KR100485672B1 - 오염도 평가장치 - Google Patents

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KR100485672B1
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Abstract

본 발명은 차량 외기의 오염도 여부를 판단하기 위한 정보를 산출하여 차량 공조 장치의 제어유닛으로 제공하기 위한 오염도 평가장치에 관한 것으로, 환경요인 변화에 따른 가스센서의 출력 특성과 가스센서의 고유 특성을 보정하기 위한 보정계수가 저장된 메모리와; 차량 외기의 가스농도에 따라 서로 다른 레벨의 전기적 신호를 출력하는 가스 센서의 출력값을 입력받아 이를 상기 보정계수로 보정하여 얻어진 값을 검출 가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 차량 공조 장치의 제어유닛으로 출력하는 오염도 산출부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

오염도 평가장치{APPARATUS FOR EVALUATING A POLLUTION LEVEL}
본 발명은 차량 외기의 오염도 센싱 시스템에 관한 것으로, 특히 차량 외기의 오염도 여부를 판단하기 위한 정보를 산출하여 제공하기 위한 오염도 평가장치에 관한 것이다.
차량에는 주변 환경변화에 따라 차내의 온도와 습도를 적정하게 유지함으로서 탑승자에게 쾌적한 느낌을 줄 수 있도록 하기 위한 냉난방장치를 구비하고 있다. 그리고 사용자의 필요에 따라 차량 내부의 공기중에 포함된 먼지나 담배연기 등의 미립자를 제거하기 위한 공기정화장치가 구비되어 있으며, 실내의 공기를 쾌적하게 유지시키기 위해 외기를 유입할 수 있는 공조 덕트가 구비되어 있다.
공조 덕트 시스템은 차량 공조 장치라 불리우기도 하는데 이러한 공조 덕트 시스템에는 다수의 게이트 밸브가 설치되어 있다. 이 같은 게이트 밸브는 회동식으로 작동되어 공기를 자동차 실내의 필요 위치로 공급한다. 차량이 점차 고급화되어 가면서 탑승자의 안전을 도모하기 위해 이와 같은 게이트 밸브의 구동은 자동으로 이루어지고 있다. 즉 차량의 외기 오염농도에 따라 내기모드 및 외기모드를 자동 전환하면서 탑승자에게 최상의 실내환경을 제공하는 것이다.
이와 같이 탑승자에게 최상의 실내환경을 제공하기 위한 일반적인 차량 공조 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 크게 차량 외기의 오염도를 검출하기 위한 가스센서(10)와, 상기 센서(10)로부터 출력되는 신호레벨로 오염여부를 판단하는 제어부(20)와, 상기 제어부(20)에 의해 구동 제어되어 외기를 흡입하거나 차단하는 작동 유닛(30)을 적어도 포함하고 있다.
이러한 차량 공조 장치에서 제어부(20)는 가스 센서(10)의 값을 입력받아 규정된 절차에 따라 오염여부를 판단하게 되는데, 일반적인 차량 공조 장치의 제어부(20)는 공기 순환을 위한 게이트 밸브 구동 제어, 송풍 팬 온도제어, 증발기 구동 제어, 기타 공조 유닛 각부를 제어하기 위한 부담을 안고 있다. 이러한 상황에서 오염여부 판단을 위한 처리 프로세서를 제거할 수 있다면 상대적으로 차량 공조 장치의 제어부(20)는 보다 효율적으로 공조 장치의 각 부를 제어하여 보다 쾌적한 차내 환경을 제공할 수 있을 것이며, 차량 메이커들의 공조 장치 연구개발 부담을 경감시켜 줄 수 있을 것이다.
