KR101694077B1 - 차량의 공조 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 공조 제어 방법에 관한 것으로서, 차량의 실내 난방시 공조블로워의 작동량을 제어함에 있어서 차량의 부족한 열원을 가장 효율적으로 사용할 수 있는 최적 작동량 제어를 수행하도록 구성됨으로써 차량의 난방 성능을 향상시킬 수 있고, 실내 난방시 열에너지 손실을 최소화하여 엔진 웜엄 성능도 함께 개선할 수 있는 차량의 공조 제어 방법에 관한 것이다.

Description

차량의 공조 제어 방법{Air conditioning control method for vehicle}
본 발명은 차량의 공조 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 실내 난방시 공조블로워의 작동량을 제어함에 있어서 차량의 부족한 열원을 가장 효율적으로 사용할 수 있는 최적 작동량 제어를 수행하도록 구성됨으로써 차량의 난방 성능을 향상시킬 수 있고, 실내 난방시 열에너지 손실을 최소화하여 엔진 웜엄 성능도 함께 개선할 수 있는 차량의 공조 제어 방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 자동차에는 실내온도를 조절하고 보다 쾌적한 실내환경을 조성하기 위한 공조 시스템(HVAC:Heating, Ventilation, and Air Conditioning system)이 장착되어 있다.
또한, 최근에는 대부분의 차량에 운전자나 승객이 설정한 온도에 따라 실내온도를 자동으로 조절하여 쾌적한 환경을 유지해주는 FATC(Full Automatic Temperature Control) 시스템이 적용되고 있다.
이러한 FATC 시스템에서는 사용자가 온도를 설정하면 실내온도를 제어하기 위해 일사량을 검출하는 일사량 센서, 외기온도를 검출하는 외기온 센서, 차량 실내온도를 검출하는 실내온 센서 등의 센서 검출신호를 공조제어기(FATC 제어기)가 입력받아 각 센서의 검출값에 기초하여 실내의 열부하를 계산하고, 그에 상응하는 공조부하를 고려하여 토출모드, 토출온도, 토출방향 및 토출풍량 등을 결정하게 된다.
더불어 공조제어기는 실내온도 및 시스템 작동을 제어하기 위해 토출온도를 검출하는 토출온 센서, 전기히터(예, PTC 히터)(내연기관 자동차의 경우 보조히터, 전기자동차의 경우 주 히터로 사용됨)의 온도를 검출하는 히터 온도센서, 증발기 온도를 검출하는 증발기 온도센서 등의 검출값을 입력받으며, 결정된 토출모드, 토출온도, 토출방향 및 토출풍량으로 공조용 공기의 공급이 제어되도록 모드 액츄에이터, 템프도어(온도조절도어) 액츄에이터, 풍향조절도어 액츄에이터, 공조블로워, 에어컨 압축기, 전기히터 등의 작동요소를 제어하게 된다.
한편, 최근 들어 엔진의 고효율화 및 변속기 다단화 등의 이유로 인해 종래에 비해 실내 난방에 사용할 수 있는 열원이 부족한 것이 현실이며, 부족한 열원을 효율적으로 사용하여 난방 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다.
또한, 난방시 열에너지의 손실을 최소화하여 난방 성능을 향상시킴과 더불어 난방 성능과는 상충 관계에 있는 엔진 웜업 성능 또한 동시에 개선할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
종래기술에 따르면, 차량의 최대 난방시에 가능한 한 많은 열이 열원으로부터 공기를 통해 차량 실내에 공급될 수 있도록 공조블로워를 최대 풍량을 낼 수 있는 작동량으로 작동시키게 되며, 이때 최대 전압을 인가한 상태로 공조블로워를 고정 작동시킨다.
또한, 차량 실내의 창문 유리에 김이 서리는 것을 방지하기 위해 공조모드를 외기 모드로 제어하는데, 이때 실내 공기가 외부로 배출되면서 많은 에너지 손실이 발생한다.
