KR100559425B1 - 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법 - Google Patents

차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 핫 필름 출력 특성 고장을 용이하게 감지하여 차량 주행 문제를 조기에 해결할 수 있는 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법에 관한 것으로,
엔진 회전수 검출센서와 스로틀 포지션 센서 및 흡기 유량 센서로부터 엔진 회전수와, 스로틀 밸브 개도 및 흡기 유량에 대한 신호들을 입력받아 흡기 유량 센서 출력에 의한 엔진 부하(Ev)를 계산하는 단계와, 상기 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 작거나 제2 설정값(Evh) 보다 큰 상태가 유지되면 흡기 유량 센서 고장 판정을 하는 단계와, 상기 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 크거나 제2 설정값(Evh) 보다 작은 상태이면, 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있는가를 비교하는 단계와, 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있으면 공연비 피드백 게인과 설정 피드백 게인값을 비교하는 단계와, 공연비 피드백 게인이 설정 피드백 게인값을 초과하면, 노크 학습치와 설정 노크값을 비교하는 단계와, 노크 학습치가 설정 노크값 미만이면, 타임 카운터를 작동하는 단계와, 타임 카운터가 설정값을 초과하면 흡기 유량 센서 시프트 고장 판정하는 단계를 포함한다.
차량, 흡기 유량 센서, HFM, 고장, 판정

Description

차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법{AIR FLOW SENSOR ERROR DIAGNOSIS METHOD OF VEHICLE}
도 1은 흡기 유량 센서(AFS)가 장착된 가솔린 엔진의 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정에 따른 제어부(ECU) 입출력 신호 흐름을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정에 따른 제어부(ECU) 입출력 신호 흐름을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 유량 센서의 특성 변동에 대한 고장 판정을 도시한 도면이다.
본 발명은 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법에 관한 것이다.
통상적으로, 흡기 유량 센서로서 핫 필름(Hot Film)을 적용하는 차량에서 센 서 자체의 불량이나 센서 소자의 오염 등에 의해 필드(Field)에서 문제가 발생하고 있다.
센서 출력이 규격에 대비하여 큰 차이가 나는 경우에는 기존 고장 판정 로직(Logic)에 의해 고장으로 판정이 되나 실제 상황에서는 이러한 경우보다 출력치의 미소 변화에 의해 고장으로서 감지되지 않고 차량의 주행성에는 영향을 주는 경우가 대부분이다.
도 1은 흡기 유량 센서(AFS ; Air Flow Sensor)가 장착된 가솔린 엔진을 도시한 것으로서, 스로틀 포지션 센서(TPS), 인젝터(Injector), 산소 센서(O2 Sensor), 노크 센서(Knock Sensor)를 포함한다.
종래 기술에서는 흡기 유량 센서(AFS)의 고장을 판정하기 위해서 흡기 유량 센서 출력만을 이용하여 특정 운전 조건에서 흡기 유량 센서 출력이 일정치(MIN, MAX치)를 벗어나거나 엔진 부하(Load)값이 크게 달라진 경우에만 고장을 판정하도록 구성되어 있다.
도 2는 종래 기술에서의 제어부(ECU) 입출력 신호에 대한 구성도이다.
제어부는 엔진 회전수(rpm) 및 스로틀(Throttle) 개도에 대한 3차원 맵(Map)으로서 핫 필름(HFM) 출력(Vhfm)으로 산출되는 엔진 부하(Load(Ev))를 계산하여 이 값이 맵 데이터(Map Data)보다 크거나 작으면 흡기 유량 센서 고장으로 판정한다.
종래 기술에서는 핫 필름(HFM) 자체의 출력 특성이 약간 시프트(Shift)되어 제작되거나 오염(먼지, 오일(Oil) 등)이 되어 출력 특성이 약간 달라진 경우에 대 해서는 고장으로 감지하지 못하고 있다.
이는 상기에서 설명한 맵 데이터를 선정할 때 급가감속과 같은 과도(Transient) 상태에 대한 고려와 고지 조건(부하(Load) 자체가 감소하는) 등의 경우에 대한 오감지 가능성을 줄이기 위해 상당히 넓은 폭으로 선정되기 때문이다.
핫 필름(HFM) 출력 특성이 달라진 경우(실도로에서는 출력이 감소하는 방향으로 시프트 된다.)에는 부정확한 엔진 부하 계산에 의한 공연비 이상(희박하게 제어된다.), 노크(Knock) 발생(엔진 부하를 작게 인식하여 점화시기가 진각된다.)등의 주행 문제를 일으키게 된다.
