KR100469651B1 - 디지털 연료표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 연료표시장치에 관한 것으로서, 기존의 아날로그 방식, LED표시방식 또는 디지털 세그먼트 방식보다 보다 정확하고 쉽게 잔여 연료량을 운전자에게 알릴 수 있도록 하는 디지털 연료표시장치에 관한 것이다. 본 발명은 기존의 연료 게이지나 표시장치가 차량의 출고 시 차량의 패널에 부착되어 나오는 것과는 달리 차량의 임의의 위치에 탈/부착이 가능하도록 한다. 이를 위해, A/D컨버터를 내장하여 차량에 부착된 연료센서의 신호와 배터리 전압과 온도 검출 신호를 디지털 신호로 변환하고, 연료 분사량을 읽어들여 이들 신호를 전용프로세서에 내장된 알고리즘을 통하여 보다 정확한 연료량을 측정할 수 있도록 한다. 그리고, 연산된 연료량은 내부에 부가되어 있는 비휘발성 메모리에 저장되어 사용자의 필요시 현재의 연료량, 총 주유량, 누유량, 소비연료량 등의 연료 정보를 확인할 수 있도록 한다. 또한, 외부 인터페이스 기능을 부가하여 차량에 부착된 다른 기기와의 통신이 가능하도록 USART와 무선통신채널이 내장되어 있다.
Description
본 발명은 디지털 연료표시장치에 관한 것으로서, 특히, 온도, 연료량, 배터리 전압 및 연료 분사량에 관한 정보를 마이크로 프로세서를 통해 연산하여 디지털화하고, 이와 더불어 차량에 탈/부착이 가능하여 보다 정확하고 쉽게 연료량을 운전자에게 알릴 수 있도록 하는 디지털 연료표시장치에 관한 것이다.
기존의 차량용 연료 표시장치는 차량의 출고 시 운전석 앞부분에 마련된 패널에 고정되어 있다. 이렇게 차량에 고정되어 부착된 종래의 연료 표시장치는 대부분 아날로그 방식으로 5 ~ 6개 정도의 눈금으로 연료의 잔여량을 표시하므로 그 정밀도가 낮다.
도 1은 이러한 종래의 연료 표시장치에 관한 개략적인 구성도이다.
도 1을 보면, 종래의 연료 표시장치는, 전원을 공급하기 위한 배터리(10)와, 연료의 상부에 떠있는 부표의 높이에 따라 잔여 연료량을 검출하기 위한 연료량 센서(20)와, 연료량 센서(20)로부터 감지된 연료량을 디스플레이 하는 연료량 표시장치(30)로 구성된다.
따라서, 연료량 센서(20)인 부표의 높이 변화에 따라 그 반대쪽 끝에 연결된 접촉식 저항의 변화하고 변화된 저항값에 따라 가동 코일형의 연료표시장치(30)에 흐르는 전류전압값이 바뀌고 그 값에 따라 지시바늘의 위치가 결정된다.
