KR100448359B1 - 연료 게이지 출력신호를 이용한 잔류연료량 검출 방법 및시스템 - Google Patents

Abstract

연료탱크에 저장된 잔류연료량을 빠른 시간 내에 보다 정확하게 그리고 보다 정밀하게 검출하기 위하여, 연료게이지의 설정된 출력신호 범위별로 빈도를 계산하고, 상기 출력신호 범위별 빈도를 기초로 잔류연료량을 계산하는 잔류연료량 계산 방법, 그리고 연료게이지 및 상기 방법을 수행하는 전자제어유닛을 포함하는 잔류연료량 계산 시스템을 제공한다.

Description

연료 게이지 출력신호를 이용한 잔류연료량 검출 방법 및 시스템{A METHOD FOR MEASURING AMOUNT OF REMNANT FUEL IN A FUEL TANK OF A VEHICLE AND A SYSTEM THEREOF}

본 발명은 연료탱크의 잔류연료량 검출 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연료게이지 출력신호를 이용하여 잔류연료량을 검출하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

연료탱크에 남아 있는 연료의 양을 측정하는 것은, 주행 중에 연료를 모두 다 소비하여 주행 불능 상태가 되지 않도록 운전자에게 주유 시기를 알려주기 위해서 필요한 것이다.

운전자에게 주유의 필요성을 알리기 위해서 종래에는 연료탱크에 연료 게이지를 설치하고 연료 게이지의 출력 값이 설정조건에 해당되면 계기판에 경고등이 점등되도록 하였으나, 경고등이 점등된 사실만으로는 앞으로 얼마나 더 많은 거리를 갈 수 있는지를 직접 알지 못하여 운전자의 심리적 불안 및 잔여 주행가능 거리를 계산하는 불편을 주게된다.

따라서 최근에는 연료 탱크에 남아있는 연료로 주행할 수 있는 주행 가능 거리를 계산하여 운전자가 시각적으로 확인할 수 있도록 지속적으로 표시하여 주는 시스템이 실시되고 있고, 이를 트립 컴퓨터(trip computer)라고 한다.

최근 실시되고 있는 트립 컴퓨터의 주행가능거리 계산 방식은 일예로, 주유할 때 연료탱크의 연료 게이지로부터 전압신호를 검출하여 연료탱크에 주유된 연료량을 초기 연료량으로 설정하고, 이후 주행할 때에는 인젝터(injector)를 통해 엔진에 분사되는 연료의 양을 합산하여, 초기 연료량에서 이 합산된 양을 뺌으로써 현재 연료탱크의 잔류 연료량을 계산하게 된다.

그런데, 이러한 기본적인 계산 방식만으로는, 매번 더해지는 인젝터의 분사량을 합산할 때 오차 또한 누적적으로 증가되고, 엔진 연료계통의 고장으로 연료가 외기로 빠져나가는 등의 오차원인이 있는 경우에는 이를 반영할 수 없게 되어, 주유 초기로부터 장거리 주행한 후에는 상기 기본적인 계산 방식에 의한 추정 연료량은 실제 연료 잔류량에 비해 큰 오차를 가질 수 있게 된다.

따라서, 연료탱크에 실제로 잔류된 연료량을 정확하고 정밀하게 검출하여,상기 실 측정 연료량을 기초로 상기 일예의 계산 방식에 의한 잔류 연료량을 보정할 필요가 있고, 이러한 취지에서 연료게이지를 통해 검출되는 잔류연료량과 상기 인젝션 양에 기초한 추정연료량에 기초해 잔류연료량을 산정하고 있다.

그런데, 연료게이지를 통해 측정되는 잔류 연료량은 평탄한 노면 상에 차량이 정지하고 있는 경우에는 정확한 측정값을 얻을 수 있을 것이나, 주행 중에는 가속 및 감속, 노면 진동 등으로 연료 탱크에 잔류된 연료의 표면은 요동하게 되고, 그 결과 연료 게이지를 통해 검출되는 연료량 또한 시간에 따라서 급변하게 된다.

따라서, 급변하는 연료게이지 출력신호를 보다 완만하게 변하도록 하기 위해 다양한 방법이 사용되고 있으며, 일예로는 연료게이지로부터 출력되는 신호를 단위시간 동안 평균하거나, RC필터형 디지털 신호처리를 통해 출력신호의 시변곡선을 매끄럽게 하고 있다.

