KR101325500B1 - 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법에 에 관한 것으로서, 스탑엔고 모드(Stop And Go Mode)가 활성화된 상태에서 차량이 정지해 있을 경우, 시상수가 적용된 필터 로직을 통해 모델링된 배기 가스 온도가 실제 배기 가스 온도와 동일한 거동을 하게 모델링 한다.

Description

스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법{Modelling Method for Controlling Exhaust Gas Temperature Of Stop And Go Vehicle}

본 발명은 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법에 에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스탑엔고 모드(Stop And Go Mode)가 활성화된 상태에서 차량이 정지 후 출발 시, 시상수가 적용된 필터 로직을 통해 모데링된 배기 가스 온도가 실제 배기 가스 온도와 동일한 거동을 하게 모델링 하는 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법에 관한 것이다.

촉매 온도는 고온에 의해 촉매가 손상되는 것을 방지하도록 하는 COP(Catalytic Converter Temperature Overheating Protection) 로직에서 기준값으로 사용되는 것으로서, 촉매의 손상을 방지하기 위해서는 촉매 온도의 정확한 모델링이 요구된다. 이러한 촉매 온도의 모델링은 배기 가스 온도의 모델링과 밀접한 관련이 있다. 촉매의 손상을 방지하기 위해서는, 엔진의 배기 가스 온도의 정확한 모델링이 선행되어야 한다.

실제 배기 가스 온도보다 모델링한 온도가 낮으면 촉매의 손상 우려가 있으며, 실제 배기 가스 온도보다 모델링한 배기 가스 온도가 높으면 불필요한 상황에서도 촉매온도를 낮추기 위해 COP 로직에 의해 공연비를 농후하게 제어하게 됨에 따라 연비가 악화되는 문제가 있다.

이러한 배기 가스 온도를 모델링 하기 위한 종래 기술은 연소 후 배기밸브 위치의 배기가스 온도를 임의의 엔진회전 수 및 흡입 공기량에 따라 측정한 후 측정된 배기가스의 온도를 연료분사량에 따른 온도 변화를 보정한 후 열전달식에 의하여 배기파이프 각각의 위치에 따라 대기온도 및 차속에 따라 변할 온도를 모델링하여 구하였다.

물론, 각 온도의 모델링 값에 대한 변화하는 속도를 다르게 설정할 수는 있지만 그 변화하는 방향까지 다르게 설정할 수는 없으므로, 엔진 회전수 및 흡입 공기량이 급격히 변하는 과도 상태에서 배기가스 온도가 하강하더라도 촉매온도가 급격히 상승하는 실제 물리현상의 경우, 촉매온도를 정확하게 모델링할 수 없다는 심각한 문제가 있다.

특히, 일반 차량에서 시동이 꺼지는 상황은 운전자가 키를 돌려 시동을 끄는데 그 후 운전자가 바로 다시 시동을 거는 상황은 특별한 경우가 아닌 이상 거의 드물다.

따라서 시동이 꺼지는 상황이 발생하면 재시동 시, 모델링된 배기파이프 내부의 배기 가스 온도는 통상 시동이 꺼진 지 오랜 시간이 지난 것으로 판단하고 배기 파이프의 벽면 온도로 수렴하게끔 모델링이 되어 있다.

그러나 스탑엔고(Stop And Go) 차량에서 스탑엔고 모드가 활성화된 차량의 경우, 시동 꺼짐이 빈번하게 발생하고 꺼져있는 시간도 기존 차량 대비 매우 짧다.

즉, 스탑엔고 모드가 활성된 차량에서 일반 차량에서 사용하고 있는 모델링로직을 사용하게 되면, 시동 꺼짐이 빈번하게 발생하므로, 실제 배기 가스의 온도와 모델링 된 배기 가스 온도의 차이가 매우 크게 벌어지는 현상이 빈번하게 발생한다.

이는, 스탑엔고 모드의 차량에서 배기 가스 온도를 정확하게 모델링하지 못하면, 촉매 온도의 정확한 모델링이 어렵고, 결과적으로 잘못된 촉매 온도의 모델링으로 인해 촉매 손상을 유발한다.

