KR101394771B1 - 차량의 공조 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 공조 제어 방법에 관한 것으로서, 승객이 탑승한 공간 이외의 불필요한 실내공간에 대한 냉난방 에너지의 소모를 저감하여 전기자동차의 주행거리를 증대시킬 수 있는 차량의 공조 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 차량 실내공간을 복수개의 존으로 구분하여 상기 각 존에 대한 개별 공조를 수행하기 위한 공조 제어 방법으로서, 상기 복수개의 존에서 승객이 탑승한 탑승존을 인식하여 선택하는 과정; 승객이 탑승한 탑승존이 한 개인지를 확인하는 과정; 승객이 탑승한 탑승존이 한 개이면 해당 탑승존에 토출된 공조용 공기가 탑승존에 존재하고 있는 공기와 혼합되는 비율을 나타내는 혼합비율 값을 이용하여 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 온도 보정 과정; 및 상기 보정된 탑승존의 온도에 기초하여 목표 토출온도를 산출하고 산출된 목표 토출온도를 이용하여 선택된 탑승존에 대한 온도 조절을 수행하는 탑승존 개별 공조 과정;을 포함하는 차량의 공조 제어 방법을 제공한다.

Description

차량의 공조 제어 방법{Air conditining control method for vehicle}
본 발명은 차량의 공조 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 승객이 탑승한 공간 이외의 불필요한 실내공간에 대한 냉난방 에너지의 소모를 저감하여 전기자동차의 주행거리를 증대시킬 수 있는 차량의 공조 제어 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이 자동차에는 실내온도를 조절하고 보다 쾌적한 실내 환경을 조성하기 위한 공조장치(HVAC:Heating, Ventilation, and Air Conditioning)가 장착되어 있다.
또한 최근에는 대부분의 차량에 운전자나 승객이 설정한 온도에 따라 실내온도를 자동으로 조절하여 쾌적한 환경을 유지해주는 FATC(Full Automatic Temperature Control) 시스템이 적용되고 있다.
이러한 FATC 시스템에서는, 사용자가 온도를 설정하면, 실내온도를 제어하기 위해, 일사량을 검출하는 일사량 센서, 외기온도를 검출하는 외기온 센서, 차량 실내온도를 검출하는 실내온 센서 등의 센서 검출신호를 공조제어기(FATC 제어기)가 입력받아 각 센서의 검출값에 기초하여 실내의 열부하를 계산하고, 그에 상응하는 공조부하를 고려하여 토출모드, 토출온도, 토출방향 및 토출풍량 등을 결정하게 된다.
더불어 공조제어기는, 실내온도 및 시스템 작동을 제어하기 위해, 토출온도를 검출하는 토출온 센서, 전기히터(예, PTC 히터)(내연기관 자동차의 경우 보조히터, 전기자동차의 경우 주 히터로 사용됨)의 온도를 검출하는 히터 온도센서, 증발기 온도를 검출하는 증발기 온도센서 등의 검출값을 입력받으며, 결정된 토출모드, 토출온도, 토출방향 및 토출풍량으로 공조용 공기의 공급이 제어되도록 모드 액츄에이터, 템프도어(온도조절도어) 액츄에이터, 풍향조절도어 액츄에이터, 공조블로워, 압축기, 전기히터 등의 작동요소를 제어하게 된다.
한편, 고유가 및 환경규제의 강화로 최근 차량 개발의 관심은 저 연비화 및 친환경에 맞추어져 있으며, 전기모터를 구동원으로 사용하는 무공해 친환경 전기자동차(EV:Electric Vehicle)의 개발이 활발히 진행되고 있다.
전기자동차에는 차량을 구동시키기 위한 전기모터와 더불어 전기모터에 전력을 공급하기 위한 동력원으로 에너지 저장장치인 배터리가 탑재된다.
또한 전기자동차에서는 내연기관 자동차와는 달리 기존의 난방 열원이 되면서 압축기의 구동원이 되는 엔진이 없으므로 난방 및 냉방을 위해 배터리의 전력을 소모하는 전기히터 및 전동식 압축기를 사용해야 하는데, 공조장치의 작동으로 인한 동력의 소모가 연비 악화에 큰 영향을 주게 된다.
배터리 전력의 소모로 인해 차량의 주행거리(이하, 일충전 주행거리를 의미함)는 공조장치의 미작동시와 비교하여 최대 50%까지 축소될 수 있으며, 고전압 전기히터를 작동시켜야 하는 난방시의 경우 배터리 전력의 소모가 급격히 증가하여 주행거리가 크게 줄어들게 된다(엔진 폐열을 이용하는 내연기관 자동차와 달리 상대적으로 폐열원이 부족함).
