KR101673762B1 - 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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이상신
이상엽
김명회
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차용 공조장치의 전체 공조 모드와 개별 공조 모드 간의 전환시 실내로 토출되는 풍량의 순간적인 변화로 인하여, 운전자가 느끼는 토출풍량 이질감을 방지할 수 있도록 한 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 전체 공조 모드와 개별 공조 모드 간의 전환시, 블로워모터의 전압 변화 속도를 조수석 모드 도어를 작동시키기 위한 액츄에이터의 작동전압 변경 속도와 유사하게 제어해줌으로써, 실내로 토출되는 풍량의 순간적인 증가 또는 감소를 완화시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 느끼는 토출풍량 이질감을 방지할 수 있는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}
본 발명은 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전체 공조 모드와 개별 공조 모드 간의 전환시 실내로 토출되는 풍량의 순간적인 변화로 인하여, 운전자가 느끼는 토출풍량 이질감을 방지할 수 있도록 한 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
자동차의 공조장치는 동절기 및 하절기 등 실외 조건에 따라 실내온도를 원하는 수준으로 조절하고, 전면 글래스에 끼인 습기나 성에를 제거하는 등 자동차의 없어서는 안될 편의장치 중 하나이다.
최근에 차량에 탑재되는 공조장치는 토출 풍량을 운전석 및 조수석쪽으로 동시에 토출시키는 전체 공조 작동은 물론, 토출 풍량을 운전석 또는 조수석으로 선택 토출시키는 개별공조 작동 기능을 포함하고 있다.
첨부한 도 1은 공조장치의 전체공조 작동 상태를 나타내고, 도 2는 공조장치의 개별공조 작동 상태를 나타낸다.
도 1 및 도 2에서, 도면부호 10은 토출 풍량을 제공하기 위한 블로워모터를 지시한다.
상기 블로워모터(10)는 공조장치 어셈블리의 일측 위치에 배치되고, 공조장치 어셈블리의 타측에는 운전석 모드 도어(11) 및 조수석 모드 도어(12)가 개폐 가능하게 장착되며, 또한 조수석 모드 도어(12)의 개폐 회전축에는 조수석 모드 도어를 개폐시키기 위한 액츄에이터(13)가 연결되어 있다.
운전석 전면쪽이 배치된 공조장치용 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 오프시키면, 도 1에서 보듯이 블로워모터(10)의 작동에 따른 토출 풍량이 운전석 모드 도어(11) 및 조수석 모드 도어(12)를 통과한 후, 해당 덕트를 경유하여 실내로 공급되는 전체 공조 모드가 이루어진다.
반면, 상기 공조장치용 컨트롤 패널의 드라이브 모드를 온시키면, 액츄에이터(13)의 구동에 따라 조수석 모드 도어(12)가 닫힘 상태가 되어, 도 2에서 보듯이 블로워모터(10)의 작동에 따른 토출 풍량이 운전석 모드 도어(11)만을 통과하여 실내로 토출되는 개별 공조 모드가 이루어진다.
상기 개별 공조 모드는 전체 공조 모드에 비하여, 블로워모터 작동에 따른 풍량을 절반 수준으로 감소시키기 때문에 연비 개선 효과를 제공할 수 있다.
그러나, 종래의 개별 공조 및 전체 공조 모드 간의 전환시 다음과 같은 문제점이 있다.
개별 공조 모드시
첨부한 도 3은 종래의 개별 공조 모드의 작동 순서도를 나타내고, 도 4는 개별 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸다.
개별공조 기능 구현을 위하여, 공조장치 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 온시키면 액츄에이터의 작동에 의하여 조수석 모드 도어가 서서히 닫히게 되고, 이와 동시에 운전석쪽 토출 풍량을 일정하게 유지하기 위하여 블로워모터의 작동전압을 전체 공조 모드시에 비하여 순간적으로 다운시킨다.
이때, 도 4에서 보듯이 블로워모터의 전압은 순간적으로 다운되는 반면 액츄에이터 작동전압은 서서히 감소된다.
