KR101033823B1 - 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치 - Google Patents

비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치 Download PDF

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KR101033823B1
KR101033823B1 KR1020100102066A KR20100102066A KR101033823B1 KR 101033823 B1 KR101033823 B1 KR 101033823B1 KR 1020100102066 A KR1020100102066 A KR 1020100102066A KR 20100102066 A KR20100102066 A KR 20100102066A KR 101033823 B1 KR101033823 B1 KR 101033823B1
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허수영
황호훈
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김성민
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Abstract

본 발명은 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치에 대한 것으로서, 특히 차량의 마이크로 컨트롤러 유닛을 이용하여 비례적분 제어 방식으로 작동하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치에 관한 것이다. 본 발명은 마이크로 컨트롤 유닛으로 조향장치의 열선을 비례적분 제어 방식으로 제어하여 맞춰 온도의 큰 변화 없이 설정된 상한 온도를 유지할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 체터링 방지 모듈을 구비하여 체터링을 방지할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 열선의 작동 상태를 저장하여 사용자가 별도의 조작을 하지 않더라도 열선을 효과적으로 작동시킬 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 타이머와 열선의 가열 온도 상한을 설정하여 사용자가 자신에게 맞도록 열선을 작동할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다.

Description

비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치{HEATING DEVICE FOR STEERING WHEEL OF VEHICLE USING PROPORTIONAL INTEGRAL CONTROL}
본 발명은 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치에 대한 것으로서, 특히 차량의 마이크로 컨트롤러 유닛을 이용하여 비례적분 제어 방식으로 작동하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치에 관한 것이다.
차량의 조향장치는 차량이 진행방향을 변경하기 위해 앞바퀴의 회전축방향을 조절하는 장치이다. 이러한 조향장치는 동절기 시 낮은 외부 온도에 의해 차량 내부의 조향장치의 온도가 낮아질 경우, 사용자, 즉, 운전자가 조향장치를 쉽게 제어할 수 없거나 불편함을 느끼게 된다. 따라서, 기존에는 조향장치에 열선을 구비하여 동절기 시 조향장치를 가열하였다.
하지만, 이러한 기존의 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치는 차량의 시동을 끄는 등 비정상적으로 열선에 인가되는 전원이 차단될 경우, 사용자가 수동으로 열선을 다시 제어해야 하는 불편함이 있다. 또한, 기존의 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치는 단순히 스위치로 열선에 인가되는 전원을 제어하는 방식이므로 열선을 효과적으로 제어할 수 없다. 더욱이, 기존의 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치는 목표된 온도를 유지시키기 위해 열선에 인가되는 전원의 온/오프를 반복하여 온도의 변동이 심하며, 이로 인해 차량용 스티어링 휠의 표면 온도가 일정하기 유지될 수 없어 감성품질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 조향장치의 온도를 변동 없이 일정하게 제어할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 열선의 작동이 비정상적으로 중단되더라도 별도의 조작없이 열선을 재작동시킬 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 조향장치를 가열하는 가열부재와, 상기 가열부재를 제어하는 스위치와, 상기 조향장치의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 조향장치의 온도에 따라 상기 가열부재를 비례적분 제어 방식으로 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공한다. 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재의 가열 상태를 설정하는 상태 설정 모듈을 포함하고, 상기 상태 설정 모듈은 상기 가열부재의 작동 시간을 설정하는 타이머 설정 모듈과, 상기 가열부재의 가열 온도 상한을 설정하는 온도 설정 모듈을 포함한다. 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 온도 센서에서 피드백된 조향장치의 표면 온도를 검출하는 온도 검출 모듈과, 상기 타이머 설정 모듈에서 설정된 시간동안 상기 가열부재의 작동 시간을 제어하는 타이머 모듈, 및 상기 온도 검출 모듈과 상기 타이머 모듈 및 상기 스위치의 작동에 따라 상기 가열부재에 인가되는 전원을 비례적분 제어 방식으로 제어하는 열선 제어 모듈을 포함한다.