따라서, 전기자동차를 위한 차별화된 고효율 공조장치의 기술 개발은 전기자동차 보급의 활성화를 위한 필수적인 조건이며, 공조장치의 작동시 운전자 및 승객이 원하는 쾌적성을 최대한 제공 및 유지하면서도 소모 동력을 최소화할 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
이를 위해, 히트펌프 시스템, 고효율의 단열 기술, 글라스 차열 및 단열 기술, 원격 예약 공조 및 내외기 제어 기술 등이 다양하게 개발 진행 중에 있으나, 이는 원가 절감 및 상용화를 위한 여러 과제를 안고 있다.
특히, 차량 내에서 공조장치의 작동시 불필요한 에너지 소모를 줄일 수 있는 기술의 개발이 병행되어야 하는데, 종래의 전기자동차에서는 승객의 탑승 유무에 관계없이 실내 전체를 대상으로 공조장치를 작동시키므로 불필요한 에너지 소모가 크게 발생하는 문제를 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 운전자 및 승객이 원하는 쾌적성을 최대한 제공 및 유지하면서도 승객이 탑승한 공간 이외의 불필요한 실내공간에 대한 냉난방 에너지의 소모를 저감하여 전기자동차의 주행거리를 증대시킬 수 있는 차량의 공조 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 차량 실내공간을 복수개의 존으로 구분하여 상기 각 존에 대한 개별 공조를 수행하기 위한 공조 제어 방법으로서, 상기 복수개의 존에서 승객이 탑승한 탑승존을 인식하여 선택하는 과정; 승객이 탑승한 탑승존이 한 개인지를 확인하는 과정; 승객이 탑승한 탑승존이 한 개이면 해당 탑승존에 토출된 공조용 공기가 탑승존에 존재하고 있는 공기와 혼합되는 비율을 나타내는 혼합비율 값을 이용하여 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 온도 보정 과정; 및 상기 보정된 탑승존의 온도에 기초하여 목표 토출온도를 산출하고 산출된 목표 토출온도를 이용하여 선택된 탑승존에 대한 온도 조절을 수행하는 탑승존 개별 공조 과정;을 포함하는 차량의 공조 제어 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 상기 실내온 센서의 검출온도와 사용자가 설정한 공조 설정온도 간의 차이가 정해진 기준값 미만일 경우 상기 온도 보정 과정과 탑승존 개별 공조 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실내온 센서의 검출온도와 공조 설정온도 간의 차이가 기준값 이상인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 상기 탑승존 개별 공조 과정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 본 발명의 공조 제어 방법은, 운전석과 조수석 중 어느 하나의 1열 탑승존과 더불어 후석을 포함하는 경우 1열 탑승존의 혼합비율 값을 이용하여 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 온도 보정 과정; 및 1열 탑승존의 혼합비율 값을 이용하여 보정된 탑승존의 온도에 기초하여 목표 토출온도를 산출하고 산출된 목표 토출온도를 이용하여 선택된 탑승존에 대한 온도 조절을 수행하는 탑승존 공조 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 실내온 센서의 검출온도와 사용자가 설정한 공조 설정온도 간의 차이가 정해진 기준값 미만일 경우 1열 탑승존의 혼합비율 값을 이용하는 상기 온도 보정 과정과 상기 탑승존 공조 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 실내온 센서의 검출온도와 공조 설정온도 간의 차이가 기준값 이상인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 상기 탑승존 공조 과정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 선택된 탑승존이 모두 운전석과 조수석의 1열인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 상기 탑승존 공조 과정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보정된 탑승존의 온도는 실내온 센서의 검출온도, 사용자가 설정한 공조 설정온도, 혼합효율로부터 하기 식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.
식 1: TZONE = TINCAR + (TSET - TINCAR)×ηx, ZONE
여기서, TZONE은 보정된 탑승존의 온도, TINCAR는 실내온 센서의 검출온도, TSET은 설정온도를, ηx, ZONE은 탑승존의 혼합효율임.
또한 상기 혼합효율은 각 존에 대해 토출모드와 토출풍량에 따른 값으로 정의한 것임을 특징으로 한다.
