KR100205235B1 - 자동차 자동온도 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 자동 제어 시스템 및 방법을 공개한다. 그 시스템은 열을 발생하는 히터 코어, 공기가 유입되는 공조 덕트, 상기 공조 덕트로의 공기의 유입을 제어하는 제1조절 밸브, 상기 제1조절 밸브의 각도를 제어하는 액츄에이터, 냉방시에 냉매를 압축하기 위한 콤프레셔, 수분을 증발하기 위한 증발기, 상기 콤프레셔로 부터 상기 증발기로의 공기의 유입을 제어하는 제2조절 밸브, 상기 콤프레셔를 구동하기 위한 모터, 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 제어하기 위한 블로워 모터, 차량에 유입되는 공기를 외부 공기로 할 것인지 내부 공기로 할 것인지를 선택하기 위한 제1도어, 상기 차량에 유입되는 공기의 방향을 제1, 2, 및 3방향으로 제어하기 위한 제2, 3 및 4도어들, 냉방시에는 상기 약츄에이터를 제어하여 제1조절밸브를 완전히 닫아 상기 히터 코어의 열이 상기 공조 덕트안으로 유입되지 않도록 하고, 난방시에는 상기 모터를 정지하여 상기 공조 덕트에 유입하는 공기가 상기 증발기를 통과하면서 차가워지지 않도록하고, 운전자가 원하는 온도와 차량의 실내 온도의 차에 따라 상기 블로워 모터의 속도를 가변하기 위한 제어수단으로 구성되어 동력을 효율적으로 사용할 수 있으며 자동차의 실내온도를 자동으로 조절할 수 있다.

Description

자동차 자동 온도 제어 시스템 및 방법

본 발명은 자동차 온도 제어 시스템에 관한 것으로, 특히 자동으로 자동차의 온도를 제어할 수 있는 자동차 자동 온도 제어 시스템에 관한 것이다.