상기 열선 제어 모듈은 상기 조향장치의 온도가
Figure 112011015471666-pat00117
일 때, 상기 가열부재에 인가하는 전류(
Figure 112011015471666-pat00118
)는
Figure 112011015471666-pat00119
이고, 상기 조향장치의 온도가
Figure 112011015471666-pat00120
일 때, 상기 가열부재에 인가하는 전류(
Figure 112011015471666-pat00121
)는
Figure 112011015471666-pat00122
이며, 상기
Figure 112011015471666-pat00123
는
Figure 112011015471666-pat00124
이고, 상기
Figure 112011015471666-pat00125
는
Figure 112011015471666-pat00126
이며, 상기
Figure 112011015471666-pat00127
는 상기 가열 온도 상한이고, 상기
Figure 112011015471666-pat00128
와 상기
Figure 112011015471666-pat00129
는 온도로서,
Figure 112011015471666-pat00130
이다. 또한, 상기 열선 제어 모듈은 상기 조향장치의 온도가
Figure 112011015471666-pat00131
일 때, 상기 가열부재에 인가하는 전류(
Figure 112011015471666-pat00132
)는
Figure 112011015471666-pat00133
이며, 상기
Figure 112011015471666-pat00134
는
Figure 112011015471666-pat00135
이고, 상기
Figure 112011015471666-pat00136
는
Figure 112011015471666-pat00137
이며, 상기
Figure 112011015471666-pat00138
는 상기 가열 온도 상한이다. 상기 열선 제어 모듈은 상기 조향장치의 온도가
Figure 112011015471666-pat00139
일 때, 상기 가열부재에 인가하는 전류(
Figure 112011015471666-pat00140
)는
Figure 112011015471666-pat00141
이며, 상기
Figure 112011015471666-pat00142
는
Figure 112011015471666-pat00143
이고, 상기
Figure 112011015471666-pat00144
는 이며, 상기
Figure 112011015471666-pat00146
는 상기 가열 온도 상한이고, 상기
Figure 112011015471666-pat00147
는 온도이다.
상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재에 인가되는 전원의 과전압을 방지하는 전압 감지/제어 모듈을 포함한다. 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 스위치의 작동을 검출하는 스위치 동작 검출 모듈과, 상기 스위치의 동작 시 최초 스위치 입력 신호를 검출하고 일정기간 대기한 후 스위치 입력 신호를 재검출하여 체터링을 방지하는 체터링 방지 모듈을 포함한다. 상기 가열부재에 인가되는 과전류를 제어하는 스마트 전계 효과 트랜지스터를 포함한다. 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재의 동작 상태를 저장하는 상태 저장 모듈을 포함한다. 상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재에 인가되는 전원이 비정상적으로 중단될 때 상기 상태 저장 모듈에 저장된 상기 가열부재의 동작 상태를 로딩하여 상기 가열부재를 재가열할 수 있다.
본 발명은 마이크로 컨트롤 유닛으로 조향장치의 열선을 비례적분 제어 방식으로 제어하여 맞춰 온도의 큰 변화 없이 설정된 상한 온도를 유지할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 체터링 방지 모듈을 구비하여 체터링을 방지할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 열선의 작동 상태를 저장하여 사용자가 별도의 조작을 하지 않더라도 열선을 효과적으로 작동시킬 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 타이머와 열선의 가열 온도 상한을 설정하여 사용자가 자신에게 맞도록 열선을 작동할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 컨트롤 유닛의 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 컨트롤러의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 컨트롤러의 조립 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 컨트롤러의 스마트 전계 효과 트랜지스터의 회로도.
도 6은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 동작 로직 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법의 순서도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상의 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 마이크로 컨트롤 유닛의 블록도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 따른 컨트롤러의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 컨트롤러의 조립 사시도이다. 도 5는 본 발명에 따른 컨트롤러의 스마트 전계 효과 트랜지스터의 회로도이고, 도 6은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 동작 로직 구성도이다.
본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 조향장치에 구비된 가열부재(100)와, 사용자가 가열부재(100)를 제어하는 스위치(200)와, 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controller Unit, MCU; 300)과, 지능형 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor, FET; 400)와, 온도 센서(500)를 포함한다.
스위치(200)는 조향장치의 가열부재(100), 예를 들어, 열선을 작동시키기 위한 것으로서, 사용자, 즉, 운전자가 열선을 쉽게 제어할 수 있도록 조향장치에 구비될 수 있다. 이러한 스위치(200)는 사용자가 열선의 작동을 온(ON)/오프(OFF)시키는 기능 외에도 후술될 온도 설정 버튼 및 타이머 설정 버튼의 기능을 수행할 수 있다.
마이크로 컨트롤러 유닛(300)은 차량의 작동을 제어하기 위한 것으로서, 하나의 칩 내에 여러 가지 기능을 수행하는 회로를 내장한다. 즉, 마이크로 컨트롤러 유닛(300)은 CPU, 메모리, 입출력 제어 인터페이스, 아날로그/디지털 컨버터, 타이머 등을 포함한다. 또한, 본 발명은 마이크로 컨트롤러 유닛(300)의 메모리에 열선 제어 프로그램이 저장된다.
열선 제어 프로그램은 차량의 조향장치에 구비된 가열부재(100), 예를 들어, 열선을 제어하기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자가 열선의 작동 상태를 설정하는 상태 설정 모듈(310)과, 스위치(200)의 동작을 검출하는 스위치 동작 검출 모듈(320)과, 체터링 방지 모듈(330)과, 조향장치의 열선을 동작시키는 열선 제어 모듈(340)과, 온도 센서(500)에서 피드백된 조향장치의 온도를 검출하는 온도 검출 모듈(350)과, 조향장치 열선의 작동 시간을 제어하는 타이머 모듈(360)과, 조향장치 열선의 동작 상태를 저장하는 상태 저장 모듈(370)과, 전압 감지/제어 모듈(380)을 포함한다.