결국, 종래에는 이러한 에너지 손실량을 고려하지 않고 난방을 수행함으로써 난방에 필요한 에너지를 비효율적으로 활용하는 문제가 있고, 이와 더불어 엔진의 열을 이용하여 난방을 수행하는 만큼 에너지 손실로 인해 엔진 웜업(warm-up) 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량의 실내 난방시 공조블로워의 작동량을 제어함에 있어서 차량의 부족한 열원을 가장 효율적으로 사용할 수 있는 최적 작동량 제어를 수행하도록 구성됨으로써 차량의 난방 성능을 향상시킬 수 있고, 실내 난방시 열에너지 손실을 최소화하여 엔진 웜엄 성능도 함께 개선할 수 있는 차량의 공조 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건에서 현재의 차량 상태 정보와 공조 정보로부터 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat)을 구하는 단계; 현재의 공조 모드에서 차량 실외로 배출되는 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량별로 구하는 단계; 히터 방열량(Qheat)과 열손실량(Qout)의 차이 값인 난방 효용 에너지(Qeff)를 공조블로워 작동량별로 연산하여 공조블로워 작동량별 난방 효용 에너지(Qeff)를 구하는 단계; 및 상기 공조블로워 작동량별 난방 효용 에너지(Qeff)에서 난방 효용 에너지가 최대인 공조블로워 작동량을 최적 작동량으로 결정하는 단계를 포함하는 최적 블로워 작동량 연산 과정을 수행하고, 상기 최적 블로워 작동량 연산 과정에서 구해진 상기 최적 작동량으로 공조블로워의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법을 제공한다.
여기서, 상기 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat)을 구하는 단계는, 냉각수와 공기 간 열교환이 이루어지는 히터를 통과하는 냉각수 유량인 히터 냉각수 통과 유량을 상기 차량 상태 정보를 이용하여 구하는 단계; 공조 정보로부터 히터 입구 공기온도를 구하는 단계; 현재의 공조 모드에서 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하는 단계; 엔진 냉각수온도와 상기 히터 입구 공기온도의 차이 값인 ITD(Inlet Temperature Difference)를 연산하는 단계; 및 '히터 냉각수 통과 유량 Vs. 히터 통과 풍량 Vs. 히터 방열량(Qheat)/ITD' 값들을 정의해놓은 히터 방열 성능 맵을 이용하여, 상기 구해진 히터 냉각수 통과 유량과 공조작동량별 히터 통과 풍량, ITD로부터 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat)이 구해지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량 상태 정보는 워터펌프가 엔진 동력에 의해 구동되어 냉각수를 펌핑 및 순환시키는 시스템에서 엔진회전수와 냉각수온도인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히터 입구 공기온도를 구하는 단계에서의 공조 정보는 외기온도와 실내온도, 내외기 도어 개도량인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하는 단계에서, 현재의 온도조절 도어 개도량 상태에 해당하는 히터 통과 풍량을 공조블로워 작동량별로 연산하여 상기 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열손실량(Qout)은 차량 실내공기와 실외공기의 엔탈피 차이와 실외 배출 풍량의 곱으로 계산되는 값으로서, 상기 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량별로 구하는 단계는, 현재의 내외기 도어 개도량 상태에 해당하는 실외 배출 풍량을 공조블로워 작동량별로 구한 후, 차량 실내공기와 실외공기의 엔탈피 차이와 각 공조블로워 작동량에 해당하는 실외 배출 풍량을 곱하여 연산하는 것임을 특징으로 한다.
또한, 엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건에서 외기온도 및 시동 후 시간에 따라 결정되는 기준온도와 차량 실내온도를 비교하여 차량 실내온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우 상기 최적 블로워 작동량 연산 과정으로 진입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건에서 외기온도 및 시동 후 시간에 따라 결정되는 기준온도와 차량 실내온도를 비교하여 차량 실내온도가 상기 기준온도 이상인 경우 냉각수온도로부터 엔진이 웜업 상태인지를 확인하고, 냉각수온도가 엔진 웜업 조건을 만족하지 않을 경우 엔진 웜업을 위해 현재 공기블로워의 풍량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 엔진이 웜업 상태인 것으로 확인한 경우 상기 최적 블로워 작동량 연산 과정으로 진입하는 것을 특징으로 한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 공조 제어 방법에서는 차량의 실내 난방시 공조블로워의 작동량을 제어함에 있어서 차량의 부족한 열원을 가장 효율적으로 사용할 수 있는 최적 작동량 제어를 수행하게 됨으로써 난방 성능 및 엔진 웜업 성능 향상, 난방 에너지 저감(및 보조 전기히터 에너지 저감), 엔진 웜업 성능 향상에 따른 엔진 마찰 저항 감소, 그리고 연비 향상의 효과를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 공조 제어 방법을 수행하는 공조 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공조 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공조 제어 방법에서 최적 블로워 작동량 연산 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 공조 제어 방법을 설명하기 참고도이다.