또한 승객이 탑승한 탑승존이 차량 실내공간의 전체 존인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 전체 탑승존에 대한 공조를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 공조 제어 방법에 의하면, 승객이 실제 탑승한 탑승존에 대해서만 개별 공조 제어를 수행하도록 구성됨으로써, 운전자 및 승객이 원하는 쾌적성을 최대한 제공 및 유지하면서도 승객이 탑승한 공간 이외의 불필요한 실내공간에 대한 냉난방 에너지의 소모를 저감하여 전기자동차의 주행거리를 증대시킬 수 있는 하는 효과가 있다.
또한 본 발명에서는 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 과정을 포함함으로써, 하나의 실내온 센서만으로도 선택된 탑승존에 대한 효과적인 온도 제어를 수행할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 공조 제어 과정을 수행하는 공조장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공조 제어 과정의 전체 순서도이다.
도 3은 본 발명에서 3-존(zone) 개별 공조 방식의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공조 제어 과정을 수행하는 공조장치에서 선택된 존에 공조용 공기를 공급하기 위한 구성을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 공조 제어 과정에서 탑승존에 따라 온도 보정이 이루어지는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명에서 특정 탑승존의 선택시에 사용될 수 있는 혼합효율 맵을 예시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 전기자동차에서 승객이 탑승한 공간 이외의 불필요한 실내공간에 대한 냉난방 에너지의 소모를 저감하여 전기자동차 보급의 핵심 성능인 주행거리를 획기적으로 증대시킬 수 있는 새로운 공조 제어 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 전기자동차에서 공조장치의 작동시 배터리의 불필요한 전력 소모를 줄여 전기자동차의 주행거리를 증대시키기 위한 공조 제어 방법으로, 실내에 토출되는 공조용 공기의 온도와 풍향, 풍량의 존(Zone)별 독립 제어가 가능한 공조장치에 적용될 수 있는 것이다.
특히, 본 발명은 복수개의 존으로 구분된 차량 실내공간에 대해 존별 개별 공조가 이루어질 수 있도록 하되, 배터리의 불필요한 전력 소모를 줄이기 위해 실제 승객이 탑승한 존에 대해서만 공조장치를 작동시켜 원하는 온도를 유지시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
즉, 본 발명에서는 실내 전체를 대상으로 공조장치를 작동하여 불필요한 에너지 소모가 발생하는 기존의 차량 공조 기술과 달리, 승객의 탑승 유무에 따라 실제 승객이 탑승한 존에 대해서만 공조 제어를 수행하며, 이러한 존별 개별 공조 제어를 위해 승객이 탑승한 위치를 인식하는 과정, 및 승객이 탑승한 존에 대한 온도 제어 과정 등을 수행하게 된다.
여기서, 존이라 함은, 본 발명에 따른 존별 개별 공조를 위해, 차량 실내공간에 대해서 예컨대 운전석(Driver Zone), 조수석(Passenger Zone), 후석(Rear Zone) 등으로 미리 구분 설정되는 개별 탑승 공간을 의미한다.
이하, 다음의 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공조 제어 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공조 제어 과정을 수행하는 공조장치의 구성을 나타내는 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공조 제어 과정의 전체 순서도이다.
또한 도 3은 3-존(zone) 개별 공조 방식, 즉 차량 실내공간을 운전석과 조수석, 후석의 3개 존으로 구분하고 각 존에 대한 온도, 냉/난방용 공기(공조용 공기)의 풍향, 풍량의 독립 제어가 이루어지는 공조 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 존별 개별 공조를 위해 미리 구분 설정되는 3개의 존(Driver Zone/Passenger Zone/Rear Zone)과, 차량 실내에 설치되어 온도를 검출하는 실내온 센서(Incar Sensor)(13)의 위치를 예시하고 있다.
도 3의 3-존 개별 공조 방식에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 사용자(운전자 또는 승객)가 조작부(18) 내 온/오프 스위치(19a)를 온(On) 한 후(공조장치의 온(On)), 조작부(18)의 온도설정스위치(19b)를 조작하여 공조 목표온도, 즉 설정온도를 설정하면, 공조제어기(20)가 승객이 탑승한 존을 판별하고(S1), 또한 공조제어기(20)가 차량의 실내온도, 일사량, 외기온도 등을 기초로 하여 차량 실내의 열부하를 계산한 뒤 그에 상응하는 공조부하를 고려하여 토출모드 및 토출풍량(공조블로워의 풍량)를 결정하게 된다(S2,S3).
