KR101249421B1 - 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치 및 그것에 의하여 실행되는 에코드라이브 유도방법을 구현하는 애플리케이션 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체 - Google Patents

지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치 및 그것에 의하여 실행되는 에코드라이브 유도방법을 구현하는 애플리케이션 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체 Download PDF

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KR101249421B1 KR1020120128141A KR20120128141A KR101249421B1 KR 101249421 B1 KR101249421 B1 KR 101249421B1 KR 1020120128141 A KR1020120128141 A KR 1020120128141A KR 20120128141 A KR20120128141 A KR 20120128141A KR 101249421 B1 KR101249421 B1 KR 101249421B1
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Abstract

차량의 주행정보를 실시간으로 수집하기 위한 별도의 장치를 부가함이 없이, 단지 GPS 수신기를 포함하는 차량 네비게이션 장치 또는 스마트폰을 차량에 장착하는 것만으로 GPS 데이터만을 실시간으로 입력받아 차량의 에코드라이브를 유도하는 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 에코드라이브 유도장치는 경제운전을 달성하기 위한 비용을 최소화함으로써 경제운전에 의하여 달성되는 순수한 경제적 가치를 더욱 향상시킬 수 있고, 실제 상황을 근사적으로 반영하기 때문에 소비자에게 충분한 만족감을 제공한다.