그런데, 이러한 종래의 연료 표시 장치는, 차량 운행 시 또는 에어컨, 윈도우 브러시 및 오디오 등의 작동여부와 차량의 부하 변화에 따라 배터리 전압이 변동되어 연료표시장치(30)의 지시바늘의 값이 부정확하게 나타난다. 도 2는 외부 영향에 따라 연료량 센서의 출력값이 변화됨을 나타내는 그래프이다. 도 2를 보면, 차량의 연료량 센서(20)에서 감지하는 신호는 주행 중 차량의 가속, 감속의 정도와 도로의 상태에 따라 많이 변화되고, 연료량 센서에 공급되는 배터리 전압의 변화에 따라서 그 값이 변화됨을 알 수 있다. 즉, 연료량 센서(20)가 감지하는 대상인 연료가 액체이기 때문에 요동의 정도가 클수록 부정확한 값이 출력된다.상기에서 온도에 따른 유류의 부피 변화는 식 Vt = Vo X K (Vt : t ℃때 유류의 부피, Vo : 15℃때 유류의 부피, K : 부피환산계수)로서 t℃일때의 유류의 부피 Vt를 구할 수가 있으며, 위 식에서 K = 1 - 0.0007(t - 15)(t : 부피를 알고자 하는 온도(℃))로서 구할 수가 있다.또한, 온도에 따른 배터리 전압의 변화는 식 V = Vo + 0.0038(t - 25) (V : t℃때 배터리 전압, Vo : 25℃때 배터리 전압, t : 실제온도)로서 구할 수가 있다.한편, 배터리 전압의 변화에 따른 연료량의 변화는 식 Vg1 = RG4 ÷ (Rg1 + RG4) X Vbr 및 RG4 = Rg3 ÷ Rg4 로 구할 수가 있으며, 여기서 Vg1은 연료량 변화에 따른 출력전압을 나타내고, Rg4 는 연료량 측정구에서 플로우트 암이 가변저항트랙을 이동하면서 변화하는 저항이며, Vbr은 회로에 공급되는 배터리전압을 나타낸다.
그리고, 연료량 센서(20)는 접촉식 저항센서이므로 시간이 지나면 마모, 비접촉 등에 의해 저항값이 부정확하게 나타난다. 이러한 저항값의 변화는 정격이상의 전압 전류를 연료 표시장치에 흐르게 하여 내부의 코일과 저항을 손상을 유발시킨다.
도 3은 연료량 센서(20)의 마모에 의한 특성변화를 나타내는 그래프이다. 연료량 센서(20)는 대부분 접촉식 센서를 쓰고 있어서 사용시간이 길어지면 센서값이 바뀌게 되고, 같은 연료량에 대해서 달라진 센서 출력값을 출력하게 된다. 도 3을 보면, 연료량 센서(20)의 부표가 많이 움직이는 구간의 출력 특성 변화가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 연료가 항상 채워져 있는 아래쪽은 마모가 적고 위쪽은 마모가 큰 것을 알 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일부 고급 차량에는 LED나 디지털 세그먼트 방식의 연료 표시장치가 부착되어 있으나, 이는 단순히 지시바늘의 형태를 아날로그 방식에서 디지털 표시방식으로 바꿔놓은 정도로 상술된 문제점을 해결하기 위한 큰 효과를 나타내고 있지 못하는 실정이다. 그리고, 이러한 연료 표시 장치는메모리 기능이 구비되지 않아서 운전자가 일정기간동안 얼마나 연료를 사용했는 지의 여부를 알 수 없고 단지 주행중의 현재 상태만을 표시하고 있을 뿐이다. 이렇게 연료량의 표시가 부정확할 경우 운전자는 주요소가 적은 지역을 이동할 때 불안감을 느낄 수 있으며, 이로 인해 연료 표시장치의 지시기를 자주 확인하게 되어 안전운전에 장애가 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 점들을 감안하여 창출된 것으로, 온도, 연료량, 배터리 전압 및 연료 분사량에 관한 정보를 마이크로 프로세서를 통해 연산하여 디지털화하고, 이와 더불어 차량에 탈/부착이 가능하여 보다 정확하고 쉽게 연료량을 운전자에게 알릴 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 연료표시장치에 관한 개략적인 구성도.
도 2는 종래의 연료량 센서의 출력값에 대한 그래프.
도 3은 종래의 연료량 센서의 특성변화에 대한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 연료표시장치에 관한 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 프로세서의 배터리 전압 변동 보상루틴에 관한 흐름도.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 프로세서의 센서 마모량 보정루틴에 관한 흐름도.