한편 현재의 차량 공조 장치에서는 외기의 오염여부를 절대적 기준으로 판단하여 차량 외기를 유입하거나 차단할 뿐 각 국가의 환경 기준치를 고려하고 있지 않다. 따라서 각 국가의 고유한 환경 기준치를 고려하여 그 환경 기준치에 대한 상대적 오염도로 차량 외기의 오염정보를 제공할 수만 있다면, 공조 제어 장치의 제어부에서는 입력되는 오염도 정보의 단순 모니터링만으로 간단히 공기 순환을 위한 게이트 밸브들을 제어할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 가스센서를 통해 검출된 정보를 오염여부 판단을 위한 정보로 가공하여 차량 공조 장치의 제어 유닛으로 제공할 수 있는 오염도 평가장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 산화성 가스와 환원성 가스를 검출하고 이를 통합하여 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 출력하여 줄 수 있는 오염도 평가장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 오염도 평가장치는,
환경요인 변화에 따른 가스센서의 출력 특성과 가스센서의 고유 특성을 보정하기 위한 보정계수가 저장된 메모리와;
차량 외기의 가스농도에 따라 서로 다른 레벨의 전기적 신호를 출력하는 가스 센서의 출력값을 입력받아 이를 상기 보정계수로 보정하여 얻어진 값을 검출 가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 차량 공조 장치의 제어유닛으로 출력하는 오염도 산출부;를 포함함을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 특징에 의해 차량 공조 장치의 제어유닛은 오염여부 판단을 위한 복잡한 프로세스의 수행 없이도 게이트 밸브를 단순 제어할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오염도 평가장치는,
환경요인 변화에 따른 가스센서의 출력 특성과 가스센서의 고유 특성을 보정하기 위한 보정계수(k)들이 저장된 메모리와;
차량 외기의 습도와 온도를 감지하기 위한 센서들과;
검출된 습도와 온도에 대응하는 보정계수(k)를 상기 메모리에서 독출하고, 차량 외기의 가스농도를 검출하는 가스 센서의 출력값을 입력받아 이를 독출된 보정계수(k)로 보정하여 얻어진 값을 검출가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 차량 공조 장치의 제어유닛으로 출력하는 오염도 산출부;를 포함함을 특징으로 한다.
이러한 오염도 평가장치 역시 산출된 오염도 값을 차량 공조장치 제어유닛으로 전송하여 주기 때문에, 제어유닛의 데이터 처리부담을 경감시켜 줄 수 있게 되는 것이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 주변 블록구성도를 도시한 것으로, 오염도 평가장치(40)의 전단에는 차량 외기의 가스농도를 검출하여 검출된 농도에 따른 전기적 신호를 출력하는 일반적인 가스 센서(10)가 위치한다. 이러한 가스 센서(10)는 산화성 가스와 환원성 가스를 각각 감지하기 위한 센서들로 이루어질 수도 있으며, 하나의 센서 형태를 가지며 산화성 가스와 환원성 가스 모두에 반응하여 차량 외기의 가스농도를 검출할 수 있는 센서일 수도 있다. 일반적으로 상기 가스 센서(10)는 환원성 가스에서는 전기 저항이 감소하고 산화성 가스에서는 전기 저항이 증가하는 성질을 나타내기 때문에 저항 변동으로 인한 출력전압의 검출로서 차량 외기의 오염농도를 검출한다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같은 구성을 가질 수 있다. 이러한 오염도 평가장치(40)는 환경요인 변화에 따른 가스센서(10)의 출력 특성과 가스센서(10)의 고유 특성을 보정하기 위한 보정계수(k)를 내부 메모리에서 독출하고, 독출된 보정계수(k)로서 상기 가스센서(10)에서 출력되는 값을 보정하여 얻어진 값을 검출 가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 차량 공조 장치의 제어부로 출력하여 주는 역할을 수행한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)는 최종적인 오염도 정보를 출력하는 2차 센서의 역할을 수행하는 것이다.
차량 공조 장치의 제어부인 MCU(Main Control Unit)(20)는 차량 공조 장치의 전반적인 제어동작을 수행한다. 일예로 상기 오염도 평가장치(40)로부터 출력되는 오염도 정보를 단순히 기 설정된 값과 비교하여 차량 외기를 흡입하기 위한 외기모드 혹은 차량 외기를 차단하기 위한 내기모드가 수행되도록 게이트 밸브의 구동을 제어한다. 이러한 게이트 밸브는 도 2에서 작동 유닛(30)으로 명명되었으며, 상기 작동 유닛(30)은 상기 MCU(20)에 의해 구동 제어된다.