도 5는 종래기술에 따른 공조블로워 작동점 및 본 발명에 따른 최적 작동점을 비교하여 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 공조 제어 방법을 수행하는 공조 시스템의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공조 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공조 제어 방법에서 최적 블로워 작동량 연산 과정을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 공조 제어 방법을 설명하기 참고도이다.
도 5는 종래기술에 따른 공조블로워 작동점 및 본 발명에 따른 최적 작동점을 비교하여 나타낸 도면이다.
본 발명에서는 최대 난방시 난방 효용 에너지를 최대로 활용할 수 있는 풍량으로 공조블로워의 작동량을 제어하는 점에 주된 특징 있는 것으로, 여기서 난방 효용 에너지(Qeff)는 히터 방열량(Qheat)과 차량의 손실 열량(Qout)의 차이 값으로 정의한다.
먼저, 도 4를 참조하면, 차량의 실내 난방을 위해 엔진의 열에너지를 이용하는 공조 시스템의 히터가 도시되어 있으며, 여기서 히터는 내부에 엔진 냉각수가 통과하도록 되어 있으면서 내부를 통과하는 엔진 냉각수와 주변을 통과하는 공기 간의 열교환이 이루어지는 실내 난방용 열교환기, 즉 히터 코어가 될 수 있다.
또한, 공조 시스템의 외기 모드에서 차량 실내를 순환한 내기와 차량 외부로부터 도입된 외기가 실내 난방용 공기로 사용되고, 이러한 내기와 외기가 히터를 통과하여 가열된 후 차량 실내로 토출된다.
여기서, 내기와 외기가 공조블로워에 의해 흡입된 뒤 차량 실내로 토출되도록 송풍되는데, 이때 차량 실내로 송풍되는 공기는 히터(히터 코어)를 통과하는 동안 엔진 냉각수로부터 열에너지를 전달받게 된다.
또한, 엔진으로부터 공급되는 열량을 Qheat라 할 때 이 Qheat는 공기에 대한 히터의 방열량이 되며, 외기 모드 동안 실내 공기가 차량 외부로 배출되면서 발생하는 열손실량은 Qout이 된다.
또한, 내기와 외기가 히터를 통과한 후 차량 실내로 토출될 때 토출되는 난방용 공기에 의해 차량 실내로 공급되는 열량을 Qvent라 한다면, 실내 난방 에너지 Qroom는 'Qroom = Qvent - Qout'이 된다.
또한, 히터를 통해 Qheat의 열이 공급되고 차량 실외로 Qout의 열이 손실된다고 할 때 난방 효용 에너지 Qeff는 'Qeff = Qheat - Qout'로 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에서는 최대 난방시 차량 상태 정보 및 공조 정보로부터 히터 방열 성능 맵을 이용하여 히터를 통해 실내로 공급되는 공기에 가해지는 열량, 즉 히터 방열량 Qheat을 계산하고, 현재의 공조 모드에서 차량 실외로 배출되는 손실 열량인 열손실량 Qout을 계산한 뒤, 히터 방열량 Qheat와 열손실량 Qout로부터 난방 효용 에너지 Qeff를 계산하게 된다.
또한, 본 발명에서는 상기 난방 효용 에너지(Qeff)가 최대가 되는 최적 작동점을 결정하여 공조블로워의 작동량을 상기 결정된 최적 작동점으로 제어하게 된다.
