KR102529376B1 - Isg 차량 시스템 및 isg 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템은, 주행중 차량의 전력을 공급하며 엔진의 동력을 전기에너지로 변환하는 알터네이터와, 상기 차량의 전력을 축전하는 배터리와, 상기 배터리의 상태를 모니터링하며 외부와 정보를 송수신하며 상기 배터리의 상태에 따라 충전량을 연산하는 배터리 센서와, 외부 인프라 정보를 수신하고 차량의 위치를 판단하는 V2X 제어기와, 상기 V2X 제어기와의 통신을 통해 상기 외부 인프라 정보와 차량의 위치를 획득하고, 상기 배터리 센서와의 통신을 통해 상기 배터리의 상태와 충전량 정보를 획득하여 차량의 ISG(Idle Stop and Go) 기능의 동작 가능 시간과 동작 여부를 판단하는 ISG 제어기, 및 상기 ISG 제어기와의 통신을 통해 ISG 기능의 동작 신호를 수신하여 차량 엔진의 구동 여부를 판단하는 엔진 제어기를 포함한다.

Description

ISG 차량 시스템 및 ISG 제어 방법{VEHICLE SYSTME INCLUDING IDLE STOP AND GO FUNCTION AND METHOD FOR CONTROLLING IDLE STOP AND GO}
본 발명은 ISG 차량 시스템 및 ISG 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, ISG(Idle Stop and Go) 기능을 포함하는 차량 시스템 및 ISG 제어 방법에 관한 것이다.
전세계적으로 차량의 연소시 발생하는 이산화탄소 농도를 저감시키고자 하는 노력이 진행중에 있으며, 이와 동시에 고유가 시대에 발맞추어 차량의 연비 또한 향상시킬 수 있는 방법도 모색중에 있다.
이러한 노력에 부합하는 한 가지 방법으로써 ISG(Idle Stop & Go) 시스템이 제안되었다. 실제로 ISG 시스템으로 인해 차량의 이산화탄소 발생량을 저감시킴과 동시에 연비향상이라는 효과까지 발생할 수 있음이 증명되었다.
여기서 ISG 시스템은 차량의 정차시 엔진의 구동을 정지시켜 엔진이 연소되지 않도록 하고, 이후 차량의 발진시 다시 엔진을 구동시켜 차량의 이동이 가능하도록 하는 엔진 제어 방식이다.
ISG 시스템은 차량의 차속, 엔진회전속도, 냉각수온 등의 정보를 입력받아 아이들시 엔진을 정지하도록 명령을 내린다. 다시 말해서, ISG 시스템은 시가지 주행시 신호대기 등으로 차량이 정지하게 되면 공회전 중인 엔진을 자동으로 정지시키고 소정 시간 후에 차량이 발진(start)하고자 하면 엔진을 재시동시킨다. ISG 시스템을 공회전 스탑 제어 장치 등으로 표현하기도 한다. ISG 시스템은 실제 연비모드에서 대략 5 ~ 15% 정도의 연비 효과를 얻을 수 있다. 이러한 ISG 시스템이 탑재된 차량을 ISG 차량이라고 한다.
이러한 ISG 시스템은 차량 정차시 엔진 연소를 수행하지 않으므로 연료를 사용하지 않고, 따라서 차량의 연비를 향상시킴과 동시에 이산화탄소 농도 배출을 하지 않도록 하는 것이 가능해지는 것이다.
이러한 ISG 시스템에는 전기 모터를 이용하여 엔진을 스타트하는 방식과 유압모터를 이용하여 엔진을 스타트하는 방식이 있다. 승용차에 흔히 사용되는 방식은 전기 모터를 스타터로 이용하는 방식이다.
이러한 전기 모터식 ISG 시스템에서 ISG 기능을 사용하기 위해서는 엔진 스타터(engine starter)를 재구동해야 하므로 일정량 이상의 배터리 충전량을 유지해야 한다. 이러한 배터리 충전량 기준은 차량의 사양이나 OEM(Original Equipment Manufacturer)의 전력 시스템 특성(배터리 용량 및 종류 등의 사양, 전원 분배 구조 등의 특성, 발전 제어 및 암전류, 소비 전류 제어 적용 유무 등)에 따라 결정된다. 그런데, 배터리의 충전량을 과도하게 소비하는 대전류 부하로 인해 SOC(State of Charge) 기준을 높이거나 ISG 동작 시간 제한 설정 또는 전기 부하의 성능을 제한하기도 하여, 결국에는 ISG 기능이 해제되는 경우가 많다.