따라서, 본 발명의 목적은 배기 가스의 온도를 정확하게 추정하는 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 스탑 엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법은, 운전 주행 정보와 엔진 주행 정보를 이용하여 차량의 스탑 엔 고 모드(SG 모드)의 활성화 여부를 판단하는 단계와, 상기 스탑 엔 고 모드가 활성화된 경우, 차량의 정지 여부를 판단하는 단계와, 상기 차량의 정지를 판단한 경우, 상기 배기 가스 온도를 모델링 하기 위한 필터 로직에 시상수값을 적용하는 단계 및 상기 시상수값이 적용된 필터 로직의 실행을 통해 상기 스탑 엔 고 모드에서의 배기 가스 온도를 모델링하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 스탑엔고 모드의 차량에서 배기 가스 온도를 정확하게 모델링함으로써, 촉매 온도의 정확한 모델링이 가능케하고, 결과적으로 잘못된 촉매 온도의 모델링으로 인해 촉매 손상을 방지하고, 더 나아가 연비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링을 위한 온도 모델링 시스템의 내부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모델링 시스템을 이용한 스탑 엔 고 차량에서의 배기 가스 온도 모델링 과정을 보여주는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 스탑 엔 고 차량에서의 배기 가스 온도 모델링을 위한 온도 모델링 시스템의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 스탑 엔 고 차량에서의 배기 가스 온도 모델링을 위한 모델링 시스템(100)은 파라미터 입력부(110), 모델링 설정부(120), 로직 실행부(130) 및 엔진 제어 로직(140)을 포함하며, 상기한 각 구성들은 칩과 같은 하드웨어 형태의 로직으로 구현될 수도 있으며, 하나의 컴퓨팅 장치에서 실행되는 소프트웨어 형태의 로직으로 구현될 수도 있다.

상기 파라미터 입력부(110)는 스탑 엔 고 차량의 운전 주행 정보, 엔진 주행 정보 등을 입력받는 인터페이스 로직으로서, 상기 운전 주행 정보에는 시동 키 온(ON) 값, 상기 시동키 온(ON) 값 이후 차량의 시동 여부를 판단하기 위한 엔진의 RPM 값, 차량의 주행 속도를 나타내는 차량의 차속값, 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는지를 나타내는 브레이크 값, 스탑 엔 고 모드의 활성화를 나타내는 모드 값 등이 있을 수 있다. 상기 엔진 주행 정보에는 배기 가스 온도의 실지적인 모델링을 위한 실험값으로서, 흡기 매니폴드(Intake Manifold) 내의 압력을 이용한 흡입 공기량 값, 인젝터의 연료분사량값, 이그저스트 파이프(Exhaust pipe) 내의 람다 센서(lambda sensor: 산소 센서)를 통해 얻을 수 있는 공기와 연료간의 혼합비(또는 연소 공연비) 값 등이 있을 수 있다. 무엇보다도 상기 파라미터 입력부는 차량의 시동꺼짐 상태가 빈번하게 발생하는 스탑 엔 고 모드가 활성화된 상태에서, 실제 배기 가스의 온도와 모델링된 배기 가스 온도의 차이를 최소화하기 위한 시상수 값을 더 입력받는다.

상기 모델링 설정부(120)는 스탑 엔 고 차량의 운전 주행 정보, 엔진 주행 정보를 이용하여 배기 가스 온도 모델링을 하고, 무엇보다도 상기 시상수 값을 이용하여 스탑 엔 고 모드에서의 차량 정차 후 출발 시, 모델링된 배기 가스의 온도가 배기파이프의 벽면 온도에서부터 시작되지 않도록 실제 배기 가스 온도와 모델링된 배기 가스 온도의 차이를 최소화하는 모델링 과정을 수행한다.

모델링된 배기 가스의 온도가 배기파이프의 벽면 온도에서부터 시작되지 않도록 수행되는 모델링 과정은 아래의 수학식 1과 같은 필터 로직으로 구현될 수 있다.

여기서,

는 계산이 이루어지는 시간(m/sec)이고,

는 실제 배기 가스 온도와 모델링된 배기 가스 온도의 차이를 최소화하기 위한 시상수(time constant)이고,

는 상기 시상수가 적용되는 모델링 온도 즉, 차량 개발시 엔지니어가 엔진 회전 수와 공기 량에 따라 측정된 배기 가스 온도에 연료 분사을 보정해서 계산된 배기 가스 온도이다.

상기 수학식 1에 의해 적용되는 시상수

는 아래의 파라미터 테이블과 같이, 대기온도 별로 설정되어 시스템 설계자에 의해 설정될 수 있다.

대기온도	-10	0	10	20	...
시상수	α1	α2	α3	α4	...

여기서, α1 < α2 < α3 < α4

또한 모델링 설정부(120)는 상기와 같은 스탑 엔 고 모들에서의 배기 가스 온도를 모델링할 뿐만 아니라 모델링된 배기 가스 온도를 기초하여 서브 로직을 통해 촉매 온도를 모델링한다.

상기 로직 실행부(130)는 상기 모델링 설정부(120)에 설정된 상기 수학식 1로 표현되는 필터 로직을 실행하여 해당 배기 가스 온도를 형성하고, 형성된 배기 가스 온도를 토대로 엔진 제어 로직(140)을 구동한다.

