KR100539591B1 - 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 외부 공기의 오염여부를 판단하는데 이용되는 임계치를 가변하기 위한 방법에 관한 것으로, 가스센서로부터 입력되는 현재의 가스 센서값과 그 이전에 입력된 가스 센서값들중 어느 하나의 차가 미리 정해진 임계치 보다 크면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 상대오염 판단과정과, 시간경과에 따라 상기 가스센서로부터 입력되는 가스센서값들중 다수를 청정값으로 설정하고, 설정된 다수의 청정값들의 이동평균을 구하여 절대 청정 기준레벨로 설정하여 현재의 가스 센서값이 청정밴드폭외의 값을 가지면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 절대오염 판단과정과, 현재를 기준으로 규정된 이전 시간까지의 내기비율을 산출하고, 산출된 내기비율에 따라 상기 임계치와 청정밴드폭을 가변시키는 임계치 가변과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법{METHOD FOR JUDGING OUTER AIR POLLUTION OF VEHICLE USING THRESHOLD LEVEL BY SENSOR}

본 발명은 가스센서를 구비하는 공기정화 시스템에 관한 것으로, 특히 차량 외부 공기의 오염여부를 판단하는데 이용되는 임계치를 가변하기 위한 방법에 관한 것이다.

최근 도심의 환경오염이 심각한 지경에 이르면서 일반 사람들의 건강에 해로운 영향을 미치고 있다. 특히 차량의 배기가스를 계속적으로 접해야 하는 차량 운전자들은 매연으로 인한 불쾌감을 해소하기를 희망하고 있다.

일반적으로 차량에는 공기정화 시스템이 구비되어 있는데, 실내공기를 순환시킬 것인지 실외공기를 흡입할 것인지를 결정하는 모드결정부가 포함된다. 그런데 상기 모드결정부는 운전자에 의해 수동으로 조작되는 경우가 통상적이다. 이러한 공기정화 시스템에서 차량 내부의 환기를 목적으로 실외공기를 받아들이는 경우에는 오염된 실외공기가 차량 실내로 유입되면서 불쾌감을 증가시키는 동시에 운전자 및 차량 탑승자의 건강에 해로운 영향을 미치게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근의 차량에는 실외공기의 오염정도를 감지하여 자동으로 상기 모드결정부를 동작시킬 수 있는 장치들이 부착되어 있으며, 실외공기의 오염정도를 감지하기 위한 수단으로서 가스센서가 주로 사용되고 있다.

상기 가스센서를 구비하여 차량 외부의 오염여부를 상대 오염 판단과정 및 절대 오염 판단과정에 의해 판단하여 차내의 공기를 최적의 상태로 유지하는 방법이 본원 출원인에 의해 이미 대한민국 특허청에 출원된 바 있다. 이러한 본원 출원인의 선출원 발명에서는 가스센서로부터 입력되는 현재의 가스 센서값과 그 이전에 입력된 가스 센서값들중 어느 하나의 차가 미리 정해진 임계치 보다 크면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 상대오염 판단과정과,

시간경과에 따라 상기 가스센서로부터 입력되는 가스센서값들중 다수를 청정값으로 설정하고, 설정된 다수의 청정값들의 이동평균을 구하여 절대 청정 기준레벨로 설정하여 현재의 가스 센서값이 청정밴드폭외의 값을 가지면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 절대오염 판단과정으로 이루어져 있다.

상기 방법의 상대오염 판단과정 및 절대오염 판단과정에서 가스센서는 단품마다 감도가 상이하고 외부의 환경요인, 즉 온도, 습도에 따라 서로 다른 특성을 나타내기 때문에 오염판단의 변수로서 사용되는 고정된 임계치로 정확하게 차량 외부의 오염여부를 판단하는데 있어서 한계가 있음을 밝힌 바 있다.

또한 상기 방법에 의하면 내/외기 유지시간과 관계없는 임계치들와의 비교에 의해 차량 내부로 인입되는 공기의 양을 조절하므로, 센서의 감도 및 주변 상황에 따라 가장 이상적으로 동작할 수 있는 공기 정화 시스템이 필요하다 할 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 차량 외부의 공기 오염 여부를 판단하는데 이용되는 임계치 레벨을 내/외기 유지시간에 따라 가변시킴으로서, 센서의 감도 및 주변상황에 따라 이상적으로 동작할 수 있는 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 산화성 가스 및 환원성 가스에 반응하고 그에 따른 전기적 신호를 발생하는 가스센서를 구비한 공기정화 시스템의 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법에 있어서,