즉, 상기 블로워모터의 전압은 조수석 모드 도어가 닫힘에 따라 토출 풍량이 운전석쪽으로 집중되는 것을 방지하기 위하여 순간적으로 다운되고, 상기 액츄에이터 작동전압은 조수석 모드 도어가 완전 닫힘(FULL CLOSE)될 때까지 일정 시간(2~5초)이 소요되기 때문에 서서히 감소된다.
이렇게 블로워모터의 작동전압이 순간적으로 다운됨에 따라, 운전석으로 토출되는 풍량이 순간적으로 줄어들어 운전자는 풍량이 순간적으로 줄어든 것에 대한 이질감을 느끼게 되고, 조수석 모드 도어가 완전히 닫히게 되면 풍량이 순간적으로 감소된 것에 적응하여 정상 풍량으로 느끼게 된다.
결국, 개별 공조 모드시, 운전자는 풍량이 순간적으로 줄었다가 다시 정상 풍량으로 돌아온 것 같은 이질감을 느끼게 되는 문제점이 있다.
전체 공조 모드시
첨부한 도 5는 종래의 전체 공조 모드의 작동 순서도를 나타내고, 도 6은 전체 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸다.
전체공조 기능 구현을 위하여, 공조장치 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 오프시키면 액츄에이터의 작동에 의하여 조수석 모드 도어가 서서히 열리게 되고, 이와 동시에 토출 풍량을 운전석 및 조수석쪽으로 동시에 토출시키기 위하여 블로워모터의 작동전압을 개별 공조 모드시에 비하여 순간적으로 증가시킨다.
이때, 도 6에서 보듯이 블로워모터의 전압은 순간적으로 증가되는 반면 액츄에이터 작동전압은 서서히 증가된다.
즉, 상기 블로워모터의 전압은 조수석 모드 도어가 열림에 따라 토출 풍량을 운전석 및 조수석쪽으로 동시에 토출시키고자 순간적으로 증가되고, 상기 액츄에이터 작동전압은 조수석 모드 도어가 완전 열림(FULL CLOSE)될 때까지 일정 시간(2~5초)이 소요되기 때문에 서서히 증가된다.
이렇게 블로워모터의 작동전압이 순간적으로 증가됨에 따라, 운전석으로 토출되는 풍량이 순간적으로 늘어나서 운전자는 풍량이 순간적으로 늘어난 것에 대한 이질감을 느끼게 되고, 조수석 모드 도어가 완전히 열리게 되면 풍량이 순간적으로 증가된 것에 적응하여 정상 풍량으로 느끼게 된다.
결국, 전체 공조 모드시, 운전자는 풍량이 순간적으로 늘었다가 다시 정상 풍량으로 돌아온 것 같은 이질감을 느끼게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 전체 공조 모드와 개별 공조 모드 간의 전환시, 블로워모터의 전압 변화 속도를 조수석 모드 도어를 작동시키기 위한 액츄에이터의 작동전압 변경 속도와 유사하게 제어해줌으로써, 실내로 토출되는 풍량의 순간적인 증가 또는 감소를 완화시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 느끼는 토출풍량 이질감을 방지할 수 있는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드를 선택하기 위한 드라이브 온리 모드 선택부와; 상기 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드별로 서로 다른 풍량을 실내로 제공하는 블로워모터와; 상기 전체 공조 모드 선택시 액츄에이터에 의하여 열리고, 상기 개별 공조 모드 선택시 액츄에이터에 의하여 닫히는 조수석 모드 도어와; 상기 드라이브 온리 모드 선택부에 의한 개별 공조 모드 선택시, 블로워모터의 전압 감소 속도를 조수석 모드 도어를 닫아주기 위한 액츄에이터의 작동전압 감소 속도에 맞추어 조절하거나, 전체 공조 모드 선택시 블로워모터의 전압 증가 속도를 조수석 모드 도어를 열어주기 위한 액츄에이터의 작동전압 증가 속도에 맞추어 조절하는 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템을 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드를 선택하는 단계와; 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 변화 속도를 조수석 모드 도어를 개폐하기 위한 액츄에이터의 작동전압 변화 속도에 추종하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 개별 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 감소 속도를 조수석 모드 도어를 닫아주기 위한 액츄에이터의 작동전압 감소 속도에 맞추어 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 전체 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 증가 속도를 조수석 모드 도어를 열어주기 위한 액츄에이터의 작동전압 증가 속도에 맞추어 조절하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 블로워모터의 전압 변화는 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식인
Figure 112015041278002-pat00001
에 의하여 조절되도록 한 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 공조장치의 전체 공조 모드와 개별 공조 모드 간의 전환시, 블로워모터의 전압 변화 속도를 조수석 모드 도어를 작동시키기 위한 액츄에이터의 작동전압 변경 속도와 유사하게 조절해줌으로써, 실내로 토출되는 풍량의 순간적인 증가 또는 감소를 완화시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 느끼는 토출풍량 이질감을 방지할 수 있다.