제1도는 종래의 자동차 온도 제어 시스템의 블럭도를 나타내는 것으로, 미국 특허 공보번호 4,289,195(발명의명칭; climate control device for passenger compartment of motor vehicle)에 공개된 도면을 도시한 것으로, 상세한 구성 및 동작 설명은 미국 특허 공보를 참고로 하기 바란다. 종래의 온도 제어방법은 공기 혼합 도어(10)를 사용하여 냉기와 온기의 홉합 비율을 조절하여 온도 제어를 하게 된다. 그러나, 이와같은 방법을 사용할 경우에는 효율이 낮다는 단점을 갖는다. 즉, 엔진의 냉각수에 의해서 히터 코어(heater core)에 뜨거운 물이 계속 흐르기 때문에 공조 덕트내의 공기를 가열하게 된다. 따라서, 증발기(8)를 통과한 차가운 공기가 열을 항상 빼앗기고 있기 때문에 냉방시 에너지 효율이 떨어지게 된다. 또한, 난방시에도 에어컨의 콤프레셔가 계속적으로 동력을 사용하고 있기 때문에 효율이 낮게 된다는 단점을 갖는다.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 자동으로 자동차의실내온도를 조절할 수 있는 자동차 자동 온도 제어 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고 자동으로 자동차의 실내온도를 조절할 수 있는 자동차 자동 온도 제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차 자동 온도 제어 시스템은 열을 발생하는 히터 코어, 공기가 유입되는 공조 덕트, 상기 공조 덕트로의 공기의 유입을 제어하는 제1조절 밸브, 상기 조절 밸브의 각도를 제어하는 액츄에이터, 냉방시에 냉매를 압축하기 위한 콤프레셔, 수분을 증발하기 위한 증발기, 상기 콤프레셔로 부터 상기 증발기로의 공기를 유입을 제어하는 제2조절 밸브, 상기 콤프레셔를 구동하기 위한 모터, 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 제어하기 위한 블로워 모터, 차량에 유입되는 공기를 외부 공기로 할 것인지 내부 공기로 할 것인지를 선택하기 위한 제1도어, 상기 차량에 유입되는 공기의 방향을 제1,2, 및 3방향으로 제어하기 위한 제2, 3 및 4도어들, 냉방시에는 상기 약츄에이터를 제어하여 제1조절밸브를 완전히 닫아 상기 히터 코어의 열이 상기 공조 덕트안으로 유입되지 않도록 하고, 난방시에는 상기 모터를 정지하여 상기 공조 덕트에 유입하는 공기가 상기 증발기를 통과하면서 차가워지지 않도록 하고, 운전자가 원하는 온도와 차량의 실내 온도의 차에 따라 상기 블로워 모터의 속도를 가변하기 위한 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차 자동 온도 제어방법은 설정 온도를 설정하고 온도 자동 조절 기능을 선택하기 위한 제어 패널, 수분을 증발하기 위한 증발기, 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 제어하기 위한 블로워 모터, 외기 온도를 감지하기 위한 외기 온도 센서, 내기 온도를 감지하기 위한 내기 온도 센서, 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 감지하기 위한 증발기 온도 센서, 공기가 유입되는 공조 덕트, 상기 공조 덕트로의 공기의 유입을 제어하는 제1조절 밸브, 냉방시에 냉매를 압축하기 위한 콤프레셔, 상기 콤프레셔로 부터 상기 증발기로의 공기의 유입을 제어하는 제2조절 밸브, 상기 콤프레셔를 구동하기 위한 모터, 차량에 유입되는 공기를 외부 공기로 할 것인지 내부 공기로 할 것인지를 선택하기 위한 제1도어, 및 상기 차량에 유입되는 공기의 방향을 제1, 2, 및 3방향으로 제어하기 위한 제2, 3 및 4도어들을 구비한 자동차 자동 온도 제어 시스템의 자동 온도 제어방법에 있어서, 상기 외기, 내기, 및 증발기 온도 센서들에 의해서 감지된 실외, 실내, 일사량과 상기 각 온도의 온도 상수를 각각 곱하여 합한 값으로 부터 상기 운전자 설정 온도와 온도상수를 곱한 값을 뺀 제1제어값을 계산하는 단계, 상기 제1제어값이 양의 값이면 상기 제1조절밸브가 완전히 닫히도록 하고, 음의 값이면 상기 제1제어값에 따라 상기 제2조절밸브의 개도 각도를 계산하는 단계, 상기 제1 및 제2조절밸브의 개도 각도들과 개도 각도 상수를 각각 곱하여 합한 값에 상기 증발기 통과 센서에 의해서 감지된 증발기 통과 온도를 합한 제2제어값을 계산하는 단계, 상기 제2제어값에 따라 상기 모터의 회전수를 결정하는 단계, 상기 계산된 개도 각도들에 따라 상기 제1조절 밸브 및 제2조절 밸브를 제어하고 상기 제2제어값에 따라 상기 모터를 구동하는 단계, 및 상기 제2제어값에 따라 상기 제2, 3, 및 4도어들을 제어하여 차내로 유입되는 공기의 통로를 제어하고 외부에서 유입되는 공기의 유입 정도를 결정하여 상기 제1도어를 제어하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

제1도는 종래의 자동차 온도 제어 시스템의 블럭도이다.

제2도는 본 발명의 자동차 온도 제어 시스템의 블럭도이다.

제3a, b는 본 발명의 자동차 자동 온도 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.

제4도는 제어신호 (T1)에 따른 콤프레셔 모터 회전수를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 자동차 자동 온도 제어 시스템 및 방법을 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 자동차 자동 온도 제어 시스템의 블력도로서, 도어(1), 블로워(2), 액츄에이터(3a,3b,3c), 증발기(4), 모터(5), 도어들(6a,6b,6c), 조절밸브(7a,7b), 모터 드라이버(8), 히터 코어(9), 마이크로 콘트롤러(10), 콤프레셔(11), 제어 패널(20), 외부공기 흡입구(30), 내부 공기 흡입구(31), 디프로스트(40), 플로어(50), 벤티레이터(60), 센서(100) (통과 온도센서(101), 내기 온도 센서(102), 외기 온도센서(103)), 및 일사량(104)로 구성되어 있다.