상기 가스센서로부터 입력되는 현재의 가스 센서값과 그 이전에 입력된 가스 센서값들중 어느 하나의 차가 미리 정해진 임계치 보다 크면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 상대오염 판단과정과,

시간경과에 따라 상기 가스센서로부터 입력되는 가스센서값들중 다수를 청정값으로 설정하고, 설정된 다수의 청정값들의 이동평균을 구하여 절대 청정 기준레벨로 설정하여 현재의 가스 센서값이 청정밴드폭외의 값을 가지면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 절대오염 판단과정과,

현재를 기준으로 규정된 이전 시간까지의 내기비율을 산출하고, 산출된 내기비율에 따라 상기 임계치와 청정밴드폭을 가변시키는 임계치 가변과정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에서 구체적인 절대 청정 기준레벨값, 상/하한 임계치 및 구체적인 처리 흐름 등과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있다. 이들 특정 상세들 없이 본 발명이 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. 한편 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 하기에서 생략하기로 한다.

도 1은 일반적인 가스센서의 구성을 나타내는 회로도를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 가스센서(S)에 직렬로 부하저항(R_L)을 달아주고, 센서저항(Rs)의 변화에 따라 발생되는 상기 부하저항(R_L)에서의 전압(V_out)변화를 이용하여 공기의 오염여부를 판단한다. 상기와 같은 가스센서(S)는 산화성 가스(CO, Hydrocarbon)의 감지시에는 출력전압이 증가하고, 환원성 가스(NOx)의 감지시에는 전압이 감소하는 형태를 띄게 된다. 일반적으로 샘플링은 여러가지 조건을 고려하여 시스템 성능에 맞게 설정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기정화 시스템의 개략 구성도를 도시한 것으로, 공기정화 시스템은 크게 산화성 가스 혹은 환원성 가스를 감지하기 위한 가스센서(10)와, 상기 가스센서(10)로부터 출력되는 전기 신호에서 고주파 노이즈성분을 필터링하기 위한 필터부(20,LPF)와, 노이즈 제거된 가스센서 출력값을 내장된 A/D 변환부를 통해 디지털신호로 입력받아 차량 외기의 오염여부를 판단하는 마이컴(30)과, 상기 마이컴(30)의 제어에 따라 차량 공기순환모드를 내기 모드 혹은 외기 모드로 전환시키는 내/외기 전환부(40)로 이루어진다.

이하 상술한 구성을 가지는 공기정화 시스템에서 차량 외기의 오염여부를 판단하는 방법에 대하여 설명하면,

우선 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변 절차 흐름도를 도시한 것으로, 이러한 제어과정은 차량 실내의 공기를 자동 정화 혹은 조절하기 위한 공기정화 시스템의 동작을 전반적으로 제어하는 마이컴(30)에 의해 실행된다.

본 발명의 실시예에 따른 임계치 가변 방법은 상대오염 판단과정과 절대오염 판단과정 및 임계치 가변 과정으로 분류할 수 있다. 상대오염이란 오염 수치가 많이 변화하는 경우로서 청정 지역에 있다가 갑자기 가스가 들어오는 경우를 검출하기 위하여 것이며, 절대오염이란 설정된 수치 이상이면 무조건 오염으로 판단하기 위한 것으로 시간에 따라 오염도의 변화가 거의 없는 경우를 검출하기 위한 것이다. 한편 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 청정값 설정과정을 설명하기 위한 가스 센서값의 전압 파형 예시도를 도시한 것이다.

우선 도 3을 참조하면, 마이컴(30)은 차량의 시동이 "온"되면 200단계에서 시스템을 초기화시킨다. 그리고 마이컴(30)은 210단계와 220단계를 통해 가스센서값(V_s)을 입력받으며 시간 경과에 따라 청정값을 설정한다. 상기 V_s는 현재 입력되는 가스센서값을 표기한 것이다. 그리고 시간 경과에 따른 청정값은 도 4에서와 같이 가스센서값이 증가하거나 감소하기 5초 전의 가스센서값들로 설정된다. 이와 같이 210단계와 220단계의 수행에 의해 마이컴(30)은 현재의 가스센서값(V_s)을 입력받는 동시에, 시간경과에 따라 입력되는 가스센서값들중에서 가스센서값이 증가하거나 감소하기 5초 전의 가스센서값들을 청정값으로 설정해 나간다.