상태 설정 모듈(310)은 사용자가 조향장치 열선의 작동 상태를 미리 설정하기 위한 것으로서, 열선의 작동 시간을 설정하는 타이머 설정 모듈과, 열선의 작동 온도(상한)를 설정하는 온도 설정 모듈을 포함한다.
타이머 설정 모듈은 사용자가 설정한 열선의 작동 시간을 입력받아 마이크로 컨트롤 유닛에 저장하며, 타이머 모듈(360)은 메모리에 저장된 타이머 설정 시간에 따라 열선 제어 모듈(340)을 통해 열선을 제어한다. 또한, 사용자가 타이머를 설정하기 위해 전술된 스위치(200)를 이용할 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 타이머 설정을 위한 별도의 타이머 설정 버튼을 구비할 수도 있다.
온도 설정 모듈은 사용자가 설정한 조향장치 표면온도의 상한을 입력받아 마이크로 컨트롤 유닛(300)에 저장하며, 온도 검출 모듈(350)은 메모리에 저장된 설정 온도에 따라 열선 제어 모듈(340)을 통해 열선을 제어한다. 또한, 본 발명은 전술된 바와 같이 온도 설정을 위해 스위치(200)를 이용할 수 있으나, 사용자가 조향장치 표면온도의 상한을 입력하기 위해 별도의 온도 설정 버튼을 구비할 수도 있다. 물론, 열선의 작동 시간과 열선의 작동 온도가 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 생산 시 미리 입력되어 있을 경우, 상태 설정 모듈(310)은 생략될 수도 있다.
스위치 동작 검출 모듈(320)은 사용자에 의해 상기 스위치(200)가 작동되는 것을 검출하기 위한 것으로서, 스위치(200)의 작동 유무를 검출하여 열선 제어 모듈(340)에 전달한다.
체터링(chattering) 방지 모듈(330)은 사용자가 스위치(200)를 작동시킬 때 체터링을 방지한다. 즉, 사용자가 스위치를 온(ON) 했을 경우, 기계적인 떨림에 의해 발생하는 체터링을 방지하기 위해 최초 스위치 온(ON) 신호를 검출한 후 일정기간의 딜레이를 주고 다시 스위치 온(ON) 신호를 검출하여 체터링을 방지한다.
열선 제어 모듈(340)은 조향장치의 열선을 작동시키기 위한 것으로서, 스위치 동작 검출 모듈(320)에서 스위치(200)의 작동을 검출 할 경우 조향장치의 열선을 동작시키거나 동작을 정지시킨다. 즉, 스위치 동작 검출 모듈(320)에서 스위치(200)의 온(ON) 동작을 검출할 경우 열선 제어 모듈(340)은 조향장치의 열선으로 전원을 인가하며, 스위치 동작 검출 모듈(320)에서 스위치(200)의 오프(OFF) 동작을 검출할 경우 열선 제어 모듈(340)은 조향장치의 열선으로 전원의 인가를 중지한다.
온도 검출 모듈(350)은 온도 센서(500)에서 측정된 조향장치의 표면 온도를 검출한다. 또한, 온도 검출 모듈(350)은 조향장치의 표면 온도에 따라 열선 제어 모듈(340)을 목표 온도와 현재 온도를 비교하여 편차에 따라 전류량을 조절하는 비례적분 제어 방식으로 제어하여 조향장치의 열선 동작을 제어한다. 예를 들어, 조향장치의 표면 목표 온도가 섭씨 40도일 경우, 조향장치의 표면 온도가 섭씨 40도가 되기 전, 예를 들어, 섭씨 37도까지 가열부재(100)에 100%의 전원을 인가하여 조향장치의 표면을 가열한다. 이후, 가열부재(100)에 비례적분 제어를 실시하여 섭씨 40도까지 천천히 가열하며 적정온도를 유지한다.
예를 들어, 목표 온도가 섭씨 40도 일 경우, 목표 온도인 섭씨 40도를
Figure 112011015471666-pat00148
라고 정의한다. 또한, 목표 온도
Figure 112011015471666-pat00149
보다 낮은 온도를
Figure 112011015471666-pat00150
와
Figure 112011015471666-pat00151
라 정의하며,
Figure 112011015471666-pat00152
의 관계를 가지도록 한다. 이에 따라,
Figure 112011015471666-pat00153
는
Figure 112011015471666-pat00154
보다 높은 온도이다. 또한, 목표 온도
Figure 112011015471666-pat00155
보다 높은 온도를
Figure 112011015471666-pat00156
라 정의한다. 여기서,
Figure 112011015471666-pat00157
의
Figure 112011015471666-pat00158
값과
Figure 112011015471666-pat00159
의
Figure 112011015471666-pat00160
값은 같거나 다를 수 있다.
여기서, 조향장치 표면 온도가
Figure 112011015471666-pat00161
보다 낮을 경우, 가열부재(100)에 인가되는 전류값은 수학식1과 같다.