그런데, 연료게이지를 통해 출력되는 신호는 다단계의 전압값 또는 저항값으로 출력되고, 따라서 이러한 단순 평균 또는 필터링에 의한 잔류 연료량 계산 방식의 해상도 또한 제한되게 된다.

따라서, 연료게이지를 통해 연료탱크에 저장된 잔류연료량을 검출하는 방법 및 시스템의 정확성 및 정밀성은 개선의 여지가 있어왔다.

따라서, 본 발명은 연료탱크에 저장된 잔류연료량을 빠른 시간 내에 보다 정확하게 그리고 보다 정밀하게 검출하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술 및 본 발명의 실시예의 연료 잔류량 검출방법이 수행되는 연료 잔류량 검출 시스템의 블록도이다.

도 2는 본 발명의 실시예의 잔류연료량 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 3은 빈도 갱신에 의해 빈도그래프의 변화과정을 나타낸 도면으로서, 도 3a는 시간에 따른 출력신호의 그래프를, 도 3b는 시간의 경과에 따라 빈도그래프의 추이를 도시한 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 연료게이지 출력신호를 이용한 잔류연료량 검출 방법은, 연료게이지의 설정된 출력신호 범위별로 빈도를 계산하는 빈도계산단계; 및 상기 출력신호 범위별 빈도를 기초로 잔류연료량을 계산하는 잔류연료량 계산단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 잔류연료량 계산단계는, 최대빈도의 신호범위를 1차 신호로 선정하는 최대빈도범위 산출단계; 제2최대빈도의 신호범위를 2차 신호로 선정하는 제2최대빈도범위 산출단계; 및 상기 1차 신호에 해당하는 제1잔류연료량 내지 상기 2차 신호에 해당하는 제2잔류연료량의 범위에서 잔류연료량을 산출하는 중간값 산출단계를 포함하여 구성될 수 있다.

이 때, 상기 중간값 산출단계는, 상기 제1잔류연료량으로부터 상기 제2잔류연료량 쪽으로 설정 연료량 가감하여 산출한다.

상기 빈도계산단계는, 연료게이지 출력신호를 검출하는 신호검출단계; 및 누적된 빈도 중 가장 먼저 검출된 연료게이지 출력신호에 해당하는 출력신호 범위의 빈도를 1단위 감소시키고, 상기 신호검출단계에서 검출된 출력신호에 해당하는 출력신호범위의 빈도를 1단위 증가시키는 빈도조정단계를 포함한다.

상기 빈도조정단계는, 메모리를 포함하되, 상기 메모리에는, 출력신호범위를 순차적으로 0 내지 N-1의 정수값(단, 여기서 N은 출력신호범위의 총 개수)에 대응시키는 환산표, 출력신호범위에 해당하는 상기 정수값을 변수로 취하는 신호변수열 S, 출력신호범위의 빈도를 저장하는 빈도변수열 F를 저장하는 마이크로프로세서를 이용하여,

신호변수열 S의 인덱스 i에 관하여 "i = (i + 1) mod N" 연산함으로써 인덱스 i를 수정하는 인덱스 수정단계; "F(S(i)) = F(S(i)) - 1" 연산함으로써 인덱스 i에 해당하는 신호변수가 지시하는 빈도변수열의 빈도를 감소시키는 빈도변수 감소단계; S(i) = 연료게이지 출력신호에 해당하는 출력신호범위 대응정수를 환산표에 의해 선택하여 저장하는 출력신호 저장단계; 및 "F(S(i)) = F(S(i)) + 1" 연산함으로써 인덱스 i에 해당하는 신호변수가 지시하는 빈도변수열의 빈도를 증가시키는 빈도변수 증가단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 잔류연료량 검출 방법은, 연료탱크 내의 연료잔류량에 대응하는 전기신호를 출력하는 연료게이지; 및 상기 연료게이지로부터 출력신호를 수신하여 상기 본 발명의 잔류연료량 검출 방법을 수행하는 전자제어유닛을 포함하는 잔류연료량 검출 시스템에서 수행된다.