본 발명이 해결하려는 기술적 과제(목적)는, ISG의 제약 조건을 개선하기 위해 ISG 구동 가능 시간을 연산하고 V2X(Vehicle to Everything)로부터 전송되어 오는 외부 인프라 정보를 이용하여 ISG를 제어함으로써, ISG 기능의 동작 시간을 최적화하여 연비를 추가적으로 개선할 수 있는 ISG 기능을 포함하는 차량의 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템은, 주행중 차량의 전력을 공급하며 엔진의 동력을 전기에너지로 변환하는 알터네이터와, 상기 차량의 전력을 축전하는 배터리와, 상기 배터리의 상태를 모니터링하며 외부와 정보를 송수신하며 상기 배터리의 상태에 따라 충전량을 연산하는 배터리 센서와, 외부 인프라 정보를 수신하고 차량의 위치를 판단하는 V2X 제어기와, 상기 V2X 제어기와의 통신을 통해 상기 외부 인프라 정보와 차량의 위치를 획득하고, 상기 배터리 센서와의 통신을 통해 상기 배터리의 상태와 충전량 정보를 획득하여 차량의 ISG(Idle Stop and Go) 기능의 동작 가능 시간과 동작 여부를 판단하는 ISG 제어기, 및 상기 ISG 제어기와의 통신을 통해 ISG 기능의 동작 신호를 수신하여 차량 엔진의 구동 여부를 판단하는 엔진 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템은, 공조 블로워 모터, 샤시 모터, 엔진 인젝터, 시트 열선, 및 통풍 모터 등 전기를 소모하는 전기 부하를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템은, 차량의 공조시스템, 시트 시스템, 엔진 및 변속기 등 특정 목적에 따라 제어 기능을 구현하기 위해 상기 전기 부하의 신호를 입력받고 상기 전기 부하의 출력을 제어하는 전기 부하 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 센서는, 외부와 정보를 송수신하는 통신부와, 상기 배터리의 전압 상태를 모니터링하는 전압 감지부와, 상기 배터리로 수출입되는 전류를 모니터링하는 전류 감지부와, 상기 배터리의 액온을 모니터링하는 온도 감지부, 및 상기 배터리의 전압, 전류, 및 온도를 이용하여 상기 배터리의 충전량을 연산하는 SOC 연산부를 포함할 수 있다.
상기 V2X 제어기는, 외부 인프라 정보 송신 장치로부터 무선망을 통해 외부에서 송신한 정보를 차량 내부에 전달할 수 있다.
상기 V2X 제어기는, 차량의 네비게이션 유닛으로부터 전달된 GPS 정보와 상기 외부 인프라 정보 송신 장치에서 송신한 외부 인프라 정보를 조합하여 차량의 위치를 판단하고, 상기 ISG 제어기로 상기 외부 인프라 정보와 상기 차량의 위치를 상기 ISG 제어기로 송신할 수 있다.
상기 ISG 제어기는, 상기 배터리 센서 및 상기 V2X 제어기와 통신을 수행하는 통신부와, 상기 통신부를 통해 획득한 배터리 상태 정보와 외부 인프라 정보 및 차량 정보를 이용하여 차량의 ISG 기능 동작 여부를 실현할 수 있다.
상기 외부 인프라 정보는, 도로 및 위치 정보 및 도로 신호 정보일 수 있다.
상기 도로 및 위치 정보는, 도로 타입, 분기 도로 개수, 현재 차량 위치 및 현재 주행 도로 차선 개수일 수 있다.
상기 도로 신호 정보는, 분기 도로별 신호 타입, 상기 분기 도로별 신호 타입별 신호 변경 시간 행렬일 수 있다.
상기 배터리 상태 정보는 배터리 충전량, 배터리 노후도, 배터리 소모량 및 배터리 오류 정보일 수 있다.