Figure 112011015471666-pat00162
여기서,
Figure 112011015471666-pat00163
는 가열부재(100)에 인가되는 전류값이다.
즉, 조향장치 표면 온도가 목표 온도
Figure 112011015471666-pat00164
보다 소정 온도인
Figure 112011015471666-pat00165
보다 낮을 경우, 가열부재(100)에는, 상기 가열부재(100)가 안정적으로 최대 성능을 발휘할 수 있는 전원의 100%가 인가되어 지속적으로 가열하게 된다.
하지만, 조향장치 표면 온도가
Figure 112011015471666-pat00166
보다 높고
Figure 112011015471666-pat00167
보다 낮을 경우, 가열부재(100)에는 수학식2와 같은 전류가 인가된다.
Figure 112011015471666-pat00168
여기서,
Figure 112011015471666-pat00169
는 아래의 수학식3과 같다.
Figure 112011015471666-pat00170
또한,
Figure 112011015471666-pat00171
는 아래의 수학식4와 같다.
Figure 112011015471666-pat00172
즉, 수학식4와 같이
Figure 112011015471666-pat00173
는 전류가 1%(예를 들어,
Figure 112011015471666-pat00174
기준)씩 일정시간 간격으로 증가되며, 이에 따라, 수학식3과 같이
Figure 112011015471666-pat00175
는 1%씩 전류가 증가되는
Figure 112011015471666-pat00176
와 함께 PI(비례적분) 제어값이 더해져서 수학식2와 같이 가열부재(100)에 인가된다.
한편, 조향장치 표면의 온도가 목표 온도
Figure 112011015471666-pat00177
보다 높은
Figure 112011015471666-pat00178
일 경우, 아래의 수학식5와 같이,
Figure 112011015471666-pat00179
는 전류값이 1%씩 일정시간 간격으로 감소된다.
Figure 112011015471666-pat00180
또한, 가열부재(100)에 최종적으로 입력되는 전류값은 수학식3과 같이
Figure 112011015471666-pat00181
가 일정시간 간격으로 1%씩 전류가 감소되는
Figure 112011015471666-pat00182
와 함께 PI(비례적분) 제어값이 더해져서 수학식2와 같이 인가된다.
삭제
물론, 조향장치 표면의 온도가 목표 온도
Figure 112011015471666-pat00183
와 같다면,
Figure 112011015471666-pat00184
는 아래의 수학식6과 같다.
Figure 112011015471666-pat00185
이에 따라, 수학식3과 같이
Figure 112011015471666-pat00186
는 전류가 증가되지 않는
Figure 112011015471666-pat00187
와 함께 PI(비례적분) 제어값이 더해져서 수학식2와 같이 가열부재(100)에 인가된다. 여기서,
Figure 112011015471666-pat00188
는
Figure 112011015471666-pat00189
의 10%를 기본설정할 수 있다. 또한,
Figure 112011015471666-pat00190
는 250Hz(7A 내지 2A RMS)인 것을 예시한다.
삭제
본 발명은 이러한 비례적분 제어 방식에 따라 가열부재(100)의 온/오프 제어 방식과 대비하여 온도의 변동이 적어 사용자의 감성적 느낌이 우수한 장점이 있다. 물론, 이러한 조향장치의 표면 온도는 예시일 뿐이며, 조향장치 표면온도의 상한은 경우에 따라 변경될 수 있다. 물론, 이러한 조향장치 표면온도의 상한을 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 제작 시 미리 설정할 수도 있다. 이 경우, 전술된 온도 설정 모듈은 생략될 수도 있다.
타이머 모듈(360)은 조향장치의 열선을 일정시간 동안 작동하게 하기 위한 것으로서, 열선 제어 모듈(340)을 제어하여 타이머 설정 모듈에서 사용자가 입력하거나 기본적으로 설정되어 있는 시간동안 조향장치의 열선을 작동시킨다. 이러한 타이머 모듈(360)은 예를 들어, 사용자는 타이머 모듈(360)을 통해 조향장치의 열선을 30분 동안만 작동하게 할 수 있다. 이는, 마이크로 컨트롤 유닛(300)에 내장된 크리스탈을 이용하여 구현할 수 있다.
상태 저장 모듈(370)은 열선의 작동 중 전원 차단 시 조향장치의 작동 상태를 저장하여 전원 재공급 시 별도의 스위치(200) 조작 없이 자동으로 전원 차단 직전의 상태를 유지하게 하기 위한 것으로서, 타이머 모듈(360)과 연동하여 사용자가 설정한 시간과 대비하여 조향장치의 열선이 실제 작동한 후 남은 시간인 타이머 잔여 시간과, 조향장치 표면온도의 상한 등을 저장한다. 이때, 타이머 잔여 시간과 조향장치 표면온도의 상한 등은 마이크로 컨트롤 유닛(300)의 메모리에 저장될 수 있다. 물론, 타이머 잔여 시간은 저장되지 않을 수도 있다.