도 1은 자동차용 공조장치의 전체공조 작동 상태를 나타낸 개략도,
도 2는 자동차용 공조장치의 개별공조 작동 상태를 나타낸 개략도,
도 3은 종래의 개별 공조 모드의 작동 순서도,
도 4는 종래의 개별 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸 그래프,
도 5는 종래의 전체 공조 모드의 작동 순서도,
도 6은 종래의 전체 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 개별 공조 모드의 작동 순서도,
도 8은 본 발명에 따른 개별 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 전체 공조 모드의 작동 순서도,
도 10은 본 발명에 따른 전체 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸 그래프,
도 11 및 도 12는 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식을 설명하기 위한 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
개별 공조 모드시
첨부한 도 7은 본 발명에 따른 개별 공조 모드의 작동 순서도를 나타내고, 도 8은 개별 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸다.
운전석 전면쪽이 배치된 공조장치용 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 온시키면, 액츄에이터의 구동에 따라 조수석 모드 도어가 닫힘 상태가 되어, 블로워모터의 작동에 따른 토출 풍량이 운전석 모드 도어만을 통과하여 실내로 토출되는 개별 공조 모드가 이루어진다.
이때, 사용자(운전자)가 공조장치용 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 온시키면, 제어부(예를 들어, 히터 컨트롤러)에서 조수석 모드 도어를 개폐시키기 위한 액츄에이터의 작동전압을 점차 감소시키는 전압 변화 제어를 함으로써, 조수석 모드 도어가 2~5초 범위내에서 점진적으로 닫히게 된다.
이와 동시에, 상기 조수석 모드 도어가 닫힘에 따라 실내로 향하는 풍량의 흐름 유로 면적이 감소된 상태이므로, 감소된 유로 면적만큼 풍량을 줄이기 위하여 제어부에서 블로워모터의 전압도 함께 감소시키되, 첨부한 도 8에서 보듯이 블로워모터의 전압 감소속도를 액츄에이터의 작동전압 감소속도와 비슷하도록 조절한다.
이와 같이, 개별 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 감소 속도를 조수석 모드 도어를 개폐하기 위한 액츄에이터의 작동전압 감소 속도에 추종하도록 제어함으로써, 운전석 모드 도어를 통하여 실내쪽으로 토출되는 풍량이 완만한 속도로 줄어들게 되어, 결국 기존에 개별 공조 모드시 풍량이 순간적으로 감소함에 따라 운전자가 느끼는 풍량 이질감을 없앨 수 있다.
전체 공조 모드시
첨부한 도 9는 본 발명에 따른 전체 공조 모드의 작동 순서도를 나타내고, 도 10은 전체 공조 모드시 액츄에이터 및 블로워모터의 전압 변화를 나타낸다.
운전석 전면쪽이 배치된 공조장치용 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 오프시키면, 블로워모터의 작동에 따른 토출 풍량이 운전석 모드 도어 및 조수석 모드 도어를 동시에 통과한 후, 해당 덕트를 경유하여 실내로 공급되는 전체 공조 모드가 이루어진다.
이때, 사용자(운전자)가 공조장치용 컨트롤 패널의 드라이브 온리 모드(Drive only mode) 스위치를 오프시키면, 제어부(예를 들어, 히터 컨트롤러)에서 조수석 모드 도어를 개폐시키기 위한 액츄에이터의 작동전압을 점차 증가시키는 전압 변화 제어를 함으로써, 조수석 모드 도어가 2~5초 범위내에서 점진적으로 열리게 된다.
