KR200400976Y1 - 자동차 전기장치 배선 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차 전기장치를 효과적으로 교육할 수 있는 교육용 시뮬레이터에 관한 것으로 자동차의 전기장치를 다수의 모듈로 구성하여 각 모듈의 위치를 임의로 변화시킬 수 있으며 각 전기장치의 단자 점검 및 전기장치 간의 배선 실습, 전기장치 제어 모듈의 입·출력 신호 분석, 이그니션 키 스위치의 위치에 따른 전원 공급 상태, 기초 전기 회로 점검 방법, 전기장치의 기능별 점검과 전체 전기장치 시스템에서의 점검을 효과적으로 교육·실습할 수 있는 시뮬레이터를 제공함에 있다.

Description

자동차 전기장치 배선 시뮬레이터{Automobile electrical equipment simulator}

본 고안은 자동차 전기장치를 효과적으로 교육할 수 있는 교육용 시뮬레이터에 관한 것으로, 상세하게는 자동차 전기장치의 기능별 동작원리와 동작 상태, 회로도의 판독을 통한 장치간의 배선 방법과 전기장치 제어 모듈과 전체 전기 장치간의 입·출력 신호를 분석할 수 있는 시뮬레이터에 관한 것이다.

자동차의 전기장치는 전기·전자 공학적인 측면에서 볼 때 기본적인 기술과 구조를 적용하고 있지만 현장에서는 자동차 전기장치의 점검·정비가 면밀하게 이루어지지 않고 문제가 발생한 전기장치의 고장 원인을 분석하지 못한 상태에서 단순히 신품으로 교환하는 작업이 행해지는 경우가 많다. 확실한 고장원인을 분석하지 못하면 교환된 전기장치의 고장이 재발하거나 다른 전기장치의 고장을 유발 시키게 된다.

현장에서 자동차 전기장치의 점검·정비가 제대로 이루어 지지 않는 것은 기계 위주 자동차 정비·검사 교육에 비중을 높게 두고 있는 자동차 관련 교육기관의 문제, 효과적인 자동차 전기장치 관련 교육용 장비의 부재, 자동차 정비·검사 관련 학습자의 전기에 대한 이해가 부족한 것을 이유로 들 수 있다.

현재 대부분의 자동차 전기장치는 기능적인 측면에서의 향상뿐만 아니라 편의성 향상을 위해 운전자의 선택에 의해 이루어지던 전기장치의 동작을 설정된 알고리즘에 따라 제어하는 전기장치 제어 모듈을 장착하고 있다. 따라서 기존의 전기장치를 확실하게 이해하지 못하고 있는 상태에서 전기장치 제어 모듈에 의한 제어 상태를 점검·정비하는 것은 난해할 뿐만 아니라 지속적으로 개발되고 있는 전기장치의 메커니즘과 제어 알고리즘을 이해하는 것은 더욱 어려워지게 된다.

기존의 자동차 전기장치 관련 교육용 장비는 자동차의 전기장치와 연결 배선 상태를 실제 설치 상태와 유사하게 나열한 형태와 전기장치를 기능 별로 모듈화 한 형태로 나눌 수 있다. 전자의 경우 자동차 전기장치의 전원 공급방법이 실제 상황과 동일하고 전기장치의 실제 위치를 확인할 수 있지만 각 전기장치의 단자 점검과 배선 실습은 불가하며 후자의 경우는 전기장치의 기능별 동작상태 점검과 배선 실습은 가능하나 실제 자동차에서의 전기장치 위치를 확인할 수 없고 전원 공급 방법이 다르기 때문에 실제 자동차에서의 전기장치 점검·정비 교육에 효과적이지 못하다. 또한 전기장치 제어 모듈에 입·출력 되는 파형을 실제 상황과 동일한 조건에서 확인 할 수 없기 때문에 전기장치의 단품별 기능과 배선 교육을 할 수 있는 정도이다.

따라서, 전기의 기본 이론과 점검방법 뿐만 아니라 자동차 전기장치의 구조와 동작원리, 단자 점검, 배선 실습, 전기장치 제어 모듈 등을 효과적으로 교육하고, 기능별 점검과 전체 전기장치 시스템에서의 점검이 동시에 교육이 될 수 있는 교육용 장비가 필요하다.

