KR100538844B1

KR100538844B1 - 자동차 주행연비 산출 방법 및 표시 장치.

Info

Publication number: KR100538844B1
Application number: KR10-2001-0058104A
Authority: KR
Inventors: 박용성; 장호종
Original assignee: 박용성; (주)오리엔트텔레콤
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2005-12-23
Also published as: KR20020000739A

Abstract

본 발명은 자동차의 주행연비 산출방법 및 표시장치에 관한 것으로서, 특히 자동차 차속센서의 신호로부터 구한 자동차의 주행속도와 엔진의 연료분사밸브, 공기 소모량 측정센서 혹은 매니폴드 압력신호 중의 어느 하나로부터 구한 연료소비율을 이용하여 연료 1ℓ로 주행할 수 있는 거리를 나타내는 비를 산출하는 주행연비 산출 방법 및 이를 표시하기 위한 장치에 관한 것을 특징으로 하는 것으로서, 자동차의 주행에 따른 연비를 실시간으로 측정, 산출 및 표시하여 운전자에게 인식시켜 줌으로써 경제운전 및 안전운전을 유도하기 위한 것을 목적으로 한다.

Description

자동차 주행연비 산출 방법 및 표시 장치.{An automobile driving fuel economy acquisition method and display device}

본 발명은 자동차의 주행연비 산출방법 및 표시장치에 관한 것으로서, 특히 자동차 내부로부터의 각종 신호를 이용하여 연료 1ℓ로 주행할 수 있는 거리를 나타내는 주행연비를 산출하여 이를 표시하여 줌으로써 운전자로 하여금 불필요한 연료소모를 줄이게 하며 과속을 자제하여 경제운전 및 안전운전을 유도함을 목적으로 한다. 즉 본 발명은 자동차 운전자의 경제운전, 안전운전 및 친환경운전을 유도하고자 하는 것이다.

일반적으로 자동차의 연비(km/ℓ)는 연료 1리터(ℓ)로 자동차가 몇 킬로미터(km)를 주행할 수 있는가를 표시하는 것으로 소비자가 차량 구입 시 자동차의 에너지소비효율을 판단하는 자료로 이용되기도 한다. 따라서 시판되는 모든 자동차는 공인연비가 표시되어 있으며 그 측정방법은 시험실내의 차대동력계에서 소정의 방식 및 규격에 따라 수행되며 이러한 과정에 의해 산출된 연비가 표시된다. 그러나 상기 공인연비는 그 시험방법이 실제의 도로사정이나 주행상태와는 같지 않기 때문에 실제 자동차의 운행상황과는 서로 거리가 있다. 현재 우리 나라에서 사용되고 있는 공인연비는 미국의 LA 시가지의 주행패턴을 반영한 LA-4 모드로 주행시험 후 전체주행거리(km)와 이때 소비된 연료량(ℓ)을 측정하여 연비(km/ℓ)를 산출하고 있는 것으로서 주행패턴이 국내도로의 실정과는 달라 실제 주행시 나오는 연비와 많은 차이가 있어서 운전자들에게 혼란을 주고 있다.

일반적으로 연비에 관심을 가진 많은 운전자들은 주유시 탱크를 가득 채우면서 이 때 주유하게 되는 양을 기준으로 연료량을 간접적으로 산출하며, 차기 주유시까지의 주행거리를 주행거리적산계를 통하여 산출한 후 이를 나누어 연비를 어림짐작하게 된다. 그러나 상기의 방법은 실시간으로의 활용이 불가능하며 상기 탱크의 용적이 비록 일정하다 해도 주유시의 상황에 따라 예를 들면 자동차가 위치하는 지표면의 좌우 및 전후 경사에 의해 주유량이 변화하게 되어 정확한 산출방법이 되지 못하고 있다. 또한 운전자 입장에서는 일일이 기록하여야 하는 번거로움이 있으며, 설사 그렇게 하여 계산한 연비라 하여도 평균적 의미에 불과하며 실시간적인 정보로서 활용되지 못하고 있다.