Description

지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치 및 그것에 의하여 실행되는 에코드라이브 유도방법을 구현하는 애플리케이션 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체{Eco-Drive Inducement Device By Real Time Input of GPS Data And Computer-Readable Recording Medium To Record Application Program Which Embodies Eco-Drive Inducement Method Executed By The Same Device}
본 발명은 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 차량의 주행정보를 실시간으로 수집하기 위한 별도의 장치를 부가함이 없이, 단지 GPS 수신기를 포함하는 차량 네비게이션 장치 또는 스마트폰을 차량에 장착하는 것만으로 GPS 데이터만을 실시간으로 입력받아 차량의 에코드라이브를 유도하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 연료 분사중지(Fuel Cut) 주행은 일정 RPM 이상 등의 조건을 만족할 때 운전자가 가속페달에서 발을 떼면 이루어지는 것이다. 연료 분사중지 주행중일 때에는 차량은 연료를 소모하지 않는다. 따라서, 연료 분사중지 주행을 효과적으로 이용한다면 차량의 연비를 높여 연료비를 절약할 수 있고, 배기가스 배출을 줄임으로써 친환경 운전을 달성할 수 있다. 또한 차량의 주행 중 순시적 연료소모율을 디스플레이한다면, 그러한 디스플레이는 운전자가 경제적인 운전을 하도록 유도할 수 있다.
그런데 차량이 연료 분사중지 주행을 하도록 유도하거나 순시적 연료소모율을 표시하기 위해서는, 차량의 주행정보를 실시간으로 수집하기 위한 별도의 장치를 부가하여야 한다.
차량이 연료 분사중지 주행을 하도록 안내하는 시스템 또는 경제운전을 유도하는 시스템에 관한 기술적 제안의 예들은 특허공개 제10-2011-0048191호(2011. 05. 11. 공개), 특허등록 제10-1135530호(2012. 04. 03. 등록), 실용신안등록 제20-0189824호(2000. 05. 10. 등록), 특허등록 제10-0758037호(2007. 09. 05. 등록), 특허등록 제10-0444351호(2004. 08. 04. 등록) 등에서 찾을 수 있다.
상기한 종래기술들은 경제운전을 달성하기 위하여, 차량의 주행정보를 실시간으로 수집할 수 있는 장치를 별도로 장착하여야 하는데, 그러한 장치의 장착 없이 출고된 완성차에 그러한 장치를 장착하는 것은 차량의 개조에 해당하는 것으로서 지나친 비용의 상승을 초래하고 또한 그러한 개조에 의하여 안전성을 담보할 수 없는 상황이 초래될 수도 있으며, 완성차의 조립단계에서 그러한 장치를 장착하는 경우라도 추가되는 기능 대비 높은 비용을 지불하여야 한다는 문제점이 있었다. 이에 본 발명자는 그러한 추가적인 장치를 장착하지 않으면서도 간단한 방법으로 경제운전을 달성할 수 있는 수단을 강구하였고, 그 결과 본 발명에 이르게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 차량의 주행정보를 실시간으로 수집하기 위한 별도의 장치를 부가함이 없이, 단지 GPS 수신기를 포함하는 차량 네비게이션 장치 또는 스마트폰을 차량에 장착하는 것만으로 GPS 데이터만을 실시간으로 입력받아 차량의 에코드라이브를 유도하는 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치는 GPS 정보를 실시간으로 수신하는 GPS 수신부, 상기 GPS 수신부로부터 수신한 GPS 정보를 처리하는 제어부, 및 상기 제어부의 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 저장하고 또한 상기 제어부의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장하는 메모리부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 실시간으로 수신된 GPS 정보로부터 아래 수학식 1에 따라 차량의 전방 도로의 고도를 예측하고 또한 전방 도로의 경사각을 예측하는 단계,
수학식 1
Figure 112012093199626-pat00001
(여기에서,
Figure 112012093199626-pat00002
는 시각 t에서 예측 고도데이터이고,
Figure 112012093199626-pat00003
는 자기회귀계수이며,
Figure 112012093199626-pat00004
는 시각 t보다 앞선 시각에서 측정한 고도데이터이고,
Figure 112012093199626-pat00005
는 시각 t에서 발생한 오차를 나타냄. 위 식을 풀어쓰면,
Figure 112012093199626-pat00006
로 표시될 수 있으며, 자기회귀계수 a는 아래 수학식 2에 의하여 계산할 수 있음)
수학식 2
Figure 112012093199626-pat00007
(여기에서, r은 시계열의 단계에서의 자기상관계수이며, 아래 수학식 3에 의하여 계산할 수 있음)
수학식 3
Figure 112012093199626-pat00008
(여기에서, μ는 평균이고, σ는 표준편차임)
상기 수신된 GPS 정보로부터 속력 V를 산출하고 또한 가속도 ACC를 산출하는 단계,
아래 수학식 4에 따라 가속도 ACC_force를 산출하는 단계, 및
수학식 4
ACC_force = (-1/OW) x {(FA + FG + FR) + PACC x 1000/V}
(여기에서, OW는 차량의 무게(kg)이고, FA는 차량의 공기저항력(단위는 N), FG는 구배저항력(단위는 N), FR은 마찰저항력(단위는 N), PACC는 보기류 소모출력(단위는 kW)으로서 아래 수학식 5에 의하여 구하여지고, V는 차량의 속력임.)
수학식 5
FA = 0.5 x RHO x CD x AF x V2
(여기에서, RHO는 공기밀도로서 1.2 kg/m3이고, CD는 차량의 외관 디자인에 의하여 결정되는 공기저항계수이며, AF는 차량의 투영면적(m2) 또는 전면투영면적으로서, 차량을 지면에 대해 수직한 면에 투영하였을 때 형성되는 면적이고, 보통 차고와 차폭의 곱으로 계산되는 것임)
수학식 6
FG = 9.8 x OW x GR
(여기에서, GR은 도로구배를 나타내는 것으로서, GR = sin θ이며, θ는 상기 단계에서 GPS 정보를 이용하여 산출한 도로의 경사각을 나타냄)
수학식 7
FR = 9.8 x CR x OW