여기서, 공조제어기(20)는 승객검출부(17)의 검출값을 입력받아 승객 위치 자동 확인 로직에 따라 승객이 탑승한 존(차량 실내공간 중 공조 대상이 되는 존으로서, 이하 '탑승존'이라 칭함)을 자동 판별하거나(탑승존 자동 인식), 또는 사용자에 의해 조작된 조작부(18) 내 선택스위치(19c)의 조작상태를 입력받아 공조 대상이 되는 탑승존을 인식하게 된다(사용자에 의한 탑승존 수동 선택 입력).
상기 수동 입력인 경우에서 탑승존은 공조를 원하는 좌석, 즉 승객이 탑승하여 사용자가 선택한 존이 되나, 승객이 실제 탑승한 모든 좌석을 의미하는 것은 아니다. 또한 상기 선택스위치(19c)는 탑승존의 수동 설정 및 입력을 위한 스위치이다.
본 발명에서 승객검출부(17)는 차량 각 좌석에 대해 운전자 및 승객의 탑승 여부를 검출하기 위한 구성부로, 승객검출부의 일례로는 각 좌석에 설치되는 압전센서들이 될 수 있고, 이때 압전센서는 착석시 가압되는 위치, 즉 운전석과 조수석, 후석의 시트쿠션에 설치될 수 있다.
상기한 각 좌석의 압전센서는 해당 좌석에 운전자나 승객이 착석한 경우 전기적인 신호를 출력하여 공조제어기(20)에 전달하게 되는데, 운전자 또는 승객이 시트쿠션(운전석과 조수석, 후석의 시트쿠션)에 착석한 경우, 시트쿠션에 가해지는 신체 압력에 의해 압전센서로부터 전기적인 신호가 출력되고, 이 전기적인 신호를 공조제어기(20)가 입력받아 각 좌석에 대한 승객의 탑승 여부를 인식하게 된다.
이러한 승객검출부로는 압전센서 외에 운전석, 조수석, 후석에 승객이 탑승하였는지를 검출할 수 있는 것이라면 본 발명에서 특정하게 한정하지 않으며, 공지된 다양한 형태 중 어느 하나가 채택될 수 있다.
결국, 운전석 또는 조수석에 착석한 경우 승객검출부(17)의 신호를 입력받은 공조제어기(20)가 운전석 또는 조수석을 탑승존으로 자동 인식하게 되고, 승객이 후석에 착석한 경우 승객검출부(17)의 신호에 의해 공조제어기(20)가 후석을 탑승존으로 자동 인식하게 된다.
또한 공조장치의 작동시 선택되는 토출모드는 공기 토출 방식에 따라 구분되는 모드, 즉 페이스 모드(Face Mode)(벤트 모드(Vent Mode)라고도 함), 플로어 모드(Floor Mode), 바이레벨(Bi-Level Mode) 모드를 포함하는 모드 그룹 중 어느 하나가 될 수 있으며, 각 모드의 작동을 위해 공조장치는 공기 유동 경로를 변화(풍향 조절)시키는 모드 도어, 및 그 액츄에이터(모드 액츄에이터)(34)를 포함한다.
이때, 토출모드에 따라 구분되는 공조장치의 벤트로는 차량 실내 각 존의 위치에서 승객의 얼굴 및 가슴 등으로 공기가 토출되도록 하는 페이스 벤트, 그리고 플로어 및 운전자(또는 조수석 승객)의 발 방향으로 공기가 토출되도록 구비되는 플로어 벤트를 들 수 있으며, 상기 각 벤트에는 공기를 공급하는 덕트가 분기 연결된다.
페이스 모드는 페이스 벤트를 통해서, 플로어 모드는 플로어 벤트를 통해서, 그리고 바이레벨 모드는 페이스 벤트 및 플로어 벤트를 통해서 공조용 공기를 토출시키는 모드가 될 수 있는데, 이러한 토출모드의 결정 후 공조제어기(20)는 결정된 각 토출방향으로 공조용 공기가 공급 및 토출될 수 있도록 모드 액츄에이터(34)를 구동하여 모드 도어의 위치를 제어하게 된다.
이러한 토출모드의 결정은 열부하에 상응하는 공조부하에 따라 자동으로 결정되는 것일 수 있으나, 운전자 또는 승객이 조작부(18) 내 모드선택스위치(19d)를 조작한 경우 공조제어기(20)가 모드선택스위치(19d)의 조작상태를 입력받아 모드선택스위치에 의해 조작된 모드로 토출모드가 결정될 수 있다.
상기 토출모드의 결정 과정과 토출모드에 따른 공조장치의 제어 및 작동은 차량 공조에 있어서 기 적용되고 있는 공지의 기술적 사항이므로, 본 명세서에서 보다 구체화된 설명은 생략하기로 한다.