본 고안의 목적은 자동차의 전기장치를 다수의 모듈로 구성하여 각 모듈의 위치를 임의로 변화시킬 수 있으며 각 전기장치의 단자 점검 및 전기장치 간의 배선 실습, 전기장치 제어 모듈의 입·출력 신호 분석, 이그니션 키 스위치의 위치에 따른 전원 공급 상태, 기초 전기 회로 점검 방법, 전기장치의 기능별 점검과 전체 전기장치 시스템에서의 점검을 효과적으로 교육·실습할 수 있는 시뮬레이터를 제공함에 있다.

본 고안의 전체 구성은 도 1에 나타낸 것처럼 자동차의 전기장치를 20개의 모듈(1∼20)로 구성하고 각 모듈의 위치를 시뮬레이터 랙(100) 상에서 임의로 변화시킬 수 있는 구조를 가진다. 20개의 전기장치 모듈(1∼20)은 자동차에서의 실제 위치와 기능의 유사성을 고려하여 구성되며, 상세하게는 전조등(좌측), 와이퍼, 와셔 모듈(1), 차속센서, 타코미터, 냉각수 온도 센서, 브레이크 오일 레벨 센서 모듈(2), 맵 램프, 트립 스위치, 안전벨트 모듈(3) 전조등(우측), 혼, 사이렌 모듈(4), 엔진 룸 릴레이와 퓨즈 박스 모듈(5), 룸 정션 박스 모듈(6), 계기판 모듈(7), 전기장치 제어 모듈(8), 윈도우 스위치(좌측), 미러 폴딩 제어 장치, 룸 램프 모듈(9), 다기능스위치, 비상등 스위치, 열선 스위치 모듈(10), 클러치, 브레이크, 후진, 인히비터 스위치 모듈(11), 윈도우 스위치(우측), 오토라이트 모듈과 센서, 레인 센서 모듈(12), 이그니션 키 스위치, 도어 워닝 스위치 모듈(13), 리어 컴비네이션 램프(좌측), 와이퍼 모듈과 모터 모듈(14), 선 루프 컨트롤러와 모터 모듈(15), 번호판 등, 테일게이트 스위치와 락 액추에이터 모듈(16), 리어 컴비네이션 램프(우), 연료펌프 어셈블리, 뒷 유리 열선 모듈(17) 시동 전동기, 발전기(18), 도어 락 액추에이터, 램프, 스위치, 윈도우 모터, 파워 아웃사이드 미러(좌·우측) 모듈(19)(20), 자동차 전기장치 시뮬레이터의 전원 공급 장치(21), 전기장치의 기능별 회로도를 확인할 수 있는 배선 확인용 컴퓨터(300)로 이루어진다. 또한 자동차 전기장치 점검·정비 교육에 앞서 기초 전기부품 및 회로 실습 모듈(200)을 통해 전기장치 점검 장비 사용법 및 기초 부품의 동작원리, 회로 상에서의 점검 방법을 교육·실습 할 수 있다. 기초 전기·전자부품 및 회로 실습 모듈(200)은 기초 전기회로 모듈(21), 각종 릴레이, 스위치, 퓨즈 모듈(22), 기초 전자부품 모듈(23)로 구성된다. 이처럼 전기장치를 모듈별로 구성함으로써 이 후 개발되는 전기장치 및 센서들을 모듈화하여 추가로 설치할 수 있기 때문에 시뮬레이터의 활용도가 높아진다.

이하의 내용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안인 자동차 전기장치 시뮬레이터의 전원 공급 방법은 실제 자동차에서와 동일하다. 즉, 전원 공급 장치(24)에서 공급된 전원은 엔진 룸 릴레이와 퓨즈 박스 모듈(5)로부터 전체 전기장치 모듈(1∼20)로 공급되며 이그니션 키 스위치, 도어 워닝 스위치 모듈(13)이 전체 전기장치 모듈(1∼20)로의 전원 공급·차단 역할을 한다. 이그니션 키 스위치, 도어 워닝 스위치 모듈(13)를 거친 전원은 룸 정션 박스 모듈(6)내의 해당 퓨즈를 거쳐 각 전기장치 모듈로 공급이 된다. 이러한 전원 공급 방법을 통해 이그니션 키 스위치(13)에 따른 실제 자동차에서의 전원 공급 상태 및 관련 릴레이와 퓨즈들에 대한 교육과 실습을 할 수 있다.

