단을 하게 된다. 원터펌프는 평소에 냉각수를 일정한 속도로 계속해서 순환시키기 위해 회전속도를 일정하게 제어하는 속도피드백제어(Closed Loop제어)를 하지만, 진단시에만 회전속도의 변화를 보고 진단을 하기 위해 Open Loop제어를 하게 된다.
일반적으로 냉각수량이 적어질수록 워터펌프의 회전에 걸리는 부하가 작아진다. 따라서 오픈루프 제어시 냉각수량이 적어질수록 부하는 적어지고 워터펌프의 회전속도는 빨라진다. 냉각수량이 부족한 지점에서의 회전속도를 찾아서 그 기준속도과 비교하여 냉각수 부족진단을 수행한다.
임펠러의 회전속도를 보고 냉각수량의 부족 여부를 판단하기 위해선, 회전속도와 냉각수량의 관계를 신뢰할 수 있어야 한다. 따라서, 냉각수량 이외의 회전속도에 영향을 미치는 인자(외란요소)를 고려해야 함은 앞서 살핀 바와 같다.
한편, 상기 준비단계(S100)는 차량이 시동초기인 경우 차속이 0이고 평지상태인지를 체크한다.
그리고 상기 준비단계(S100)는 차량이 시동초기에 차속이 0이 아니거나 평지상태가 아닌 경우에는 주행 중 다시 차량이 정지되고 평지에 있는지를 체크한다(S200,S220). 즉, 시동시 점검이 실패할 경우 주행 중 정차상태에서 다시 시도하도록 하는 것이다.
상기 가동단계(S120)는 차량이 주행 중 다시 차량이 정지되고 평지에 있다면, 차량이 정지상태에서 제1기준시간이 지난 후 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가도록 함으로써 점검을 수행한다.
그리고, 상기 판단단계(S160)는 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도가 미리 마련된 기준속도보다 큰 경우 냉각수부족으로 판단한다.
구체적으로, 상기 가동단계(S120)는 제2기준시간 동안 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하고, 상기 판단단계(S160)는 제2기준시간 동안 측정된 워터펌프 임펠러의 회전속도를 평균하며, 그 평균값을 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하도록 할 경우 더욱 측정의 신뢰도가 높아질 것이다.
이러한 본 발명의 경우 아래와 같은 제어 특징을 갖는 것이다.
1. 워터펌프 속도제어를 이원화하여 진단시에는 일정 출력으로 고정하여 운용하며 평상시에는 피드백제어를 통해 회전속도를 일정하게 하기 위해 인가하는 출력을 조정한다.
2. 속도제어의 이원화를 위해 상위 제어기에 워터펌프 진단진입명령 CAN 신호를 할당한다.
3. 워터펌프 외란요소 중 주행조건에 따른 임펠러 회전속도의 변화를 고려하여 시동시와 주행중 정차시로 나누어 진단한다. (주행중 정차시는 주행중의 차속으로 인해 정차시 냉각수는 리저버 탱크 안에서 유동하게 되며, 이로 인해 냉각수 리저버 탱크의 In/Out 통로가 노출되어 공기유입 등이 생기게 된다. 이로서 냉각수 임펠러 구동부하에 변동이 생기고, 임펠러 회전속도에 영향을 미친다)
4. 워터펌프 외란요소 중 주행시 냉각수 쏠림현상과 출렁거림을 고려하여 속도 0을 확인후 진단에 진입한다.
5. 워터펌프 외란요소 중 냉각수 유동을 고려하여 주행중 정차후 일정시간이 지나 냉각수의 유동이 줄어든 뒤 회전속도를 참조한다.
6. 워터펌프 외란요소 중 경사에 의한 냉각수의 쏠림 현상을 고려하여 평지임을 확인하기 위해 경사도를 확인하여 진단에 진입한다.
7. 워터펌프 외란요소 중 입력전압 변동에 의한 전류변동으로 인해 회전속도 변화를 고려하여 워터펌프 입력전압인 컨버터 등의 전력공급기에서의 제어전원출력을 고정제어 후 진단에 진입한다. (워터펌프의 입력전압은 다른 제어기들과 마찬가지로 컨버터의 출력전압을 공유한다. 컨버터의 출력전압은 차량부하의 사용에 따라서 출력 전압이 변동이 될 수 있는데, 냉각수 부족 진단 중에는 출력전압 변동을 막기 위해 고정제어를 하도록 명령한다)
8. 회전속도의 신뢰성을 높이기 위해 진단을 위한 회전속도를 평균으로 계산한다.
9. 냉각수 부족진단은 잦은 워터펌프 구동으로 인한 에너지 낭비를 고려하여 IG OFF까지 1회만 수행하도록 한다.