상술한 바와 같은 연비측정방법에 의한 공인연비이든 아니면 실제 상황을 반영한 연비이든 간에, 실제 운전자 입장에서는 주행에 따라 연료가 실시간으로 어떻게 소모되고 있는지를 전혀 알 수 없으며, 이로 인해 운전자의 운전습관이 적절한 것인지 알 수 있는 방법이 없으므로 현실적으로 많은 문제점이 있다. 또한 관계기관에서 에너지절약을 위한 경제운전에 대한 많은 홍보가 있으나 실제로는 운전자들에게 연비를 직접적으로 표시하여 주는 장치의 부재로 인하여 큰 효과를 거두지 못하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 주행에 따른 연비를 가장 효율적인 방법을 통하여 산출하고, 이를 실시간으로 표시하는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 자동차 차속센서의 신호로부터 구한 자동차의 주행 속도 V(km/h)와 엔진의 연료분사밸브, 공기 소모량 측정센서 및 매니폴드 압력신호 중의 어느 하나로부터 구한 연료소비율 F(ℓ/h)을 이용하여 연료 1ℓ로 주행할 수 있는 거리를 나타내는 비를 산출하는 주행연비 산출방법 및 그 표시장치에 관한 것으로서, 상세한 연비산출과정은 다음과 같다.

본 발명에서 상기 자동차의 주행속도는 다음과 같은 수학식 1에 의해 산출되는 것으로서,

여기서 a, b, c는 차속센서의 특성에 의해 결정되는 계수이며 f는 차속센서로부터 나오는 신호인 것을 특징으로 하는 주행속도 산출방법을 나타낸다.

또한 본 발명에서는 상기 연료소비율의 산출방법에 관하여 다음과 같이 세가지 방법을 소개하고자 한다.

첫 번째 방법은 엔진의 전자제어유닛(ECU)나 연료분사밸브로부터 나오는 분사밸브 개변신호를 이용하여 다음의 수학식 2에 의한 연료소모량 L__fuel(ℓ)을 구하는 단계로서,

여기서 a, b, c는 연료분사밸브의 특성에 의해 결정되는 계수이며, 시간 t는 연료분사밸브개변시간을 나타낸다.

상기 단계에 의해 구한 연료소모량을 통하여 측정시간(T)동안 소모된 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)을 다음과 같은 수학식 3에 의하여 구하는 단계에 의한 것을 특징으로 한다.

여기서 T는 측정시간을 나타내는 것으로서,

상기 단계에 의해 연료소비율을 구하고 이를 앞서 구한 주행속도로 나누게 되면 자동차의 주행연비를 산출 할 수 있게 된다.

두 번째 방법은 상기 연료소비율을 엔진의 공기소모량측정센서로부터 나오는 신호를 이용하여 구하게 된다. 엔진의 공기소모량 A_air(ℓ/h)는 다음의 수학식 4에 의해 구하는 단계를 포함하며,

여기서 a, b, c는 공기소모량측정센서의 특성에 의해 결정되는 계수이며 V는 측정센서로부터 나오는 신호이다.

상기 단계에 의해 구한 공기소모량으로부터 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)을 다음의 수학식 5에 의하여 구하는 단계를 거치게 된다.

여기서 ρ_air와 ρ_fuel 은 각각 공기와 연료의 밀도이며, AF_Ratio는 공기와 연료의 비로서 전기점화식 엔진의 경우 이론공연비인 14.7를 적용한다.

상기 단계에 의해 연료소비율을 산출한 후 이를 앞서 구한 주행속도로 나누어주게 되면 주행연비를 산출할 수 있게 된다.

세 번째 방법은 엔진의 매니폴드압력센서(Manifold Absolute Pressure, MAP센서)로부터 나오는 신호를 이용하여 다음의 수학식 6 내지 9을 통해 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)을 구하는 방법이다.