즉, 난방 효용 에너지가 최대가 되는 최적 작동량을 구한 뒤 공조블로워의 작동을 상기 구해진 최적 작동량으로 제어하는 것이다.
일반적인 차량의 공조 시스템에서 공조블로워의 풍량은 공조블로워의 작동량에 관계되며, 공조블로워의 작동량이 제어됨에 따라 공조블로워의 풍량이 제어될 수 있다.
또한, 일반적인 차량의 공조 시스템에서 공조블로워의 작동량을 제어하기 위해 공조블로워에 인가되는 전압을 제어하고 있으며, 따라서 본 발명에서 공조블로워의 작동량을 제어하는 것은 공조블로워에 인가되는 전압을 제어하는 것이 될 수 있다.
물론, 공조블로워의 작동량을 제어하기 위해 공조블로워에 대한 인가 전압을 제어하는 것 외의 다른 방법도 사용되고 있므로, 본 발명에서 공조블로워의 작동량을 제어하는 것이 반드시 공조블로워의 인가 전압을 제어하는 것으로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 전류 제어 방식에서는 공조블로워의 작동량을 제어하기 위해 공조블로워에 대한 공급 전류 제어를 수행하고, PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식에서는 공조블로워의 블로워 모터 구동용 인버터에 대한 PWM 제어를 수행한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 공조 제어 방법을 수행하는 공조 시스템의 구성에 대해 설명하면, 도시된 바와 같이, 공조 시스템은 엔진회전수(RPM)를 검출하는 엔진회전수 센서(11), 냉각수온도를 검출하는 수온센서(12), 외기온도를 검출하는 외기온 센서(13), 차량 실내온도를 검출하는 실내온 센서(14)를 포함한다.
또한, 제어부(20)(공조제어기, 즉 FATC 제어기)가 상기 센서들의 신호를 입력받아 난방 효용 에너지(Qeff)를 연산하고, 최적 작동점의 블로워 작동량, 즉 난방 효용 에너지(Qeff)가 최대가 되는 최적 블로워 작동량을 연산한 뒤, 상기 연산된 최적 블로워 작동량을 나타내도록 공조블로워(30)의 작동을 제어하게 된다.
즉, 난방 성능의 만족을 위해 난방 효용 에너지(Qeff)가 최대가 되는 작동점으로 공조블로워(30)의 작동량을 제어하는 것이다.
또한, 후술하는 바와 같이 난방 성능 만족시에는 엔진 웜업을 위해 엔진 냉각수를 통한 히터 방열량이 감소하도록 공조블로워(30)의 작동량을 제어하는데, 이때 공조블로워(30)의 작동량을 감소시켜(예를 들면, 블로워 인가 전압을 낮추어 풍량을 감소시킴) 엔진 웜업 성능 확보 및 연비 향상을 도모하게 된다.
이와 같은 본 발명의 공조 제어 방법은 공조블로워의 최적 제어를 위해 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 최적 블로워 작동량 연산 과정을 포함하며, 본 발명에서 도 2 및 도 3의 제어 과정을 수행하는 제어 주체는 제어부(20)가 되고, 상기 제어부(20)가 도 2 및 도 3의 과정을 통해 공조블로워(30)의 작동을 난방 효용 에너지를 고려한 최적 작동량으로 제어하게 된다.
도 2를 참조하여 설명하면, 상기한 공조블로워의 최적 제어는 엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On)(S1) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건을 판단(S2)하여 최대 난방 조건시에만 진입하도록 설정된다.
만약, 최대 난방 조건을 만족하지 않을 경우 종래와 동일하게 기존의 블로워 작동맵을 이용하여 공조블로워의 작동을 제어하게 된다(S3,S10).
또한, 사용자가 스위치 조작 등을 통해 공조블로워의 풍량을 원하는 수준으로 설정한 경우에는 사용자 의지를 우선으로 하여 사용자가 설정한 설정값으로 블로워 풍량을 제어하게 된다(S4,S5,S10).