(여기에서, CR은 도로와 타이어 표면의 구름마찰저항계수(rolling resistance coefficeint)로서, 포장도로의 경우 약 0.02 ~ 0.03 정도임)
수학식 8
PACC = PRAT x (0.0044 x V + 0.08)
(여기에서, PRAT는 차량 정격출력(kW)을 나타냄)
상기 산출한 가속도 ACC를 가속도 ACC_force와 비교하여 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 작거나 같은 경우 차량은 연료 분사중지 주행중인 것으로 판단하는 단계를 수행하는 것이다.
상기 제어부는 가속저항력 FI, 주행저항력 FTR, 차량출력 PTR 및 차량총출력 PTOT를 각각 아래 수학식 9 내지 수학식 12에 따라 계산하고, 연료-출력 변환계수 ZETA를 아래 수학식 13에 의하여 산출하는 단계, 및
수학식 9
FI = Max (0, OW x ACC)
수학식 10
FTR = FA + FG + FR + FI
수학식 11
PTR = FTR x V/1000
수학식 12
PTOT = PTR/EDT + PACC (여기에서 EDT는 엔진에서 타이어까지의 동력전달효율을 의미하는 것으로서, 차종별 실험에 의하여 도출된 계수임)
수학식 13
ZETA = (ZETAB - CY) x {1 + EHP x (PTOT - 0.8 x PACC)/PRAT}
(여기에서, ZETAB는 연료-출력변환 기본 계수값으로서, 1 kW의 출력을 내기 위해 소모해야 하는 연료소모량을 의미함, 단위는 cc/kW·s, CY는 공인연비 및 연식 보정계수로서, CY = (CFE - YY + MY)/600임. 이때, CFE는 공인연비로서 사용자가 직접 입력하거나 사용자가 차량의 종류를 입력하면 그에 따라 데이터베이스에 입력된 값들 중에서 해당하는 차량의 종류에 따라 결정되는 값이고, YY는 현재 연도이며, MY는 차량의 연식으로서 사용자가 직접 입력하는 것임. EHP는 현재 엔진출력 상태에 따라 ZETAB를 보정하기 위한 값으로 차종별 실험에 의하여 도출된 계수임)
상기 연료 분사중지 주행 여부의 판단 단계에서 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 큰 것으로 판정한 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 수학식 IFC = ZETA x PTOT 에 의하여 산출하고, 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 작거나 같은 것으로 판정한 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 0으로 산정하거나, 속력 V가 40 km/h를 초과하는 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 0으로 산정하고 속력 V가 0보다 크고 40 km/h 이하인 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 수학식 IFC = ZETA x PTOT 에 의하여 산출하는 단계를 더 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 속력이 0인 경우에는 실시간 연료소모율 IFC는 아이들 연료소모율 Idle_Fuel로 정하여지는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 차량의 실시간 연료소모율 IFC가 0이 아닌 경우, 속력이 기준속력보다 크고, 도로의 경사각이 내리막길이고, (공기저항력 FA + 구배저항력 FG + 마찰저항력 FR)의 값이 기준주행저항력보다 작다면, 연료절약을 위하여 연료 분사중지 주행을 실행할 것을 안내하는 단계를 더 수행하는 것일 수 있다.
상기 제어부는 상기 차량이 연료 분사중지 주행 중이 아닌 경우, 속력이 기준속력보다 크고, 도로의 경사각이 내리막길이고, (공기저항력 FA + 구배저항력 FG + 마찰저항력 FR)의 값이 기준주행저항력보다 작다면, 연료절약을 위하여 연료 분사중지 주행을 실행할 것을 안내하는 단계를 더 수행하는 것일 수 있다.
상기 제어부는 상기 안내 후 가속페달의 누름이 해제된 경우 또는 가속페달의 누름의 해제가 없더라도 2 ~ 3 초의 시간을 경과한 후에는 연료 분사중지 주행 안내를 해제하는 것이 바람직하다.
상기 GPS 정보 및 그것을 처리하여 산출하는 데이터를 제외한 데이터는 차종별로 측정하거나 실험하여 얻은 데이터로서 상기 메모리부에 저장된 것이 바람직하다.
상기 장치는 GPS 수신기를 포함하는 네비게이션 장치 또는 스마트폰인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 상기한 에코드라이브 유도장치에 설치되어 상기 제어부에 의하여 수행되는 단계들을 포함하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도방법을 구현하는 애플리케이션 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체를 제공한다.
본 발명의 에코드라이브 유도장치는 차량의 주행정보를 실시간으로 수집하는 별도의 장치 없이, 단지 GPS 수신기를 포함하는 차량 네비게이션 장치 또는 스마트폰으로 이루어지기 때문에, 경제운전을 달성하기 위한 비용을 최소화함으로써 경제운전에 의하여 달성되는 순수한 경제적 가치를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 에코드라이브 유도장치는 실제 상황을 근사적으로 반영하기 때문에 소비자에게 충분한 만족감을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 에코드라이브 유도장치의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 에코드라이브 유도장치에 의하여 구현되는 절차로서, GPS 수신기로부터 실시간으로 수신되는 GPS 정보만을 이용하여 차량이 연료 분사중지 주행중인지 여부를 판단하는 절차에 관한 흐름도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 에코드라이브 유도장치의 성능을 테스트하기 위하여 차량에 설치한 상태로서, GPS 수신기를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 에코드라이브 유도장치의 성능을 테스트하기 위하여 차량에 설치한 상태를 보여주는 사진이다.
도 5는 도 4의 장치를 실차 실험한 결과로서, 본 발명에 따라 산출한 예측고도가 실측고도를 반영하는 정도를 그래프로 도시하였다.
도 6은 본 발명의 에코드라이브 유도장치에 의하여 구현되는 절차로서, GPS 수신기로부터 실시간으로 수신되는 GPS 정보만을 이용하여 차량의 순시적 연료소모율을 계산하는 절차에 관한 흐름도를 나타낸다.
