KR100228979B1 - 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 자동차의 주행 상황을 감지하여 그에 해당하는 전기신호로 출력하는 상황 감지수단과, 운전자가 브레이크를 밟을 경우, 그 양을 감지하여 전기신호로 출력하는 브레이크 감지수단과, 상기 브레이크 감지수단으로부터 입력되는 신호에 따라 동작하여, 상기 상황 감지수단으로부터 입력된 신호를 판독하여, 그 신호를 퍼지 보정함으로써 운전자가 급브레이크를 밟으려는지의 의지를 판단하여, 해당하는 신호를 출력하는 제어수단과, 상기 제1수단으로부터 입력되는 신호에 따라 동작하여 엔진의 점화시기를 조정하는 점화시기 조정수단으로 이루어져 있으며, 자동차를 주행하다가 돌발 사태 등을 맞이하여 운전자가 브레이크를 밟을 때, 그 상황에서의 변수가 되는 값을 감지하여, 미리 설정되어 있는 함수를 이용하여 점화시기를 조정하는 인공지능을 도입함으로써, 자동변속기 차량이든 수동변속기 차량이든 상관없이 적용하여 엔진 브레이크 효과를 극대화할 수 있는 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어장치 및 그 방법
제1도는 일반적인 엔진의 흡입, 폭발, 배기 행정을 나타낸 시기선도.
제2도는 이 발명의 실시예에 따른 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치를 적용한 블록도.
제3도는 이 발명의 실시예에 따른 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어방법을 적용한 동작 순서도.
제4(a)∼(c)도는 제2도에 따른 제어부의 각 입력 소속 함수를 나타낸 그래프이다.
이 발명은 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크(Engine Brake) 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더 상세히 말하자면, 자동차를 주행하다가 돌발 사태 등을 맞이하여 운전자가 브레이크를 밟을 때, 그 상황에서의 변수가 되는 값을 감지하여, 미리 설정되어 있는 함수를 이용하여 점화시기를 조정함으로써 엔진 브레이크 효과를 극대화할 수 있는 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
제1도는 일반적인 엔진의 흡입, 폭발, 배기 행정을 나타낸 시기선도이다.
일반적으로 엔진의 행정은 제1도와 같이 나타나는데, 폭발 행정은 압축이 끝난 후에 일어나며, 실린더 내의 점화는 상사점에 도달하기 바로 전에 일어난다.
즉, 엔진 점화시기는 상사점 조금 전에 위치하게 되며, 이때 점화시기는 엔진 노킹(Knocking) 및 출력, 흡배출, 연비 등에 영향을 미치므로 많은 실험을 거쳐 차량의 주행 상태에 맞는 시기가 선택되도록 제어되고 있다.
한편, 자동차를 운전하다보면, 운전자는 여러 가지 상황을 접하게 된다.
즉, 언덕길, 내리막길 등 도로의 상태에 변화가 있는 경우와, 도로 신호의 변화, 갑작스런 장애물의 출현 등 운전 중의 돌발 사고를 맞이하게 된다.
이러한 상황이 발생하는 경우에, 수동변속기가 장착된 차량을 운전하는 숙련된 운전자는 가속 페달(pedal), 브레이크 페달 및 엔진 브레이크를 이용하여 주행함으로써, 여유 있고 안전하게 주행할 것이다.
이에 반해 기존의 전자제어식 자동변속기 장착 차량이 주행 도중 돌발적인 상황이 발생하거나, 운전자가 엔진 브레이크를 요구하는 상황이 발생할 경우, 자동변속기를 제어하는 컴퓨터(computer)인 변속제어장치(TCU)에 프로그램(program)되어 있는 변속패턴(shift pattern, 가로축은 차속과 관련이 있는 트랜스퍼 드라이버(tranfer diver) 회전수를 나타내고, 세로축은 우전자가 밟는 가속량과 관련이 있는 스로틀밸브(throttle valve) 개도량을 나타냄)에 의해 변속단이 상승되어 브레이크 효과를 저감시킨다.