반면, 블로워 풍량 제어가 자동(Auto)으로 설정된 경우에만 최적 블로워 작동량 연산 과정을 포함하는 블로워 최적 제어를 수행하며, 최적 블로워 작동량 연산 과정을 통해 연산된 작동량, 즉 최적 블로워 풍량에 해당하는 작동량으로 공조블로워를 제어한다.
여기서, 공조블로워의 작동량을 제어하는 것은 전술한 바와 같이 공조블로워에 인가되는 전압을 제어하는 것이 될 수 있다.
상기와 같이 블로워 자동 풍량 제어가 설정된 경우 외기온도(외기온 센서에 의해 검출됨) 및 시동 후 시간에 따라 결정되는 기준온도와 차량 실내온도(실내온 센서에 의해 검출됨)를 비교하여 차량 실내온도가 기준온도보다 낮을 경우, 즉 난방 성능을 만족하지 않을 경우, 최적 블로워 작동량 연산 과정으로 바로 진입하고(S6,S9), 최적 블로워 작동량 연산 과정에서 연산된 최적 작동량으로 공조블로워의 작동을 제어하게 된다(S9,S10).
그러나, 차량 실내온도가 기준온도 이상이 되어 난방 성능을 만족하고 있는 경우에는 냉각수온도(수온센서에 의해 검출됨)로부터 엔진이 웜업 상태인지를 확인한다(S7).
이때, 냉각수온도가 엔진 웜업 조건을 만족하지 않을 경우 엔진 웜업을 위해 현재의 블로워 작동량을 설정값으로 감소시키거나 설정량만큼 감소시키며, 이를 통해 냉각수 방열량(히터 방열량)을 감소시킨다(S8).
만약, S7 단계에서 엔진이 웜업 상태인 것으로 확인한 경우, 마찬가지로 최적 블로워 작동량 연산 과정으로 진입하고(S9), 최적 블로워 작동량 연산 과정에서 연산된 최적 작동량으로 공조블로워의 작동을 제어하게 된다(S10).
결국, 상기한 최적 블로워 작동량 연산 과정에서 연산된 최적 작동량으로 공조블로워의 작동을 제어함으로써 쾌적한 실내온도를 빠르게 달성할 수 있게 된다.
이후 쾌적 온도에 도달하여 최대 난방 조건이 해제되면, 전술한 바와 같이 종래와 동일하게 기존의 블로워 작동맵을 이용하여 공조블로워의 작동을 제어하게 된다(S3).
이로써 최적 블로워 작동량 연산 과정을 포함하는 본 발명의 제어 방법에 따르면, 쾌적한 실내온도를 빠르게 달성할 수 있는 등의 난방 성능 향상이 달성될 수 있고, 엔진 웜업 성능 또한 개선될 수 있게 된다.
또한, 난방 에너지의 저감과 더불어 엔진 웜업 향상에 따른 마찰 저항 감소에 의해 연비 향상을 달성할 수 있게 된다.
이에 대해 도 5를 참조하여 설명하면, 도 5의 (a)에서 좌측 도면의 선도 'C'는 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat) 선도(점선)와 공조블로워 작동량별 열손실량(Qout) 선도(실선)를 함께 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이, 최적 블로워 작동량 연산 과정에서는 공조블로워의 작동량에 따른 히터 방열량(Qheat)을 나타내는 블로워 작동량별 방열량 선도(도 5의 (a)에서 좌측 도면의 점선)가 구해지고, 이와 함께 공조블로워의 작동량에 따른 열손실량(Qout)을 나타내는 블로워 작동량별 열손실량 선도(도 5의 (a)에서 좌측 도면의 실선)가 구해진다.
상기와 같이 두 선도가 구해지면, 히터 방열량(Qheat)과 열손실량(Qout)의 차이 값으로 구해지는 난방 효용 에너지(Qeff)가 구해질 수 있는데, 이때 난방 효용 에너지는 도 5의 (a)에서 영역 'C''와 같다.
또한, 공조블로워의 작동량에 따른 난방 효용 에너지(Qeff)를 나타내는 작동량별 선도가 도 5의 (a)에서 우측 도면의 선도 'D'와 같이 구해질 수 있으며, 선도 'D'에서 난방 효용 에너지(Qeff)가 최대가 되는 최적 작동점을 선택하고, 이 최적 작동점에 해당하는 작동량으로 공조블로워를 제어하게 된다.