본 발명은 자동차 실내의 온도를 자동으로 제어하기 위하여 난방과 냉방시히터 코어(9)에 유입되는 냉각수(10), 및 증발기(4)를 순환하는 냉매를 압축하여 냉방능력을 결정하는 콤프레셔(11)의 동작 모드를 따로 구분하여 냉기와 온기가 각각 제어되도록 구성한 것이다.

냉방 모드시에는 열원이 되는 히터 코어(9)의 열이 공조 덕트안에 유입되지 않도록 마이코로 콘트롤러(10)에서 조절 밸브(7a)가 완전히 닫히도록 액츄에이터(3c)를 통해 신호를 보낸다. 따라서, 냉방은 콤프레셔(11)에서 압축된 냉매가 조절 밸브(7b)를 통해 증발기(4)에 유입되도록 하고, 외부 및 내부의 공기가 블로워(2)에 의해서 증발기(4)를 통과하면서 열을 빼앗기게 되므로 차가운 공기가 공조 덕트에 유입되도록 하였다. 따라서, 차가운 공기에 더운 공기가 혼합이 되지 않기 때문에 콤프레셔(11)를 구동하는 능력이 클 필요가 없다. 즉, 모터(5)에 의해서 조절되는 가변 용량형 콤프레셔(11)를 사용하기 때문에 시스템의 효율을 향상시키면서도 시스템의 크기는 작게하는 장점을 갖는다.

반대로, 난방 모드에서는 마이크로 콘트롤러(10)에서 콤프레셔(11)를 구동하는 모터(5)를 정지하도록 하는 신호를 보내어 공조 덕트에 유입하는 공기가 증발기(4)를 통과하면서 차가워지지 않도록 하기 때문에 전체 에너지 효율이 높게된다. 블로워 모터(2)는 운전자가 원하는 온도(Test)와 차량 실내의 온도(Tcar)의 차에 의해서 속도가 가변할 수 있도록 마이크로 콘트롤러(10)에서 제어한다. 즉, 온도차가 크게되면 블로워 모터(2)의 회전수가 증가하고, 온도차가 작으면 회전수가 작게 되도록 마이크로 콘트롤러(10)에서 모터 드라이버(8)를 통해 블로워 모터(2)를 구동한다. 또한, 차량에 유입되는 공기 배출구는 마이크로 콘트롤러(10)에서 액츄에이터(3b)를 통해 도어들(6a,6b,6c)을 제어함으로써 디프로스트(40), 플로워(50), 및 벤티레이터(60) 등과 같은 배출구를 통해 냉기 또는 온기가 차 실내에 유입된다.

또한, 차량에 유입되는 공기를 외부 공기 및 차량의 내부 공기를 선택하는 도어(1)를 제어함으로써 차량에 유입되는 공기를 외부 공기 흡입구(30), 및 내부 공기 흡입구(31)를 선택할 수 있도록 하여 동작 모드에 따라서 외기 및 내기가 순환할 수 있도록 한다.