이하 상술한 오염도 평가장치(40)의 구성을 도 3과 도 4를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 상세 구성 예시도를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 상세 구성도를 예시한 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)는 A/D 변환부(42)와, 오염도 산출부(44), EEPROM(48), 온도 및 습도감지센서(50), 그리고 신호 출력부(46)로 구성할 수 있다.
A/D 변환부(42)는 가스 센서(10)로부터 출력되는 신호를 디지털 데이터로 변환하여 주는 역할을 수행하며, 온도/습도감지 센서(50)는 차량 외기의 온도와 습도를 감지하여 그에 따른 전기적 신호를 출력하여 준다. EEPROM(48)에는 환경요인 변화에 따른 가스센서의 출력 특성과 가스 센서(10)의 고유 특성을 보정하기 위한 보정계수(k)들이 저장된다. 참고적으로 가스센서(10)의 전기저항 변화를 유도하는 환경인자로는 온도와 습도를 들 수 있다. 따라서 환경요인을 보정함은 물론 각 가스센서의 고유특성을 보정하기 위한 보정계수(k)는 하기 수학식 1에 의해 구할 수 있다.
A,B :습도 및 온도 보정 상수
C : 각 가스센서의 고유특성 보정상수
: 습도, : 온도
일정 유해 가스 농도에서 얻어지는 각 가스센서들의 반응값을 대비하여 보면 각 가스 센서들의 고유 특성을 알 수 있기 때문에 그를 보정하기 위한 보정상수 C를 결정할 수 있다. 환경인자 보정 상수 역시 온도와 습도를 가변시킬 경우 나타나는 가스센서의 출력값을 대비하여 변화되는 온도와 습도에 따른 최적의 보정 상수를 얻을 수 있을 것이다.
따라서 제품 출하전 각 센서(10)에 대하여 온도와 습도에 따라 가변되는 보정 계수(k)를 상기 수학식 1에 근거하여 산출하고 이를 메모리인 EEPROM(48)에 미리 저장하여 놓는다면, 실제 차량 외기의 온도와 습도를 리드하여 그에 대응하는 보정 계수(k)를 독출하여 사용할 수 있을 것이다. 이러한 방법은 오염도 산출부(44)의 연산속도를 고속화하는데 바람직한 방법이다. 오염도 산출부(44)에서 상기 수학식 1에 근거하여 실시간으로 보정 계수(k)를 산출하여 이용할 수도 있다. 이에 대해서는 도 5에서 상세히 설명하기로 한다.
오염도 산출부(44)는 온도/습도 감지센서(50)를 통해 검출된 습도와 온도에 대응하는 보정계수(k)를 상기 EEPROM(48)에서 독출하고, 차량 외기의 가스농도를 검출하는 가스 센서(10)의 출력값을 입력받아 이를 독출된 보정계수(k)로 보정하여 얻어진 값을 검출가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 출력한다. 이러한 상대적 오염도 값은 신호 출력부(46)를 통해 MCU(20)로 전송된다.
참고적으로 도 3에서는 온도/습도 감지센서(50)를 구비하여 보정계수( k)를 EEPROM(48)에서 독출하는 구성을 설명하였지만, 도 4에서와 같이 온도/습도 감지센서(50)의 구비 없이도 보정계수(k)만을 메모리에서 독출하여 가스 센서(10)의 출력값을 보정할 수 있다. 이러한 경우에는 최적화된 환경조건(20℃, 65%RH)에서 각 센서의 고유특성 보정상수(C)만을 구하여 보정계수(k)를 산출한 것으로, 이러한 경우에는 환경요인 변화에 대한 보정능력이 고려되지 않았기 때문에 정확한 오염도를 산출하는데 오차가 존재할 수 있다.