상기와 같은 문제를 보완하기 위해 최근 개발되고 있는 자동변속기 제어시스템(system)에서는, 엔진 브레이크에 의한 감속거리 단축은 물론 의지와 부합되는 변속이 일어나도록 하기 위해 퍼지(fuzzy), 뉴럴(neural) 등의 인공지능을 이용한다.
그럼으로써, 상기와 같이 엔진 브레이크가 요구되는 도로 상황시 저속단으로 변속하거나 현변속단을 유지하여 엔진 브레이크의 효과를 크게 할 수 있도록 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래의 엔진 제어 시스템에서는 차량 운전중 돌발 사태 발생으로 인한 급제동으로 인해 엔진 브레이크가 요구되는 상황이 발생할 경우, 스로틀밸브가 닫히게 되고, 그에 따라 연료 공급이 중단되어 실린더 내부에 부력이 발생함으로써 엔진 브레이크 효과에 일조하는 제어가 이루어진다.
상기에서 설명한 인공지능을 이용한 자동변속기 엔진 브레이크 제어가, 승차감보다 차속의 감속에 더 큰 비중을 두고 하는 제어함으로써 엔진 브레이크 효과를 볼 수 있음에 반해, 기존의 엔진 제어 시스템에 있어서도 승차감보다 차량의 빠른 감속을 위한 제어가 요구되고 있다.
즉, 엔진과 자동변속기 모두 엔진 브레이크 제어를 함으로써 차량의 엔진 브레이크 효과의 극대화를 기대할 수 있게 된다.
따라서 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 연구 개발한 것으로서, 자동차를 주행하다가 돌발 사태 등을 맞이하여 운전자가 브레이크를 밟을 때, 그 상황에서의 변수가 되는 값을 감지하여, 미리 설정되어 있는 함수를 이용하여 점화시기를 조정하는 인공지능을 도입함으로써, 자동변속기 차량은 물론 수동변속기 차량에도 상관없이 적용하여 엔진 브레이크 효과를 극대화할 수 있는 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 구성은, 자동차의 주행 상황을 감지하여 그에 해당하는 전기신호로 출력하는 상황 감지수단과; 운전자가 브레이크를 밟을 경우, 그 양을 감지하여 전기신호로 출력하는 브레이크 감지수단과; 상기 브레이크 감지수단으로부터 입력되는 신호에 따라 동작하여. 상기 상황 감지수단으로부터 입력된 신호를 판독하여, 그 신호를 퍼지 보정함으로써 운전자가 급브레이크를 밟으려는지의 의지를 판단하여, 해당하는 신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단으로부터 입력되는 신호에 따라 동작하여 엔진의 점화시기를 조정하는 점화시기 조정수단으로 이루어져 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 이 발명의 또 다른 구성은, 차속, 스로틀밸브 개도량, 현재의 브레이크량 등의 변수를 읽어들여 브레이크 신호 유무를 결정하는 단계와; 퍼지제어를 함으로써 운전자의 급브레이크 의지 정도 지수를 판단하는 단계와; 상기의 결과를 이용하여 점화시기 제어를 수행하지 않고 통상제어 동작으로 넘어갈 것인지 점화시기 제어 동작으로 넘어갈 것인지의 여부를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 점화시기 제어가 결정된 경우에만 점화시기를 제어하는 제어값을 출력하는 단계로 이루어져 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 설명한다.
제1도는 일반적인 엔진의 흡입, 폭발, 배기 행정을 나타낸 시기선도이고, 제2도는 이 발명의 실시예에 따른 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치를 적용한 블록도이고, 제3도는 이 발명의 실시예에 따른 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 방법을 적용한 동작 순서도이고, 제4(a)∼(c)도는 제2도에 따른 제어부의 각 입력 소속 함수를 나타낸 그래프이다.