도 5의 (a)에서 선도 'D'를 참조하면, 본 발명의 경우 최대 난방시 종래 작동점에 비해 난방 효용 에너지(Qeff)를 증대시킬 수 있는 최적 작동점(블로워 최적 작동량)이 선택됨을 볼 수 있다.
도 5의 (b)는 히터를 통과하는 공조블로워의 작동량에 따른 히터 방열량(Qheat)을 나타내는 선도, 즉 작동량별 방열량 선도만을 나타낸 것으로, 최대 난방시 종래의 작동점에 비해 본 발명의 최적 작동점에서 블로워 작동량이 적으므로 히터 방열량(Qheat) 또한 줄일 수 있음을 보여주고 있고, 결국 이러한 히터 방열량 감소는 엔진 웜업 성능을 증대시키게 된다.
다음으로, 도 3을 참조하여 최적 블로워 작동량 연산 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어부(20)가 차량 상태 정보와 공조 정보를 입력받아 취득하게 된다.
여기서, 차량 상태 정보는 엔진회전수 센서(11)에 의해 검출되는 엔진회전수(RPM), 수온센서(12)에 의해 검출되는 냉각수온도가 될 수 있고, 공조 정보로는 외기온 센서(13)에 의해 검출되는 외기온도, 실내온 센서(14)에 의해 검출되는 실내온도, 현재 공조 모드에서의 내외기 도어 개도량 및 온도조절 도어 개도량이 될 수 있다.
이어 워터펌프가 엔진 동력에 의해 구동되어 냉각수를 펌핑 및 순환시키는 시스템에서, 상기 제어부(20)는 차량 상태 정보인 엔진회전수와 냉각수온도에 기초하여 히터를 통과하는 냉각수 유량, 즉 히터 냉각수 통과 유량을 연산한다(S11).
또한, 제어부(20)는 공조 정보인 외기온도와 실내온도, 내외기 도어 개도량에 기초하여 히터 입구 공기온도를 연산하고(S12), 냉각수온도와 히터 입구 공기온도의 차이 값인 ITD(Inlet Temperature Difference)를 연산한다(S13).
본 발명에서 상기 히터 냉각수 통과 유량 및 히터 입구 공기온도는 기존의 공조 제어 과정에서 사용되고 있는 변수 값들로서, 이러한 값들을 차량 상태 정보나 공조 정보 또는 차량 상태 정보 및 공조 정보로부터 연산하는 과정에 대해서는 당업자에게 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 히터 냉각수 통과 유량 및 히터 입구 공기온도를 연산하는데 사용되는 차량 상태 정보나 공조 정보는 반드시 위와 같이 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변경이 가능하고, 그 연산 과정 또한 다양하게 알려져 있으므로 본 발명에서 특정하게 한정하지 않는다.
이어 제어부(20)는 현재의 온도조절 도어 개도량 상태에 해당하는 히터 통과 풍량을 공조블로워 작동량별로 연산하여 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하게 된다(S14).
여기서, 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량 데이터는 제어부에 설정 입력된 수식이나 맵 등을 통해 공조블로워 작동량별로 현재의 온도조절 도어 개도량 상태에 해당하는 히터 통과 풍량을 연산하거나 구하여 얻어질 수 있다.
예를 들면, '온도조절 도어 개도량 Vs. 히터 통과 풍량 Vs. 공조블로워 작동량' 값들을 정의해놓은 3차원 맵으로부터 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량 데이터가 얻어질 수 있는데, 온도조절 도어 개도량 값이 특정하게 결정된 상태에서 그 온도조절 도어 개도량 값에서의 '히터 통과 풍량 Vs. 공조블로워 작동량' 데이터가 상기 3차원 맵으로부터 구해질 수 있다.
도 3을 참조하면, S14 단계에서 3차원 맵으로부터 구해진 '히터 통과 풍량 Vs. 공조블로워 작동량'의 2차원 선도가 구해짐을 예시하고 있다.