도 7은 도 4의 장치를 실차 실험한 결과로서, 본 발명에 따라 산출한 연비를 차량에 장착된 차량의 주행정보를 실시간으로 수집하는 장치에 의하여 표시된 연비와 비교한 결과를 그래프로 도시하였다.
도 8은 본 발명의 에코드라이브 유도장치에 의하여 구현되는 절차로서, GPS 수신기로부터 실시간으로 수신되는 GPS 정보만을 이용하여 연료 분사중지 주행을 안내하는 절차에 관한 흐름도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 에코드라이브 유도장치에서 연료 분사중지 주행에 대한 안내 및 연료소모율 표시를 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 에코드라이브 유도장치는 도 1에 도시된 바와 같이, GPS 수신부(100), 제어부(200), 사용자 입력부(300), 메모리부(400), 디스플레이부(500) 및 스피커(600)를 포함한다.
GPS 수신부(100)는 GPS 정보를 실시간으로 수신하여 제어부(200)에 전달하는 것으로서, 차량 네비게이션 장치, 스마트폰 등에 장착되는 것과 동일한 것이다. 제어부(200)는 GPS 수신부로부터 실시간으로 수신되는 GPS 정보를 처리하여 본 발명에 따른 에코드라이브 기능을 수행하는 것이다. 사용자 입력부(300)는 본 발명에 따른 에코드라이브 유도장치를 실행하기 위한 요청, 프로그램에 필요한 사항의 설정, 프로그램 실행을 위하여 필요한 데이터의 입력 등을 사용자가 수행할 수 있게 하는 것으로서, 최근에는 주로 터치패널로 이루어지지만, 키보드로 구성될 수도 있다. 메모리부(400)는 제어부(200)의 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 저장하고 또한 제어부의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장하는 것이다. 디스플레이부(500)는 제어부에 의한 처리 및 결과를 화면으로 보여주는 것으로서, 특히 연료 분사중지 주행의 안내 및 순시적 연료소모율을 화면으로 표시하는 것이다. 스피커(600)는 제어부에 의한 처리 및 결과를 음성으로 나타내는 것으로서, 연료 분사중지 주행의 안내를 음성으로 출력한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 에코드라이브 유도장치(10)에서 제어부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, GPS 수신기로부터 실시간으로 수신되는 GPS 정보만을 이용하여 차량이 연료 분사중지 주행중인지 여부를 판단하는 절차를 수행한다. 제어부(200)는 현재 차량의 주행 상태가 연료 분사중지 주행인지를 판단하기 위하여, 먼저 실시간으로 수신된 GPS 정보를 사용하여 아래 수학식 1에 따라 차량이 주행중인 도로에서 차량의 전방 도로의 고도를 예측하고 그럼으로써 전방 도로의 경사각을 예측한다(단계 S100).
수학식 1
Figure 112012093199626-pat00009
(여기에서,
Figure 112012093199626-pat00010
는 시각 t에서 예측 고도데이터이고,
Figure 112012093199626-pat00011
는 자기회귀계수이며,
Figure 112012093199626-pat00012
는 시각 t보다 앞선 시각에서 측정한 고도데이터이고,
Figure 112012093199626-pat00013
는 시각 t에서 발생한 오차를 나타냄. 위 식을 풀어쓰면,
Figure 112012093199626-pat00014
로 표시될 수 있으며, 자기회귀계수 a는 아래 수학식 2에 의하여 계산할 수 있음)
수학식 2
Figure 112012093199626-pat00015
(여기에서, r은 시계열의 단계에서의 자기상관계수이며, 아래 수학식 3에 의하여 계산할 수 있음)
수학식 3
Figure 112012093199626-pat00016
(여기에서, μ는 평균이고, σ는 표준편차임)
수학식 1은 자기회귀 예측 알고리듬을 나타낸 것인데, 본 발명에서는 예측할 시각 t 보다 앞선 과거의 고도 데이터에 근거하여 예측할 시각 t일 때의 고도를 예측하는데 사용하였다. 수학식 3에 의하여 자기상관계수를 구한 후 수학식 2에 의하여 자기회귀계수를 구하고 그런 후 수학식 1에 의하여 예측 고도를 산출한다. 예측 고도가 산출되면 차량 위치의 경사각도 산출된다. 자기회귀 예측 알고리듬에 의하여 고도를 예측하기 위해서는 GPS 수신기로부터 수신된 과거 고도 데이터가 필요한 양만큼 메모리부에 저장되어야 한다. 사용되는 과거 고도 데이터의 양이 많을수록 예측은 더욱 정확하게 되지만, 처리시간 또한 많이 걸리게 된다. 따라서, 처리시간 및 정확도를 고려하여 사용될 과거 데이터의 양이 결정된다.
자기회귀 예측 알고리듬에 의하여 예측 고도 및 예측 경사각이 산출되면, 제어부(200)는 다음으로 실시간으로 수신된 GPS 정보로부터 차량의 속력 V를 산출하고 또한 가속도 ACC를 산출한다(단계 S110). 제어부는 또한 아래 수학식 4에 따라 가속도 ACC_force를 산출한다(단계 S120). 이때 가속도 ACC_force는 차량이 연료 분사중지 주행 상태인 것으로 보고 계산한 가속도로서 차량이 연료 분사중지 주행 상태에 있는지 여부를 판단하는 기준값이 된다.
수학식 4
ACC_force = (-1/OW) x {(FA + FG + FR) + PACC x 1000/V}
(여기에서, OW는 차량의 무게(kg)이고, FA는 차량의 공기저항력(단위는 N), FG는 구배저항력(단위는 N), FR은 마찰저항력(단위는 N), PACC는 보기류 소모출력(단위는 kW)으로서 아래 수학식 5 내지 수학식 8에 의하여 구하여지고, V는 차량의 속력임.)
수학식 5
FA = 0.5 x RHO x CD x AF x V2
(여기에서, RHO는 공기밀도로서 1.2 kg/m3이고, CD는 차량의 외관 디자인에 의하여 결정되는 공기저항계수이며, AF는 차량의 투영면적(m2) 또는 전면투영면적으로서, 차량을 지면에 대해 수직한 면에 투영하였을 때 형성되는 면적이고, 보통 차고와 차폭의 곱으로 계산되는 것임)
수학식 6
FG = 9.8 x OW x GR
(여기에서, GR은 도로구배를 나타내는 것으로서, GR = sin θ이며, θ는 상기 단계에서 GPS 정보를 이용하여 산출한 도로의 경사각을 나타냄)
수학식 7
FR = 9.8 x CR x OW
(여기에서, CR은 도로와 타이어 표면의 구름마찰저항계수(rolling resistance coefficeint)로서, 포장도로의 경우 약 0.02 ~ 0.03 정도임)