도 7은 본 발명에 따른 디지털 연료표시장치의 외관도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 센서 인터페이스부 110 : 신호 전처리부
120 : 신호처리 전용 프로세서 130 : 마이크로 프로세서
140 : 표시부 150 : USART 인터페이스부
160 : 무선모듈 170 : 비휘발성 메모리
180 : 스위치 190 : 외부 통신장치
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지털 연료표시장치는, 온도, 연료량 및 배터리 전압을 감지하는 센서부와; 센서부로부터 인가된 신호를 A/D변환하여 출력하는 센서 인터페이스부와; 센서 인터페이스부로부터 인가되는 신호를 신호처리하여 상기 온도 및 배터리 전압의 변동량에 따라 연료량의 보상량을 연산하고, 이를 디스플레이하기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서; 및 마이크로 프로세서로부터 인가되는 데이터를 디스플레이 하는 표시부로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다. 하기 하는 일 실시예가 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니므로 당업자의 측면에서 보았을 때 본 발명의 상기한 기술적 사상의 동일성을 벗어나지 아니하는 변형된 실시는 본 발명의 권리범위를 벗어나지 못하는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 디지털 연료표시장치에 관한 구성도이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명은 온도, 연료량 및 배터리 전압 감지 센서로부터 인가된 신호를 A/D(Analog/Digital)변환하는 센서 인터페이스부(100)와, 연료분사량 신호를 감지하여 이를 카운트하고 신호처리하는 신호전처리부(110)와, 센서 인터페이스부(100)와 신호전처리부(110)로부터 인가된 신호를 신호처리하여 이를 디스플레이하고, 외부 요청 시 필요한 신호 및 데이터를 송/수신하기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서(130)를 구비한다. 신호처리전용프로세서(120)는 마이크로 프로세서(130)에서 디지털 신호로 변환된 센서 감지 신호를 신호처리하여 보다 정밀하게 연산을 수행한다. 마이크로 프로세서(130)에서 연산된 데이터는 비휘발성메모리(170)에 저장된다. 표시부(140)는 마이크로 프로세서(130)에서 연산된 데이터를 운전자에게 알리기 위하여 디스플레이 한다. USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter)인터페이스부(150)와 무선모듈(160)은 외부 통신장치(190)와 무선통신을 수행하는 기능을 한다. 스위치(180)는 운전자가 원하는 입력신호를 입력하는 장치로서 스위치 입력장치로 구성된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명은, 각각의 센서를 통해 차량의 온도, 연료의 잔여량 및 배터리 전압을 감지하여 센서 인터페이스부(100)에 출력한다. 여기서, 온도센서는 온도에 따른 연료량의 체적 변화와 연료의 연소에 영향을 주므로 이를 보상하기 위하여 사용한다. 센서 인터페이스부(100)는 입력된 아날로그 센서 감지신호의 센서 특성을 고려하여 감지 신호를 디지털화 하는 신호처리를 수행한다. 이를 위해 센서인터페이스부(100)는 입력신호의 최소/최대값을 제한하는 제한회로(101)와, 서지신호에 의한 파손을 방지하기 위한 서지방지회로(102)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D변환회로(103)로 구성된다. 또한, 연료분사량은 MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서에서 감지되는 흡입공기량을 토대로 하여 자동차에 장착되어 잇는 ECU(Engine Control Unit)에서 측정한다.
여기서, 배터리 전압 출력값을 감지하는 이유는 연료량 센서의 출력값을 보상하기 위한 신호로 사용하기 위한 것이다. 배터리 전원은 연료량 센서에 공급되는 전원으로 주행 중 언덕을 올라가거나 속도를 높이거나 에어컨, 오디오 장치 등이 작동여부에 따라 그 값이 크게 변동된다. 즉, 차량의 주행상태에 따라 배터리의 전압이 변동되므로 연료량 센서로부터 출력된 값은 변동되는 배터리 전압을 그대로 반영하여 출력된다. 따라서, 배터리 전압의 변동량을 보상하지 않으면 연료량 센서의 출력값은 부정확한 값이 된다. 그리고, 기존의 차량에 부착된 연료 표시장치의 경우 차량의 시동이 켜져야만 연료량을 정확히 확인할 수 있으나, 본 발명의 경우 배터리 전압을 보상하기 때문에 키-온(KEY-ON)상태에서도 연료량을 정확히 확인할 수 있다.