도 2는 도 1에 도시된 모델링 시스템을 이용한 스탑 엔 고 차량에서의 배기 가스 온도 모델링 과정을 보여주는 순서도이다.

도 2를 참조하면, 먼저, 스탑 엔 고 모드(SG 모드)의 활성화 여부가 판단된다(S210). 스탑 엔 고 모드(SG 모드)의 활성화 여부는 파라미터 입력부(110)를 통해 입력되는 시동 키 온(ON) 값, 상기 시동키 온(ON) 값 이후 차량의 시동 여부를 판단하기 위한 엔진의 RPM 값, 차량의 주행 속도를 나타내는 차량의 차속값, 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는지를 나타내는 브레이크 값, 스탑 엔 고 모드의 활성화를 나타내는 모드 값을 포함하는 운전 주행 정보를 통해 판단된다. 예컨대, 시동 키 온(ON) 값이 확인되고, 상기 시동키 온(ON) 값을 입력받은 후, 일정 수치 이상의 RPM 값 예컨대, 600 정도의 RPM 값이 확인되고, 일정 이상의 차속값이 확인되고, 브레이크 값 및 운전자의 버튼 누름을 통해 활성화되는 스탑 엔 고 모드의 활성화를 나타내는 모드 값이 확인되면, SG 모드가 활성된 것으로 판단된다.

이어, SG 모드가 활성화된 것으로 판단된 경우, 엔진의 시동 꺼짐 여부가 확인된다(S220). 이러한 시동 꺼짐 여부는 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는지를 나타내는 브레이크 값으로 설정된다.

이어, 시동 꺼짐이 확인된 경우, 앞서 설명한 바와 같은 수학식 1과 같은 필터 로직을 통해 대기 온도별로 배기가스온도를 모델링한다(S230). 이러한 모델링을 통해 실제 배기 가스 온도와 모델링된 배기 가스 온도의 차이를 최소화하는 SG 모드에서의 배기 가스 온도가 형성된다.

한편, 상기 단계(S210)에서, SG 모드가 비활성화된 것으로 설정되며, 이 경우는 별도의 로직을 통해 배기 가스 온도를 배기파이프 벽면 온도로 모델링하게 된다(S240).

Claims (4)

1. 엔진의 배기 가스 온도를 모델링하는 컴퓨팅장치가 운전 주행 정보 및 엔진 주행 정보를 입력받아서, 차량의 스탑 엔 고 모드의 활성화 여부를 판단하는 단계;
   상기 스탑 엔 고 모드가 활성화된 경우, 차량의 정지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 컴퓨팅 장치가 상기 차량의 정지를 판단한 경우, 상기 엔진 주행 정보를 이용하여 예측한 모델링된 배기 가스 온도가 배기파이프의 벽면 온도에서부터 시작되지 않도록 시상수값이 적용된 필터 로직을 통해 보정하는 단계;
   상기 컴퓨팅 장치가 보정된 보정된 배기 가스 온도를 상기 스탑엔고 모드에서의 배기 가스 온도로 모델링하는 단계;
   를 포함하는 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 차량의 스탑 엔 고 모드의 활성화 여부를 판단하는 단계는,
   시동 키 온(ON) 값, 상기 시동키 온(ON) 값 이후 차량의 시동 여부를 판단하기 위한 엔진의 RPM 값, 차량의 주행 속도를 나타내는 차량의 차속값, 운전자가 브레이크 페달을 밟고 있는지를 나타내는 브레이크 값, 스탑 엔 고 모드의 활성화를 나타내는 모드 값을 포함하는 상기 운전 주행 정보를 이용하여 상기 스탑 엔 고 모드의 활성화 여부를 판단하는 것인 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 엔진 주행 정보는,
   흡기 매니폴드(Intake Manifold) 내의 압력을 이용한 흡입 공기량 값, 크랭크 샤프트 포지션 센서(Crankshaft position sensor)에서 계산된 엔진 회전수, 인젝터의 연료분사량값, 이그저스트 파이프(Exhaust pipe) 내의 람다 센서(lambda sensor: 산소 센서)를 통해 획득한 공기와 연료 간의 혼합비(또는 연소 공연비) 값을 포함하는 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 스탑엔고 모드가 활성화되지 않은 경우에서는,
   상기 차량의 정지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 차량의 정지를 판단한 경우, 배기파이프의 벽면 온도 프로파일이 적용된 로직을 통해 상기 배기 가스 온도를 모델링 하는 단계
   를 포함하는 것인 스탑엔고 차량의 배기 가스 온도 모델링 방법.
   
   
   

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