한편 마이컴(30)은 상대오염을 판단하기 위해서 230단계 및 240단계의 수행을 통해 현재를 기준으로 2초전 가스센서값(V_s-2)과 10초전 가스센서(V_s-10)값을 현재의 가스센서값(V_s)과 비교하여 어느 하나의 차가 미리 정해진 임계치() 보다 크면 오염이라고 판단하여 내기모드(250단계)로 전환하지만, 그렇지 않은 경우에는 외기모드(241)를 유지하며 260단계로 진행한다. 2초 전과 비교하는 의미는 2초 전과 비교해서 오염원이 정해진 양보다 많이 들어오면 오염으로 판단한다는 의미이며, 10초 전과 비교하는 의미는 2초 전과 비교했을 때 오염원이 적게 들어와 청정이라고 판단하더라도 지속적으로 무시할 수 없는 양의 가스가 조금씩 들어오는 경우 10초 동안에 오염도가 높아진 것이고, 이것이 정해진 한도를 넘어서면 이런 경우도 오염으로 판단하기 위함이다.

따라서 상대오염 판단은 현재 가스센서값과 2초, 10초 전의 가스센서값을 비교함으로써 보다 정확한 상대 오염 평가를 할 수 있다. 본 발명에서는 가스센서값이 전압값으로 나타나는 것으로 하였지만 저항비를 계산하여 공기오염정도를 판단할 수도 있다. 즉, 청정지역에서의 이상적인 저항값과 현재 리드된 저항값의 비로 가스센서값을 정의할 수도 있다.

한편 절대오염 판단을 위해서 마이컴(30)은 260단계에서 이미 설정된 다수의 청정값들에 대한 이동평균을 산출한다. 본 발명의 실시예에서는 도 4에 도시한 바와 같이 청정값들에 대하여 이동평균을 산출하는 것으로 가정한다. 만약 도 4에 도시한 것 외에 제5,제6청정값이 있는 경우에는 제2,3,4,5,6과 같은 5개 정도의 청정값을 가지게 함으로써 청정값들의 이동평균을 산출하면 된다. 상기 5개는 예를 들어 설명한 것에 불과하고 4 내지 6개 정도의 청정값으로 변수를 줄 수 있다. 이와 같이 다수의 청정값들에 대한 이동평균이 산출되면 마이컴(30)은 270단계로 진행하여 상기 산출된 이동평균값을 절대 청정 기준레벨로 설정한다.

한편, 마이컴(30)은 280단계에서 일정 시간 동안의 내기비율을 산출한다. 이는 상대오염 판단과정에서의 임계치()와 절대오염 판단과정에서의 임계치인 청정밴드폭을 가변시키기 위한 것이다. 예를 들어 내기비율이 80% 이상일 경우라면 얼마전부터 지금까지 거의 내기 상태로 주행했음을 의미하는데, 이러한 경우 사용자는 외기로 전환되기를 희망할 것이다. 이 경우 임계치 값을 크게 한다면 같은 농도의 가스를 감지하더라도 외기모드로 전환될 수 있을 것이다. 또한 내기 비율이 40% 미만인 경우 외기 상태가 많았음을 의미하는데, 이때에는 임계치 값을 줄이도록 프로그램할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 280단계에서 내기비율을 산출하고, 산출된 내기비율에 따라 상기 상대오염 판단과정에서의 임계치()와 절대오염 판단과정에서의 임계치인 청정밴드폭을 가변시킴을 특징으로 한다. 이러한 경우 상대오염 판단과정에서의 임계치()는 하기 표 1과 같이 내기비율에 따라 서로 다른 값을 가지도록 설정되며, 2초전, 10초전의 가스센서값 각각에 대하여 별개의 값을 가진다.

내기비(%)	0∼40	∼50	∼60	∼70	∼80	80∼100
NOx임계치	1.12	1.15	1.18	1.21	1.24	1.27
THC임계치	0.88	0.86	0.84	0.82	0.80	0.78

그러나 절대오염 판단과정에서의 임계치인 청정밴드폭은 상기 상대오염 판단과정에서의 임계치()와 같이 내기비율에 따라 몇가지 임계치값으로 정해진 것이 아니라, 상하한이 있고 그 범위내에서 일정 시간마다 일정 비율만큼 증가시키거나 감소시킨다. 즉 내기일때는 임계치를 증가시키고 외기일때는 임계치를 감소시킨다. 예를 들면 현재 내기모드이고 내기비율이 47%이면 매 27초마다 0.02씩 청정밴드폭을 증가시킨다.

내기비(%)	0∼40	∼50	∼60	∼70	∼80	80∼100
증가시간	30초	27초	24초	21초	18초	15초

이때 증가 혹은 감소하는 시간이 내기율마다 다른 이유는 어떤 이상적인 동작점을 빨리 찾아가도록 하기 위함이다.