흡기 유량 센서의 출력이 미세하게 변동된 경우에는 고장 판정이 불가능하여 공연비 희박화에 따른 엔진 출력 감소, 점화시기 진각에 따른 노크 발생 등의 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 핫 필름 출력 특성 고장을 용이하게 감지하여 차량 주행 문제를 조기에 해결할 수 있는 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진 회전수 검출센서와 스로틀 포지션 센서 및 흡기 유량 센서로부터 엔진 회전수와, 스로틀 밸브 개도 및 흡기 유량에 대한 신호들을 입력받아 흡기 유량 센서 출력에 의한 엔진 부하(Ev)를 계산하는 단계와; 상기 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 작거나 제2 설정값(Evh) 보다 큰 상태가 유지되면 흡기 유량 센서 고장 판정을 하는 단계와; 상기 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 크거나 제2 설정값(Evh) 보다 작은 상태이면, 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있는가를 비교하는 단계와; 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있으면 공연비 피드백 게인과 설정 피드백 게인값을 비교하는 단계와; 공연비 피드백 게인이 설정 피드백 게인값을 초과하면, 노크 학습치와 설정 노크값을 비교하는 단계와; 노크 학습치가 설정 노크값 미만이면, 타임 카운터를 작동하는 단계와; 타임 카운터가 설정값을 초과하면 흡기 유량 센서 시프트 고장 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
삭제
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정에 따른 제어부(ECU) 입출력 신호의 흐름을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정장치에 있어서, 차량 운전상태 검출부, 제어부, 경고부를 포함하여 구성한다.
차량 운전 상태 검출부는 차량의 운전에 관련된 차량 상태를 검출하는 각각의 센서들로 구성되며, 본 발명의 실시예에서는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출센서와, 스로틀 밸브 개도량을 검출하는 스로틀 포지션 센서와, 흡기 유량을 검출하는 흡기 유량 센서와, 차량의 배기 가스 중에 포함된 산소의 농도를 검출하는 산소 센서와, 노크 센서를 포함하여 구성한다.
제어부는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정에 관련된 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로 프로세서로 구성하며, 본 발명의 실시예에서는 차량 운전상태 검출부로부터 입력되는 신호들을 분석하여 흡기 유량 센싱의 출력이 미세하게 변동되어 차량 주행 문제를 일으키는 차량에서 흡기 유량 센싱의 특성 이상 고장 판정을 하며, 흡기 유량 센싱의 고장 상태를 경고하는 경고 제어신호를 발생하는 기능을 한다.
예를 들어, 제어부는 엔진 회전수 검출센서와 스로틀 포지션 센서 및 흡기 유량 센서로부터 엔진 회전수와, 스로틀 밸브 개도 및 흡기 유량에 대한 신호들을 입력받아 흡기 유량 센서 출력에 의한 엔진 부하(Ev)를 계산하고, 엔진 운전중 엔진 회전수(rpm), 스로틀 밸브 개도에 따라 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 작거나 제2 설정값(Evh) 보다 큰 상태가 유지되면 흡기 유량 센서 고장 판정을 한다.
한편, 제어부는 산소 센서 및 노크 센서의 출력을 입력받아 산소 센서 출력에 기초하여 공연비를 이론 공연비로 제어하기 위해 피드백 게인을 계산하며, 노크 센서 출력에 의해 학습되는 노크 학습치를 통해 엔진 부하 값이 고장 판정 임계값 내에 들더라도 흡기 유량 센서 특성 시프트에 대한 고장 판정 단계를 수행한다.
경고부는 제어부로부터 공급되는 경고 제어신호의 입력에 따라 구동되어 흡기 유량 센싱의 고장 상태를 경고하는 기능을 한다.
도 3을 참조하여, 제어부의 입력 신호와 출력 신호를 설명한다.
입력 신호 ; 엔진 회전수(rpm), 스로틀 밸브 개도(TPS), 흡기 유량 센서(핫 필름) 출력(Vhfm), 엔진 부하(Ev), 산소 센서 출력(O2 Sensor 출력), 노크 센서 출력(KNK, Knock Sensor 출력)
출력 신호 ; 공연비 피드백 게인(FB, Feedback Gain), 연료량 학습치 (FBadp), 노크 학습치(KNKadp), 타임 카운터(Time Counter), 흡기 유량 센서 고장 판정(MILhfm), 흡기 유량 센서 시프트 고장 판정(MILhfml)
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법을 도시한 흐름도이다.