또한 토출모드와 토출풍량이 결정되고 나면, 운전자 또는 승객이 설정한 공조 설정온도, 실내온도, 열부하를 기초로 하여 공조장치의 목표 토출온도를 결정하고(S5), 목표 토출온도를 기반으로 공조블로워(31), 압축기(32), 전기히터(33)(예, PTC 히터), 템프도어 액츄에이터(35), 풍향조절도어 액츄에이터(36) 등 공조장치의 작동을 제어하게 된다(S6).
이때, 각 존의 승객 유무에 따라 풍향조절도어 액츄에이터(36)를 구동하여 풍향조절도어(6)의 위치를 제어하는데, 운전석, 조수석, 후석 중 승객이 탑승한 존, 즉 탑승존(자동 인식 또는 수동 입력으로 선택된 탑승존)에만 공조용 공기가 공급될 수 있도록 한다.
상기와 같이 선택된 탑승존에만 공조용 공기를 공급하기 위한 구성, 즉 토출풍향을 제어하기 위한 구성의 일례는 도 4에 개략적으로 도시한 바와 같으며, 도시된 바와 같이, 증발기(3) 및 전기히터(33)가 설치된 공조덕트(1)에서 분기되어 각 존의 위치로 연결되는 분기덕트(1a,1b,1c)와, 공조용 공기의 풍향 및 각 분기덕트(1a,1b,1c)에 대한 분배량을 제어하기 위한 풍향조절도어(6), 및 그 액츄에이터(36)를 포함한다.
도 4에서 도면부호 5와 35는 공조용 공기의 온도를 조절하기 위한 템프도어 및 그 액츄에이터를 나타낸다.
또한 탑승존에만 선택적으로 공조용 공기를 공급하여 탑승존의 온도를 제어함에 있어서, 공조제어기(20)는 앞서 결정된 토출풍량에 따라 공조블로워(31)의 구동을 위한 공급 전압(회전수)을 제어하여 공조용 공기의 풍량을 제어한다.
더불어 공조제어기(20)는 토출온도를 검출하는 토출온 센서(14), 전기히터(33)의 온도를 검출하는 히터 온도센서(15), 증발기(3)의 온도를 검출하는 증발기 온도센서(16) 등의 검출값을 입력받아 공조장치의 작동을 제어하여 실제 공조용 공기의 토출온도가 탑승존의 목표 토출온도를 추종하도록 제어하게 된다.
공조용 공기를 승객이 선택된 탑승존에 대해 공급하는 점을 제외하고는, 목표 토출온도를 추종하도록 토출온도 및 공조장치의 작동을 제어하는 과정은 차량의 공조 제어에 있어서 이미 적용되고 있는 공지의 기술적 사항이므로, 본 명세서에서 보다 구체화된 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 공조 제어 방법에서는 공조제어기가 승객이 탑승한 존, 즉 탑승존을 판별한 후, 탑승존을 대상으로 실내온도가 제어될 수 있도록 공조장치를 작동시키는 점에 특징이 있다.
이와 같이 승객이 탑승한 실제 탑승 공간만을 대상으로 하는 존(Zone)별 공조 제어가 이루어질 경우, 실내공간 전체를 대상으로 공조장치를 작동시키는 종래의 차량 공조 제어와 비교하여, 불필요한 에너지 소모를 최소화할 수 있고, 결국 전기자동차의 주행거리를 크게 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 일사량 센서(11), 외기온 센서(12), 실내온 센서(13)의 검출값에 기초하여 열부하를 계산하고 토출모드 및 토출풍량을 결정하고 나면, 공조제어기(20)가 각 존의 목표 토출온도를 계산함에 있어서, 실내온도로 실내온 센서(13)의 검출값을 그대로 사용하지 않고 필요한 경우 각 존의 승객 유무에 따라 실내온 센서(13)의 검출값을 보정하여(도 2에서 S4 단계임) 해당 존의 온도로 사용하는 점에 주된 특징이 있다.
이와 같이 실내온 센서(13)의 검출값을 보정하여 실내온도(선택된 탑승존의 온도)가 구해지고 나면, 보정하여 구해진 실내온도를 사용하여 해당 탑승존에서의 목표 토출온도가 계산되고, 이어 계산된 목표 토출온도를 기반으로 탑승존에 대한 공조장치의 작동을 제어하는 개별 공조를 수행하게 된다.