상기 잔류연료량 검출 시스템은, 차량 실내 일측에 상기 전자제어유닛으로부터 신호를 입력받아 표시하는 표시부를 더 포함하고, 상기 전자제어유닛은 잔류연료량을 이용하여 산출되는 주행가능거리 신호를 상기 표시부에 출력하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 잔류연료량 검출 시스템의 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 잔류연료량 검출 시스템은, 연료탱크 내에서 연료잔류량에 대응하는 전기신호를 출력하는 연료게이지(110); 상기 연료게이지로부터 출력신호를 수신하여 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 잔류연료량 검출 방법에 따라 잔류연료량을 계산하고, 이 잔류연료량을 기초로 주행가능거리를 환산하여 출력하는 전자제어유닛(120; Electronic Control Unit; 이하 "ECU"라 칭함); 및 차량 실내 일측에 설치되고 상기 전자제어유닛의 신호를 입력받아 표시하는 표시부(140)를 포함한다.

또한, 연료탱크에는 연료를 연료공급장치에 공급하는 연료공급기(150)가 구비되고, 상기 연료공급장치에는 엔진에 연료를 분사하는 인젝터(160; injector) 및 상기 인젝터(160)의 연료분사량을 제어하는 연료분사제어장치(170)가 구비된다.

ECU(120)는 연료분사제어장치(170)로부터 연료분사랑을 수신하여 누적하고, 누적분사량을 주유 직후의 연료량으로부터 뺄셈하여 잔존연료량을 추정한다.

상기 연료게이지는 이미 통상적으로 실시되고 있는바 자세한 기재를 생략하며, 그 출력값은 저항값 또는 전압값 등 임의의 값이라도 무방하고, 분산적 (discrete)이거나 연속적이거나 무방하다.

상기 ECU(120)는 후술하는 본 발명의 잔류연료량 검출 방법을 수행하는 임의의 구성으로 할 수 있으며, 그 예로 설정된 프로그램에 의해 동작하는 마이크로프로세서로서 본 발명의 실시예의 잔류연료량 검출 방법은 상기 설정된 프로그램으로 저장된다.

상기 ECU(120) 내에는 프로그램의 동작시에 사용되는 변수 및 상수를 저장하는 메모리(130)가 구비되고, 메모리(130) 내에는 연료게이지(110)의 출력신호를 여러 단계로 구분된 출력신호범위를 순차적으로 0 내지 N-1(단, 여기서 N은 출력신호범위의 총 개수이다)에 정수에 대응시키는 환산표, 출력신호범위에 해당하는 상기 정수값을 변수로 취하는 신호변수열 S(i), 출력신호범위의 빈도를 저장하는 빈도변수열 F(k)가 저장된다. (단, 여기서 i 및 k 는 0 내지 N-1의 값을 가진다)

상기 표시부(140)는 ECU(120)로부터 입력되는 신호를 시각적으로 표시하는 임의의 장치로 할 수 있으며, 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode), 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display) 기타 임의의 장치로 할 수 있다.

상기 연료공급기(150; fuel sender)는 전류공급에 의해 작동하는 연료모터 (fuel motor) 기타 임의의 연료 압송 장치로 할 수 있으며, 연료공급제어장치(170)는 마이크로프로세서로서 상기 ECU(120)를 지칭하는 것으로 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예의 잔류연료량 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 잔류연료량 검출 방법은, 연료게이지의 설정된 출력신호 범위별로 빈도를 계산하고(S200), 이 계산된 출력신호 범위별 빈도를 기초로 잔류연료량을 계산한다(S250)

상기 빈도 계산단계(S200)는 구체적으로 연료게이지 출력신호를 검출하고 (S205), 누적된 빈도 중 가장 먼저 검출된 연료게이지 출력신호에 해당하는 출력신호범위의 빈도를 1단위 감소시키고, 상기 신호검출단계(S205)에서 검출된 출력신호에 해당하는 출력신호범위의 빈도를 1단위 증가시킴으로써 지속적으로 빈도변수를 갱신한다(S210).

상기 빈도갱신단계(S210)를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 인덱스(i)를 수정한다(S215). 인덱스(i)는 0 내지 N-1의 범위에서 정해지며, "i = (i+1) mod N"의 식에 의해 계산된다. 여기서 mod 연산은 N으로 나눈 나머지를 구하는 연산이다.