상기 방법은 각각 다음의 단계로 이루어지며 이는 매니폴드내의 압력 P_mani 및 공기밀도 ρ_mani(kg/㎥)를 구하는 단계로서 수학식 6에 의해 P_mani를 구한 후 수학식7에 의해 ρ_mani(kg/㎥)를 구한다.

여기서 a, b, c는 MAP 센서의 특성으로부터 결정되는 계수이며, V는 측정센서로부터 나오는 신호이다.

여기서 P_mani는 흡기매니폴드내의 압력(kN/m²), R은 공기의 일반기체상수(0.287kJ/kg.K), T는 공기의 절대온도(K) 이다.

상기 단계에서 구한 공기밀도 ρ_mani(kg/㎥)를 통하여 공기소모량 M_air(kg/h)을 다음의 수학식 8에서와 같이 구한다.

여기서 D는 엔진 배기량(m³), N은 엔진회전수(rpm)이다.

상기 단계에서 구한 공기소모량 M_air(kg/h)을 통하여 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)을 다음의 수학식 9로 구한다.

상기 단계를 통하여 구한 연료소비율 F_fuel (ℓ/h)을 주행속도(km/h)로 나누어주면 주행연비(km/ℓ)가 산출된다.

따라서 상기 본 발명에 의한 실시 예들은 공통적으로 다음의 수학식 10에 의해 상기 수학식 1에서 구한 주행속도 V(km/h) 및 상기 수학식 3, 5, 9에서 구한 연료소비율 F(ℓ/h)을 연산하여 주행연비(Driving Fuel Consumption, DFC(km/ℓ)를 산출하게 된다.

또한 본 발명은 연료 1ℓ로 주행할 수 있는 주행거리를 나타내는 주행연비[km/ℓ] 뿐만 아니라, 주행거리 100km 당 연료소모량[ℓ/100km] 및 상기 연료소모량을 기본유가에 의한 연료비[원/100km]로 환산하여 구현하는 것도 가능하다.

본 발명의 구성은 도 1과 같다.

자동차마다 가지게 되는 차속센서의 특성에 의해 결정되는 계수 a, b, c 값(위의 수학식 1)과 연료소비율(ℓ/h)을 구하기 위한 분사밸브, 공기소모량센서 혹은 MAP센서의 특성에 의해 결정되는 계수 a, b, c 값(위의 수학식 2, 수학식 4, 수학식 6)을 차종별로 입력시킨 후 이를 선택하는 차종선택부(1), 자동차의 차속센서로부터 나오는 신호선으로부터 신호를 검출하는 차속신호 감지부(2), 연료소비율(ℓ/h)을 측정하기 위한 연료분사밸브, 공기소모량센서 혹은 MAP센서의 신호를 검출하는 연료소모량신호 감지부(2), 상기 차종선택 스위치부 및 감지부로부터 연비를 연산하는 제어관리부(3), 연비를 운전자에게 인식시키는 표시부(4), 장치작동을 위한 전원을 공급하는 전원부(5) 및 리셋부(6)로 이루어지게 된다.

상기 구성의 동작설명을 추가하고자 한다.

상기 차종선택부(1)는 딥 스위치를 이용하여 차종에 따른 기본 입력값들, 즉 상기 차속센서와 연료소모량센서의 특성에 따라 입력되어있는 계수를 선택하는 부로서, 국내에서 생산되는 모든 자동차는 자동차제조회사 및 모델별로 속도측정을 위한 신호나 연료소모량측정을 위한 신호가 각각 다르기 때문에 정확한 연비를 계산하기 위한 차종선택부이다.

상기 차속신호감지부(2)는 차속센서 혹은 TCM(Transmission Control Module)로부터 나오는 신호를 제어관리부에 입력하는 부이다.

상기 연료소모량감지부(2)는 ECU, 연료분사밸브, 공기소모량센서 혹은 MAP 센서로부터 나오는 신호를 제어관리부에 입력하는 부이다.