전압 감지/제어 모듈(380)은 조향장치의 열선에 입력되는 전압을 감지하여 과전압이 공급될 경우 전원을 차단한다. 이러한 전압 감지/제어 모듈(380)은 예를 들어, 9볼트 내지 16볼트 이외의 전압이 열선에 공급될 시 자동으로 전원을 차단하는 안전장치의 기능을 수행한다.
지능형 전계 효과 트랜지스터(400)는 조향장치 열선의 전류를 제어하기 위한 것으로서, 조향장치 열선의 전류를 모니터링하고 열선에 과전류, 예를 들어, 9A 이상의 전류가 공급될 경우 자동으로 전원을 차단하는 안전장치의 기능을 수행한다. 이러한 지능형 전계 효과 트랜지스터(400)는 도 5에 도시된 바와 같이, 열선 제어 모듈(340)과 조향장치 열선 사이에 구비되어 과전류를 직접적으로 모니터링하여 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
온도 센서(500)는 차량의 조향장치에 구비되어 열선에 의해 가열된 조향장치의 온도를 측정하기 위한 것으로서, 본 발명은 온도 센서(500)로 써미스터를 포함한다. 또한, 온도 센서(500)는 조향장치의 표면온도를 측정하기 위해 조향장치의 표면과 근접한 위치에 구비되는 것이 효과적이며, 예를 들어, 온도 센서(500)는 조향장치의 표면에 부착될 수도 있다. 이러한 온도 센서(500)는 온도 설정 모듈에 측정된 조향장치 표면의 온도를 피드백한다.
한편, 본 발명은 열선의 비정상적인 작동 상태, 즉, 오류를 사용자에게 시인시키기 위해 발광부를 구비할 수 있다. 이러한 발광부는 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 포함할 수 있다. 또한, 스위치(200)에도 발광 다이오드를 구비하여 열선의 동작 시 발광 다이오드가 작동되도록 할 수 있다.
이하에서는 전술된 구조를 갖는 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 작동 예를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 동작 로직 구성도이다.
본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 작동 예는 도 6에 도시된 바와 같이, 우선, 스위치의 입력을 대기하는 대기 상태를 유지한다(A 구간). 이때, 열선을 작동시키기 위한 외부 전원(IGN2)의 입력은 유지된다. 이후, 사용자가 스위치를 온(ON)시키면 조향장치의 열선을 동작시키며, 타이머 모듈에 설정된 시간동안 열선을 비례적분 제어 방식으로 동작시킨다. 이때, 본 실시예는 30분의 타이머가 작동하는 것을 예시한다(B 구간). B 구간에서 30분간의 열선 작동이 완료된 후 다시 대기 상태를 유지한다(C 구간). 일반적으로 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 작동은 A 단계 내지 C 단계를 수행하게 된다.
사용자가 다시 스위치를 온(ON)시켜 조향장치의 열선을 동작시킨다. 이 경우 역시, 전술된 바와 같이 30분의 타이머가 작동하는 것을 예시한다(D 구간). 이후, 설정된 30분의 시간 내에 사용자가 스위치를 오프(OFF)시켜 열선의 작동을 중지시킬 수 있다(E 구간). 이 경우, 사용자가 직접 열선의 작동을 중지시킨 것이므로 설정된 타이머의 잔여 시간은 저장되지 않는다. 즉, 다시 사용자가 스위치를 온(ON) 시키더라도 다시 30분의 시간동안 열선이 동작하게 된다(F 구간). F 구간에서 설정된 30분의 시간 전에 외부 전원(IGN2)에서 전원 공급이 중단될 경우(G 구간), 이는 사용자의 의지로 열선의 작동이 중단된 것이 아니므로 타이머 잔여 시간과, 조향장치 표면온도의 상한 등을 저장한다. 물론, 타이머 잔여 시간은 저장되지 않을 수 있다. 이후, 외부 전원(IGN2)에서 전원이 재공급될 경우, 저장된 조향장치 표면온도의 상한 등에 따라 조향장치의 열선을 재작동시켜(H 구간) 30분간의 열선 작동을 완료한다(I 구간).