한편 상기 신호 출력부(46)는 D/A 컨버터로서 상대적 오염도 값을 아날로그 신호로 변환하여 출력하여 줄 수도 있으며, 블루트스 모듈인 무선 전송부일 수도 있다. 아울러 상기 상대적 오염도 값은 시리얼 혹은 패러렐 데이터중 어느 하나의 형태로 출력될 수도 있다. 즉, 신호 출력부(46)는 MCU(20)가 어떠한 형태로, 그리고 어떠한 하드웨어 구성을 통해 데이터를 입력받느냐에 따라 가변될 수 있는 것이다. 참고적으로 각 국가에서는 가스의 종류별로 환경 기준치를 설정하여 놓고 있다. 예를 들면 국내에서의 아황산가스()는 1시간에 0.25ppm을 초과할 수 없으며, 일산화탄소(CO)는 8시간에 20ppm을 초과해서는 안된다. 그리고 이산화질소()는 1시간에 0.15ppm을 초과할 수 없다. 따라서 환경 기준치의 상대적 오염도란 가스 센서(10)를 통해 검출된 오염농도를 각 가스의 환경 기준치에 대한 백분율로 나타내었을 때의 값으로 정의할 수 있는 것이다.
이하 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 동작을 설명하기로 한다.
우선 차량의 시동이 걸리면, 오염도 산출부(44)는 온도/습도감지센서(50)를 통해 차량 외기의 온도와 습도를 리드(60단계)한다. 이후 리드된 온도와 습도에 맞는 보정상수 A, B, C를 EEPROM(48)에서 리드한다. 여기서 각 센서의 고유특성을 보정하기 위한 보정상수 C는 가스센서(10)의 고유값이기 때문에 온도와 습도 변화에 상관없이 일정한 값을 가지게 되지만, 환경 인자 보정상수인 A(습도)와 B(온도)는 감지된 온도와 습도에 따라 가변된다. 물론 이를 위해서는 습도와 온도에 대응하는 보정상수 A,B가 테이블화되어 있어야 할 것이다.
62단계에서 보정상수가 리드되었다면 오염도 산출부(44)는 64단계로 진행하여 상기 수학식 1에 근거하여 보정계수 k를 산출하고 66단계로 진행한다. 66단계에서 오염도 산출부(44)는 가스센서(10)의 출력값을 리드한후 이를 산출된 보정계수 k값으로 보정(68단계)한다. 그러면 환경요인 변화에 따른 가스센서(10)의 저항 변화로 인해 야기될 수 있는 오차가 보정될 수 있으며, 각 센서(10)의 제조공정상에서 발생할 수 있는 센서 고유 오차가 보정되게 되는 것이다. 이와 같이 리드된 가스센서의 값이 보정되었다면 오염도 산출부(44)는 보정된 가스센서의 출력값을 환경 기준치에 대한 상대적 오염도 값으로 환산(70단계)한다. 환산방법으로는 검출된 가스를 환경 기준치의 백분율 값으로 연산하면 된다. 이때 저항성 감소 유해가스(환원성 가스)에 대하여 우선적으로 오염도를 환산하고, 이어서 저항성 증가 유해가스(산화성 가스)에 대하여 오염도를 환산한후 이들을 독립적으로 출력하거나, 아니면 이들을 다시 통합 연산하여 최종적인 오염도로 출력할 수도 있다. 이는 구비되는 가스센서(10)의 종류에 따라 선택적으로 운영될 수 있는 것이다.
즉, 오염도 산출부(44)는 70단계에서 산출된 환경 기준치의 상대적 오염도 값을 72단계에서 오염도 정보로 출력하는데, 이는 신호 출력부(46)를 통해 아날로그 신호로 변환되어 MCU(20)로 전송될 수 있으며, 혹은 신호 출력부(46)인 블루트스 모듈을 통해 무선 전송될 수도 있다.
이에 따라 MCU(20)에서는 오염도 평가장치(40)로부터 출력되는 오염도 정보값을 단순히 미리 설정된 값과 비교하여 작동 유닛(30)을 제어함으로서, 차량은 외기모드 혹은 내기모드로 운행될 수 있는 것이다.
따라서 차량 공조 장치의 제어유닛은 오염도 여부를 판단하기 위한 프로세스의 구비 없이도 게이트밸브와 같은 작동 유닛을 정상적으로 제어할 수 있게 되는 것이다.