제3a도는 본 발명의 자동차 자동 온도 제어 시스템의 동작을 설명하기 위한 동작 흐름도로서, 운전자가 제어 패널(20)을 이용하여 설정온도(Tset)를 설정하고 자동 스위치(AUTO)를 누르게 되면, 마이크로 콘트롤러(10)는 센서들(외기 온도 센서(103), 내기 온도 센서(102), 일사량(104), 및 증발기(4) 통과 온도 센서(101)의 감지 신호를 입력한다(제210단계). 제어신호(T1)를 식((Kcar ×Tcar) + (Kamb × Tamb) + (Ksun × Tsun) - (Kset × Tset))에 의해서 계산한다(제220단계). 상기 식에서 Kcar은 차실내온도 상수, Tcar은 차실내 온도 상수, Kamb는 차실외 온도 상수, Tamb는 차실외 온도, Ksun은 일사량 상수, Tsun은 일사량, Kset은 운전자 설정 온도 상수, 및 Tset는 운전자 설정 온도를 각각 나타낸다. 제어신호(T1)의 값에 따라 밸브(7a,7b)의 개도 각도들(θA,θB)을 계산한다(제230단계). 즉, 제어신호(T1)가 양의 값이면 밸브(7a)를 완전히 닫히도록 하고, 밸브(7b)는 제어신호(T1)의 값에 따라 개도 각도(θB)가 결정된다. 제어신호(T1)의 값 및 제어 각도들(θA,θB)에 의해서 제어신호(T2)를 식(Teva + (a × θA) + (a × θB)에 의해서 계산한다(제240단계). 상기 식에서, Teva는 증발기(4)의 통과 온도, a는 개도 각도 상수, θA는 밸브(7a)의 각도, θB는 밸브(7b)의 개도 각도를 각각 나타낸다. 제어신호(T2)의 값에 따라 콤프레셔 모터(5)의 회전수(rpm)를 결정한다(제250단계). 제230단계에서 결정된 개도 각도 (θA,θB)에 따라서 콤프레셔 모터(5)를 제어한다(제260단계). 그리고, 개도각도 (θA,θB)에 따라서 밸브들(7a,7b)을 제어함으로써 냉매가 증발기(4)에 유입되도록 한다(제270단계). 제어신호(T2)에 따라서 도어들(6a,6b,6c)을 제어하며 배출구들(40,50,60)을 선택하여 차내로 배출되는 공기의 통로, 즉 모드를 결정한다(제280단계). 제어신호(T2)에 따라서 외부에서 유입되는 공기의 유입정도를 결정하는 흡입 도어(1)를 제어함으로써 차 실내의 온도를 제어한다(제210단계).

제3b도는 제3a도에 나타낸 제280단계의 상세한 동작을 나타내는 동작 흐름도로서, 제어신호(T1)의 값이 양의 값인지를 판단한다(제300단계). 만일 제어신호(T1)의 값이 양의 값이면, 설정온도(Tset)가 최대값인지를 판단한다(제310단계). 만일 제어신호(T1)의 값이 양의 값이 아니면 난방보드가 시작되었는지를 판단한다(제320단계). 제310단계의 판단결과를 만족하지 않으면 제어신호(T2)의 값이 설정온도(Tset)보다 큰지를 판단한다(제330단계). 만일 320단계의 판단결과를 만족하면 주위온도(Tamb)가 영상인지를 판단한다(제340단계). 만일 제340단계를 만족하면 윈도우와 발쪽으로 공기를 내보낸다(제350단계). 만일 제340단계를 만족하지 않으면, 발쪽으로 공기를 내보낸다(제360단계). 제330단계를 만족하면, 발쪽과 얼굴쪽으로 공기를 내보낸다(제370단계). 만일 제310단계를 만족하면 얼굴쪽으로 공기를 내보낸다(제380단계)

제5도는 제어신호(T1)에 따른 콤프레셔 모터의 회전수(rpm)를 나타내는 그래프로서, 제어신호(T1)가 음의 값이면 콤프레셔 모터가 동작하지 않으므로 콤프레셔는 오프되고 난방이 된다. 제어신호(T1)가 양의 값이면 콤프레셔 모터의 회전수가 증가하기 시작하여 콤프레셔가 동작하게 되므로 냉방이 된다. 그래서, 콤프레셔 모터의 회전수가 최대가 되면 일정한 값을 유지하게 된다.

따라서, 본 발명의 자동차 자동 온도 제어 시스템은 동력을 효율적으로 사용할 수 있으며 자동차의 실내온도를 자동으로 조절할 수 있다.

Claims (4)