다음으로, 제어부(20)는 상기 연산된 값들로부터 히터 방열 성능 맵을 이용하여 공조블로워의 작동량에 따른 히터 방열량(Qheat)을 나타내는 공조블로워 작동량별 방열량 선도 'A'를 구하게 된다(S15,S17).
상기 히터 방열 성능 맵은 반복된 실험을 통해 취득된 데이터들을 활용하여 '히터 냉각수 통과 유량 Vs. 히터 통과 풍량 Vs. 히터 방열량(Qheat)/ITD' 값들을 정의해놓은 3차원 맵으로서, 이전 연산 단계에서 히터 냉각수 통과 유량과 ITD 값이 특정하게 결정되고, 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량 값이 구해졌으므로, 상기 히터 방열 성능 맵으로부터 '블로워 풍량 Vs. 히터 방열량(Qheat)'의 2차원 선도 'A'가 구해질 수 있게 된다.
이와 더불어, 제어부(20)는 현재의 공조 모드에서 차량 실외로 배출되는 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량별로 구하게 된다(S18).
여기서, 열손실량(Qout)은 차량 실내공기와 실외공기의 엔탈피 차이와 실외 배출 풍량의 곱으로 계산되는 값이며, 실외 배출 풍량은 최대 난방시 및 외기 모드 동안 현재의 내외기 도어 개도량 상태에서 실내공기가 차량 외부로 배출되는 풍량을 나타낸다.
상기한 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량별로 구하기 위해 현재의 내외기 도어 개도량 상태에 해당하는 실외 배출 풍량을 공조블로워 작동량별로 구한 후(S16), 차량 실내공기와 실외공기의 엔탈피 차이와 각 공조블로워 작동량에 해당하는 실외 배출 풍량을 곱하게 되면 블로워 작동량별 열손실량 데이터를 구할 수 있게 된다(S18).
도 3을 참조하면, S18 단계에서 공조블로워 작동량별로 실내공기(내기)와 실외공기(외기)의 엔탈피 차이와 해당 실외 배출 풍량을 곱하여 구해진 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량에 따른 값으로 나타낸 열손실량 선도 'B'가 예시되어 있다.
결국, 각 공조블로워 작동량별로 선도 'A'의 히터 방열량(Qheat)과 선도 'B'의 열손실량(Qout)의 차이 값을 구하게 되면, 난방 효용 에너지(Qeff)가 구해질 수 있고, 이때 난방 효용 에너지(Qeff)를 나타내는 선도는 'C' 및 'D'와 같다(S19).
상기 난방 효용 에너지(Qeff)는 히터 방열량(Qheat)과 열손실량(Qout)의 차이 값으로서(Qeff = Qheat - Qout), 각 공조블로워 작동량에서 도 3의 영역 'C''로 나타낼 수 있다.
또한, 공조블로워 작동량에 따라 난방 효용 에너지(Qeff)를 나타내는 작동량별 선도가 도 3의 선도 'D'와 같이 구해질 수 있으며, 선도 'D'에서 난방 효용 에너지가 최대가 되는 최적 작동점을 선택하고(S20), 이 작동점에 해당하는 최적 작동량으로 공조블로워의 작동을 제어하게 된다.