제2도에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치의 구성은, 자동차의 주행 상황을 감지하여 그에 해당하는 전기신호로 출력하는 상황 감지부(10)와; 운전자가 브레이크를 밟을 경우, 그 양을 감지하여 전기신호로 출력하는 브레이크 감지부(20)와; 상기 브레이크 감지부(20)로부터 입력되는 신호에 따라 동작하여, 상기 상황 감지부(10)로부터 입력된 신호를 판독하여, 그 신호를 퍼지 보정함으로써 운전자가 급브레이크를 밟으려는지의 의지를 판단하여, 해당하는 신호를 출력하는 제어부(30)와; 상기 제어부(30)로부터 입력되는 신호에 따라 동작하여 엔진의 점화시기를 조정하는 점화시기 조정부(40)로 이루어져 있다.
상기 상황 감지부(10)는, 자동차의 주행속도를 감지하여 전기신호로 출력하는 차속 감지부(11)와, 스로틀 밸브의 개도량을 감지하여 전기신호로 출력하는 스로틀 밸브 감지부(12)로 이루어져 있다.
상기 점화시기 조정부(40)는 상기 제어부(30)의 출력단자가 베이스(base)로 연결되고 구동전원(B+)이 컬렉터(collecor)로 연결되어 있는 트랜지스터(Q40)와, 상기 트랜지스터의 에미터(emitter)에 일측단자가 연결되고 타측단자가 접지되어 있는 1차코일(coil)(L41)과, 상기 1차코일(L4l)의 타측단자에 일측단자가 연결되어 있는 2차코일(L42)과, 상기 2차코일(L42)의 타측단자에 일측단자가 연결되어 있는 배전기(S40)와, 상기 배전기(S40)의 각각의 타측 연결단자(a, b, c, d)에 각각의 일측단자가 연결되어 있고 각각의 타측단자가 접지되어 있는 점화 플러그(plug)(IP41, IP42, IP43, IP44)로 이루어져 있다.
상기와 같이 이루어져 있는 이 발명의 동작은 다음과 같다.
자동차가 주행중인 때에, 자동차의 차속 감지부(11)에서는 계속 차속을 감지하여 전기신호로 출력하고, 스로틀 밸브 감지부(12)에서는 계속 스로틀 밸브의 개도량이 얼마나 되는지를 감지하여 전기신호로 출력한다.
상기 제어부(30)는, 상기 차속 감지부(11)로부터 입력된 차속(Vs)을 판독하여 저장하고(S110), 상기 스로틀 밸브 감지부(12)로부터 입력된 스로틀 밸브 개도량(TPS)을 판독하여 저장한다(S120).
그리고 상기 제어부(30)는, 브레이크 감지부(20)에서 감지하여 출력한 브레이크량(BK)을 판독하여(S130), 상기 브레이크량(BK)이 ‘0’이 아닌지를 비교함으로써 운전자가 브레이크를 밟았는지의 여부를 판단한다(S140).
상기에서 브레이크량(BK)이 ‘0’이 아닌 경우, 즉, 운전자가 브레이크를 밟았다고 판단되는 경우에, 상기 제어부(30)는 상기에서 판독하여 저장한 차속(Vs)과, 스로틀 밸브 개도량(TPS), 그리고, 브레이크량(BK)을 퍼지화하여 추론을 행한다(S150).
제4도에서 보면, (a)는 차속의 소속함수를 나타낸 그래프이고, (b)는 스로틀 밸브 개도량의 소속함수를 나타낸 그래프이고, (c)는 브레이크량의 소속함수를 나타낸 그래프이다.
예를 들어, 자동차 스로틀 밸브의 개도량이 55%인 상태에서, 90km/s의 속도로 주행하고 있다가 브레이크를 50% 밟아 제동을 걸었을 경우를 생각한다.
제4(a)도에서 보면, 차속이 90km/s이면 ‘자동차의 속도가 빠르다’의 가능성은 0.6이 되고, ‘자동차의 속도가 보통이다’의 가능성은 0.4가 되며, ‘자동차가 느리다’의 가능성은 0이 된다.
