KR100429012B1 - 자동차용 최적 온도제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 실내온도를 조절하기 위한 과정이 계절변화에 따라 능동적으로 이루어지게함으로서 운전자에게 보다 쾌적한 환경을 제공할 수있게한 자동차용 최적온도 제어방법에 관한 것으로, 특정의 자동차 실내의 실제온도와 사용자가 희망하여 설정한 설정온도를 인식하는 제 1 과정과, 자동차의 상태가 워밍업 상태인지 또는 쿨링다운의 상태인가를 판단하는 제 2 과정과, 자동차의 현재상태가 워밍업의 상태나 쿨링다운의 상태로 판단됨에 따라 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 저장 데이터로부터 검출하는 제 3 과정과, 자동차의 현재상태가 워밍업의 상태라고 판단이 되면 난방모드로 제어하고 현재상태가 쿨링업의 상태라고 판단이 되면 냉방모드로 제어하는 제 4 과정과, 상기 제 4 과정의 제어명령에 따라 실온과 체감온도와의 차이를 해소하기 위하여 자동차 실내의 환경을 반복적으로 검출하여 쾌적지수의 범위가 제어목표범위내이면 온도제어과정을 종료하는 제 5 과정의 순서로 이루어 진다.

Description

자동차용 최적 온도제어 방법(A Optimal Temperature Control Method used Vehicle)

본 발명은 자동차의 실내온도를 계절변화에 따라 최적의 상태로 조절하는 자동온도 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차의 내부온도를 조절하기 위한 과정이 계절변화에 따라 능동적으로 이루어지게함으로서 운전자에게 보다 쾌적한 환경을 제공할 수있게한 자동차용 최적온도 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 실내의 쾌적한 환경을 유지하기 위하여 냉각 또는 가열된 공기를 실내에 주입하여 냉. 난방을 이룰 수 있도록 하는 온도 조절장치가 구비되어 있다.

종래 자동차용 온도 조절장치(온/냉방 제어장치)로서는, 국내 특허공보 제 97-4374호에 기재된 차량의 자동 온/냉방 제어장치가 알려져 있다. 이는, 이그니션 스위치(점화 스위치)의 "온" 상태에서 수동절환스위치의 스위칭조작에 따라 냉각 유니트 또는 히터가 가동되어 차량의 내부에 온방 또는 냉방이 수행되는 차량의 온/냉방장치에 있어서, 차량 외부의 온도를 감지하는 외부온도감지센서와, 차량 내부의 온도를 감지하는 내부온도감지센서와, 상기 외부온도감지센서의 감지동작에 따른 외부온도를 검출하는 외부온도검출수단, 상기 내부온도감지센서의 감지동작에 따라 내부온도의 상한치와 하한치를 검출하는 내부온도검출수단, 그 내부온도 검출수단에서 검출되는 내부온도의 상한검출치와 하한검출치의 출력을 절환하는 제1절환수단과, 상기 외부온도검출수단으로부터의 외부온도의 검출치와 상기 제1절환수단을 통한 상기 내부온도검출수단으로의 내부온도의 상한검출치 또는 하한검출치를 논리연산하는 연산수단과, 상기 연산수단의 연산결과에 의해 상기 히터코어 또는 증발기가 가동되도록 구동되는 온/냉방구동수단 및, 상기 외부온도검출수단으로부터의 외부온도의 검출치에 따라 그 온/냉방구동수단의 구동에 의한 상기 히터코어 또는 증발기의 가동상태를 절환하는 제2절환수단을 더 구비하여 구성된 차량의 자동 온도 조절장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 종래 자동차용 온도 조절장치(온/냉방 제어장치)는, 차량외부의 온도를 감지하는 외부온도감지센서와 차량내부의 온도를 감지하는 내부온도감지센서로부터 각각의 온도를 검출하고, 그 검출된 그 온도차이의 비교결과에 따라 제1,2절환수단을 통해 온/냉방구동수단의 구동에 의한 상기 히터 유니트 또는 냉각 유니트의 가동상태를 절환함으로써, 운전자에게 편의를 제공할 수 있는 이점을 가지고 있다.