사용자가 스위치를 온(ON) 시켜 조향장치의 열선을 작동시킨다(J). 조향장치의 열선이 작동하는 중 외부 전원(IGN2)의 전압이 예를 들어, 8 볼트로 강하될 경우, 열선의 전원을 오프(OFF)시키며(K 구간), 외부 전원(IGN2) 전압이 9 볼트 이상이 되면 조향장치의 열선을 재작동시킨다(L 구간). 이때, 사용자의 의지로 열선의 작동이 중단된 것이 아니므로 저장된 타이머 잔여 시간과 조향장치 표면온도의 상한 등의 정보를 이용하여 조향장치를 재작동시킨다. 즉, 저장된 조향장치 표면온도의 상한에 따라 열선을 작동시키며, 타이머에 저장된 시간동안 열선을 작동시킨다. 예를 들어, 타이머가 30분으로 되어 있을 경우, 사용자가 스위치를 온(ON) 시켜 열선을 작동시킨 시점부터 외부 전원(IGN2)의 전압이 강하된 후 승압되어 열선이 재작동된 후 완료시점까지의 시간은 총 30분이 된다. 물론, 외부 전원(IGN2)의 전압 강하뿐만 아니라, 승압의 경우에도 열선의 작동을 중단시킬 수 있다. 이는 대기 상태(M 구간)에서 사용자의 스위치 작동으로 인해 열선이 작동되고 있을 때(N 구간), 외부 전압(IGN2)의 전압이 17 볼트로 승압될 경우 열선의 작동을 중단시키며(O 구간), 외부 전압(IGN2)의 전압이 다시 16 볼트 이하로 강하될 경우 열선을 재작동 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 마이크로 컨트롤 유닛으로 조향장치의 열선을 효과적으로 제어할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 열선의 작동 상태를 저장하여 사용자가 별도의 조작을 하지 않더라도 열선을 효과적으로 작동시킬 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 타이머와 열선의 가열 온도 상한을 설정하여 사용자가 자신에게 맞도록 열선을 작동할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치를 제공할 수 있다.
다음은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법에 대해 도면을 참조하여 설명하고자 한다. 후술할 내용 중 전술된 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치의 설명과 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법의 순서도이다.
본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법은 도 7에 도시된 바와 같이, 상태 정보를 입력하는 단계(S1)와, 저장된 상태를 확인하는 단계(S2)와, 열선을 가열하는 단계(S3) 또는 열선을 재가열하는 단계(S4)를 포함한다.
상태 정보를 입력하는 단계(S1)는 사용자가 조향장치의 열선을 작동시키는 기초 정보인 상태 정보를 입력한다. 이는 가열 온도를 설정하는 단계(S1-1)와, 타이머 설정 시간을 입력하는 단계(S1-2)를 포함한다.
가열 온도를 설정하는 단계(S1-1)는 사용자가 조향장치 열선의 가열 온도를 설정한다. 이는 가열 온도의 상한을 입력하여 수행할 수 있다. 물론, 열선의 가열 온도를 미리 설정되어 있을 수 있으며, 이 경우, 사용자가 열선의 가열 온도를 설정하는 가열 온도를 설정하는 단계(S1-1)는 생략될 수 있다.
타이머 설정 시간을 입력하는 단계(S1-2)는 사용자가 조향장치 열선의 작동시간을 입력한다. 즉, 사용자가 스위치를 온(ON) 했을 때, 조향장치 열선이 얼마만큼의 시간동안 작동할 것인지를 결정한다. 물론, 본 발명은 타이머 설정 시간을 미리 설정하여 사용자가 타이머 설정 시간을 입력하지 않을 수도 있으며, 이 경우, 타이머 설정 시간을 입력하는 단계(S1-2)는 생략될 수 있다.
저장된 상태를 확인하는 단계(S2)는 조향장치의 열선에 외부 전원 공급이 비정상적으로 중단되지 않았는지 확인한다.
열선을 가열하는 단계(S3)는 저장된 상태를 확인하는 단계(S2)에서 조향장치의 열선에 외부 전원 공급이 정상적으로 이루어지고 있을 경우, 열선을 가열한다. 이러한 열선을 가열하는 단계(S3)는 스위치 입력을 대기하는 단계(S3-1)와, 체터링을 방지하는 단계(S3-2)와, 열선을 작동시키는 단계(S3-3)를 포함한다.
스위치 입력을 대기하는 단계(S3-1)는 조향장치의 열선에 외부 전원 공급이 정상적으로 이루어졌을 경우, 사용자의 스위치 입력을 검출하기 위해 대기한다.
체터링(chattering)을 방지하는 단계(S3-2)는 사용자가 스위치를 입력했을 때 기계적인 진동에 의해 매우 짧은 시간 안에 접점이 붙었다가 떨어지는 현상을 반복하게 된다. 따라서, 이는 회로에 나쁜 영향을 미치므로 이를 방지해야 하며, 이를 위해 체터링(chattering)을 방지하는 단계(S3-2)는 스위치 입력 신호를 확인하는 단계(S3-2-1)와, 대기하는 단계(S3-2-2), 및 스위치 입력 신호를 재확인하는 단계(S3-2-3)를 포함한다.
스위치 입력 신호를 확인하는 단계(S3-2-1)는 사용자의 스위치 입력 신호가 열선 작동 신호인지 확인한다. 예를 들어, 사용자가 스위치를 입력했을 때 온(ON)에 따른 신호가 로우(LOW) 신호라고 가정할 때, 스위치 입력 신호를 확인하는 단계(S3-2-1)에서 스위치 입력 신호가 로우(LOW) 신호인지 확인한다.
대기하는 단계(S3-2-2)는 스위치 입력 신호를 확인하는 단계(S3-2-1)에서 스위치 입력 신호가 로우(LOW) 신호일 경우, 예를 들어, 50mS의 시간동안 딜레이하여 대기한다.