제4(b)도에서 보면, 스로틀 밸브 개도량이 55%이면 ‘가속을 많이 했다’의 가능성은 0.4가 되고, ‘가속을 보통으로 했다’의 가능성은 0.6이 되며, ‘가속을 하지 않았다’의 가능성은 0이 된다.
제4(c)도에서 보면, 브레이크량이 50%이면 ‘브레이크를 많이 밟았다’의 가능성은 0.6이 되고, ‘브레이크를 보통으로 밟았다’의 가능성은 0.4가 되며, ‘브레이크를 살짝 밟았다’의 가능성은 0이 된다.
여기서, 상기 제동 의지값(B)을 계산하는 방법은 사용자의 기준에 따라 설정할 수 있으며 다음과 같이 계산할 수 있다.
상기 퍼지화는 각각의 입력센서로부터 입력된 각 변수들을 싱글톤(singleton) 방법에 의하여 구하고, 미리 작성된 변속 결정 퍼지규칙에 의하여 추론을 행한다.
퍼지규칙 1 : 입력1은 All, 입력2는A12, 입력3은 Al3,
그래서 Vl= Bl
퍼지규칙 K : 입력1은 Ak1, 입력2는 Ak2, 입력3은 Ak3,
그래서 VK= BK
퍼지규칙 N : 입력1은 AN1, 입력2는 AN2, 입력3은 AN3,
그래서 VN= BN
여기서, AKI: 퍼지규칙 K에서 입력변수의 소속정도를 표현하는 퍼지집합으로 표현되는 퍼지 라벨(lable),
BK: 퍼지규칙 K에서 입력변수들에 대해서 운전자의 엔진브레이크 의지 정도를 표현하는 실수값,
입력 I : 입력변수
VK: 출력변수
상기 의지 정도 실수값(BK)의 부호가 양이면 운전자의 엔진 브레이크 의지 표현이고, 음이면 기존의 통상제어에 따르고자 하는 의지 표현이다.
최소-최대(min-max) 표현에 의하면, 규칙 K에의 적합도는 식 (1)과 같이 표현할 수 있는데, 퍼지규칙 K에의 적합도는 다음과 같다.
여기서, μAKI(Vss) : X가 퍼지 라벨 AAXI소속되는 소속정도
VK: 각 함수에 따른 출력 변수
상기에서 사용된 퍼지 라벨은 제4도에서 나타낸 바와 같이 차속(Vss)과 스로틀 개도량(TPS)에 대하여는 소(Low), 중(Mid), 대(High)의 세개, 브레이크량에 대해서는 소(Low), 중(Mid), 다(High)와 같이 사용될 수 있다.
상기와 같이 퍼지추론에 사용되는 입력변수에 대한 소속함수는 전체 공간에 대하여 표현되며, 전체규칙에 의한 변속지수 추론시 영향을 미치는 것이므로 신중히 선택하여야 한다.
상가 식 (1)과 같이 K번째 규칙에 대한 적합도가 구해지면 최종적인 엔진브레이크 의지 지수(V)는 전체 규칙에 대하여 다음과 같이 무게중심법에 의한 계산을 할 수 있다(S160).
여기서, 상기 식 (2)에 의한 엔진 브레이크 결정 의지 지수(V)는 다음과 같은 의 미를 가진다.
상기에서 엔진 브레이크 결정 의지 지수(V)의 값이 기준값보다 클 경우, 그 크기에 해당하는 만큼 운전자가 엔진 브레이크를 작동하려는 의지가 있는 것을 나타낸다.
상기에서 엔진 브레이크 결정 의지 지수(V)의 값이 기준값보다 작을 경우, 운전자가 기존의 실린더 내에 발생한 부력을 이용한 엔진 브레이크 의지 정도를 나타낸다.
상기에서, 엔진제어장치(ECU, engine control unit)의 차속, 스로틀밸브 개도량, 현재의 브레이크량의 입력정보를 처리하여 접화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어값을 출력하도록 한다.