상기 제어관리부(3)는 본 발명의 핵심 부분으로서 연산처리부, ROM 및 RAM부로 나뉘어 지는데 다음과 같다. 연산처리부는 제어연산을 처리하는 부로서 속도센서에서 입력되는 신호를 연산하여 차량의 속도로 환산하고, 연료소모량감지부로부터 나오는 신호를 연산하여 현재의 연료소모량으로 환산하고, 상기센서에서 환산된 자동차의 속도와 연료소비율을 이용하여 현재의 연비를 계산하고 이를 표시부에 전달하여 운전자로 하여금 현재의 연비를 알 수 있도록 하는 부이다. 또한 ROM부는 연산처리를 위한 명령어들의 조합(program)들이 저장되어 있는 부이고, RAM부는 명령어들의 조합에 의해 각 기능을 수행하고자 할 경우에 사용되는 각종 연산(+,-,*./)등을 수행할 수 있도록 임의의 변수들을 저장하는 부이다.

상기 표시부(4)는 운전자에게 연비를 알려주는 부로서, 아날로그방식(7)이나 디지털 방식으로서 LCD(8), FND(9), LED(10) 등 다양한 방식에 의해 구현 가능하며, 상기 디지털방식의 연비표시장치인 경우에는 일반적으로 많이 사용되고 있는 7세그먼트에 의하여 표시될 수 있다. 또한 표시기능은 크게 주행연비 표시기능, 엔진의 공회전시 경고를 주는 공회전 표시기능, 퓨얼 컷(FUEL CUT)시 연료의 소모가 없어 연비가 가장 좋음을 알리는 퓨얼 컷 표시기능, 차량속도 신호입력 유무표시기능 및 연료소모량 신호입력 유무표시기능 등이 있다.

상기 전원부(5)는 본 장치의 작동을 위한 전압을 공급하는 부로서 자동차로부터 공급되는 12V 내지 24V의 전원을 이용하여 본 장치의 구성부품(IC 등)의 구동전압인 +5V로 변환하는 부이다. 자동차의 시거잭으로부터 12V내지 24V의 전원을 공급받은 후 1단계의 전압 레귤레이터(Voltage Regulator)를 사용하여 12V내지 24V를 12V로 변환하고 이후 2단계의 전압 레귤레이터로 12V를 전압강하 후 5V로 변환한다.

상기 리셋부(6)는 최초 자동차에 가동을 위한 전원이 인가되었을 때 본 장치에 공급되는 전원 전압의 안정시간 및 클록의 발진안정시간 경과 후 CPU가 동작을 시작할 수 있도록 하는 부이다. 24클록간 이상의 리셋시간 동안 리셋단자는 H(+5V)레벨을 유지한다. CPU(Central Process Unit)에 전원이 공급되면 리셋을 통해 CPU 내부의 여러 주파수의 클록을 분주하는 회로를 초기화시키며, H(+5V)에서 L(0V)로 변환된 시점부터 약 12클록이 경과되어서 CPU의 클록-핀에 12MHz의 클록신호가 출력되어 최초의 명령이 시작된다.

자동차의 연료소모는 운전자의 운전형태에 따라 많은 연료가 불필요하게 소모되어 지고 있다. 즉 엔진공회전시 차종에 따라 다소 차이는 있으나 시간당 1ℓ정도 연료소모가 되며, 에어컨을 작동시에도 주행속도에 따라 최대 20%정도의 연료소모가 더 있다. 또한 급출발·급제동·급가속 운전시에는 연료의 낭비뿐만 아니라 엔진수명이 단축되고 타이어의 불필요한 마모를 초래한다. 특히 과속 운전시는 연료의 소모가 더욱 심할 뿐만 아니라 (차속 120km/h로 주행시는 60∼80km/h로 주행시보다 20∼30% 정도 연료소모가 더 있음)사고의 위험을 초래할 수 있다.