위에서 설명된 최적 블로워 작동량 연산 과정에서 선도와 맵을 이용함을 예로 들어 설명하였으나, 이는 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니며, 각 연산 과정이 선도와 맵이 아닌 제어부(20)에 미리 설정 입력된 수식을 통해서도 이루어질 수 있고, 선도와 맵, 수식을 함께 이용하여 이루어질 수도 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 난방 성능 및 엔진 웜업 성능 향상, 난방 에너지 저감(및 보조 전기히터 에너지 저감), 및 엔진 웜업 성능 향상에 따른 마찰 저항 감소, 그리고 연비 향상의 효과를 얻을 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 엔진회전수 센서 12 : 수온센서
13 : 외기온 센서 14 : 실내온 센서
20 : 제어부 30 : 공조블로워

Claims (11)

  1. 엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건에서 현재의 차량 상태 정보와 공조 정보로부터 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat)을 구하는 단계;
    현재의 공조 모드에서 차량 실외로 배출되는 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량별로 구하는 단계;
    히터 방열량(Qheat)과 열손실량(Qout)의 차이 값인 난방 효용 에너지(Qeff)를 공조블로워 작동량별로 연산하여 공조블로워 작동량별 난방 효용 에너지(Qeff)를 구하는 단계; 및
    상기 공조블로워 작동량별 난방 효용 에너지(Qeff)에서 난방 효용 에너지가 최대인 공조블로워 작동량을 최적 작동량으로 결정하는 단계를 포함하는 최적 블로워 작동량 연산 과정을 수행하고,
    상기 최적 블로워 작동량 연산 과정에서 구해진 상기 최적 작동량으로 공조블로워의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat)을 구하는 단계는,
    냉각수와 공기 간 열교환이 이루어지는 히터를 통과하는 냉각수 유량인 히터 냉각수 통과 유량을 상기 차량 상태 정보를 이용하여 구하는 단계;
    공조 정보로부터 히터 입구 공기온도를 구하는 단계;
    현재의 공조 모드에서 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하는 단계;
    엔진 냉각수온도와 상기 히터 입구 공기온도의 차이 값인 ITD(Inlet Temperature Difference)를 연산하는 단계; 및
    '히터 냉각수 통과 유량 Vs. 히터 통과 풍량 Vs. 히터 방열량(Qheat)/ITD' 값들을 정의해놓은 히터 방열 성능 맵을 이용하여, 상기 구해진 히터 냉각수 통과 유량과 공조작동량별 히터 통과 풍량, ITD로부터 공조블로워 작동량별 히터 방열량(Qheat)이 구해지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 차량 상태 정보는 워터펌프가 엔진 동력에 의해 구동되어 냉각수를 펌핑 및 순환시키는 시스템에서 엔진회전수와 냉각수온도인 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량 상태 정보는 워터펌프가 엔진 동력에 의해 구동되어 냉각수를 펌핑 및 순환시키는 시스템에서 엔진회전수와 냉각수온도인 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 히터 입구 공기온도를 구하는 단계에서의 공조 정보는 외기온도와 실내온도, 내외기 도어 개도량인 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조 정보는 외기온도와 실내온도, 내외기 도어 개도량, 온도조절 도어 개도량인 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하는 단계에서, 현재의 온도조절 도어 개도량 상태에 해당하는 히터 통과 풍량을 공조블로워 작동량별로 연산하여 상기 공조블로워 작동량별 히터 통과 풍량을 구하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열손실량(Qout)은 차량 실내공기와 실외공기의 엔탈피 차이와 실외 배출 풍량의 곱으로 계산되는 값으로서,
    상기 열손실량(Qout)을 공조블로워 작동량별로 구하는 단계는, 현재의 내외기 도어 개도량 상태에 해당하는 실외 배출 풍량을 공조블로워 작동량별로 구한 후, 차량 실내공기와 실외공기의 엔탈피 차이와 각 공조블로워 작동량에 해당하는 실외 배출 풍량을 곱하여 연산하는 것임을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건에서 외기온도 및 시동 후 시간에 따라 결정되는 기준온도와 차량 실내온도를 비교하여 차량 실내온도가 상기 기준온도보다 낮은 경우 상기 최적 블로워 작동량 연산 과정으로 진입하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    엔진 시동 온(On) 및 공조 시스템 온(On) 이후 공조 시스템의 최대 난방 조건에서 외기온도 및 시동 후 시간에 따라 결정되는 기준온도와 차량 실내온도를 비교하여 차량 실내온도가 상기 기준온도 이상인 경우 냉각수온도로부터 엔진이 웜업 상태인지를 확인하고, 냉각수온도가 엔진 웜업 조건을 만족하지 않을 경우 엔진 웜업을 위해 현재 공기블로워의 풍량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    엔진이 웜업 상태인 것으로 확인한 경우 상기 최적 블로워 작동량 연산 과정으로 진입하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
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