수학식 8
PACC = PRAT x (0.0044 x V + 0.08)
(여기에서, PRAT는 차량 정격출력(kW)을 나타냄)
상기 수학식들에서 사용되는 OW, CD, AF, 및 PRAT는 구체적인 차량에 따라 정하여지는 상수이다. 정확한 값을 산출하기 위해서는, 예를 들어 OW는 차량의 무게뿐만 아니라 탑승자의 무게까지 합한 무게를 적용하여야 하지만, 출고시 표시된 차량의 무게를 적용하더라도 큰 오차가 발생하지는 않는다. 따라서, 예를 들어 아래 표와 같이 차량의 타입에 따라 개략적으로 결정하는 것이 편리할 수 있다. 이러한 데이터는 본 발명의 장치에서 메모리부(400)에 데이터베이스 형태로 저장하고, 사용자는 자신의 차량 타입을 선택함으로써, 본 발명의 장치가 해당 데이터를 사용할 수 있게 하는 것이다.
차량 타입 OW
(차중),
kg		 CD
(공기저항
계수)		 AF
(투영면적)
, m2 		PRAT
(정격출력)
, kW
경차: 마티즈, 모닝 1000 0.35 1.7 60
소형승용차: 아반테, SM3, 티뷰론 1200 0.38 1.8 70
중형승용차: 소나타, 그랜저(3000cc 이하) 1500 0.42 1.9 80
대형승용차: 제네시스, 에쿠스(3000cc 이상), LPG(카렌스, 레조) 1600 0.45 2.0 90
RV: 소렌토, 윈스톰(디젤) 1800 0.50 2.8 60
소형트럭: 3톤이하(스타렉스, 트라제LPG, 카니발디젤) 2000 0.55 4.0 75
중형트럭: 5톤이하 7500 0.60 5.0 100
대형트럭: 5톤이상 13000 0.70 8.5 280
소형버스: 마을버스 2500 0.50 4.0 75
중형버스: 시내버스 6000 0.55 5.0 100
대형버스: 고속버스 10000 0.65 6.5 130
다음으로, 제어부(200)는 상기와 같이 산출한 가속도 ACC를 가속도 ACC_force와 비교하여 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 작거나 같은지를 판단한다(단계 S130). 만약 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 작거나 같은 경우 차량이 연료 분사중지 주행중인 것으로 판단하고(단계 S140), 그렇지 않은 경우에는 차량은 연료 분사중지 주행중이 아닌 것으로 판단한다(단계 S150).
이러한 절차에서 고도 예측 과정이 일제로 측정된 고도와 얼마나 일치하는지를 확인하기 위하여 본 발명에 따른 장치를 차량에 실제로 장착하여 테스트를 하였다. 도 3은 GPS 수긴기가 차량에 장착된 상태를 보여주며, 도 4는 그러한 GPS 수신기가 연결된 본 발명에 따른 장치를 보여준다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 적용한 자기회귀 예측 알고리듬은 실제로 측정한 고도와 거의 일치하는 고도를 예측할 수 있다는 것이 확인되었다.
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 장치에서 순시적 연료소모율을 계산하고 디스플레이부(500)에 표시하는 절차에 대하여 설명한다.
제어부(200)는 공기저항력 FA, 구배저항력 FG, 마찰저항력 FR, 가속저항력 FI, 주행저항력 FTR을 각각 계산한다(단계 S200). 이때, 공기저항력 FA, 구배저항력 FG, 마찰저항력 FR은 위에서 언급한 절차에서 이미 산출하였고 그렇게 구한 값들을 사용하면 되므로, 실제로 이 단계에서는 이 값들의 계산절차는 수행되지 않는다. 물론 이전 절차에서 이 값들이 계산되지 않았다면 이러한 계산절차는 수행되어야 한다. 따라서, 이 단계에서 제어부(200)는 가속저항력 FI, 주행저항력 FTR을 아래 수학식 9 및 수학식 10에 의하여 계산한다.
수학식 9
FI = Max (0, OW x ACC)
수학식 10
FTR = FA + FG + FR + FI
다음으로, 제어부(200)는 차량출력 PTR, 보기류소모출력 PACC, 차량총출력 PTOT를 계산한다(단계 S210). 이때, 보기류소모출력 PACC는 위에서 언급한 절차에서 이미 산출하였고 그렇게 구한 값을 사용하면 되므로, 실제로 이 단계에서는 이 값의 계산절차는 수행되지 않는다. 물론 이전 절차에서 이 값이 계산되지 않았다면 이러한 계산절차는 수행되어야 한다. 따라서, 이 단계에서 제어부(200)는 차량출력 PTR 및 차량총출력 PTOT를 각각 아래 수학식 11 및 수학식 12에 의하여 계산한다.
수학식 11
PTR = FTR x V/1000
수학식 12
PTOT = PTR/EDT + PACC (여기에서 EDT는 엔진에서 타이어까지의 동력전달효율을 의미하는 것으로서, 차종별 실험에 의하여 도출된 계수임)
제어부(200)는 또한 연료-출력 변환계수 ZETA를 계산한다(단계 S220). 연료-출력 변환계수 ZETA는 아래 수학식 13에 의하여 산출된다.
수학식 13
ZETA = (ZETAB - CY) x {1 + EHP x (PTOT - 0.8 x PACC)/PRAT}
(여기에서, ZETAB는 연료-출력변환 기본 계수값으로서, 1 kW의 출력을 내기 위해 소모해야 하는 연료소모량을 의미함, 단위는 cc/kW·s, CY는 공인연비 및 연식 보정계수로서, CY = (CFE - YY + MY)/600임. 이때, CFE는 공인연비로서 사용자가 직접 입력하거나 사용자가 차량의 종류를 입력하면 그에 따라 데이터베이스에 입력된 값들 중에서 해당하는 차량의 종류에 따라 결정되는 값이고, YY는 현재 연도이며, MY는 차량의 연식으로서 사용자가 직접 입력하는 것임. EHP는 현재 엔진출력 상태에 따라 ZETAB를 보정하기 위한 값으로 차종별 실험에 의하여 도출된 계수임)
수학식 13에서 CY에 대하여 더욱 상세하게 설명하면, CY는 공인연비 및 연식 보정계수인데, 수학식 CY = (CFE - YY + MY)/600에 의하여 산출된다. 이때, CFE는 완성차 생산업체가 차량을 출고하기 전에 다양한 상황에서 테스트한 후 산출한 연비를 나타낸다. 이러한 공인연비는 사용자가 직접 입력하는 것일 수도 있고, 더욱 편리하게는, 출고된 다양한 차량에 대한 공인연비를 데이터베이스로 저장하고, 사용자가 차량의 종류를 입력하면 그에 따라 데이터베이스에서 해당 차량에 대응하는 공인연비가 선택되는 것이다. YY는 현재 연도이며, MY는 차량의 연식으로서 사용자가 직접 입력하는 것이다. 예를 들어, 현재 연도는 2012년이고, 해당 차량의 연식이 2011년이고 공인연비가 12.50 km/l인 경우 CY = (12.50 - 2012 + 2011)/600 = 0.0192 로 계산된다.