여기서, 실내온 센서(13)의 검출값을 보정하여 얻어진 탑승존(승객이 탑승한 존)의 온도는 차량 실내공간의 구분된 각 존(운전석, 조수석, 후석)에 대해 승객의 탑승 유무 및 탑승존 선택 여부에 따라 결정되는데, 실내온 센서(13)의 검출값을 각 존의 승객 유무에 따라 보정하여 사용하는 것은 하나의 실내온 센서(13)만을 사용하고자 하는 것으로, 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
종래의 경우에는 실내공간 전체를 대상으로 실내온도를 제어하기 위해 실내온 센서의 검출값을 그대로 사용하여 목표 토출온도를 산출하고, 이를 통해 운전자가 원하는 온도로 실내공간 전체의 온도가 제어되는지를 확인하였다.
그러나, 실내공간을 복수개로 구분하여 개별 공조를 수행하는 경우에는 실내공간 전체온도가 아닌 실제 승객이 존재하는 각 존의 온도를 제어해야 하기 때문에 각 존별 온도에 대한 피드백이 필요하다.
각 존별 온도에 대한 정확한 피드백이 이루어지기 위해서는 실내온 센서를 운전석, 조수석, 후석 등과 같이 구분된 각 존별로 설치하는 것이 가능하나, 각 존에 실내온 센서를 모두 설치할 경우 차량 레이아웃 상 센서 부착 위치에 따라 해당 존의 온도를 대표하지 못하는 경우가 나타날 수 있으며, 무엇보다 원가가 상승하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서는 도 3에 나타낸 바와 같이 실내온 센서(13)를 1열(운전석과 조수석)의 중앙부에 하나만을 설치하여 사용하되, 개별 공조 작동시 승객의 위치에 따라 존별 온도가 반영될 수 있도록 실내온 센서(13)의 검출값을 보정한다.
요컨대, 차량의 실내온도를 2개 이상 복수개의 존으로 구분하여 각 존의 승객 유무에 따른 공조 제어를 수행하되, 1개의 실내온 센서(13)만을 이용하여 선택된 각 존의 온도 제어가 정확히 수행될 수 있도록 실내온 센서(13)의 검출값을 보정하여 사용하는 것이며, 이때 실내온 센서(13)의 검출값을 승객이 탑승한 위치(각 존별 승객 유무), 또는 사용자 의지로 선택된 존(온도를 제어하고자 하는 존)에 따라 보정을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 공조 제어 과정에서 탑승존에 따라 온도 보정이 이루어지는 과정을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 선택된 탑승존의 온도 제어를 위해 실내온 센서의 검출온도를 보정하여 해당 탑승존에 적용할 온도를 산출하는 방법을 설명하기로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 승객이 탑승한 선택된 탑승존을 대상으로 온도를 제어하는 개별 공조를 수행함에 있어 1개의 실내온 센서만을 이용하기 위한 온도 보정 과정을 포함한다.
먼저, 승객검출부(17)를 통한 승객 위치 자동 확인 로직에 의해 승객이 탑승한 탑승존이 자동 인식되어 선택되거나, 사용자 의지에 의해 선택스위치(19c)가 조작됨으로써 탑승존이 선택된다.
이와 같이 공조를 작동시킬 탑승존이 선택 결정되면, 도 5의 S11 단계에서 공조제어기(20)는 선택된 탑승존이 한 개인지 아니면 그 이상인지를 확인하고, 이때 한 개의 존이 선택된 경우라면 실내온 센서(13)의 검출온도와 공조 설정온도를 비교하여 그 차이가 미리 정해진 기준값(예를 들면, 10 ℃) 이상인지를 확인한다(S14).
만약, 검출온도와 설정온도의 차이가 상기 기준값 이상인 큰 값이면 실내 냉방 또는 난방이 필요한 경우로, 이때는 온도 보정 없이 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 그대로 사용하여 공조장치의 작동을 제어한다(S15).
이때, 공조제어기가 실내온 센서의 검출온도를 일사량 및 외기온 등과 함께 목표 토출온도를 산출하는데 사용하고, 산출된 목표 토출온도를 토대로 선택된 탑승존에 대한 개별 공조 제어를 수행하는바, 전술한 바와 같이 해당 탑승존의 토출온도가 목표 토출온도를 추종하도록 공조장치의 작동을 제어한다.
그러나, 실내온 센서의 검출온도와 설정온도의 차이가 상기 기준값 미만인 경우(실내온도가 안정된 상태인 경우), 공조제어기는 실내온 센서의 검출온도를 탑승존에 해당하는 온도로 변환하는 온도 보정을 수행하며(S16), 이어 보정된 탑승존의 온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출한 뒤, 산출된 목표 토출온도를 이용하여 선택된 탑승존의 온도 조절을 위한 개별 공조 제어를 수행한다.