최근에는 단순히, 상기와 같이 온도에 따라 온/냉방구동상태를 절환하는 것에서 벗어나 차량 환경의 다양한 온도에 따라 실내온도 및 송풍환경을 자동 제어할 수 있는 자동차용 온도 조절장치(온/냉방 제어장치)가 개발되었는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시되는 바와 같이, A/C 스위치(151)를 "온" 시킴에 따라 온/냉방구동수단(135)이 가동되는 상태에서 자동모드키(140)를 통해 자동모드를 선택하게 되면, 제어 모듈은 실내온도 센서(121)로부터 검출된 차량의 실내온도, 실외온도 센서(122)로부터 검출된 차량의 실외온도, 일사량 센서(123)로부터 검출된 차량의 일사량 및, 냉각수온도 센서(124)로부터 검출된 엔진의 냉각수온도를 기초로 하여 제어값을 연산하고, 그 연산한 제어값에 따라 에어믹스도어 모터(131)와 인테이크도어 모터(132)와 모드도어 모터(133) 및 블로워 모터(134)를 제어하게 된다.

이에 따라, 자동모드시 각 센서로부터 검출된 정보를 통해 연산된 제어값은 실내온도 및 실내 송풍 환경을 결정하는 중요한 데이터로서, 이 제어값은 다음과 같은 수학식에 의해 얻어진다.

Cv = α (T_in- 25) + β (T_amb- 25) + γ T_sun- δ (T_set- 25) + ε

상기한 수학식 1에서, Cv는 제어값을 나타내고 있고, T_in은 실내온도를, T_amb는 실외온도를, T_sun은 일사량을, T_set는 냉각수온도를 나타내고 있으며, α와 β와 γ와 δ는 각각의 온도값에 따른 비례상수를 나타내고 있으며, ε는 에러에 따른 보상변수를 나타내고 있다.

따라서, 상기와 같은 수학식 1에서 실내온도와 실외온도 및 일사량, 냉각수온도를 통해 제어값을 얻은 제어모듈(110)은, 히터 유니트의 히터코어와 냉각 유니트의 증발기를 경유하는 공기량을 조절하여 실내로 취출되는 공기온도를 조절하는 에어믹스도어 모터(131)와, 실내로 송풍할 공기를 차량의 내부공기로 할 것인지 외부의 공기로 할 것인지를 선택하는 인테이크도어 모터(132)와, 공기의 취출방향을 조절하는 모드도어 모터(133)와, 내기 또는 외기를 히터코어 및 증발기가 설치된 순환덕트를 통해 실내로 강제 송풍시키는 블로워 모터(134) 및, 온/냉방구동수단(135) 등의 구동을 각각 제어함으로써, 차량의 실내에서 보편적으로 승원이 원하는 실내온도 및 공기 송풍환경을 조절할 수 있게 되었다.

그러나, 상기와 같은 자동차용 온도 조절장치는 실온을 기초로한 설정온도에 접근하는 초보적인 제어형태를 취함에 따라 계절의 변화에 따라서 사용자가 쾌적도를 느끼는 실온의 범위가 계절변화에 따라서 상당한 차이를 차이를 나타내게 되므로 동일한 실내온도에서도 여름철에는 쾌적하게 느끼지만 겨울철에는 춥게 느껴지는 현상이 발생하여 운전자에게 쾌적한 실내환경을 제공하지 못하는 문제점을 안고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 자동차의 실내온도를 조절하는 과정이 계절의 변화에 따른 외부 환경요인을 반영하여 이루어지게함으로서 동일한 실내온도에서 운전자가 느끼는 체감온도는 계절의 변화와는 무관하게 항상 일정한 상태를 유지하도록 제어하여 자동차의 실내환경을 보다 더 쾌적하게 유지하게한 최적 온도제어 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 자동차용 온도조절 장치를 보인 블록도

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 최적온도제어 시스템의 구성도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쾌적지수와 체감온도와의 상관관계를 보인 그래프(graph)

도 4는 겨울철에 자동차를 워밍업과정에서 운전자가 느끼는 체감온도와 실제온도와의 차이를 나타내는 실험의 결과를 나타내는 그래프

도 5는 겨울철에 자동차를 쿨링다운하는 과정에서 운전자가 느끼는 체감온도와 실제온도와의 차이를 나타내는 실험의 결과를 나타내는 그래프

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어과정을 보인 흐름도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 제어모듈 20 : 실내온도 센서

30 : 온도 조절부 40 : 설정온도 입력키

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지의 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 실현하기 위한 시스템의 구성과 제어방법을 첨부도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 온/냉방 제어장치를 도시한 블록도로서, 차량의 실내온도를 감지하는 실내온도 센서(20)와, 히터 유니트의 히터코어 및 냉각 유니트의 증발기를 통과하는 공기를 제어하여 실내온도 및 실내공기 송풍환경을 조절하는 온도조절부(30)와, 사용자가 희망하는 실내의 온도를 임의로 입력하기 위한 설정온도 입력키(40)와, 상기 실내온도 센서(20)로부터 입력되는 설정온도와 상기 실내온도 센서(20)로부터 검출된 실내온도를 제어값으로 특정 연산하고 그 연산된 제어값에 따라 상기 온도조절부(30)를 통해 실내온도를 제어하는 제어모듈(10)로 크게 구성된다.