한편 도 5에서는 보정계수 k를 오염도 산출부(44)에서 산출하는 실시예를 설명하였지만, 도 3에서 설명한 바와 같이 가변되는 환경조건(온도와 습도)들에서 산출된 보정계수 k들을 이용하여 실시간으로 검출되는 가스센서의 출력값을 보정하고, 이를 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 출력할 수도 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 가스센서를 통해 검출된 정보를 오염여부 판단을 위한 정보로 가공하여 차량 공조 장치의 제어 유닛으로 제공할 수 있기 때문에, 차량 공조 장치 제어유닛의 데이터 처리 부담을 경감시켜줄 수 있는 이점이 있다.
아울러 본 발명은 차량 메이커들에게 간단한 조작만으로도 판매지의 환경 기준치 조건에 맞게 차량 공조 장치를 제어할 수 있는 소스(source)데이터들을 제공하여 줄 수 있는 장점이 있다.
한편 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 차량 공조 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 주변 블록구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 상세 구성 예시도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 상세 구성 예시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 오염도 평가장치(40)의 오염도 산출 흐름도.

Claims (13)

  1. 차량 외기의 오염도 평가장치에 있어서,
    습도 및 온도별 보정상수들(A,B)과 해당 가스센서의 고유특성 보정상수(C)가 저장된 메모리와;
    차량 외기의 습도와 온도를 감지하기 위한 센서들과;
    상기 센서들을 통해 검출된 습도 및 온도에 대응하는 보정상수(A,B)와 상기 가스센서의 고유특성 보정상수(C)를 상기 메모리에서 독출하여 가스센서의 출력특성을 보정하기 위한 보정계수(k)를 소정 연산식에 기초하여 산출하고, 상기 가스센서의 출력값을 산출된 보정계수(k)로 보정하여 얻어진 값을 검출 가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 차량 공조 장치의 제어유닛으로 출력하는 오염도 산출부;를 포함함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 환경 기준치의 상대적 오염도 값을 아날로그 신호로 변환하여 출력하기 위한 신호 출력부를 더 포함함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 환경 기준치의 상대적 오염도 값을 무선 전송하기 위한 무선 전송부를 더 포함함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3중 어느 한 항에 있어서, 상기 보정계수 k는 하기 수학식에 의해 산출됨을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
    A,B :습도 및 온도 보정 상수
    C : 일정 유해 가스 농도에서 각 가스센서의 반응값
    : 습도, : 온도
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 차량 외기의 오염도 평가장치에 있어서,
    습도 및 온도 변화에 따른 가스센서의 출력 특성과 가스센서 자체의 고유 특성을 함께 보정하기 위해 얻어진 보정계수(k)들이 온도 및 습도별로 저장되어 있는 메모리와;
    차량 외기의 습도와 온도를 감지하기 위한 센서들과;
    상기 센서들을 통해 검출된 습도와 온도에 대응하는 보정계수(k)를 상기 메모리에서 독출하고, 차량 외기의 가스농도를 검출하는 가스 센서의 출력값을 입력받아 이를 독출된 보정계수(k)로 보정하여 얻어진 값을 검출가스에 대한 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 환산하여 차량 공조 장치의 제어유닛으로 출력하는 오염도 산출부;를 포함함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 환경 규제치의 상대적 오염도 값을 아날로그 신호로 변환하여 출력하기 위한 신호 출력부를 더 포함함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 환경 규제치의 상대적 오염도 값을 무선 전송하기 위한 무선 전송부를 더 포함함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 7 내지 청구항 9중 어느 한 항에 있어서, 상기 오염도 산출부는;
    산화성 가스와 환원성 가스 각각에 반응하여 얻어진 가스 센서값을 상기 보정계수(k)로 보정하여 얻어진 값을 검출가스에 대한 환경 규제치의 상대적 오염도 값으로 환산하고, 이들을 연산하여 환경 기준치의 상대적 오염도 값으로 재 환산하여 출력함을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
  12. 청구항 7 내지 청구항 9중 어느 한 항에 있어서, 상기 보정계수(k)는 하기 수학식에 의해 산출되어 저장된 값임을 특징으로 하는 오염도 평가장치.
    A,B :습도 및 온도 보정 상수
    C : 일정 유해 가스 농도에서 각 가스센서의 반응값
    : 습도, : 온도
  13. 삭제
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