본 고안인 자동차 전장 시뮬레이터를 이용하여 약 40가지의 자동차 전기장치 부품 및 관련 회로점검이 가능하며 전기장치 제어 모듈의 입·출력 파형을 분석할 수 있다.

여러 가지 회로 중 자동차의 하향 전조등 회로를 본 고안인 자동차 전장 시뮬레이터에서 배선 작업하는 예를 도 2에 나타내었다.

하향 전조등 회로를 구성하기 위해서는 필요한 전기장치 부품을 먼저 결정해야 한다. 전원 공급 장치(24), 이그니션 키 스위치(38), 엔진 룸 릴레이와 퓨즈 박스(32) 내에 있는 전원 공급용 퓨즈블 링크(37), 하향 전조등 퓨즈(33), 전조등 릴레이(33), 룸 정션 박스(35) 내에 있는 다기능 스위치 퓨즈(36), 하향 전조등(31), 다기능 스위치(38), 접지 단자(30)가 필요하므로 도 2와 같이 5개의 전기장치 모듈로 회로를 구성할 수 있다. 하향 전조등의 동작에 필요한 전기장치 부품을 결정하는 과정에서 각 부품의 기능 및 동작원리를 학습할 수 있다.

실제 전기장치의 각 부품은 일정한 형상의 커넥터를 이용하여 연결되는 형태를 갖는데 전기장치 모듈(1∼20)에서는 회로 교육과 각 부품의 배선을 용이하게 할 수 있도록 부품의 모든 배선을 단자(41)로 구성하고 각 단자(41)마다 해당 번호(42)가 표기되며 부품간의 배선은 연결선(40)을 이용하여 각 부품간의 단자(41)를 연결한다. 또한 전기장치의 각 단자를 이용하여 부품의 단품 점검도 용이하게 할 수 있다.

배선 실습시 해당 전기장치의 회로도를 정확히 숙지하고 하향 전조등 동작을 위한 배선작업을 도 2에 표시한 것처럼 하게 되고 배선 작업을 완료한 후 배선작업 확인용 컴퓨터(300)를 통해 배선 작업이 정확히 이루어 졌는지 확인하고 전원 공급 스위치 및 누전 차단기(25)와 이그니션 키 스위치(39)를 통해 전원을 공급한다. 배선작업 확인용 컴퓨터(300)에는 가상적으로 전기장치 모듈(1∼20)의 배선 작업을 하고 전기장치를 동작 시킬 수 있는 프로그램이 설치된다. 배선작업 확인용 컴퓨터(300) 상에서 가상적인 배선작업을 통해 실제 시뮬레이터 상에서의 배선작업이 정확히 이루어졌는지 확인 할 수 있다. 또한, 배선작업 확인용 컴퓨터(300)에는 회로도 상에서 회로를 이해하고 전기장치를 동작시킬 수 있는 가상 시뮬레이션 프로그램이 입력되어 기능별 회로도를 교육·실습할 수 있다.

본 고안인 자동차 전기장치 배선 시뮬레이터에는 자동차가 실제 동작시 발생하는 신호들을 재현할 수 있는 모듈을 설치하여 전기장치 제어 모듈(8)에 입력하거나 계기판 모듈(7)에 입력하여 정보를 나타낼 수 있도록 되어 있어 전기장치의 점검·정비 교육의 현장 적응성을 높일 수 있다.

차속센서, 타코미터, 냉각수 온도 센서, 브레이크 오일 레벨 센서, 오일압력 센서 모듈(2)은 엔진과 자동차의 상태, 제동 상태 등을 나타내는 입력 신호로써 전기장치 제어 모듈(8) 또는 계기판 모듈(7)에 입력되어 속도계, 회전수계, 냉각수 온도계를 지시하거나, 브레이크 동작등, 엔진 오일 경고등을 표시할 수 있도록 브레이크 오일 레벨 센서(60), 오일압력 센서(59)를 임의로 제어할 수 있다. 차량의 속도를 나타내는 차속센서(52)는 시뮬레이터 상에서 모터(51)와 연결되어 회전하면서 출력값을 발생시키며 속도 제어 볼륨(56)을 이용하여 모터의 회전속도를 제어함으로써 차속센서 신호를 변화시킨다. 엔진의 회전속도를 나타내는 타코미터는 엔진 제어 장치에서 주파수 형태로 출력되는 신호로써 본 시뮬레이터에서는 회전수 제어 볼륨(54)을 이용하여 주파수를 변화시키는 주파수 발생회로(55)를 통해 타코미터의 신호를 대체한다. 엔진의 냉각수 온도를 나타내는 냉각수 온도 센서(57)는 센서를 입력 신호로 사용하거나 가변저항(56)을 이용하여 입력신호를 변화시키는 두 가지 방법을 선택할 수 있다. 선택은 시뮬레이터 상에 설치된 스위치(58)에 의해 이루어진다.