따라서 본 발명은 상대오염 판단과정 및 절대오염 판단과정에서 오염판단의 기준인 임계치들을 내기비율에 따라 가변시킴으로서, 센서의 감도 및 주변상황에 따라 이상적으로 동작할 수 있는 공기 정화 방법을 제공할 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 절대 청정 기준레벨에 따라 청정밴드폭이 설정되고, 내기비율에 따라 임계치 가변을 시켜서 마이컴(30)은 290단계로 진행하여 현재의 가스 센서값(V_s)이 임계치외의 값을 가지는가를 판단한다. 판단결과 오염밴드외의 값을 가지면 300단계로 진행하여 내기모드로 전환하고, 청정밴드내의 값을 가지면 310단계로 진행하여 외기 모드를 유지한다.

상술한 바와 같이 상대오염 판단 및 절대오염 판단과정에서 오염으로 판단되어 내기모드로 전환하는 경우에는 일단 일정 시간 내기모드를 유지하는데 이는 내외기 도어의 수명을 고려하기 위함이다. 내외기 도어의 내구성을 고려할 때 너무 잦은 도어의 개폐는 문제가 될 수 있다. 이에 본 발명의 실시예에서는 우선 오염이라고 판단되어 내기모드로 전환한 후에 다시 오염여부를 판단하는 경우에 재차 오염으로 판단되면, 이후 유지되어야 하는 내기모드의 유지시간을 이전 보다 짧게 설정되도록 한다. 이는 내기모드 연장에 의한 전체적인 내기 유지시간이 길어지면 최종 내기 유지시간을 짧게 함으로서 외기로 돌아갈 수 있는 확률을 높이기 위함이다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 최초 오염시의 내기 유지시간은 90초, 두 번째 연장시는 40초, 세 번째 이후는 10초로 설정되었다면, 최초 오염시 90초간 무조건 내기를 유지하다가 90초가 다 되었을 때 다시 오염여부를 판단하여 오염이면 40초간 내기를 유지한후 다시 오염여부를 판단하여 오염이면 10초 동안 내기모드를 더 유지하고, 그 이후에는 10초 마다 오염여부를 판단하게 되어 외기모드로 될 확률을 높인다. 이렇게 하면 통상 도로에서 주행하는 경우 한 시간에 약 30번 정도 온/오프를 반복하게 된다.

한편 본 발명은 별도의 온도 및 습도 센서를 구비하지 않고서도 청정기준 설정 로직과 임계치 가변로직에 의해 온도/습도의 영향을 보정할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 차량 외부의 공기 오염 여부를 판단하는데 이용되는 임계치 레벨을 내/외기 유지시간에 따라 가변시킴으로서, 공기 정화 시스템이 센서의 감도 및 주변상황에 따라 이상적으로 동작할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 가스센서의 구성을 나타내는 회로도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기정화 시스템 개략 구성도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변 절차 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 청정값 설정과정을 설명하기 위한 가스 센서값의 전압 파형 예시도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

S : 가스센서 E : 입력전압

R_L : 부하저항 Rs : 센서저항

Claims (3)

1. 산화성 가스 및 환원성 가스에 반응하고 그에 따른 전기적 신호를 발생하는 가스센서를 구비한 공기정화 시스템에 있어서의 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법에 있어서,

   상기 가스센서로부터 입력되는 현재의 가스 센서값과 현재를 기준으로 이전에 입력된 가스 센서값들 중에서 선택된 복수개의 값들 각각과의 차이들 중에서 어느 하나라도 사전에 정해진 임계치보다 크면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 상대오염 판단과정;

   시간경과에 따라 상기 가스센서로부터 입력되는 가스 센서값들 중에서 다수를 청정값으로 설정하고, 상기 설정된 청정값들의 이동평균을 구하여 절대청정 기준레벨로 설정하여 현재의 가스 센서값이 상기 설정된 절대청정 기준레벨로부터 사전에 정해진 범위(청정밴드폭)를 벗어나는 값을 가지면 오염으로 판단하여 내기모드를 수행하는 절대오염 판단과정; 및

   현재를 기준으로 규정된 이전 시간까지의 차량 내부에 실내공기를 순환시키는 정도(내기비율)를 산출하고, 상기 산출된 내기비율에 따라 상기 상대오염 판단과정에서의 임계치와 상기 절대오염 판단과정에서의 청정밴드폭을 가변시키는 임계치 가변과정;

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상대오염 판단과정의 복수개의 가스 센서값들은 현재를 기준으로 2초전, 및 10초전에 입력된 가스 센서값인 것을 특징으로 하는 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 절대오염 판단과정의 다수의 청정값들은 5개의 청정값인 것을 특징으로 하는 차량 외기 오염판단을 위한 임계치 가변방법.