그리고, 상기 입력 정보들은 퍼지화 단계와 각 입력변수들의 소속함수를 미리 작성된 제어규칙에 따라 행하는 추론 및 비퍼지화 단계를 통하여 최종적인 운전자의 급브레이크 의지 정도 지수(V)를 발생시키도록 한다.
한편, 상기 브레이크량을 비교하는 단계(S140)에서, 판독된 브레이크량이 ‘0’일 경우와, 상기 점화시기 제어값(V) 비교하는 단계(S170)에서 점화시기 제어값(V)이 기준값보다 작을 경우에는, 엔진 브레이크 효과가 필요하지 않다고 판단하여 기존에 실시되는 통상제어를 실시하도록 함으로써, 엔진 브레이크 효과가 나타나지 않도록 한다(S200).
상기에서 출력되는 점화시기 제어신호에 따라 해당하는 만큼 점화시기를 조정함으로써, 엔진 브레이크 효과를 얻을 수 있도록 동작한다.
그리하여 엔진 브레이크 효과가 극대화되도록 제어함으로써 에이비에스(A.B.S, Anti-lock Brake Sysem)가 장착되지 않은 차량에 대해서도 차량의 급감속을 할 수 있게 하여 급감속이 요구되는 상황 발생시, 차량의 감속거리를 단축할 수 있게 된다.
따라서, 상기와 같이 동작하는 이 발명의 효과는, 자동차를 주행하다가 돌발 사태 등을 맞이하여 운전자가 브레이크를 밟을 때, 그 상황에서의 변수가 되는 값을 감지하여, 미리 설정되어 있는 함수를 이용하여 점화시기를 조정하는 인공지능을 도입함으로써, 자동변속기 차량이든 수동변속기 차량이든 상관없이 적용하여 엔진 브레이크 효과를 극대화할 수 있는 점화시기 조정에 의한 엔진 브레이크 제어 장치 및 그 방법을 제공하도록 한 것이다.

Claims (3)

  1. 자동차의 주행속도를 감지하여 전기신호로 출력하는 차속 감지수단(11)과; 스로틀 밸브의 개도량을 감지하여 전기신호로 출력하는 스로틀 밸브 감지수단과; 운전자가 밟는 브레이크의 양을 감지하여 전기신호로 출력하는 브레이크 감지수단과; 상기 브레이크 감지수단으로부터 입력되는 신호에 따라 상기 차속 감지수단 및 스로틀 밸브 감지수단의 출력신호를 판독하여 그 신호를 퍼지 보정함으로써 운전자의 급브레이크 의지를 판단하고, 그에 해당하는 신호를 출력하는 제어수단과; 상기 제어수단으로부터 입력되는 신호에 따라 엔진의 점화시기를 조정하는 점화시기 조정 수단을 포함하며, 상기 제어수단은 점화시기 제어값을 산출하는데 있어서, 아래의 식을 이용하는 엔진 브레이크 제어장치.
    여기서, BK: 각함수에 따른 제동 의지값
    VK: 각 함수에 따른 출력변수″
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 입력신호를 퍼지 보정하여 운전자가 급브레이크를 밟으려는 의지가 없다고 판단되는 경우에는 평상제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 엔진 브레이크 제어 장치.
  3. 차속, 스로틀 밸브 개도량, 현재의 브레이크량의 변수를 읽어들여 자동차가 주행하던 중에 브레이크가 작동되었는지의 여부를 판단하는 단계와; 상기에서 주행중 브레이크가 작동되었다고 판단되는 경우, 브레이크 퍼지추론을 하여 자동차 운전자의 급브레이크 의지 정도 지수를 계산하는 단계와; 상기 결과를 이용하여 점화시기 제어를 수행하지 않고 통상제어 동작으로 넘어갈 것인지 점화시기 제어동작으로 넘어갈 것인지의 여부를 판단하는 단계; 상기 단계에서 점화시기 제어가 결정된 경우에만 점화시기를 제어하는 제어 값을 출력하는 단계를 포함하는 엔진 브레이크 제어방법.
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