스위치 입력 신호를 재확인하는 단계(S3-2-3)는 대기하는 단계(S3-2-2)에서 일정시간동안 대기한 뒤 스위치 입력 신호를 재확인하여 스위치 입력 신호가 로우(LOW) 신호인지 확인한다. 이때, 스위치 입력 신호가 여전히 로우(LOW) 신호일 경우, 열선을 작동시키는 단계(S3-3)를 수행하며, 스위치 입력 신호가 로우(LOW) 신호가 아닐 경우 스위치 입력 신호를 확인하는 단계(S3-2-1)를 재수행한다.
열선을 작동시키는 단계(S3-3)는 사용자의 스위치 조작에 따라 조향장치의 열선을 작동시킨다. 이때, 열선을 작동시키는 단계(S3-3)는 열선을 작동시키는 중에 스위치 입력을 확인하는 단계(S3-3-1)와, 전압을 확인하는 단계(S3-3-2)와, 전류를 확인하는 단계(S3-3-3)와, 온도를 확인하는 단계(S3-3-4)와, 타이머 설정 시간을 확인하는 단계(S3-3-5), 및 상태를 저장하는 단계(S3-3-6)를 포함한다.
스위치 입력을 확인하는 단계(S3-3-1)는 열선을 작동하는 중 사용자의 스위치 입력을 확인한다. 즉, 사용자가 열선의 작동을 중단하기 위해 스위치를 오프(OFF)하였는지를 확인하며, 사용자가 스위치를 오프(OFF)할 경우, 열선의 작동을 즉시 중단한다. 물론, 스위치 입력을 확인하는 단계(S3-3-1)에서 사용자가 스위치를 오프(OFF)하지 않을 경우, 사용자의 설정에 따라 열선을 계속 작동시킨다.
전압을 확인하는 단계(S3-3-2)는 열선을 작동하는 중 열선에 입력되는 전압을 확인한다. 이는 열선에 입력되는 전압이 설정된 전압보다 과전압 또는 저전압인지 확인하여 수행할 수 있다. 만약, 열선에 입력되는 전압이 설정된 전압보다 과전압 또는 저전압일 때 열선의 작동을 중단시킴과 동시에 상태를 저장하는 단계(S3-3-6)를 수행한다.
전류를 확인하는 단계(S3-3-3)는 열선을 작동하는 중 열선에 입력되는 전류를 확인한다. 즉, 열선에 입력되는 전류가 설정된 전류보다 크거나 작은지 확인하며, 만약 설정된 전류보다 크거나 작을 경우 열선의 작동을 중단시킴과 동시에 상태를 저장하는 단계(S3-3-6)를 수행한다.
온도를 확인하는 단계(S3-3-4)는 조향장치 표면의 온도를 확인한다. 또한, 조향장치 표면의 온도가 설정된 온도보다 낮을 경우, 설정된 온도와 동일하도록 비례적분 제어 방식으로 조향장치 표면의 온도를 목표된 온도로 증가시킨다. 이는 전술된 본 발명에 따른 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치와 동일하게, 조향장치 표면의 온도가
Figure 112011015471666-pat00191
,
Figure 112011015471666-pat00192
,
Figure 112011015471666-pat00193
,
Figure 112011015471666-pat00194
일 경우를 구분하여 수행할 수 있다.
타이머 설정 시간을 확인하는 단계(S3-3-5)는 사용자가 설정한 타이머 설정 시간을 확인한다. 즉, 사용자가 설정한 타이머 설정 시간 동안 조향장치의 열선을 가동한다.
상태를 저장하는 단계(S3-3-6)는 사용자가 스위치를 오프(OFF)시키지 않고 외부 전원의 공급이 비정상적으로 중단된 경우, 현재까지의 열선 작동 상태를 저장한다. 즉, 설정된 타이머 시간 중 남은 타이머 잔여 시간과, 사용자가 설정한 열선 가열 온도의 상한을 저장한다.
한편, 열선을 재가열하는 단계(S4)는 사용자가 스위치를 오프(OFF)시키지 않고 외부 전원의 공급이 비정상적으로 중단된 경우, 외부 전원이 재공급될 때 열선을 재가열한다. 이는 저장된 상태를 로딩하는 단계(S4-1)와, 열선을 재작동시키는 단계(S4-2)를 포함한다.
저장된 상태를 로딩하는 단계(S4-1)는 조향장치의 열선에 외부 전원 공급이 비정상적으로 중단되었을 경우, 전술된 상태를 저장하는 단계(S3-3-6)에서 외부 전원 공급이 비정상적으로 중단된 시점에 저장된 열선 작동 상태를 로딩한다.
