KR100315697B1 - 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최적의 실제 운전 조건으로 공조 능력을 보상하여 차량의 공조 환경 변화 및 공기조화 시스템의 능력 저하 등에 상관없이 일정값 이상의 공조 제어 능력을 유지시키도록 하는 차량용 자동 온도 조절장치의 자동온도 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 차량 실내의 목표온도를 설정한 후, 현재의 실내온도, 외부공조부하 및 설정온도 등의 외부 공조 환경 조건을 제어 알고리즘에 입력하는 단계와, 목표온도와 공조 시스템 구동시 차량의 초기실내온도와의 차이를 근거로 하여 시간경과에 따른 최적의 실내온도를 산출하여 그 차이를 제어 알고리즘에 반영하는 단계와, 상기 제어 알고리즘에 의하여 BDA의 개도 및 EVA의 송풍량을 조절하고 BDA 개도에 따라 바이패스되는 찬공기와 히터를 통과하는 더운공기의 비율을 결정한 뒤 이를 혼합하여 차량의 실내로 공급하는 단계와, 상기 제어에 의하여 차량의 실내 온도가 변화되면, 이 실내 온도가 검출되어 상기 계산된 최적 실내 온도와 비교되고, 그 차이가 미리 설정된 기준값 이상일 경우, 알고리즘 방정식 상의 옵셋값 변경하여 제어 알고리즘을 보상하는 단계를 포함한다.

Description

공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘{Temperature control algorithm for vehicle considered the compensation of HVAC performance}

본 발명은 차량용 자동 온도 조절장치의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최적의 실제 운전 조건으로 공조 능력을 보상하여 차량의 공조 환경 변화 및 자동 온도 조절장치의 능력 저하 등에 상관없이 일정값 이상의 공조 제어 능력을 유지시키도록 하는 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘에 관한 것이다.

종래의 차량용 자동 온도 조절장치(ATC : Automatic Temperature Controller)의 제어방법은 초기 설계 당시의 공조 능력과 실제 적용 차량에서의 공조 능력이 차이가 있을 경우, 제어 목표와 실제 차량 실내의 온도가 일정한 차이를유지하면서 제어능력이 매우 불량한 상태가 나타나는 경우가 있다. 따라서, 종래에는 공조 능력 보상을 고려하지 못하였고 단지 초기의 설계자료를 근거로 특정조건에서 제어능력이 기준에 미달할 경우 이를 부분적으로 보완하는 방식을 취하였다.

도 1에는 상기와 같은 종래의 차량용 자동 온도 조절장치의 제어방법을 나타낸 제어 흐름도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 먼저 차량 실내의 목표온도를 설정한 후, 현재의 실내온도, 외부공조부하 및 설정온도 등의 외부 공조 환경 조건을 제어 알고리즘에 입력하게 된다. 여기서, 목표온도는 사용자가 요구하는 차량 실내온도의 도달 목표 온도를 말하며, 외부공조부하라 함은 차량 실내의 온도를 제어하는 과정에서 부하로 작용하는 모든 물리량(예로서, 외부 온도, 외부 습도, 일사량 및 차속 등..) 을 의미한다(S101~S102).

이후, 상기 제어 알고리즘에 의하여 찬공기와 더운공기의 혼합 비율을 조정하는 BDA(Blend Door Actuator)의 개도가 조절되고, 냉동 사이클 상의 증발기인 EVA(evaporator)의 송풍량이 조절된다. 상기 BDA 및 EVA는 공조 시스템에 구비되는 통상의 구성요소로 여기서 그 세세한 작용 및 도시는 생략한다. 따라서, 상기 BDA 개도에 따라 EVA를 통과한 뒤 그대로 바이패스되는 공기의 양과 히터를 통과하는 공기의 양이 정해진다(S103).

이와 같이, BDA 개도 및 송풍량이 결정되면, 공기 배분 비율에 따라 찬공기와 더운공기가 혼합된 후 차량의 실내로 공급된다. 또한, 상기와 같은 제어에 의하여 차량의 실내 온도가 변화되고, 이 실내 온도 변화가 검출되어 상기의 외부 공조환경 조건에 재 입력됨으로써 이를 참조하여 시스템 정지시까지 계속하여 차량의 공조를 수행하게 된다(S104~S105).

그러나, 이와 같은 종래 차량용 자동 온도 조절장치의 제어방법은, 제어 알고리즘의 방정식을 유도하는 과정에서 기본 자료로 사용한 차량의 상태나 공조기의 능력에서 차이가 발생할 경우 제어 효율이 저하되고, 방정식 유도과정에서 모든 상황의 변화를 예측할 수 없으므로, 계산상에 수식적인 가정이 필요하며, 실제 운전 조건에서 가정한 조건과 차이를 보일 경우 이를 보상할 수 없으므로, 알고리즘 개발을 위하여 반드시 차종별 수정/보완 과정이 필요한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로 그 목적은, 최적의 실제 운전 조건으로 공조 능력을 보상하여 차량의 공조 환경 변화 및 자동 온도 조절장치의 능력 저하 등에 상관없이 일정값 이상의 공조 제어 능력을 유지시키도록 하는 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘을 나타낸 제어 흐름도,

도 2는 본 발명에 따른 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘을 나타낸 제어 흐름도.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘의 특징은, 차량 실내의 목표온도를 설정한 후, 현재의 실내온도, 외부공조부하 및 설정온도 등의 외부 공조 환경 조건을 제어 알고리즘에 입력하는 단계와, 목표온도와 공조 시스템 구동시 차량의 초기실내온도와의 차이를 근거로 하여 시간경과에 따른 최적의 실내온도를 산출하여 그 차이를 제어 알고리즘에 반영하는 단계와, 상기 제어 알고리즘에 의하여 BDA의 개도 및 EVA의 송풍량을 조절하고 BDA 개도에 따라 바이패스되는 찬공기와 히터를 통과하는 더운공기의 비율을 결정한 뒤 이를 혼합하여 차량의 실내로 공급하는 단계와, 상기 제어에 의하여 차량의 실내 온도가 변화되면, 이 실내 온도가 검출되어 상기 계산된 최적 실내 온도와 비교되고, 그 차이가 미리 설정된 기준값 이상일 경우, 알고리즘 방정식 상의 옵셋값 변경하여 제어 알고리즘을 보상하는 단계를 포함한다.