도 3 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 냉각수부족 진단방법에 따른 임펠러 회전속도의 변화를 나타낸 그래프로서, 도 3의 경우 시동시 진단을 나타낸다. 시동시에는 T1의 시간 동안 차속과 경사도를 체크한 후 바로 진단모드에 진입한다. 그리고 워터펌프에 고정된 출력을 인가하고 T2의 안정화 시간이 지난 후 임펠러의 회전속도를 T3동안 측정한다. 그리고 그 값의 평균을 산출한다. 진단 후에는 워터펌프의 구동을 자동제어에 따라 처리한다.
도 4는 주행중 정차시의 진단에 관한 것으로서, 이 경우는 특별히 T1의 시간을 많이 할애한다. 왜냐하면 정차 후 일정시간이 지나야 리저버의 냉각수 유동이 안정화되기 때문이다.
본 발명의 실시예로서, 하이브리드 자동차 등의 경우 전기동력(PE)부품 냉각을 위해 전동식 워터펌프(EWP, electric water pump)를 사용한다. 평소엔 동작을 하고 있지 않지만 전력변환시스템부품의 온도가 일정 수준 이상으로 올라가게 되면 속도피드백제어(Closed Loop제어)를 하여 일정 속도로 냉각수를 순환시킨다.
냉각수의 증발 또는 누수시에 냉각수 부족을 운전자에게 운전 전에 알려 위험을 줄이기 위해 냉각수 부족 진단을 시동시에 1회 실시한다. 시동직후 진단진입조건인 차속 0kph,경사도 평지, EWP정상을 확인한다. 진단진입조건을 만족하게 되면 상위제어기는 속도피드백제어(Closed Loop제어)를 하고 있는 EWP에 고정전류듀티제어(고정듀티제어, Open Loop제어)를 하도록 명령하고 진단 시 필요한 타제어기들과의 협조제어를 시작한다.
상위제어기는 EWP 임펠러 회전속도의 상승시간을 고려하여 일정시간 후 회전속도 평균을 계산하여, 시동시 냉각수 부족 기준이 되는 기준속도 값과 비교 후 냉각수 부족진단을 판단한다. 진단 후, 상위제어기는 EWP를 속도피드백제어를 하도록 명령하고 타제어기들과의 협조제어를 중지한다.
하지만 시동시 급출발을 하여 필요한 진단에 필요한 최소한의 시간을 만족하지 못하거나, 경사진 곳에 주차되어 냉각수가 한쪽으로 쏠려 냉각수의 부하가 달라져 회전속도에 영향을 미치는 상황 등 진단진입조건을 만족하지 못한 경우에는 주행중 정차시에 1회의 진단을 완료할 때까지 진단을 실시한다. 시동시와 같은 진단진입조건을 확인하고, 추가적으로 주행중 흔들렸을 냉각수가 안정화되는 일정시간을 기다린 후 진단을 시작한다. 진단은 시동시와 같은 방법으로 실시하여 주행중 정차시 냉각수 부족 기준이 되는 값과 비교 후 냉각수 부족진단을 판단하고, 상위제어기는 EWP를 속도피드백제어를 하도록 명령하고 타제어기들과의 협조제어를 중지한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 차속센서 200 : 기울기센서
300 : 제어부 400 : 전력공급기
500 : 워터펌프 520 : 임펠러
540 : 속도센서

Claims (7)

  1. 차량이 정지상태이고 평지에 있는지를 체크하는 준비단계;
    차량이 정지상태이고 평지에 있다면, 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하는 가동단계;
    냉각수 워터펌프에 일정출력이 인가되는 동안 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하는 측정단계; 및
    워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 차량의 냉각수부족 진단방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 준비단계는 차량이 시동초기인 경우 차속이 0이고 평지상태인지를 체크하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수부족 진단방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 준비단계는 차량이 시동초기에 차속이 0이 아니거나 평지상태가 아닌 경우에는 주행 중 다시 차량이 정지되고 평지에 있는지를 체크하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수부족 진단방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가동단계는 차량이 주행 중 다시 차량이 정지되고 평지에 있다면, 차량이 정지상태에서 제1기준시간이 지난 후 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수부족 진단방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 판단단계는 워터펌프 임펠러의 측정된 회전속도가 미리 마련된 기준속도보다 큰 경우 냉각수부족으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수부족 진단방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동단계는 제2기준시간 동안 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하고, 상기 판단단계는 제2기준시간 동안 측정된 워터펌프 임펠러의 회전속도를 평균하며, 그 평균값을 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉각수부족 진단방법.
  7. 차량의 차속센서, 기울기센서;
    전력공급기로부터 출력을 인가받아 회전되는 임펠러가 구비된 냉각수 워터펌프; 및
    평상시에는 전력공급기에서 냉각수 워터펌프에 인가하는 출력을 냉각수 온도에 따라 피드백제어 하되, 차량이 정지상태이고 평지에 있다면 전력공급기가 냉각수 워터펌프에 미리 정해진 일정출력을 고정하여 인가하도록 제어하고 워터펌프 임펠러의 회전속도를 측정하며, 측정된 회전속도를 미리 마련된 기준속도와 비교하여 냉각수부족여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 차량의 냉각수부족 진단시스템.
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