또한, 상기 수학식들에서 사용되는 ZETAB, EHP, EDT 등의 데이터는 차량에 따라 정하여지는 정수이다. 정확한 값을 산출하기 위해서는, 개개의 차량에 대하여 측정하여야 하겠지만, 예를 들어 아래 표와 같이 차량의 타입에 따라 개략적으로 결정하는 것이 편리할 수 있다. 이러한 데이터는 본 발명의 장치에서 메모리부(400)에 데이터베이스 형태로 저장하고, 사용자는 자신의 차량 타입을 선택함으로써, 본 발명의 장치가 해당 데이터를 사용할 수 있게 하는 것이다.
차량 타입 ZETAB
(연료-출력변환계수), cc/kW·s		 EHP
(연료출력보정계수)		 EDT
(동력전달효율)		 Idel_Fuel
(아이들연료소모율), cc/s
경차: 마티즈, 모닝 0.064 0.25 0.90 0.25
소형승용차: 아반테, SM3, 티뷰론 0.065 0.25 0.90 0.30
중형승용차: 소나타, 그랜저(3000cc 이하) 0.066 0.25 0.90 0.36
대형승용차: 제네시스, 에쿠스(3000cc 이상), LPG(카렌스, 레조) 0.067 0.25 0.90 0.48
RV: 소렌토, 윈스톰(디젤) 0.057 0.10 0.90 0.48
소형트럭: 3톤이하(스타렉스, 트라제LPG, 카니발디젤) 0.057 0.10 0.86 0.37
중형트럭: 5톤이하 0.057 0.10 0.86 0.37
대형트럭: 5톤이상 0.056 0.10 0.86 1.12
소형버스: 마을버스 0.057 0.10 0.86 0.37
중형버스: 시내버스 0.057 0.10 0.86 0.37
대형버스: 고속버스 0.057 0.10 0.86 1.12
다음으로 제어부(200)는 가속도 ACC가 기준 가속도 ACC_force보다 작거나 같은지를 판단하고(단계 S230), 만약 그렇다면 그 상황을 연료 분사중지 주행 중인 것으로 판단하여 실시간 연료소모율 IFC의 값을 0으로 설정한다(단계 S240).
통상적으로 가속도 ACC가 기준 가속도 ACC_force보다 작거나 같은 경우에는 어떠한 경우라도 연료 분사중지 주행 중에 해당하지만, 위에서 언급한 바와 같이, 적용하는 상수값들이 정확한 값들을 반영하는 것이 아니고 대략적인 값들을 반영하는 것이므로, 차량의 속도가 높은 경우에는 연료 분사중지 주행 중인지 여부에 대한 판단이 정확하게 이루어지지만, 차량의 속도가 낮은 경우에는 적용되는 상수값들의 오차로 인하여 정확한 판단이 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 더욱 정확한 판단을 위하여, 속력 V가 40 km/h를 초과하는 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 0으로 산정하고, 속력 V가 40 km/h 이하인 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 수학식 IFC = ZETA x PTOT 에 의하여 산출할 수 있다.
한편, 가속도 ACC가 기준 가속도 ACC_force보다 크다면, 실시간 연료소모율 IFC는 수학식 IFC = ZETA x PTOT 에 따라 산출된다(단계 S250).
그렇게 산출된 실시간 연료소모율 IFC는 디스플레이부(500)에 표시된다(단계 S260).
속력이 0보다 큰 경우에는 상기와 같은 방법으로 실시간 연료소모율 IFC를 산출하는 반면에 속력이 0인 경우에는 아이들 연료소모율 Idle_Fuel을 실시간 연료소모율로 정할 수 있다. 아이들 연료소모율 Idle_Fuel은 표 2에 도시한 바와 같이, 차량의 타입에 따라 메모리부(400)에 저장된 값을 사용할 수 있다.
이렇게 표시된 실시간 연료소모율은 차량의 주행정보를 실시간으로 수집하여 계산한 실시간 연료소모율보다 정확하지는 않지만, 개략적으로 동일한 경향성을 나타낸다. 본 발명의 장치가 실시간 연료소모율을 얼마나 정확하게 반영하는지 여부를 확인하기 위하여 상기에서 설명한 바와 같이, 실차 실험을 하였고, 도 7과 같은 결과를 얻었다. 도 7의 그래프에 의하면, 본 발명의 장치는 실제 실시간 연료소모율을 상당히 정확하게 반영하고 있음을 확인할 수 있다.
이렇게 측정한 순시적 연료소모율을 시간에 대하여 합산하면 그 때까지 소모된 총 연료량이 되고, 이것을 주행거리로 나누면 해당 주행에 대한 연비가 산출된다. 한편, 순시적 연료소모율(단위는 cc/s) 대신에 순시적 연비(단위는 km/l)를 표시하는 것이 사용자가 이해하기 쉽다. 순시적 연비는 V/IFC에 의해 계산되어 산출될 수 있다. 여기에서, V는 차량의 속력이고, IFC는 순시적 연료소모율이다. 따라서, 본 발명에서 순시적 연료소모율의 표시는 순시적 연비의 표시와 동등한 것이라 할 것이다. 이와 같이 계산된 값들은 디스플레이부(500)에 의하여 표시될 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여 본 발명의 장치에서 연료 분사중지 주행을 안내하는 절차에 대하여 설명한다.
먼저 제어부(200)는 차량이 연료 분사중지 주행의 상태가 아닌지를 판단한다. 즉 가속도 ACC가 기준 가속도 ACC_force보다 큰지를 판단한다(단계 S300).
그런 후 제어부는 차량의 속력 V가 기준속력 V_LEVEL보다 큰지를 판단한다(단계(S310). 이때 기준속력 V_LEVEL는 연료 분사중지 주행이 가능한 속력으로 적절하게 결정할 수 있으며, 대략 70 km/h의 속력으로 결정하면 무난하다.
다음으로, 도로의 경사도가 0보다 작은지, 즉 내리막길인지를 판단한다(단계 S320). 내리막길이 아니라면 연료 분사중지 주행이 가능하지 않기 때문이다.
다음으로, 가속저항력 FI를 제외한 주행저항력 FTR, 즉 공기저항력 FA, 구배저항력 FG 및 마찰저항력 FR의 합계가 기준주행저항력 F_LELEL보다 작은지를 판단한다(단계 S330). 이때 기준주행저항력 F_LELEL은 차량이 연료 분사중지 주행을 할 수 있도록 하는 정도에서 적절하게 결정할 수 있으며, 통상적으로 차중의 20% 정도로 결정될 수 있다.
다음으로 이러한 조건들을 모두 만족하면, 제어부는 디스플레이부(500) 및 스피커(600)를 통하여 운전자에게 연료 분사중지 주행을 실행할 것을 안내한다(단계 S340). 도 9에는 디스플레이부(500)에 연료 분사중지 주행을 실행할 것을 안내하는 예를 도시하였다. 도 9에 의하면, 운전자는 화면에 'GREEN ZONE'이라는 표시가 나타나면 그때 가속페달에서 발을 떼면 연료 분사중지 주행을 할 수 있음을 인식하게 된다. 디스플레이부에 의한 이러한 안내와 더불어 스피커를 통하여 예를 들어 "연료 분사중지 주행을 할 수 있습니다!"라는 음성안내를 출력할 수도 있다.
10: 에코드라이브 유도장치 100: GPS 수신부
200: 제어부 300: 사용자 입력부
400: 메모리부 500: 디스플레이부
600: 스피커