도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 유량 센서의 특성 변동에 대한 고장 판정을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 흡기 유량 센서(Air Flow Sensor) 고장 판정 로직(Logic)을 개선한 것으로, 기존 제어부(ECU) 입출력 신호인 산소 센서(O2 Sensor) 및 노크 센서(Knock Sensor)의 출력을 이용하여 흡기 유량 센서(Air Flow Sensor, HFM)의 출력이 미세하게 변동되어 차량 주행 문제를 일으키는 차량에서 흡기 유량 센서의 특성 이상 고장 판정을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 종래 기술에서 거의 실요성이 없는 흡기 유량 센서 고장 판정 로직을 개선하기 위해 다음과 같이 기존 엔진 제어에 사용되는 변수들을 이용하여 흡기 유량 센서 고장 판정을 위한 새로운 로직을 구현한다.
이를 위해서 산소 센서 출력에 따른 공연비 제어 피드백 게인(Feedback Gain) 및 연료량 학습치, 노크 센서 출력에 의해 학습되는 노크 학습치를 이용한다.
제어부는 (S410)에서 엔진 회전수(rpm), 스로틀 밸브 개도(TPS)에 관련된 신호들을 입력받는다.
또한, 본 발명의 실시예에서 새로이 구현할 흡기 유량 센서의 특성 이상 고장 판정을 위하여 산소 센서 및 노크 센서의 출력을 입력받는다.
이어서, 제어부는 (S412, S414)으로 진행하여 흡기 유량 센서 출력에 의한 엔진 부하(Ev)를 계산하고, 산소 센서 출력에 기초하여 공연비를 이론 공연비로 제 어하기 위해 공연비 피드백 게인(Feedback Gain)을 계산한다.
이 값은 1.0을 기준값으로 하여 이 값보다 커지면 희박한 공연비 상태를 보정하기 위해 연료량을 증량시키는 팩터(Factor)로 작용하며, 1.0 보다 작아지면 연료량을 감량시켜 공연비를 보정하는데 사용된다.
제어부는 (S416)으로 진행하여 엔진 운전중 엔진 회전수(rpm), 스로틀 밸브 개도에 따라 계산된 엔진 부하 값이 각각의 설정값(Evl, Evh) 범위 내에 있는가를 비교한다.
만약, 전술한 (S416)에서 엔진 부하(Load) 값이 제1 설정값(Evl) 보다 작거나 제2 설정값(Evh) 보다 큰 상태가 유지되면 (S418)으로 진행하여 흡기 유량 센서 고장 판정을 하게 된다.
그러나 이때의 고장 판정 임계값(Threshold)은 상당히 큰 폭(Band)을 갖는데 이는 과도 상태나 고지 조건에서의 오감지를 방지하기 위해서이다.
따라서 흡기 유량 센서의 특성 변경에 의한 문제점을 거의 감지하지 못하고 있는 실정이다.
이러한 문제점을 보완하기 위해서 엔진 부하 값이 고장 판정 임계값 내에 들더라도 다음 단계로 진행하여 흡기 유량 센서 특성 시프트에 대한 고장 판정 단계로 이행한다.
예를 들어, 제어부는 전술한 (S416)에서 엔진 부하(Load) 값이 제1 설정값(Evl) 보다 크거나 제2 설정값(Evh) 보다 작은 상태가 유지되면 (S420)으로 진행하여 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있는가를 비교한다.
그리고, 스로틀 밸브 개도가 설정 범위 내에 있는가를 비교한다.
만약, 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있고, 스로틀 밸브 개도가 설정 범위 내에 있는 상태이면, 제어부는 (S422)으로 진행하여 공연비 피드백 게인과 설정 피드백 게인값을 비교하는 단계를 수행한다.
그리고, 연료량 학습치와 설정 연료량 학습치를 비교하는 단계를 수행한다.
즉, 제1 설정 회전수(RL) < 엔진 회전수(rpm) < 제2 설정 회전수(RH) 및
제1 설정 스로틀 밸브 개도(TL) < 스로틀 밸브 개도(TPS) < 제2 설정 스로틀 밸브 개도(TH)
를 만족하는 경우에 (S422)으로 진행한다.
이를 통해서 엔진의 과도 상태를 피하고 비교적 안정화된 상태에서만 고장 판정이 가능하도록 한다.