위 식에 의해 연산되는 결과, 인덱스(i) 값은 1씩 증가하되 0 내지 N-1의 범위에서 반복되는 값으로 정해진다. 따라서 현재 계산되는 인덱스(i)에 관한 변수들 S(i)에 저장된 값은 N회 전에 측정된 신호에 관한 출력신호범위를 말한다.

따라서 "F(S(i)) = F(S(i)) - 1"연산함으로써, 누적된 빈도에 포함된 신호 중 최선(最先)의 신호에 해당하는 빈도를 하나 감소시킬 수 있다(S220).

빈도를 감소시킨 후에는, 현재 검출된 신호변수(S)를 갱신한다(S225). 신호변수(S) 갱신은 출력신호에 관한 출력신호범위를 가리키는 대응정수를 상기 환산표를 통해 선택하고 대응정수 값을 신호변수 S(i)에 저장한다.

이제 신호변수 S(i)는 현재 검출된 출력신호에 관한 출력신호범위를 말하므로, 이를 빈도변수(F)에 반영하기 위해서는 "F(S(i)) = F(S(i)) + 1" 연산하는 것으로 충분하다(S230).

이러한 빈도갱신단계(S210)에 따르면, 연료게이지 출력신호의 검출 후, 빈도를 갱신하기 위해 정수연산만을 하게 되므로 연산속도가 빠르고, 변수열의 값들을 이동시키지 않고 인덱스만 변화시켜 변수열을 계산하므로 연산속도가 빠르다.

도 3은 빈도 갱신에 의해 빈도그래프의 변화과정을 나타낸 도면으로서, 도 3a는 시간에 따른 출력신호의 그래프를, 도 3b는 시간의 경과에 따라 빈도그래프의 추이를 도시한 도면이다.

도 3b에서 x축은 출력신호를, y축은 빈도를 나타내고, 출력신호가 클수록 잔류연료가 작은 것을 의미한다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 연료게이지에서 출력되는 출력신호는 시간에 따라 급변하는 양으로 나타나고, 검출주기마다 검출되는 출력신호를 누적하면 그 빈도는 도 3b와 같은 정규분포(normal distribution)의 형태로 나타난다.

도 3b에 나타난 빈도그래프의 변화추이는, 최대빈도를 보이는 출력신호범위가 최초 화살표로 표시된 출력신호범위로부터 그 우측으로 천이해가는 것을 알 수 있으며, 이는 차량주행에 따른 연료의 소비를 나타낸다.

이하, 출력신호범위별 빈도를 기초로 잔류연료량을 계산하는 잔류연료량 계산단계(S250)의 세부구성을 설명한다.

상기 빈도 갱신단계(S210)에서 갱신된 빈도를 기초로, 최대빈도범위, 그리고 두 번째로 높은 빈도를 나타내는 제2최대빈도범위를 산출하고(S255,S260), 이를 이용하여 잔류연료량을 산출한다(S265).

최대빈도범위 산출(S255)은 빈도변수열(F)에 포함된 각 빈도변수 F(k) 중에서 가장 큰 값을 가지는 F(k)를 선택하는 것이며, 제2빈도범위 산출(S260)은 각 빈도변수 F(k) 중에서 둘째로 큰 값을 가지는 F(k)를 선택하는 것이다.

최대빈도범위 및 제2빈도범위를 이용한 잔류연료량 산출(S265)은 최대빈도를 나타내는 출력신호범위에 해당하는 잔류연료량으로부터 제2최대빈도 범위를 나타내는 출력신호범위에 해당하는 잔류연료량 쪽으로 설정연료량 가감하는 것으로 할 수 있으며, 상기 설정연료량은 인접한 출력신호범위 사이의 연료량 편차의 1/3로 정해질 수 있다.

따라서, 이러한 2차 최대빈도를 고려함으로써, 연료게이지 출력신호를 분할한 출력신호범위에 따른 분해능을 증가시킬 수 있으며, 특히 불연속적인 출력신호를 출력하는 연료게이지의 경우에는 연료게이지 자체에서 제공되는 분해능보다 정밀하게 잔류연료량을 검출할 수 있게 된다.

잔류연료량을 계산한 후에는 주유 직후의 잔존연료량에서 인젝터 구동신호로부터 계산된 연료사용량을 뺀 값으로 정해지는 추정연료량을 고려하여 잔류연료량을 보정할 수 있다(S270). 그리고 이 보정된 결과를 이용하여 주행가능거리를 계산한 후(S275), 상기 주행가능거리에 관한 신호를 표시부에 제공함으로써 표시부에 표시한다(S280).