상기 온도조절부(30)는, 입력되는 제어신호에 따라 히터 유니트 또는 냉각 유니트가 가동되도록 구동되는 온/냉방구동수단(35)과, 상기 히터 유니트의 히터코어와 냉각 유니트의 증발기를 경유하는 공기량을 조절하여 실내로 취출되는 공기온도를 조절하는 에어믹스도어 모터(31)와, 실내로 송풍할 공기를 차량의 내부공기로 할 것인지 외부의 공기로 할 것인지를 선택하는 인테이크도어 모터(32)와, 공기의 취출방 향을 조절하는 모드도어 모터(33)와, 내기 또는 외기를 히터코어 및 증발기가 설치된 순환덕트를 통해 실내로 강제 송풍시키는 블로워 모터(34)로 구성된다.

도 3은 자동차내에서 운전자가 느끼는 쾌적지수 와 체감온도와의 상호 상관관계를 나타내기 위한 것으로 실내의 쾌적한 환경을 유지하기 위해서는 국제 표준화 기구에서 제시하는 기준인 ISO7730를 보인 그래프(graph)에서 처럼 쾌적지수가 -0.5∼+0.5의 범위를 유지하도록 하는 것이 필요하다.

도 4와 도 5는 동일항 계절중에도 자동차의 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이가 어떠한가를 나타내기위한 하나의 예로서, 자동차의 시동을 건 후의 워밍업(warming up)과정과 쿨링 다운(cool down)과정에서 외부의 환경이 운전자의 체감온도에 미치는 영향을 나타내는 실험의 결과이다.

도 4는 운전자가 겨울철에 자동차의 시동을 켜는 순간부터 시간이 경과함에 따라 운전석의 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 기록한 기록로서 차량이 시동을 켠후 60분이 경과하더라도 외부환경의 영향으로 인하여 실온과 체감온도간의 초기의 갭이 유지되는 현상을 나타내고 있으므로 운전자가 쾌적도를 느끼는 상태를 유지하기위해서는 실온과 체감온도와의 갭을 보상하는 수단이 필요함을 나타내고 있으며, 도 5는 상기의 도 4의 경우와는 달리 여름철에 에어컨을 동작시킨 후 시간이 경과함에 따라 운전석의 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 기록한 기록으로서 20분 정도가 경과함에 따라 실온과 체감온도간의 초기의 갭이 소멸하는 현상을 보이고 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도 제어 시스템이 동작하는 과정을 보인 순서도로서, 특정의 검출수단을 이용하여 운전자가 위치하는 자동차 실내의 실제온도와 사용자가 희망하여 설정한 설정온도를 인식하는 제 1 과정과, 최적온도제어를 위해서 요구되는 자동차의 상태를 워밍업 상태인지 또는 쿨링다운의 상태로 판단하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정의 판단 결과 자동차의 현재상태가 워밍업의 상태라고 판단이 되면 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 도 4와 같은 저장 데이터로부터 검출하지만 판단 결과 자동차의 현재상태가 쿨링다운의 상태라고 판단이 되면 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 도 5와 같은 저장 데이터로부터 검출하는 제 3 과정과, 상기 제 3 과정에서 검출된 데이터로부터 자동차의 현재상태가 워밍업의 상태라고 판단이 되면 최적온도제어시스템이 동작할 모드를 난방모드로 설정하지만 판단의 결과 자동차의 현재상태가 쿨링업의 상태라고 판단이 되면 최적온도제어시스템이 동작할 모드를 냉방모드로 설정하여 각각의 모드에서 필요한 목표온도와 온도 명령치를 설정하여 온도 조절부의 동작을 제어하는 동작제어신호를 출력하는 제 4 과정과, 상기 제 4 과정의 제어명령에 따라 실온과 체감온도와의 갭을 해소하기 위하여 온도 조절부를 난방모드나 냉방모드로 선택적으로 제어하고 이 선택의 영향으로 가변하는 자동차 실내의 환경을 반복적으로 검출하여 쾌적지수의 범위가 제어목표범위내인가를 판단하여 실내 쾌적지수의 범위가 제어목표범위내이면 온도제어과정을 종료하지만 쾌적지수의 범위가 제어목표범위를 만족하지 못하는 경우에는 상기의 제 4 과정으로 복귀하여 실내온도를 제어하는 과정을 반복적으로 수행하는 제 5 과정의 순서로 이루어 진다.