이때, 보정된 온도, 즉 선택된 탑승존의 온도가 실내온 센서의 검출온도, 설정온도, 선택된 탑승존의 혼합효율로부터 하기 수학식 1과 같이 정의된 보정식에 의해 계산되도록 설정될 수 있다.
Figure 112012044335477-pat00001
여기서, TZONE은 선택된 탑승존의 보정된 온도(실제 공조 제어에 사용되는 탑승존의 온도)를, TINCAR는 실내온 센서의 검출온도(실내온 센서의 센서값)를, TSET은 설정온도를, ηx, ZONE은 혼합효율을 각각 나타낸다.
상기 수학식 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는 혼합효율이란 개념을 사용하여 실내온 센서의 검출온도를 선택된 탑승존에 해당하는 온도로 보정한다.
여기서, 혼합효율은 공조장치에 의해 토출된 공기가 해당 존에 머무는 시간에 비례하여 결정되는 계수(%)로서, 차량 실내공간의 구분된 각 존과 토출모드, 토출풍량(공조블로워의 풍량)에 따른 값으로 미리 설정된다.
공조장치에 의해 각 존으로 토출된 공조용 공기는, 해당 존에 이미 존재하고 있는 공기와 완전히 혼합되고 나서 다른 존으로 이동하는 것이 아니라, 그 존에 머무는 시간에 비례하여 해당 존에 존재하고 있는 공기와 혼합되고, 나머지는 다른 존으로 이동하게 된다.
따라서, 선택된 탑승존, 토출모드, 공조블로워의 풍량에 따라 해당 탑승존에 토출된 공조용 공기가 기존의 공기와 혼합되는 비율이 바뀌게 되며, 이 혼합되는 비율을 혼합효율로 정의하여, 선택된 탑승존, 토출모드, 공조블로워의 풍량에 따른 그 혼합효율의 값들을 미리 정의한 후 해당 탑승존의 온도를 보정하는데 사용한다.
탑승존, 토출모드, 그리고 공조블로워의 풍량으로부터 혼합효율을 구하기 위한 데이터의 형태는 맵 데이터, 즉 혼합효율 맵(Map)이 될 수 있으며, 이 혼합효율 맵은 탑승존, 토출모드, 공조블로워의 공급 전압(공조블로워의 풍량에 해당하는 값임)을 입력으로 하여 해당 탑승존의 혼합효율이 산출될 수 있게 설정된다.
도 6은 본 발명에서 특정 탑승존(예, 운전석)의 선택시에 사용될 수 있는 혼합효율 맵을 예시한 도면으로, 예시한 바와 같은 혼합효율 맵을 운전석, 조수석, 후석의 각 존에 대해 각각 구비하여 해당 존에서의 혼합효율을 산출하는데 사용한다.
한편, 도 5의 S11 단계 및 S12 단계를 통해 선택된 탑승존이 2개인 것으로 확인되면 선택된 탑승존이 운전석과 조수석인지를 확인하고(S12,S13), 여기서 탑승존이 운전석과 조수석인 것으로 판정되면(탑승존이 '운전석+조수석'인 경우) 실내온 센서의 검출온도를 보정 없이 탑승존의 온도로 사용하여 전술한 바와 동일하게 공조 제어를 수행한다(S15).
반면, 선택된 탑승존이 2개이면서 운전석과 조수석이 아닌 경우, 즉 후석을 포함하는 경우라면(탑승존이 '운전석+후석' 또는 '조수석+후석'인 경우), 1열 좌석(운전석 또는 조수석)의 온도를 우선 순위로 하여, 전술한 하나의 탑승존(운전석 또는 조수석)이 선택된 경우와 동일하게 S14, S15, S16 단계의 과정을 진행한다.
즉, 실내온 센서의 검출온도와 설정온도의 차이가 기준값 이상이면 보정 없이 실내온 센서의 검출온도를 사용하여 공조 제어를 수행하나, 실내온 센서의 검출온도와 설정온도의 차이가 기준값 미만이면 1열을 탑승존으로 선택하고, 이어 실내온 센서의 검출온도를 1열 탑승존(운전석 또는 조수석)의 혼합효율을 이용하여 수학식 1의 보정식에 의거 해당 탑승존의 온도로 보정한 뒤, 보정된 온도를 사용하여 탑승존에 대한 공조 제어를 수행한다.