상기 최적 실내 온도 계산은 수학식 Tg=Tg_old+α(Tset-Tg_old)/τ에 의하여 구하여 지는 것이 바람직하다.

상기 옵셋값은 수학식 offset=offset_old+f에 의하여 구하여 지는 것이 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘을 나타낸 제어 흐름도이다.

도시된 바와 같이, 먼저 차량 실내의 목표온도를 설정한 후, 현재의 실내온도, 외부공조부하 및 설정온도 등의 외부 공조 환경 조건을 제어 알고리즘에 입력하게 된다(S201~S202).

이와 동시에, 목표온도와 공조 시스템 온(ON)시 차량의 초기실내온도와의 차이를 근거로 하여 시간경과에 따른 최적의 실내온도를 산출하여 제어 알고리즘에 입력한다(S203).

여기서, 상기 최적 실내 온도 계산은 다음의 수학식에 따라 산출됨이 바람직하다.

Tg=Tg_old+α(Tset-Tg_old)/τ

여기서, Tg는 최적 실내 온도, Tg_old: Tg 이전 시간에 해당되는 차량초기실내온도, α는 공조시스템의 최대 냉방능력 및 차체의 볼륨 등을 고려하여 실험에 의해 구하여진 비례상수, Tset는 설정온도, τ는 샘플링 주기를 결정하기 위한 타임 스텝이다.

이후, 상기 제어 알고리즘에 의하여 찬공기와 더운공기의 혼합 비율을 조정하는 BDA의 개도가 조절되고, 냉동 사이클 상의 증발기인 EVA의 송풍량이 조절된다(S204).

이와 같이, BDA 개도 및 송풍량이 결정되면, BDA 개도에 따라 바이패스된 찬공기와 히터를 통과한 더운공기의 양이 정해지며, 이들이 혼합된 후 차량의 실내로 공급된다(S205).

또한, 상기와 같은 제어에 의하여 차량의 실내 온도가 변화되면, 이렇게 변화된 현재 차량의 실내 온도가 검출되어 상기에서 계산된 최적 실내 온도와 비교된다. 따라서 그 차이가 미리 설정된 기준값 이상일 경우, 알고리즘 방정식 상의 옵셋값 변경하여 제어 알고리즘을 보상하게 된다(S206~S208).

또한, 상기 옵셋값은 다음 수학식에 의하여 계산됨이 바람직하다.

offset=offset_old+f

여기서, offset은 제어 알고리즘을 보상하기 위한 보정값, offset_old는 Tg 이전 시간에 해당되는 옵셋값, f는 현재 차량의 실내 온도(Tnew)와 최적 실내 온도(Tg)와의 차(Tnew-Tg)를 기준으로 설계된 보상값이다.

따라서, 상기와 같이 제어 알고리즘이 보상됨으로써 이를 참조하여 BDA의 개도 및 EVA의 송풍량이 재 조절되어 최적의 조건으로 시스템 정지시까지 계속하여 차량의 공조를 수행하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘에 의하면, 최적의 실제 운전 조건으로 공조 능력을 보상하여 차량의 공조 환경 변화 및 자동 온도 조절장치의 능력 저하 등에 상관없이 일정값 이상의 공조 제어 능력을 유지시키게 되므로, 제어 효율이 상승되고 알고리즘 개발을 위하여 차종별 수정/보완 과정이 필요 없게 되는 다양한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 차량 실내의 목표온도를 설정한 후, 현재의 실내온도, 외부공조부하 및 설정온도 등의 외부 공조 환경 조건을 제어 알고리즘에 입력하는 단계와, 목표온도와 공조 시스템 구동시 차량의 초기실내온도와의 차이를 근거로 하여 시간경과에 따른 최적의 실내온도를 산출하여 그 차이를 제어 알고리즘에 반영하는 단계와, 상기 제어 알고리즘에 의하여 BDA의 개도 및 EVA의 송풍량을 조절하고 BDA 개도에 따라 바이패스되는 찬공기와 히터를 통과하는 더운공기의 비율을 결정한 뒤 이를 혼합하여 차량의 실내로 공급하는 단계와, 그리고 상기 제어에 의하여 차량의 실내 온도가 변화되면, 이 실내 온도가 검출되어 상기 계산된 최적 실내 온도와 비교되고, 그 차이가 미리 설정된 기준값 이상일 경우, 알고리즘 방정식 상의 옵셋값 변경하여 제어 알고리즘을 보상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘.
2. 제 1항에 있어서, 상기 최적 실내 온도 계산은 수학식 Tg=Tg_old+α(Tset-Tg_old)/τ에 의하여 구하여 지는 것을 특징으로 하는 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘.
3. 제 1항에 있어서, 상기 옵셋값은 수학식 offset=offset_old+f에 의하여 구하여 지는 것을 특징으로 하는 공조성능보상형 차량용 자동공조제어 알고리즘.