상기의 구성으로 이루어진 자동차용 최적온도제어 시스템의 동작을 첨부한 도2 내지 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

계절의 변동에 따른 외부환경의 영향에 무관하게 운전자에게 항상 일정한 체감온도를 유지하게하여 쾌적한 운전환경을 제공하기위한 본 장치는 자동차의 실내에 설치되는 실내온도센서(20)를 통하여 실제온도를 검출(S100)하고 사용자가 희망하는 설정온도를 인식(S200)한 후에(제 1 과정)자동차의 현재상태가 워밍업의 단계인지 아니면 쿨링다운의 상태인지를 판단(S300)하는데 이단계에서의 판단결과에 따라서 최적온도제어 시스템이 동작하는 모습과 다르게 나타나게된다.(제 2 과정)

상기 제 2 과정의 판단결과 자동차의 현재상태가 워밍업의 단계로 판단이 되면 이하의 과정은 제어모듈(10)에서 난방모드로 동작을 하는데 이하의 과정을 수행하기 위하여 제어 모듈(10)은 도 4와 같은 실험 데이터로부터 산출된 자료를 근거로 실제온도와 체감온도와의 차를 검출(S400)(제 3 과정)하여 제어목표온도를 설정(S500)한다. 이과정에서 산출되는 제어목표온도는 사용자의 설정온도에 도 4와 같은 실험 데이터로부터 산출되는 실제온도와 체감온도와의 차에 해당하는 온도의 합이며 아래의 식으로 기술할 수있다.

제어목표온도=(사용자의 설정온도) + (실제온도와 체감온도와의 차에 해당하는 온도)

상기의 관계로부터 산출되는 제어목표온도는 대류나 산란 그리고 복사현상등과 같은 외부환경의 요소를 고려하여 수 개의 변수를 더한 온도 명령치를 산출(S600)하는데 이렇게 함으로서 보다 정확한 온도제어를 하는 것이 가능하게되는데 상기의 온도명령치의 관계식은 아래와 같다.(제 4 과정)

온도명령치=(제어 목표온도)*(상수)+(실내온도센서)*(상수)

(단 상기의 상수는 외부의 환경 요인을 고려하여 설정하는 변수임)

상기 제 4 과정의 결과로 난방모드로 동작할 온도명령치가 설정되면 온도 조절부(30)는 도 4에 제시된 예와 같이 난방모드로 동작을 개시하게된다

온도조절부(30)를 난방모드로 제어(S700)하기 위하여 제어모듈(10)은 자동차의 내부에 공급할 공기를 내부공기로 선택할 것을 인테이크도어 모터(32)에 지시하여 온/냉방구동수단(35)에 설치되는 히터 유니트가 가동되도록 하여 에어믹스도어 모터(31)로 자동차의 실내로 취출할 공기량을 조절하고 모드도어 모터(330)로 취출되는 공기의 방향을 선택하여 블로워 모터(340)로 더운 공기를 자동차의 실내로 강제 송풍한다.(제 5 과정)

그러나 상기의 경우와는 달리 제 2 과정의 판단결과 자동차의 현재상태가 쿨링다운의 단계로 판단이 되면 제어 모듈(10)은 도 5와 같은 실험 데이터로부터 산출된 자료를 근거로 실제온도와 체감온도와의 차를 검출(S450)하여 제어목표온도를 설정(S550)하는데 상기의 관계로부터 산출되는 제어목표온도는 상기 워밍업의 경우에서와 같이 대류나 산란 그리고 복사현상등과 같은 외부환경의 요소를 고려하여 수 개의 변수를 더한 온도 명령치로 산출(S650)된다.(제 4 과정)

상기 제 4 과정의 결과로 냉방모드로 제어하는 온도명령치가 설정되면 온도 조절부(30)는 도 5에 제시된 예와 같이 냉방모드로 동작을 개시하게된다

온도조절부(30)는 냉방모드로 제어(S750)하기 위하여 제어모듈(10)은 인테이크도어 모터(320)와 블로워 모터(340)를 통하여 차량의 외부공기를 실내로 강제송풍하거나 또는 온/냉방구동수단(350)에 설치되는 냉각 유니트가 가동되도록 하여 에어믹스도어 모터(310)로 공기량을 조절하고 모드도어 모터(330)로 취출되는 공기의 방향을 선택하여 블로워 모터(340)로 차가운 공기를 자동차의 실내로 강제 송풍한다.(제 5 과정)