상기 차량 정보는 현재 ISG 상태, ISG 동작 가능 시간, 현재 시간, 차속 및 연료 분사량일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어 방법은, ISG 제어기에 의해 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보, 배터리 상태 정보, 차량 정보를 수신하는 단계와, 상기 ISG 제어기에 의해 차량 위치에 따라 도로 정보, 지도 데이터, 시간 정보 및 배터리 상태 정보를 갱신하는 단계와, 상기 시간 정보에 따라 도로 신호 변경 시간 행렬을 갱신하는 단계와, 상기 배터리 상태 정보를 통해 ISG 동작 가능 시간을 갱신하는 단계와, 차속이 0인지 판단하는 단계와, 상기 차속이 0이면 상기 도로 신호 변경 시간 행렬에 의한 차량 정차 시간을 판단하는 단계와, 상기 ISG 동작후 재시동시 필요한 연료 분사량 정보를 획득하는 단계와, 상기 ISG 동작에 의해 절감되는 연료량이 상기 재시동시 필요한 연료 분사량보다 더 많은지 판단하는 단계와, 상기 ISG 동작에 의해 절감되는 연료량이 상기 재시동시 필요한 연료 분사량보다 더 많으면, 차량 엔진을 오프(OFF)하도록 엔진 제어기에 신호를 전송하는 단계와, 상기 차량 엔진이 오프되었는지 판단하는 단계와, 상기 차량 엔진이 오프되었으면 상기 ISG 동작 가능 시간이 상기 도로 신호 변경 시간보다 더 작은지 판단하는 단계와, 상기 ISG 동작 가능 시간이 상기 도로 신호 변경 시간보다 더 작으면, 상기 차량 엔진을 온(ON)하도록 상기 엔진 제어기에 신호를 전송하는 단계, 및 상기 ISG 동작 후 재시동시 소요된 연료 분사량을 획득하고 상기 연료 분사량의 평균값을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보는 외부 인프라 정보 송신 장치로부터 수집되고 V2X 제어기를 통해 상기 ISG 제어기로 전송될 수 있다.
상기 배터리 상태 정보는 배터리 센서에 의해 배터리 충전량 정보가 수집될 수 있다.
상기 차량 위치, 및 지도 데이터 정보는 네비게이션 장치에 의해 수집될 수 있다.
상기 ISG 동작 가능 시간은, 상기 배터리 상태 정보를 기반으로, 초기 배터리 충전량에서 배터리 노후도를 차감한 값과, 현재 시간과 배터리 충전량 값을 구하여 배터리 소모량 기울기를 구한 후, 차량 시동이 가능한 최소 충전량에서의 시간으로서 예측될 수 있다.
상기 현재 시간은 V2X 제어기 및 GPS에서 송출되는 시간 정보를 기반으로 구할 수 있다.
총 연료 분사량은 상기 ISG 동작시 시동에 필요한 연료 분사량의 평균값을 누적하여 산출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주행중 배터리 충전량과 전기 부하의 소모량을 이용하여 ISG 동작 가능 시간을 예측하고 외부 인프라 정보를 연동하여 ISG 동작 진입 및 해제하는 ISG 차량 시스템을 제공함으로써, 차량 엔진의 시동 OFF 전 및 시동 OFF 후 최적 제어로 ISG 동작 시간 증대로 연비 효과 개선이 가능하다.
또한, 시동 ON/OFF 최적화로 ISG용 스타터 모터 내구성이 증대될 수 있다.
또한, ISG 가능 시간을 계산함으로써, ISG 동작 시간을 표시할 수 있어 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템의 전력 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템의 통신 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알터네이터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 센서의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 V2X 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 부하 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어기의 ISG 구동 연산에 필요한 데이터 관리 항목을 나타내는 표이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 관리 항목 중 도로 타입 및 분기 도로 개수를 나타내는 표이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 관리 항목 중 분기 도로별 신호 타입을 설명하기 위한 차량의 위치를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 좌측 부분의 4거리에서 분기 도로별 신호 타입을 나타내는 표이다.
도 12는 도 10의 우측 부분의 4거리에서 분기 도로별 신호 타입을 나타내는 표이다.
도 13은 도 10의 좌측 부분의 4거리에서 분기 도로별 신호 타입별 신호 변경 시간 행렬을 나타내는 표이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리의 초기 및 노후화된 상태의 배터리 충전량을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 충전량에 따른 ISG 동작 가능 시간을 예측하기 위한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템의 전력 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 차량 시스템의 통신 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 알터네이터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 센서의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 V2X 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 부하 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, ISG 차량 시스템은 알터네이터(10)와, 배터리(20)와, 배터리 센서(30)와, V2X 제어기(40)와, ISG 제어기(50), 전기 부하(72, 74, 76), 및 전기 부하 제어기(70)를 포함한다.