Claims (9)

  1. GPS 정보를 실시간으로 수신하는 GPS 수신부, 상기 GPS 수신부로부터 수신한 GPS 정보를 처리하는 제어부, 및 상기 제어부의 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 저장하고 또한 상기 제어부의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장하는 메모리부를 포함하는 에코드라이브 유도 장치이고,
    상기 제어부는 상기 실시간으로 수신된 GPS 정보로부터 아래 수학식 1에 따라 차량의 전방 도로의 고도를 예측하고 또한 전방 도로의 경사각을 예측하는 단계,

    수학식 1
    Figure 112013001813225-pat00017

    (여기에서,
    Figure 112013001813225-pat00018
    는 시각 t에서 예측 고도데이터이고,
    Figure 112013001813225-pat00019
    는 자기회귀계수이며,
    Figure 112013001813225-pat00020
    는 시각 t보다 앞선 시각에서 측정한 고도데이터이고,
    Figure 112013001813225-pat00021
    는 시각 t에서 발생한 오차를 나타냄. 위 식을 풀어쓰면,
    Figure 112013001813225-pat00022
    로 표시될 수 있으며, 자기회귀계수 a는 아래 수학식 2에 의하여 계산할 수 있음)

    수학식 2
    Figure 112013001813225-pat00023

    (여기에서, r은 시계열의 단계에서의 자기상관계수이며, 아래 수학식 3에 의하여 계산할 수 있음)

    수학식 3
    Figure 112013001813225-pat00024

    (여기에서, μ는 평균이고, σ는 표준편차임)

    상기 수신된 GPS 정보로부터 속도 V를 산출하고 또한 가속도 ACC를 산출하는 단계,
    아래 수학식 4에 따라 가속도 ACC_force를 산출하는 단계, 및

    수학식 4
    ACC_force = (-1/OW) x {(FA + FG + FR) + PACC x 1000/V}
    (여기에서, OW는 차량의 무게(kg)이고, FA는 차량의 공기저항력(단위는 N), FG는 구배저항력(단위는 N), FR은 마찰저항력(단위는 N), PACC는 보기류 소모출력(단위는 kW)으로서 아래 수학식 5 내지 수학식 8에 의하여 구하여지고, V는 차량의 속력임.)