한편, 센서 인터페이스부(100)에서 디지털 신호로 변환된 연료량 감지 신호는 마이크로프로세서(130)로 전달된다. 마이크로프로세서(130)에 입력된 신호는 신호처리전용프로세서(120)에서 다른 센서 감지신호와 연산하고 후 처리를 통하여 보다 정확한 연산을 수행한다. 또한, 온도센서나 배터리 전압감지 센서로부터 인가되는 신호도 이와 같은 과정을 거쳐서 마이크로프로세서(130)로 전달된다.
도 5는 마이크로프로세서(130)에서 배터리 전압의 변동을 보상하기 위한 루틴을 설명하기 위한 흐름도이다.
차량의 부하변동에 의한 배터리 전압의 변동은 배터리 전압을 입력받아 보상하는데, 도 5는 부하변동에 따른 배터리 전압의 변화를 보상하기 위한 프로그램의 순서도이다. 마이크로 프로세서(130)는 온도, 연료량 및 배터리 전압 감지 센서로부터 인가되는 A/D변환 데이터를 필터링한다. 그리고, 일정 횟수(N) 이상의 데이터를 입력받아 임의의 횟수 "no" 이상일 경우 연료량의 요동에 의한 보상량을 결정하고, 배터리 감지 전압값의 변화를 보상한다. 또한, 신호전처리부(110) 내의 타이머를 통한 연료 분사량을 입력받아 이를 체크하여 차량의 가/감속에 따른 연료량의 유동상수를 결정한다. 이때, 체크된 연료 분사량은 연료의 요동에 의한 보상량을 결정하는 데에도 사용된다.
도 6은 본 발명의 마이크로프로세서(130)에서 시간의 흐름에 따라 센서의 마모량을 인식하여 이를 보정하기 위한 루틴을 설명하기 위한 도면이다.
마이크로 프로세서(130)에는 센서 패턴의 마모를 보상하기 위해서 그 내부 프로그램에 학습 알고리즘이 내장되어 있다. 마이크로 프로세서(130)는 센서 인터페이스부(100)를 통해 연료 감지 센서로부터 인가되는 연료 변화량을 입력받아 이를 체크하게 된다. 이러한 연료 변화량이 일정량 "NUM1" 이상일 경우를 체크하고, 일정량 "NUM1" 이상일 경우 다시 연료 변화량이 일정량 "NUM2" 이상인지를 체크한다. 만약, 연료 변화량이 일정량 "NUM2" 이상일 경우 센서 마모량이 일정 마모의 정도 이상임을 판단하여 센서맵을 보정하게 된다. 또한, 신호전처리부(110) 내의 타이머를 통하여 연료 분사량의 변화값을 감지하고, 이를 연료 변화량 체크에 사용한다.위의 센서마모량을 보정하는 방법을 부언하여 설명하면, 주유 시에 현재까지의 연료량과 주유된 양을 합한 현재의 연료량이 계산되고 이때 센서의 저항값이 측정된다. 이 측정된 저항값으로서 센서마모패턴이 얼마나 이동하였는 지를 알 수가 있으며, 최초의 저항값과 이동한 저항값을 비교하여 그 차이만큼 보상하여주면 정확한 연료량을 알 수가 있는 것이다.
한편, RS232로 대표되는 USART인터페이스부(150) 및 무선모듈(160)은 차량 내에 마련된 외부 통신장치(190)와 통신을 할 수 있도록 한다. 예를 들어, 휴대폰이나 PDA 등의 개인용 단말장치와도 통신이 가능하여 차량의 관리가 편리하도록 한다.