또한 선택된 탑승존이 3개, 즉 운전석과 조수석, 후석을 모두 포함하는 전체 존인 경우, 전술한 바와 동일하게 실내온 센서의 검출온도를 보정 없이 그대로 사용하여 공조 제어를 수행한다.
이와 같이 본 발명에서는 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 과정을 포함함으로써, 하나의 실내온 센서만으로도 선택된 탑승존에 대한 효과적인 온도 제어를 수행할 수 있게 되고, 더불어 별도의 센서 추가 없이 개별 존의 온도를 모니터링할 수 있게 된다.
또한 이러한 온도 보정은 차량 공조에서 복수개의 탑승존에 대한 공조 제어를 수행하는 멀티 존 제어시에 각 존별 온도를 개별 제어할 수 있게 한다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 일사량 센서 12 : 외기온 센서
13 : 실내온 센서 14 : 토출온 센서
15 : 히터 온도센서 16 : 증발기 온도센서
17 : 승객검출부 18 : 조작부
20 : 공조제어기 31 : 공조블로워
32 : 압축기 33 : 전기히터
34 : 모드 액츄에이터 35 : 템프도어 액츄에이터
36 : 풍향조절도어 액츄에이터

Claims (10)

  1. 차량 실내공간을 복수개의 존으로 구분하여 상기 각 존에 대한 개별 공조를 수행하기 위한 공조 제어 방법으로서,
    상기 복수개의 존에서 승객이 탑승한 탑승존을 인식하여 선택하는 과정;
    승객이 탑승한 탑승존이 한 개인지를 확인하는 과정;
    승객이 탑승한 탑승존이 한 개이면 해당 탑승존에 토출된 공조용 공기가 탑승존에 존재하고 있는 공기와 혼합되는 비율을 나타내는 혼합비율 값을 이용하여 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 온도 보정 과정; 및
    상기 보정된 탑승존의 온도에 기초하여 목표 토출온도를 산출하고 산출된 목표 토출온도를 이용하여 선택된 탑승존에 대한 온도 조절을 수행하는 탑승존 개별 공조 과정;
    을 포함하는 차량의 공조 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실내온 센서의 검출온도와 사용자가 설정한 공조 설정온도 간의 차이가 정해진 기준값 미만일 경우 상기 온도 보정 과정과 탑승존 개별 공조 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 실내온 센서의 검출온도와 공조 설정온도 간의 차이가 기준값 이상인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 상기 탑승존 개별 공조 과정을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    선택된 탑승존이 운전석과 조수석 중 어느 하나의 1열 탑승존과 더불어 후석을 포함하는 경우 1열 탑승존의 혼합비율 값을 이용하여 실내온 센서의 검출온도를 탑승존의 온도로 보정하는 온도 보정 과정; 및
    1열 탑승존의 혼합비율 값을 이용하여 보정된 탑승존의 온도에 기초하여 목표 토출온도를 산출하고 산출된 목표 토출온도를 이용하여 선택된 탑승존에 대한 온도 조절을 수행하는 탑승존 공조 과정;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 실내온 센서의 검출온도와 사용자가 설정한 공조 설정온도 간의 차이가 정해진 기준값 미만일 경우 1열 탑승존의 혼합비율 값을 이용하는 상기 온도 보정 과정과 상기 탑승존 공조 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 실내온 센서의 검출온도와 공조 설정온도 간의 차이가 기준값 이상인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 상기 탑승존 공조 과정을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 선택된 탑승존이 모두 운전석과 조수석의 1열인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 상기 탑승존 공조 과정을 실시하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 보정된 탑승존의 온도는 실내온 센서의 검출온도, 사용자가 설정한 공조 설정온도, 혼합효율로부터 하기 식 1에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
    식 1: TZONE = TINCAR + (TSET - TINCAR)×ηx, ZONE
    여기서, TZONE은 보정된 탑승존의 온도, TINCAR는 실내온 센서의 검출온도, TSET은 설정온도를, ηx, ZONE은 탑승존의 혼합효율임.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 혼합효율은 각 존에 대해 토출모드와 토출풍량에 따른 값으로 정의한 것임을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    승객이 탑승한 탑승존이 차량 실내공간의 전체 존인 경우 실내온 센서의 검출온도를 이용하여 목표 토출온도를 산출하고, 실내온 센서의 검출온도로부터 결정된 목표 토출온도를 이용하여 전체 탑승존에 대한 공조를 수행하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조 제어 방법.
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