    수학식 5
    FA = 0.5 x RHO x CD x AF x V2
    (여기에서, RHO는 공기밀도로서 1.2 kg/m3이고, CD는 차량의 외관 디자인에 의하여 결정되는 공기저항계수이며, AF는 차량의 투영면적(m2) 또는 전면투영면적으로서, 차량을 지면에 대해 수직한 면에 투영하였을 때 형성되는 면적이고, 보통 차고와 차폭의 곱으로 계산되는 것임)

    수학식 6
    FG = 9.8 x OW x GR
    (여기에서, GR은 도로구배를 나타내는 것으로서, GR = sin θ이며, θ는 상기 단계에서 GPS 정보를 이용하여 산출한 도로의 경사각을 나타냄)

    수학식 7
    FR = 9.8 x CR x OW
    (여기에서, CR은 도로와 타이어 표면의 구름마찰저항계수(rolling resistance coefficeint)로서, 포장도로의 경우 0.02 ~ 0.03 임)

    수학식 8
    PACC = PRAT x (0.0044 x V + 0.08)
    (여기에서, PRAT는 차량 정격출력(kW)을 나타냄)

    상기 산출한 가속도 ACC를 가속도 ACC_force와 비교하여 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 작거나 같은 경우 차량은 연료 분사중지 주행중인 것으로 판단하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 가속저항력 FI, 주행저항력 FTR, 차량출력 PTR 및 차량총출력 PTOT를 각각 아래 수학식 9 내지 수학식 12 계산하고, 연료-출력 변환계수 ZETA를 아래 수학식 13에 의하여 산출하는 단계, 및

    수학식 9
    FI = Max (0, OW x ACC)

    수학식 10
    FTR = FA + FG + FR + FI

    수학식 11
    PTR = FTR x V/1000

    수학식 12
    PTOT = PTR/EDT + PACC (여기에서 EDT는 엔진에서 타이어까지의 동력전달효율을 의미하는 것으로서, 차종별 실험에 의하여 도출된 계수임)

    수학식 13
    ZETA = (ZETAB - CY) x {1 + EHP x (PTOT - 0.8 x PACC)/PRAT}
    (여기에서, ZETAB는 연료-출력변환 기본 계수값으로서, 1 kW의 출력을 내기 위해 소모해야 하는 연료소모량을 의미함, 단위는 cc/kW·s, CY는 공인연비 및 연식 보정계수로서, CY = (CFE - YY + MY)/600임. 이때, CFE는 공인연비로서 사용자가 직접 입력하거나 사용자가 차량의 종류를 입력하면 그에 따라 데이터베이스에 입력된 값들 중에서 해당하는 차량의 종류에 따라 결정되는 값이고, YY는 현재 연도이며, MY는 차량의 연식으로서 사용자가 직접 입력하는 것임. EHP는 현재 엔진출력 상태에 따라 ZETAB를 보정하기 위한 값으로 차종별 실험에 의하여 도출된 계수임)

    상기 연료 분사중지 주행 여부의 판단 단계에서 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 큰 것으로 판정한 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 수학식 IFC = ZETA x PTOT 에 의하여 산출하고, 가속도 ACC가 가속도 ACC_force보다 작거나 같은 것으로 판정한 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 0으로 산정하거나, 속력 V가 40 km/h를 초과하는 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 0으로 산정하고 속력 V가 0보다 크고 40 km/h 이하인 경우에는 실시간 연료소모율 IFC를 수학식 IFC = ZETA x PTOT 에 의하여 산출하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  3. 제2항에 있어서,
    속력이 0인 경우에는 실시간 연료소모율 IFC는 아이들 연료소모율 Idle_Fuel로 정하여지는 것임을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량의 실시간 연료소모율 IFC가 0이 아닌 경우, 속력이 기준속력보다 크고, 도로의 경사각이 내리막길이고, (공기저항력 FA + 구배저항력 FG + 마찰저항력 FR)의 값이 기준주행저항력보다 작다면, 연료절약을 위하여 연료 분사중지 주행을 실행할 것을 안내하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 차량이 연료 분사중지 주행 중이 아닌 경우, 속력이 기준속력보다 크고, 도로의 경사각이 내리막길이고, (공기저항력 FA + 구배저항력 FG + 마찰저항력 FR)의 값이 기준주행저항력보다 작다면, 연료절약을 위하여 연료 분사중지 주행을 실행할 것을 안내하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 안내 후 가속페달의 누름이 해제된 경우 또는 가속페달의 누름의 해제가 없더라도 2 ~ 3 초의 시간을 경과한 후에는 연료 분사중지 주행 안내를 해제하는 것을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 GPS 정보 및 그것을 처리하여 산출하는 데이터를 제외한 데이터는 차종별로 측정하거나 실험하여 얻은 데이터로서 상기 메모리부에 저장된 것임을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 GPS 수신기를 포함하는 네비게이션 장치 또는 스마트폰인 것을 특징으로 하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 에코드라이브 유도장치에 설치되어 상기 제어부에 의하여 수행되는 단계들을 포함하는 지피에스 데이터만의 실시간 입력에 의한 에코드라이브 유도방법을 구현하는 애플리케이션 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
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