알터네이터(10)는 주행중 차량의 전력을 공급하며 엔진(65)의 동력을 전기에너지로 변환시킨다. 알터네이터(10)는 외부에서 요청하는 발전량에 따라 전기를 생산할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 알터네이터(10)는 외부로부터 발전량 등의 정보를 수신하는 통신부(12)와, 정보를 분류하고 적용하기 위한 제어부(14), 및 적용되는 정보를 전기에너지로 외부로 공급하는 물리부(16)를 포함할 수 있다.
배터리(20)는 차량의 시동을 위해 전력을 축전하는 장치로, 납산 배터리나 리튬이온 배터리 등일 수 있으며, 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.
배터리 센서(30)는 배터리(20) 상태를 상시 모니터링하며, 외부와 정보를 송수신하며, 배터리(20)의 상태에 따라 배터리(20) 충전량을 연산할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 센서(30)는 외부와 정보를 송수신하는 통신부(32)와, 배터리(20)의 전압 상태를 모니터링하는 전압 감지부(34)와, 배터리(20)로 수출입되는 전류를 모니터링하는 전류 감지부(36)와, 배터리(20)의 액온을 모니터링하는 온도 감지부(38), 및 배터리(20)의 전압, 전류, 및 온도를 이용하여 배터리(20)의 충전량을 연산하는 SOC 연산부(39)를 포함할 수 있다.
V2X 제어기(40)는 외부 인프라 정보를 수신하고 차량의 위치를 판단하는 장치로서, 외부 인프라 정보 송신 장치(45)로부터 무선망을 통해 외부에서 송신한 정보를 차량 내부에 전달한다. V2X 제어기(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 차량 내부 통신부(42)와 차량 외부 통신부(44)를 포함하며, 차량 외부 통신부(44)를 통해 차량 네비게이션(90) 유닛으로부터 전달된 GPS 정보와 외부 인프라 정보 송신 장치(45)에서 송신한 외부 인프라 정보를 조합하여 차량의 위치를 판단하고, ISG 제어기(50)로 외부 인프라 정보와 차량의 위치를 ISG 제어기(50)로 전달할 수 있다.
ISG 제어기(50)는 V2X 제어기(40)와의 통신을 통해 외부 인프라 정보와 차량의 위치를 획득하고, 배터리 센서(30)와의 통신을 통해 배터리(20)의 상태와 충전량 정보를 획득하여 차량의 ISG(Idle Stop and Go) 기능의 동작 가능 시간과 동작 여부를 판단한다. 도 6에 도시된 바와 같이, ISG 제어기(50)는 배터리 센서(30) 및 V2X 제어기(40)와 통신을 수행하는 통신부(52)와, 통신부(52)를 통해 획득한 배터리(20) 상태 정보와 외부 인프라 정보 및 차량 정보를 이용하여 차량의 ISG 기능 동작 여부를 실현하는 ISG 구동 연산부(54)를 포함한다.
전기 부하(72, 74, 76)는 공조 블로워 모터, 샤시 모터, 엔진 인젝터, 시트 열선, 및 통풍 모터 등 전기를 소모하는 장치로, 전기 부하 제어기(70)의 제어 신호에 따라 동작하거나 미동작하는 장치이다. 전기 부하(72, 74, 76)는 인덕터 성분, 저항 성분, 캐패시터 성분 및 그 조합으로 구성되고, 시스템의 사양에 따라 용량 및 동작 특성이 달라질 수 있으며 다수개가 존재할 수 있다.
전기 부하 제어기(70)는 차량의 공조시스템, 시트 시스템, 엔진 및 변속기 등 특정 목적에 따라 제어 기능을 구현하는 장치로, 도 7에 도시된 바와 같이, 전기 부하 제어 신호를 입력받는 통신부(71), 해당 전력망의 전원을 입력받고 전압을 감지하는 전력부(73), 및 전기 부하(72, 74, 76)의 출력을 제어하는 전기 부하 제어부(75)로 구성되며, 다수개가 존재할 수 있다.
도 2에 도시된 외부 인프라 정보 송신 장치(45)는 도로 교통 정보를 차량으로 송신하는 장치로, 기술적인 내용들은 V2X의 일반적인 사양을 따르며, 관련된 데이터 수집 및 처리, 송신 단말을 통칭한다.
게이트 웨이(Gateway)(80)는 차량의 통신 게이트 웨이로서, LIN, CAN, 이더넷 등의 이종 통신망이나 이종 프로토콜의 데이터를 변환하여 제어기들이 통신 데이터를 주고 받을 수 있도록 하는 장치이다. 게이트 웨이(80)가 없는 차량은 각 제어기 간의 직접 통신도 가능하다.