클러치, 브레이크, 후진, 사이드, 인히비터 스위치 모듈(11)은 실제 자동차 주행시 변속기 및 패달 조작에 따른 전기 장치의 동작을 나타내기 위한 입력 신호들로 구성되어 있다. 클러치 패달(61), 브레이크 패달(63), 후진 기어 레버(65), 사이드 브레이크 레버(68)의 동작 위치에 따라 클러치 스위치(62), 브레이크 스위치(64), 후진등 스위치(66), 사이드 브레이크 스위치(67)를 동작상태를 확인할 수 있으며 인히비터 스위치(69)를 동작시켜 계기판 모듈(7)에 변속상태를 표시할 수 있다.

본 시뮬레이터를 사용하여 자동차 전기장치의 배선 점검·정비를 실습 할 수 있는 방법은 전기장치 기능별 회로도 및 구성품의 동작원리를 숙지하고 시뮬레이터 상에서 배선 실습을 하고 전기장치를 동작시키는 방법, 내부적으로 단선된 연결선(40)을 사용하여 배선한 후 단선된 연결선을 사용한 부위를 찾아내는 방법, 손상된 퓨즈와 릴레이를 사용하여 전기장치의 동작을 점검하고 원인을 찾아내는 방법 등 다양하게 응용하여 적용될 수 있다.

이와 같이 본 고안은 자동차 전기장치의 점검·정비 교육과 실습이 실제 자동차에서와 동일하게 이루어 질 수 있도록 자동차 동작시 발생하는 신호들의 재현할 수 있고 전기장치를 모듈화하여 실제 자동차에서의 설치 위치에 맞게 모듈을 배치하거나 추가되는 모듈을 설치할 수 있어 시뮬레이터의 활용도를 높일 수 있다. 또한 각 전기 장치의 부품 점검과 장치간의 배선작업을 용이하게 할 수 있도록 모든 전기장치의 배선을 단자로 연결할 수 있도록 구성되어 있으며 배선 작업의 양·부 판정을 배선 점검용 컴퓨터를 통해 효과적으로 확인할 수 있다. 본 고안을 통해 기초 전기에 대한 이해와 자동차 전기장치의 점검·정비 교육 및 실습이 효과적이고 체계적으로 이루어 질 수 있다.

도 1은 본 고안인 자동차 전장 배선 시뮬레이터의 전체 구성도

도 2는 본 고안인 자동차 전장 배선 시뮬레이터의 전조등 모듈의 배선 개략도

도 3은 본 고안인 자동차 전장 배선 시뮬레이터의 전기장치 모듈 중 클러치, 브레이크, 후진, 사이드, 인히비터 스위치 모듈의 개략도

도 4는 본 고안인 자동차 전장 배선 시뮬레이터의 전기장치 모듈 중 차속센서, 타코미터, 냉각수 온도 센서, 브레이크 오일 레벨 센서, 오일압력 센서 모듈의 개략도

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 전조등(좌측), 와이퍼, 와셔 모듈

2 : 차속센서, 타코미터, 냉각수 온도 센서, 브레이크 오일 레벨 센서, 오일압력 센서 모듈 3 : 맵 램프, 트립 스위치, 안전벨트 모듈 4 : 전조등(우측), 혼, 사이렌 모듈