이렇게 보상된 데이터는 운전자에게 필요한 정보로 가공되어 LCD 표시부(140)를 통하여 디스플레이 되며 사용자의 필요 시 알람을 셋팅하여 운전자가 활용할 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 디지털 연료표시장치의 외형도를 나타낸다.
도 7과 같은 형태로 운전자는 디지털 연료 표시장치를 차량의 임의의 위치에 탈/부착하게 된다. 예를 들어, 운전석 앞의 프론트 패널에 부착하여 연료량에 대한 데이터를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 디지털 연료표시장치는, 고정되어 있지 아니하고 차량의 임의의 위치에 탈/부착이 가능하도록 하여 사용자가 좀더 쉽게 연료량에 대한 정보를 확인할 수 있도록 한다. 따라서, 사용자의 시야를 다른 곳으로 돌리지 아니하므로 시야의 전환으로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.
그리고, 차량에 부착된 연료센서의 신호와 배터리 전압과 온도 검출 신호를 디지털 신호로 변환하고, 연료 분사량을 체크하여 이들 신호를 전용프로세서에 내장된 알고리즘을 통하여 부정확하게 감지되는 값을 보정을 함으로써 차량이 어떠한 상황에 있다고 하더라도 보다 정확한 연료량을 측정할 수 있도록 하며, 차량이 키-온(KEY-ON)상태에서도 연료량을 정확히 확인할 수 있도록 한다.
또한, 외부 인터페이스 기능을 부가하여 차량에 부착된 다른 기기와의 통신이 가능하도록 하는 편리함을 제공한다.
Claims (7)
- 온도, 연료량 및 배터리 전압을 감지하는 센서부;상기 센서부로부터 인가된 신호를 A/D변환하여 출력하는 센서 인터페이스부;상기 센서 인터페이스부로부터 인가되는 신호를 신호처리하여 상기 온도 및 배터리 전압의 변동량에 따라 연료량의 보상량을 연산하고, 이를 디스플레이하기 위한 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서; 및상기 마이크로 프로세서로부터 인가되는 데이터를 디스플레이 하는 표시부로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 연료 표시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 센서 인터페이스부는상기 센서부로부터 인가되는 입력신호의 최소/최대값을 제한하는 제한회로;서지신호에 의한 파손을 방지하기 위한 서지방지회로; 및상기 센서부로부터 인가되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환회로로 구성됨을 특징으로 하는 디지털 연료 표시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는상기 연료량, 온도 및 배터리 전압값에 의하여 연료량의 보상량을 결정함을 특징으로 하는 디지털 연료 표시장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 마이크로 프로세서는상기 연료의 변화량을 체크하여 센서 마모량을 보정함을 특징으로 하는 디지털 연료표시 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는상기 센서 인터페이스부로부터 인가되는 센서 감지 신호를 신호처리하여 연산하는 신호처리전용 프로세서를 더 구비함을 특징으로 하는 디지털 연료 표시장치.
- 제 1항에 있어서,외부 요청 신호의 입력에 따라 상기 마이크로프로세서로부터 인가되는 제어신호에 따라 무선 통신기기와 무선통신을 송/수신하는 USART인터페이스부 및 무선모듈;상기 마이크로 프로세서에서 연산된 데이터를 저장하는 비휘발성메모리; 및상기 사용자가 입력하는 입력신호를 입력받기 위한 스위치가 부가되어 구성됨을 특징으로 하는 디지털 연료표시장치.
- 제 1항에 있어서,연료분사량을 카운트하고 신호처리하여 상기 마이크로프로세서로 출력하는신호전처리부를 더 구비함을 특징으로 하는 디지털 연료 표시장치.
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| KR20010055157A (ko) * | 1999-12-09 | 2001-07-04 | 이중재 | 자동차의 연비 산출 자동표시장치 및 그에 따른 표시방법 |
| KR20010113194A (ko) * | 2000-06-16 | 2001-12-28 | 정보영 | 자동차 원격진단용 인터페이스장치 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20030050326A (ko) | 2003-06-25 |
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