상기 잔류연료량 보정(S270)은 잔류연료량 및 추정연료량의 평균 기타 당업자에 의해 임의로 설정된 방식으로 보정할 수 있음은 자명하고, 상기 주행가능거리는 잔류연료량(리터)과 기설정된 차량연비(km/l)를 곱해 연산될 수 있다.

이상으로 본 발명의 연료게이지 출력신호를 이용한 잔류연료량 검출 방법 및 시스템에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 주행 상태에서 시간에 따라 급변하는 연료게이지의 출력신호를 이용하여 보다 정확하고 정밀하게 연료탱크 내의 잔류연료량을 검출할 수 있으며, 검출을 위해 필요한 연산의 속도를 증가시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 잔류연료량 검출 방법에서,

   연료게이지의 설정된 출력신호 범위별로 빈도를 계산하는 빈도계산단계; 및

   상기 출력신호 범위별 빈도를 기초로 잔류연료량을 계산하는 잔류연료량 계산단계를 포함하되,

   상기 빈도계산단계는,

   연료게이지 출력신호를 검출하는 신호검출단계;

   누적된 빈도 중 가장 먼저 검출된 연료게이지 출력신호에 해당하는 출력신호 범위의 빈도를 1단위 감소시키고, 상기 신호검출단계에서 검출된 출력신호에 해당하는 출력신호범위의 빈도를 1단위 증가시키는 빈도조정단계를 포함하고,

   상기 잔류연료량 계산단계는,

   최대빈도의 신호범위를 1차 신호로 선정하는 최대빈도범위 산출단계;

   제2최대빈도의 신호범위를 2차 신호로 선정하는 제2최대빈도범위 산출단계;

   상기 1차 신호에 해당하는 제1잔류연료량 내지 상기 2차 신호에 해당하는 제2잔류연료량의 범위에서 잔류연료량을 산출하는 중간값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잔류연료량 검출 방법.
3. 제2항에서,

   상기 중간값 산출단계는,

   상기 제1잔류연료량으로부터 상기 제2잔류연료량 쪽으로 설정 연료량 가감하여 산출하는 것을 특징으로 하는 잔류연료량 검출 방법.
4. 삭제
5. 제4항에서,

   상기 빈도조정단계는,

   메모리를 포함하되, 상기 메모리에는, 출력신호범위를 순차적으로 0 내지 N-1의 정수값(단, 여기서 N은 출력신호범위의 총 개수)에 대응시키는 환산표, 출력신호범위에 해당하는 상기 정수값을 변수로 취하는 신호변수열 S, 출력신호범위의 빈도를 저장하는 빈도변수열 F를 저장하는 마이크로프로세서를 이용하여,

   신호변수열 S의 인덱스 i에 관하여 "i = (i + 1) mod N" 연산함으로써 인덱스 i를 수정하는 인덱스 수정단계;

   "F(S(i)) = F(S(i)) - 1" 연산함으로써 인덱스 i에 해당하는 신호변수가 지시하는 빈도변수열의 빈도를 감소시키는 빈도변수 감소단계;

   S(i) = 연료게이지 출력신호에 해당하는 출력신호범위 대응정수를 환산표에 의해 선택하여 저장하는 출력신호 저장단계; 및

   "F(S(i)) = F(S(i)) + 1" 연산함으로써 인덱스 i에 해당하는 신호변수가 지시하는 빈도변수열의 빈도를 증가시키는 빈도변수 증가단계;

   를 포함하는 잔류연료량 검출 방법.
6. 연료탱크 내의 연료잔류량에 대응하는 전기신호를 출력하는 연료게이지; 및

   상기 연료게이지로부터 출력신호를 수신하여 제2항, 제3항, 제5항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 전자제어유닛;

   을 포함하는 잔류연료량 검출 시스템.
7. 제6항에서,

   차량 실내 일측에 상기 전자제어유닛으로부터 신호를 입력받아 표시하는 표시부를 더 포함하고,

   상기 전자제어유닛은 잔류연료량을 이용하여 산출되는 주행가능거리 신호를 상기 표시부에 출력하는 것을 특징으로 하는 잔류연료량 검출 시스템.