엔진 제어기(60)는 ISG 제어기(50)와의 통신을 통해 ISG 기능의 동작 신호를 수신하여 차량 엔진(65)의 구동 여부를 판단하며, 외부 통신부(62), 전력부(64) 및 엔진 제어부(66)를 포함하고 엔진(65)을 구동하는 역할을 담당한다.
네비게이션(90)은 지도 정보를 포함하고 있는 제어기를 통칭하며, 구현 형태는 다양할 수 있다. 네이게이션(90)은 통신부(92), GPS(94), 지도 정보(96)를 포함하며, GPS 모듈을 내장하고 있어 차량에 위치 정보를 제공할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어기(50)의 ISG 구동 연산에 필요한 데이터 관리 항목을 나타내는 표이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 관리 항목 중 도로 타입 및 분기 도로 개수를 나타내는 표이다.
도 8을 참조하면, ISG 제어기(50)의 ISG 구동 연산에 필요한 데이터 관리 항목은 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보, 배터리(20) 정보 및 차량 정보일 수 있다. ISG 제어기(50)가 통신부(52)를 통해 획득한 외부 인프라 정보는 도로 및 위치 정보 및 도로 신호 정보일 수 있다. 도로 및 위치 정보 및 도로 신호 정보는 도 9의 분류표에 따라 현재 차량의 주행 경로 상의 위치와 현재 도로의 특성을 판단하는 데 사용된다. 도 9의 도로 및 위치 정보 중 ⓐ도로 타입 및 ⓑ분기 도로 개수는 도 10의 직진로, 교차로, 고가도로, 지하차도, 진출입로 등으로 관리될 수 있고, 주행 중 직선도로, 교차로나 고속도로의 IC의 경우에 분기 도로 개수가 업데이트 된다.
도 8의 도로 위치 및 위치 정보에서 ⓒ현재 차량 위치 정보는 현재 참조해야 할 신호 정보를 판단하기 위해서 필요하며, GPS로부터 송신된 데이터와 GPS 및 V2X, 지도맵 등을 통해서 보정된 위치를 사용할 수 있다. ⓓ현재 주행 도로 차선 개수는 분기 도로 상에서 참조해야 할 신호 정보를 활용하기 위해 필요하며, 지도맵이나 V2X 인프라를 통해서 얻은 데이터 및 GPS와 결합하여 판단할 수 있다.
도 8의 도로 신호 정보는 도로 상에서 차량이 참조해야 하는 신호 타입을 나타낸다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터 관리 항목 중 분기 도로별 신호 타입을 설명하기 위한 차량의 위치를 나타내는 도면으로서, 4차로 4거리를 지나 T형 도로가 연속될 경우의 도로를 보여준다.
도 10의 맨 왼쪽 차선의 차량(V1)은 좌회전/주의/정지, 오른쪽 차선의 차량(V2)은 정지/주의/주행 신호에서 주행하여 T형 도로로 진입할 경우 각각 도 11 및 도 12와 같이 테이블이 구성된다. 차량이 우측에 존재하여도 차량이 좌회전을 할 수 있으므로 주행이 가능한 모든 정보를 관리한다.
도 13은 도 10의 좌측 부분의 4거리에서 ⓕ분기 도로별 신호 타입별 신호 변경 시간 행렬을 나타내는 표이다. V2X 제어기(40)를 통해 도로 정보에서 송신되는 정보를 기반으로 ⓔ분기 도로별 신호 타입별 신호 변경 시간 행렬을 구성하여 관리한다. 시간축을 기반으로 향후 변경될 신호 정보들을 나열하여 구성한다. 최소 단위는 초단위로 생성하고 신호가 변경되는 시점을 기준으로 행렬을 생성할 수 있다.
도 8의 배터리(20) 정보에 해당하는 ⓖ충전량, ⓗ노후도, ⓘ소모량 및 ⓙ오류 정보는 주기적으로 갱신한다. 100ms 단위로 모니터링이 가능하며, 시스템 특성에 따라 변경이 가능하도록 한다. 배터리 센서(30)의 통신이 실패하는 경우, ISG 동작 시간 예측이 불가능하므로 배터리 센서(30)의 통신 에러 및 배터리 센서(30) 보정 오류의 경우 오류 항목을 설정하여 기능 동작을 정지하도록 한다.