5 : 엔진 룸 릴레이와 퓨즈 박스 모듈 6 : 룸 정션 박스 모듈

7 : 계기판 모듈 8 : 전기장치 제어 모듈

9 : 윈도우 스위치(좌), 미러 폴딩 제어 장치, 룸 램프 모듈

10 : 다기능 스위치, 비상등 스위치, 열선 스위치 모듈

11 : 클러치, 브레이크, 후진, 사이드, 인히비터 스위치 모듈

12 : 윈도우 스위치(우), 오토라이트 모듈과 센서, 레인 센서 모듈

13 : 이그니션 키 스위치, 도어 워닝 스위치 모듈

14 : 리어 컴비네이션 램프(좌), 와이퍼 제어장치와 모터 모듈

15 : 선 루프 컨트롤러와 모터 모듈

16 : 번호판 등, 테일게이트 스위치와 락 액추에이터 모듈

17 : 리어 컴비네이션 램프(우), 연료펌프 어셈블리, 뒷 유리 열선 모듈

18 : 시동 전동기, 발전기

19 : 도어 락 액추에이터, 램프, 스위치, 윈도우 모터, 파워 아웃사이드 미러(좌) 모듈

20 : 도어 락 액추에이터, 램프, 스위치, 윈도우 모터, 파워 아웃사이드 미러(우) 모듈

21 : 기초 전기회로 모듈 22 : 릴레이, 스위치, 퓨즈 모듈 23 : 기초 전자부품 모듈

24 : 전원 공급기 25 : 전원 공급 스위치 및 누전 차단기 30 : 접지 단자

31 : 하향 전조등 32 : 엔진 룸 릴레이와 퓨즈 박스 33 : 하향 전조등 퓨즈

34 : 하향 전조등 릴레이 35 : 실내 정션 박스 36 : 다기능 스위치 퓨즈

37 : 전원 공급용 퓨즈블 링크 38 : 다기능 스위치 39 : 이그니션 키 스위치

40 : 연결선 41 : 단자 42 : 번호 표기

51 : 모터 52 : 차속센서 53 : 속도 제어 볼륨 54 : 회전수 제어 볼륨

55 : 주파수 발생회로 56 : 가변저항 57 : 냉각수온센서 58 : 스위치

59 : 오일압력 센서 60 : 브레이크 오일레벨 센서

61 : 클러치 패달 62 : 클러치 스위치 63 : 브레이크 패달 64 : 브레이크 스위치

65 : 후진 기어 레버 66 : 후진등 스위치 67 : 사이드 브레이크 레버

68 : 사이드 브레이크 스위치 69 : 인히비터 스위치

100 : 시뮬레이터 랙 200 : 기초 전기·전자부품 및 회로 실습 모듈

300 : 배선작업 확인용 컴퓨터

Claims (4)

1. 자동차 전기장치의 배선과 전원공급을 실제 자동차에서와 동일하게 실습할 수 있도록 각 전기장치의 위치와 기능의 유사성을 고려하여 20개의 모듈(1∼20)로 구성하고 각 모듈의 위치를 시뮬레이터 랙(100) 상에서 임의로 변화시킬 수 있는 구조
2. 차속센서(52)가 시뮬레이터 상에서 모터(51)와 연결되어 회전하면서 출력값을 발생시키며 속도 제어 볼륨(56)을 이용하여 모터의 회전속도를 제어하여 차속센서 신호를 변화시키는 기능을 가지고,

   회전수 제어 볼륨(54)을 이용하여 주파수를 변화시키는 주파수 발생회로(55)를 통해 타코미터의 신호를 재현하고,

   냉각수 온도 센서(57)와 가변저항(56)을 시뮬레이터 상에 설치된 스위치(58)로 선택하여 입력신호를 변화시키는 기능을 가진 전기장치 모듈
3. 클러치 패달(61), 브레이크 패달(63), 후진 기어 레버(65), 사이드 브레이크 레버(68)의 동작 위치에 따라 클러치 스위치(62), 브레이크 스위치(64), 후진등 스위치(66), 사이드 브레이크 스위치(67)를 동작상태를 확인할 수 있으며 인히비터 스위치(69)를 동작시켜 계기판 모듈(7)에 변속상태를 표시할 수 있는 기능을 가진 전기장치 모듈
4. 실제 시뮬레이터 상에서 전기장치 모듈(1∼20)의 배선 작업 전·후에 배선 작업의 양·부를 판단하고 관련 전기장치 모듈(1∼20) 회로의 동작 상태를 이해 할 수 있는 가상 시뮬레이션 프로그램이 설치된 배선작업 확인용 컴퓨터(300)