상기의 과정을 수행한 결과로 변화된 자동차 실내의 체감온도가 국제 표준화 기구에서 제시하는 ISO7730의 허용범위(쾌적지수가 -0.5 ∼ +0.5)를 유지하는지를 평가하기 위하여 실내온도센서(20)를 통하여 실내의 환경을 반복적으로 검출하여 판단(S800)하는데 판단의 결과 실내의 쾌적도가 ISO7730에서 제시하는 허용범위(쾌적지수가 -0.5 ∼ +0.5)를 유지하는 경우에는 자동온도 조절과정을 종료하지만 판단의 결과 실내의 쾌적도가 ISO7730에서 제시하는 허용범위(쾌적지수가 -0.5 ∼ +0.5)를 유지하지 못하는 경우에는 상기 제 4 과정으로 전환되어 실내온도를 제어하는 과정을 반복적으로 수행한다.(제 5 과정)

이에 따라, 본 발명은 사용자가 설정한 실내온도와 실내로부터 검출된 실내습도를 통해 연산된 현재온도에 따라 체간온도를 제어하면서 상기 검출된 체감온도가 국제표준화기구에서 제시하는 규격을 유지하는 상태로 실내의 환경을 조절하므로 실내의 환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 자동차의 실내온도를 조절하는 과정이 계절의 변화에 따른 외부 환경요인을 반영하여 이루어지게하여 자동차의 실내환경을 보다 더 쾌적하게 유지하는 효과가 있다

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 자동차의 실내온도를 제어 하기위하여 사용되는 자동차용 온도조절장치에 있어서, 특정의 검출수단을 이용하여 운전자가 위치하는 자동차 실내의 실제온도와 사용자가 희망하여 설정한 설정온도를 인식하는 제 1 과정과, 최적온도제어를 위해서 요구되는 자동차의 상태를 워밍업 상태인지 또는 쿨링다운의 상태로 판단하는 제 2 과정과, 상기 제 2 과정의 판단 결과 자동차의 현재상태가 워밍업의 상태라고 판단이 되면 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 워밍업시 온도차가 기저장된 데이터로부터 검출하지만 판단 결과 자동차의 현재상태가 쿨링다운의 상태라고 판단이 되면 운전자가 느끼는 체감온도와 실온과의 차이를 쿨링다운시 온도차가 기저장된 데이터로부터 검출하는 제 3 과정과, 상기 제 3 과정에서 검출된 데이터로부터 자동차의 현재상태가 워밍업의 상태라고 판단이 되면 최적온도제어시스템이 동작할 모드를 난방모드로 설정하지만 판단의 결과 자동차의 현재상태가 쿨링업의 상태라고 판단이 되면 최적온도제어시스템이 동작할 모드를 냉방모드로 설정하여 각각의 모드에서 필요한 목표온도와 온도 명령치를 설정하여 온도 조절부의 동작을 제어하는 동작제어신호를 출력하는 제 4 과정과, 상기 제 4 과정의 제어명령에 따라 실온과 체감온도와의 갭을 해소하기 위하여 온도 조절부를 난방모드나 냉방모드로 선택적으로 제어하고 이 선택의 영향으로 가변하는 자동차 실내의 환경을 반복적으로 검출하여 쾌적지수의 범위가 제어목표범위내인가를 판단하여 실내 쾌적지수의 범위가 제어목표범위내이면 온도제어과정을 종료하지만 쾌적지수의 범위가 제어목표범위를 만족하지 못하는 경우에는 상기의 제 4 과정으로 복귀하여 실내온도를 제어하는 과정을 반복적으로 수행하는 제 5 과정을 포함한 것을 특징으로하는 자동차용 최적 온도제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 4 과정은 상기 제 1 과정에서 검출된 사용자의 설정온도와 상기 제 3 과정에서 검출된 실제 온도와 체감 온도와의 차를 더하여 상기 제어 목표 온도로 설정하는 단계(S500)와;

   설정된 상기 제어 목표 온도에 외부 환경 요인에 따라 가변 설정되는 상수를 곱한 결과값과 실내온도에 상기 상수를 곱한 결과값을 더하여 상기 온도 명령치를 산출하는 단계(S600)를 포함하는 것을 특징으로하는 자동차용 최적 온도 제어 방법.