도 8의 차량 정보에 해당하는 ⓚ현재 ISG 상태, ⓛISG 동작 가능 시간, ⓜ 현재 시간, ⓝ차속 및 ⓞ연료 분사량 정보는 ISG 제어기(50)가 ISG 구동을 요청하는 내용 이외에 엔진 제어기(60)가 실제 정차 중 시동을 껐는지에 대해서 파악하는 항목이다.
ⓛISG 동작 가능 시간은, 도 14에 도시된 바와 같이, 배터리 센서(30)로부터 들어오는 배터리(20) 상태 정보를 기반으로, 초기 배터리(20) ⓖ충전량에서 ⓗ노후도를 차감한 후, 도 15에 도식화된 그래프와 같이 시동이 가능한 최소 충전량까지 현재 소모량의 기울기를 구하여 계산된다. 노후화된 배터리(20)일수록 충전량 감소로 ISG 동작 시간이 줄어든다. 즉, ISG 동작 가능 시간은, 배터리(20) 상태 정보를 기반으로, 초기 배터리(20) 충전량에서 배터리(20) 노후도를 차감한 값과, 현재 시간과 배터리(20) 충전량 값을 구하여 배터리(20) 소모량 기울기를 구한 후, 차량 시동이 가능한 최소 충전량에서의 시간으로서 예측될 수 있다.
ⓜ현재 시간은 V2X 제어기(40) 및 GPS(94)에서 송출되는 시간 정보를 기반으로 구할 수 있다. GPS 시간 정보를 이용하여 절대값을 구하고, V2X 제어기(40)에서 정보를 송출할 경우 두 개의 값을 비교하고 일정값 이상의 오차가 발생할 경우, 기능을 정지하거나 V2X 제어기(40)에서 송출하는 시간 정보를 활용하여 동작할 수 있다.
ⓝ차속은 엔진 제어기(60)로부터 실시간 정보로 갱신하고, ⓞ연료 분사량 값은 ISG 시작시에 시동에 필요한 연료 분사량 값의 평균값을 누적하여 산출될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ISG 제어 방법은 우선, ISG 제어기(50)에 의해 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보, 배터리(20) 상태 정보, 차량 정보를 수신한다(S101). 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보는 외부 인프라 정보 송신 장치(45)로부터 수집되고 V2X 제어기(40)를 통해 ISG 제어기(50)로 전송될 수 있다.
그 후, ISG 제어기(50)에 의해 차량 위치에 따라 도로 정보, 지도 데이터, 시간 정보 및 배터리(20) 상태 정보를 갱신한다(S102). 배터리(20) 상태 정보는 배터리 센서(30)에 의해 배터리(20) 충전량 정보가 수집될 수 있다. 차량 위치, 및 지도 데이터 정보는 네비게이션(90) 장치에 의해 수집될 수 있다.
그 후, 시간 정보에 따라 도로 신호 변경 시간 행렬을 갱신하고(S103), 배터리(20) 상태 정보를 통해 ISG 동작 가능 시간을 갱신한다(S104). ISG 동작 가능 시간은, 배터리(20) 상태 정보를 기반으로, 초기 배터리(20) 충전량에서 배터리(20) 노후도를 차감한 값과, 현재 시간과 배터리(20) 충전량 값을 구하여 배터리(20) 소모량 기울기를 구한 후, 차량 시동이 가능한 최소 충전량에서의 시간으로서 예측될 수 있다. 그리고, 현재 시간은 V2X 제어기(40) 및 GPS(94)에서 송출되는 시간 정보를 기반으로 구할 수 있다.
그 후, 차속이 0인지 판단하고(S105), 차속이 0이면 도로 신호 변경 시간 행렬에 의한 차량 정차 시간을 판단한다(S106). 그리고, ISG 동작후 재시동시 필요한 연료 분사량 정보를 획득한다(S107).
그 후, ISG 동작에 의해 절감되는 연료량이 재시동시 필요한 연료 분사량보다 더 많은지 판단하고(S108), ISG 동작에 의해 절감되는 연료량이 재시동시 필요한 연료 분사량보다 더 많으면, 차량 엔진(65)을 오프(OFF)하도록 엔진 제어기(60)에 신호를 전송한다(S109).