만약, 전술한 (S422)에서 공연비 피드백 게인이 설정 피드백 게인값을 초과하고, 연료량 학습치가 설정 연료량 학습치를 초과하는 상태이면, 제어부는 (S424)으로 진행하여 노크 학습치와 설정 노크값을 비교하는 제어 동작을 수행한다.
즉, 공연비 피드백 게인(Feedback Gain) > 설정 피드백 게인값(FBH) 및
공연비 피드백 게인으로부터 학습되는 연료량 학습치 > 설정 연료량 학습치(FBAH)
를 만족하는 경우 (S424)으로 진행하여 노크 학습치와 설정 노크값(KNKAL)을 비교하는 단계를 수행한다.
이는 흡기 유량 센서 출력이 여러 요인에 의해 실제 공기량 보다 작게 계측 되고 있는 경우에 이 값에서 결정되는 연료 분사량이 부족하게 되어 공연비가 희박해지게 된다.
이에 따라 공연비 피드백 게인이 증가하게 되기 때문이다.
또한 이러한 상태가 지속되면 학습 기능에 의해 연료량 학습치도 증가하게 된다.
흡기 유량 센서의 특성 이상에 의한 원인 외에도 흡입계에 리크(Leak)가 생긴 경우에도 발생될 수 있기 때문에 이를 구별하기 위해 다음 단계로서 노크 발생을 판단하는 단계로 진행된다.
흡기 유량 센서 출력이 여러 요인에 의해 실제 공기량보다 작게 계측되고 있는 경우에는 점화시기 제어 맵 데이터(Map Data)상 점화시기가 진각되게 된다.
이에 따라 노크 발생이 많아지며 학습 기능에 의해 노크 학습치가 감소되어 점화시기를 지각하는 방향으로 제어된다.
따라서, 노크 학습치 < 설정 노크값(KNKAL)인 경우 제어부는 (S426)으로 진행한다.
상기의 조건을 모두 만족한 경우에 제어부는 타임 카운터(Time Counter)를 작동시키며, 충분한 시간이 경과되어 흡기 유량 센서 특성 시프트 고장으로 판단할 수 있는 경우에 이에 대한 고장을 판정하게 된다(S426~S430).
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법은 흡기 유량 센서 고장 판정을 용이하게 하여 흡기 유량 센서 고장 판정의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 공연비 희박화에 의한 엔진 출력 감소를 방지할 수 있으며, 과도한 노크 발생에 의한 엔진 손상을 막을 수 있다.
또한, 차량의 주행 관련 문제점을 사전에 경고하여 운전자에게 신뢰성을 줄 수 있으며, 상품성을 증대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법에 있어서,
    엔진 회전수 검출센서와 스로틀 포지션 센서 및 흡기 유량 센서로부터 엔진 회전수와, 스로틀 밸브 개도 및 흡기 유량에 대한 신호들을 입력받아 흡기 유량 센서 출력에 의한 엔진 부하(Ev)를 계산하는 단계와;
    상기 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 작거나 제2 설정값(Evh) 보다 큰 상태가 유지되면 흡기 유량 센서 고장 판정을 하는 단계와;
    상기 계산된 엔진 부하 값이 제1 설정값(Evl) 보다 크거나 제2 설정값(Evh) 보다 작은 상태이면, 엔진 회전수가 설정 범위 내에 있는가를 비교하는 단계와;
    엔진 회전수가 설정 범위 내에 있으면 공연비 피드백 게인과 설정 피드백 게인값을 비교하는 단계와;
    공연비 피드백 게인이 설정 피드백 게인값을 초과하면, 노크 학습치와 설정 노크값을 비교하는 단계와;
    노크 학습치가 설정 노크값 미만이면, 타임 카운터를 작동하는 단계와;
    타임 카운터가 설정값을 초과하면 흡기 유량 센서 시프트 고장 판정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 스로틀 밸브 개도가 설정 범위 내에 있는가를 비교하는 단계를 더 포함하며, 공연비 피드백 게인과 설정 피드백 게인값을 비교하는 단계는
    엔진 회전수가 설정 범위 내에 있고, 스로틀 밸브 개도가 설정 범위 내에 있는 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법.
  7. 제5항에 있어서, 연료량 학습치와 설정 연료량 학습치를 비교하는 단계를 더 포함하며, 노크 학습치와 설정 노크값을 비교하는 단계는
    공연비 피드백 게인이 설정 피드백 게인값을 초과하고, 연료량 학습치가 설정 연료량 학습치를 초과하는 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량의 흡기 유량 센서 고장 판정방법.
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