열선을 재작동시키는 단계(S4-2)는 저장된 상태를 로딩하는 단계(S4-1)에서 로딩된 상기 저장된 열선 작동 상태를 기초로 조향장치의 열선을 재가열한다. 이때, 열선의 재가열은 저장된 열선의 작동 상태인 가열 온도의 상한에 맞춰서 가열하여 타이머 잔여 시간 동안 수행될 수 있다. 물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 타이머 잔여 시간을 무시하고 타이머에 설정된 시간동안 재가열 할 수도 있다. 또한, 이러한 열선을 재작동시키는 단계(S4-2)는 전술된 열선을 작동시키는 단계(S3-3)와 동일하게 스위치 입력을 확인하는 단계(S4-2-1)와, 전압을 확인하는 단계(S4-2-2)와, 전류를 확인하는 단계(S4-2-3)와, 온도를 확인하는 단계(S4-2-4)와, 타이머 설정 시간을 확인하는 단계(S4-2-5), 및 상태를 저장하는 단계(S4-2-6)를 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 조향장치 표면 온도에 따라 제어되는 비례적분 제어 방식을 이용하여 조향장치 표면의 온도를 목표된 온도로 안정적으로 상승시켜 유지할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 열선의 작동 상태를 저장하여 사용자가 별도의 조작을 하지 않더라도 열선을 효과적으로 작동시킬 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 타이머와 열선의 가열 온도 상한을 설정하여 사용자가 자신에게 맞도록 열선을 작동할 수 있는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방 방법을 제공할 수 있다.
이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 가열부재 200: 스위치
300: 마이크로 컨트롤러 유닛 310: 상태 설정 모듈
320: 스위치 동작 검출 모듈 330: 체터링 방지 모듈
340: 열선 제어 모듈 350: 온도 검출 모듈
360: 타이머 모듈 370: 상태 저장 모듈
380: 전압 감지/제어 모듈 400: 지능형 전계 효과 트랜지스터
500: 온도 센서

Claims (11)

  1. 조향장치를 가열하는 가열부재와,
    상기 가열부재를 제어하는 스위치와,
    상기 조향장치의 온도를 측정하는 온도 센서와,
    상기 조향장치의 온도에 따라 상기 가열부재를 비례적분 제어 방식으로 제어하는 마이크로 컨트롤 유닛을 포함하며,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 조향장치의 온도가
    Figure 112011022771465-pat00195
    일 때, 상기 가열부재에는 상기 가열부재가 안정적으로 최대 성능을 발휘할 수 있는 전류의 100%가 인가되며,
    상기 조향장치의 온도가
    Figure 112011022771465-pat00196
    일 때 상기 가열부재에 인가되는 전류는,
    Figure 112011022771465-pat00197
    에 상기 가열부재가 안정적으로 최대 성능을 발휘할 수 있는 전류의 1%가 소정시간 간격으로 증가되며 인가되고,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 조향장치의 온도가
    Figure 112011022771465-pat00198
    일 때, 상기 가열부재에 인가하는 전류는 변동되지 않으며,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 조향장치의 온도가
    Figure 112011022771465-pat00199
    일 때, 상기 가열부재에 인가하는 전류는
    Figure 112011022771465-pat00200
    에 상기 가열부재가 안정적으로 최대 성능을 발휘할 수 있는 전류의 1%가 소정시간 간격으로 감소되며 인가되고,
    상기
    Figure 112011022771465-pat00201
    는 목표 온도이고,
    상기
    Figure 112011022771465-pat00202
    와 상기
    Figure 112011022771465-pat00203
    는 온도로서,
    Figure 112011022771465-pat00204
    인 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재의 가열 상태를 설정하는 상태 설정 모듈을 포함하고,
    상기 상태 설정 모듈은 상기 가열부재의 작동 시간을 설정하는 타이머 설정 모듈과, 상기 가열부재의 가열 온도 상한을 설정하는 온도 설정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 온도 센서에서 피드백된 조향장치의 표면 온도를 검출하는 온도 검출 모듈과,
    상기 타이머 설정 모듈에서 설정된 시간동안 상기 가열부재의 작동 시간을 제어하는 타이머 모듈, 및
    상기 온도 검출 모듈과 상기 타이머 모듈 및 상기 스위치의 작동에 따라 상기 가열부재에 인가되는 전원을 비례적분 제어 방식으로 제어하는 열선 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재에 인가되는 전원의 과전압을 방지하는 전압 감지/제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 스위치의 작동을 검출하는 스위치 동작 검출 모듈과, 상기 스위치의 동작 시 최초 스위치 입력 신호를 검출하고 일정기간 대기한 후 스위치 입력 신호를 재검출하여 체터링을 방지하는 체터링 방지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열부재에 인가되는 과전류를 제어하는 스마트 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재의 동작 상태를 저장하는 상태 저장 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 마이크로 컨트롤 유닛은 상기 가열부재에 인가되는 전원이 비정상적으로 중단될 때 상기 상태 저장 모듈에 저장된 상기 가열부재의 동작 상태를 로딩하여 상기 가열부재를 재가열하는 것을 특징으로 하는 비례적분 제어를 이용한 차량용 스티어링 휠의 난방장치.
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