그 후, 차량 엔진(65)이 오프되었는지 판단하고(S110), 차량 엔진(65)이 오프되었으면 ISG 동작 가능 시간이 도로 신호 변경 시간보다 더 작은지 판단하며(S111), ISG 동작 가능 시간이 상기 도로 신호 변경 시간보다 더 작으면, 차량 엔진(65)을 온(ON)하도록 엔진 제어기(60)에 신호를 전송한다(S112).
그 후, ISG 동작 후 재시동시 소요된 연료 분사량을 획득하고 연료 분사량의 평균값을 계산한다(S113). 총 연료 분사량은 ISG 동작시 시동에 필요한 연료 분사량의 평균값을 누적하여 산출될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 주행중 배터리 충전량과 전기 부하의 소모량을 이용하여 ISG 동작 가능 시간을 예측하고 외부 인프라 정보를 연동하여 ISG 동작 진입 및 해제하는 ISG 차량 시스템을 제공함으로써, 차량 엔진의 시동 OFF 전 및 시동 OFF 후 최적 제어로 ISG 동작 시간 증대로 연비 효과 개선이 가능하다.
또한, 시동 ON/OFF 최적화로 ISG용 스타터 모터 내구성이 증대될 수 있다.
또한, ISG 가능 시간을 계산함으로써, ISG 동작 시간을 표시할 수 있어 사용자 편의성이 향상될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 알터네이터 20: 배터리
30: 배터리 센서 40: V2X 제어기
45: 외부인프라 정보 송신 장치 50: ISG 제어기
60: 엔진 제어기 65: 엔진
70: 전기 부하 제어기 80: 게이트 웨이
90: 네비게이션

Claims (19)

  1. 주행중 차량의 전력을 공급하며 엔진의 동력을 전기에너지로 변환하는 알터네이터;
    상기 차량의 전력을 축전하는 배터리;
    상기 배터리의 상태를 모니터링하며 외부와 정보를 송수신하며 상기 배터리의 상태에 따라 충전량을 연산하는 배터리 센서;
    외부 인프라 정보를 수신하고 차량의 위치를 판단하는 V2X 제어기;
    상기 V2X 제어기와의 통신을 통해 상기 외부 인프라 정보와 차량의 위치를 획득하고, 상기 배터리 센서와의 통신을 통해 상기 배터리의 상태와 충전량 정보를 획득하여 차량의 ISG(Idle Stop and Go) 기능의 동작 가능 시간과 동작 여부를 판단하는 ISG 제어기; 및
    상기 ISG 제어기와의 통신을 통해 ISG 기능의 동작 신호를 수신하여 차량 엔진의 구동 여부를 판단하는 엔진 제어기를 포함하고,
    상기 ISG 제어기는,
    상기 배터리 센서 및 상기 V2X 제어기와 통신을 수행하는 통신부와, 상기 통신부를 통해 획득한 배터리 상태 정보와 외부 인프라 정보 및 차량 정보를 이용하여 차량의 ISG 기능 동작 여부를 실현하는 ISG 구동 연산부를 포함하는 ISG 차량 시스템.
  2. 제 1 항에서,
    공조 블로워 모터, 샤시 모터, 엔진 인젝터, 시트 열선, 및 통풍 모터 등 전기를 소모하는 전기 부하를 더 포함하는 ISG 차량 시스템.
  3. 제 2 항에서,
    차량의 공조시스템, 시트 시스템, 엔진 및 변속기 등 특정 목적에 따라 제어 기능을 구현하기 위해 상기 전기 부하의 신호를 입력받고 상기 전기 부하의 출력을 제어하는 전기 부하 제어기를 더 포함하는 ISG 차량 시스템.
  4. 제 1 항에서,
    상기 배터리 센서는,
    외부와 정보를 송수신하는 통신부와, 상기 배터리의 전압 상태를 모니터링하는 전압 감지부와, 상기 배터리로 수출입되는 전류를 모니터링하는 전류 감지부와, 상기 배터리의 액온을 모니터링하는 온도 감지부, 및 상기 배터리의 전압, 전류, 및 온도를 이용하여 상기 배터리의 충전량을 연산하는 SOC 연산부를 포함하는 ISG 차량 시스템.
  5. 제 1 항에서,
    상기 V2X 제어기는,
    외부 인프라 정보 송신 장치로부터 무선망을 통해 외부에서 송신한 정보를 차량 내부에 전달하는 ISG 차량 시스템.