이에 본 장치는 운전자에게 위와 같은 상황시 소모되는 연료량을 실시간으로 보여주어 운전자가 공회전을 줄이고, 불필요한 에어컨 가동을 하지 않으며, 급출발·급제동·급가속 운전을 자제하고, 과속운전을 하지 않게 함으로써 연료의 소모를 줄이고 안전운전을 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 주행연비를 산출 및 표시하기 위한 구성도이며,

도 2는 본 발명에 의한 표시장치를 나타낸다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 차종선택부 2 : 감지부

3 : 제어관리부 4 : 표시부

5 : 전원부 6 : 리셋부

7 : 아날로그 방식 8 : LCD 방식

9 : FND 방식 10 : LED 방식

Claims

엔진의 전자제어유닛(ECU)이나 연료분사밸브로부터 나오는 분사밸브개변신호를 이용하여 다음 식에 의해 연료소모량를 구하는 단계,

여기서 a, b, c는 연료분사밸브의 특성에 의해 결정되는 계수이며, 시간 t는 연료분사밸브로부터 나오는 개변시간신호;

상기 단계에 의해 구한 연료소모량 L_fuel(ℓ)을 통하여 시간당 소모된 연료량을 나타내는 연료소비율을 다음 식에 의하여 구하는 단계,

여기서 T는 측정시간을 나타내며;

상기 단계에 의해 구한 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)과 주행속도(km/h)을 이용하여 주행연비(km/ℓ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 주행연비 산출 방법.
엔진의 공기유량센서(Air flow sensor)로 부터 공기소모량은 다음과 같은 식에 의해 산출되는 것으로서,

여기서 a, b, c는 공기유량센서의 특성에 의해 결정되는 계수이고 V는 유량센서로부터 나오는 신호인 것을 특징으로 하며;

상기 단계에 의해 구한 공기소모량 A_air(ℓ/h)으로부터 연료소비율을 다음 식에 의하여 구하는 단계,

여기서 ρ_air와 ρ_fuel은 각각 공기와 연료의 밀도(kg/㎥)이며, AF_Ratio는 공기와 연료의 이론공연비;

상기 단계에 의해 구한 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)과 주행속도(km/h)을 이용하여 주행연비(km/ℓ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 주행연비 산출 방법.
청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

엔진의 흡기 매니폴드 절대압력센서(Manifold Absolute Pressure, MAP센서)로부터 나오는 신호를 이용하여 다음의 식들을 통해 매니폴드내의 압력 P_mani 및 공기밀도 ρ_mani(kg/㎥)를 구하는 단계,

여기서 a, b, c는 MAP 센서의 특성으로부터 결정되는 계수이며, P는 MAP센서로부터 나오는 신호인 것을 특징으로 하며;

여기서 P_mani는 흡기매니폴드내의 압력(kN/m²), R은 공기의 일반기체상수(0.287kJ/kg.K), T는 흡입공기의 절대온도(K)를 나타내며;

상기 단계에서 구한 공기밀도 ρ_mani(kg/㎥)를 통하여 공기소모량 M_air(kg/h)을 다음 식으로 구하는 단계,

여기서 D는 엔진 배기량(㎥), N은 엔진회전수(rpm);

상기 단계에서 구한 공기소모량 M_air(kg/h)을 통하여 연료소비율을 다음 식으로 구하는 단계,

상기 단계에 의해 구한 연료소비율 F_fuel(ℓ/h)과 주행속도(km/h)을 이용하여 주행연비(km/ℓ)를 산출하는 것을 특징으로 하는 주행연비 산출 방법.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제 1항 내지 제 2항 및 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 자동차의 주행속도는 다음과 같은 식에 의해 산출되는 것으로서,

여기서 a, b, c는 차속센서의 특성에 의해 결정되는 계수이며 f는 차속센서나 ECU으로부터 나오는 신호인 것을 특징으로 하는 주행연비 산출 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제