1. 열을 발생하는 히터 코어; 공기가 유입되는 공조 덕트; 상기 공조 덕트로의 공기의 유입을 제어하는 제1조절 밸브; 상기 조절 밸브의 각도를 제어하는 액츄에이터; 냉방시에 냉매를 압축하기 위한 콤프레셔; 수분을 증발하기 위한 증발기; 상기 콤프레셔로 부터 상기 증발기로의 공기의 유입을 제어하는 제2조절 밸브; 상기 콤프레셔를 구동하기 위한 모터; 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 제어하기 위한 블로워 모터; 차량에 유입되는 공기를 외부 공기로 할 것인지 내부 공기로 할 것인지를 선택하기 위한 제1도어; 상기 차량에 유입되는 공기의 방향을 제1, 2, 및 3방향으로 제어하기 위한 제2, 3 및 4도어들; 냉방시에는 상기 액츄에이터를 제어하여 제1조절밸브를 완전히 닫아 상기 히터 코어의 열이 상기 공조 덕트안으로 유입되지 않도록 하고, 난방시에는 상기모터를 정지하여 상기 공조 덕트에 유입하는 공기가 상기 증발기를 통과하면서 차가워지지 않도록 하고, 운전자가 원하는 온도와 차량의 실내 온도의 차에 따라 상기 블로워 모터의 속도를 가변하기 위한 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자동차 자동온도 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 상기 운전자가 원하는 온도와 차량의 실내 온도의 차가 작으면 상기 블로워 모터의 회전수가 작게되도록 하고, 온도차가 크면 상기 블로워 모터의 회전수가 크게 되므로 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차 자동 온도 제어 시스템.
3. 설정 온도를 설정하고 온도 자동 조절 기능을 선택하기 위한 제어 패널; 수분을 증발하기 위한 증발기; 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 제어하기 위한 블로워 모터; 외기 온도를 감지하기 위한 외기 온도 센서; 내기 온도를 감지하기 위한 내기 온도 센서; 상기 증발기를 통과하는 공기의 온도를 감지하기 위한 증발기 온도 센서; 공기가 유입되는 공조 덕트; 상기 공조 덕트로의 공기의 유입을 제어하는 제1조절 밸브; 냉방시에 냉매를 압축하기 위한 콤프레셔; 상기 콤프레셔로 부터 상기 증발기로의 공기의 유입을 제어하는 제2조절 밸브; 상기 콤프레셔를 구동하기 위한 모터; 차량에 유입되는 공기를 외부 공기로 할 것인지 내부 공기로 선택하기 위한 제1도어; 및 상기 차량에 유입되는 공기의 방향을 제1, 2, 및 3방향으로 제어하기 위한 제2, 3 및 4도어들을 구비한 자동차 자동 온도 제어 시스템의 자동 온도 제어 방법에 있어서, 상기 외기, 내기, 및 증발기 온도 센서들에 의해서 감지된 실외, 실내, 일사량과 상기 각 온도의 온도 상수를 각각 곱하여 합한 값으로 부터 상기 운전자 설정 온도와 온도상수를 곱한 값을 뺀 제1제어값을 계산하는 단계; 상기 제1제어값이 양의 값이면 상기 제1조절밸브가 완전히 닫히도록 하고, 음의 값이면 상기 제1제어값에 따라 상기 제2조절밸브의 개도 각도를 계산하는 단계; 상기 제1및 제2조절밸브의 개도 각도들과 개도 각도 상수를 각각 곱하여 합한 값에 상기 증발기 통과 센서에 의해서 감지된 증발기 통과 온도를 합한 제2제어갑을 계산하는 단계; 상기 제2제어값에 따라 상기 모터의 회전수를 결정하는 단계; 상기 계산된 개도 각도들에 따라 상기 제1조절 밸브 및 제2조절 밸브를 제어하고 상기 제2제어값에 따라 상기 모터를 구동하는 단계; 및 상기 제2제어값에 따라 상기 제2, 3, 및 4도어들을 제어하여 차내로 유입되는 공기의 통로를 제어하고 외부에서 유입되는 공기의 유입정도를 결정하여 상기 제1도어를 제어하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차 자동 온도 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2, 3 및 4도어를 제어하는 단계는 상기 제1제어값이 양의 값인지를 판단하는 단계; 상기 제1제어값이 양의 값이면 설정 온도가 최대값인지를 판단하는 단계; 상기 설정 온도가 최대값이면 얼굴쪽으로 공기를 보내는 단계; 상기 제1제어값이 음의 값이면 난방이 시작되었는지를 판단하고 주위 온도가 영하보다 높은 온도이면 윈도우와 발쪽으로 공기를 보내는 단계; 상기 주위 온도가 영하보다 낮으면 발쪽으로 공기를 보내는 단계; 및 상기 설정 온도가 최대값이 아니고 상기 제2제어값이 상기 설정 온도보다 높으면 발쪽과 얼굴쪽으로 공기를 보내는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 자동차 자동 온도 제어방법.