  6. 제 5 항에서,
    상기 V2X 제어기는,
    차량의 네비게이션 유닛으로부터 전달된 GPS 정보와 상기 외부 인프라 정보 송신 장치에서 송신한 외부 인프라 정보를 조합하여 차량의 위치를 판단하고, 상기 ISG 제어기로 상기 외부 인프라 정보와 상기 차량의 위치를 상기 ISG 제어기로 송신하는 ISG 차량 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에서,
    상기 외부 인프라 정보는, 도로 및 위치 정보 및 도로 신호 정보인 ISG 차량 시스템.
  9. 제 8 항에서,
    상기 도로 및 위치 정보는,
    도로 타입, 분기 도로 개수, 현재 차량 위치 및 현재 주행 도로 차선 개수인 ISG 차량 시스템.
  10. 제 8 항에서,
    상기 도로 신호 정보는,
    분기 도로별 신호 타입, 상기 분기 도로별 신호 타입별 신호 변경 시간 행렬인 ISG 차량 시스템.
  11. 제 1 항에서,
    상기 배터리 상태 정보는 배터리 충전량, 배터리 노후도, 배터리 소모량 및 배터리 오류 정보인 ISG 차량 시스템.
  12. 제 1 항에서,
    상기 차량 정보는 현재 ISG 상태, ISG 동작 가능 시간, 현재 시간, 차속 및 연료 분사량인 ISG 차량 시스템.
  13. ISG 제어기에 의해 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보, 배터리 상태 정보, 차량 정보를 수신하는 단계;
    상기 ISG 제어기에 의해 차량 위치에 따라 도로 정보, 지도 데이터, 시간 정보 및 배터리 상태 정보를 갱신하는 단계;
    상기 시간 정보에 따라 도로 신호 변경 시간 행렬을 갱신하는 단계;
    상기 배터리 상태 정보를 통해 ISG 동작 가능 시간을 갱신하는 단계;
    차속이 0인지 판단하는 단계;
    상기 차속이 0이면 상기 도로 신호 변경 시간 행렬에 의한 차량 정차 시간을 판단하는 단계;
    상기 ISG 동작후 재시동시 필요한 연료 분사량 정보를 획득하는 단계;
    상기 ISG 동작에 의해 절감되는 연료량이 상기 재시동시 필요한 연료 분사량보다 더 많은지 판단하는 단계;
    상기 ISG 동작에 의해 절감되는 연료량이 상기 재시동시 필요한 연료 분사량보다 더 많으면, 차량 엔진을 오프(OFF)하도록 엔진 제어기에 신호를 전송하는 단계;
    상기 차량 엔진이 오프되었는지 판단하는 단계;
    상기 차량 엔진이 오프되었으면 상기 ISG 동작 가능 시간이 상기 도로 신호 변경 시간보다 더 작은지 판단하는 단계;
    상기 ISG 동작 가능 시간이 상기 도로 신호 변경 시간보다 더 작으면, 상기 차량 엔진을 온(ON)하도록 상기 엔진 제어기에 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 ISG 동작 후 재시동시 소요된 연료 분사량을 획득하고 상기 연료 분사량의 평균값을 계산하는 단계를 포함하는 ISG 제어 방법.
  14. 제 13 항에서,
    상기 도로 및 위치 정보, 도로 신호 정보는 외부 인프라 정보 송신 장치로부터 수집되고 V2X 제어기를 통해 상기 ISG 제어기로 전송되는 ISG 제어 방법.
  15. 제 13 항에서,
    상기 배터리 상태 정보는 배터리 센서에 의해 배터리 충전량 정보가 수집되는 ISG 제어 방법.
  16. 제 13 항에서,
    상기 차량 위치, 및 지도 데이터 정보는 네비게이션 장치에 의해 수집되는 ISG 제어 방법.
  17. 제 13 항에서,
    상기 ISG 동작 가능 시간은,
    상기 배터리 상태 정보를 기반으로, 초기 배터리 충전량에서 배터리 노후도를 차감한 값과, 현재 시간과 배터리 충전량 값을 구하여 배터리 소모량 기울기를 구한 후, 차량 시동이 가능한 최소 충전량에서의 시간으로서 예측되는 ISG 제어 방법.
  18. 제 17 항에서,
    상기 현재 시간은 V2X 제어기 및 GPS에서 송출되는 시간 정보를 기반으로 구하는 ISG 제어 방법.
  19. 제 18 항에서,
    총 연료 분사량은 상기 ISG 동작시 시동에 필요한 연료 분사량의 평균값을 누적하여 산출되는 ISG 제어 방법.
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