이와 동시에, 상기 조수석 모드 도어가 열림에 따라 실내로 향하는 풍량의 흐름 유로 면적이 증가된 상태이므로, 증가된 유로 면적만큼 풍량을 늘리기 위하여 제어부에서 블로워모터의 전압도 함께 증가시키되, 첨부한 도 10에서 보듯이 블로워모터의 전압 증가속도를 액츄에이터의 작동전압 증가속도와 비슷하도록 조절한다.
이와 같이, 전체 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 증가 속도를 조수석 모드 도어를 개폐하기 위한 액츄에이터의 작동전압 증가 속도에 추종하도록 제어함으로써, 운전석 모드 도어를 통하여 실내쪽으로 토출되는 풍량이 완만한 속도로 늘어나게 되어, 결국 기존에 전체 공조 모드시 풍량이 순간적으로 증가함에 따라 운전자가 느끼는 풍량 이질감을 없앨 수 있다.
한편, 상기 블로워모터의 전압 변화를 액츄에이터의 작동전압에 추종하도록 제어하는 것은 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식을 기반으로 이루어진다.
첨부한 11 및 도 12는 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식을 설명하기 위한 것으로서, 조수석 토출구 및 그 내부에 개폐 가능하게 장착된 조수석 모드 도어를 나타낸다.
도 11 및 도 12에서, θT : 조수석 모드 도어의 완전 닫힘(Full Close)시 각도, θ = βVa : 현재 조수석 모드 도어의 각도(Va는 액츄에이터 작동전압), Adoor = Ad : 조수석 모드 도어의 면적, A0 = Ad sinθT : 조수석 모드 도어의 완전 열림시 유로 단면적, Aθ = Apass : 조수석 모드 도어의 각도가 θ일 때 유로 단면적을 각각 나타낸다.
상기 Aθ(조수석 모드 도어의 각도가 θ일 때 유로 단면적)를 도시한 도 12를 참조하면, Aθ = A0 - Ad sinθ로 표현될 수 있고, 이를 다시 정리하면 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112015041278002-pat00002
여기서, 운전자가 느끼는 바람의 세기 즉, 토출 풍량의 세기를 일정하게 하려면, 운전석 토출 풍속이 일정해야 하며, 이에 운전석 토출 풍속을 Vc라 했을 때 속도는 풍량/면적이므로, 운전석 토출 풍속 Vc는 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112015041278002-pat00003
위의 수학식 2에서, Q는 블로워모터에서 나오는 전체 풍량으로서, 블로워모터에 걸리는 전압의 함수이므로 아래의 수학식 3으로 표현될 수 있고, A는 운전석 토출 풍량을 위한 유로 단면적과 조수석토출 풍량을 위한 유로 단면적의 합을 나타내므로 아래의 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure 112015041278002-pat00004
위의 수학식 3에서, Vm은 블로워모터 전압을 나타낸다.
Figure 112015041278002-pat00005
위의 수학식 4에서, Adriver는 완전 열림으로 간주했을 때 A0와 같다.
상기 수학식 3 및 4를 정리하면 아래의 수학식 5 및 6에 기재된 바와 같은 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식이 도출된다.
Figure 112015041278002-pat00006
Figure 112015041278002-pat00007
이와 같은 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식을 기반으로, 상기 블로워모터의 전압 변화를 액츄에이터의 작동전압에 추종하는 제어가 용이하게 이루어질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 공조장치의 전체 공조 모드와 개별 공조 모드 간의 전환시, 블로워모터의 전압 변화 속도를 조수석 모드 도어를 작동시키기 위한 액츄에이터의 작동전압 변경 속도와 유사하게 조절해줌으로써, 실내로 토출되는 풍량의 순간적인 증가 또는 감소를 완화시킬 수 있고, 그에 따라 운전자가 느끼는 토출풍량 이질감을 없앨 수 있다.
10 : 블로워모터
11 : 운전석 모드 도어
12 : 조수석 모드 도어
13 : 액츄에이터

Claims (5)

  1. 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드를 선택하기 위한 드라이브 온리 모드 선택부와;
    상기 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드별로 서로 다른 풍량을 실내로 제공하는 블로워모터와;
    상기 전체 공조 모드 선택시 액츄에이터에 의하여 열리고, 상기 개별 공조 모드 선택시 액츄에이터에 의하여 닫히는 조수석 모드 도어와;
    상기 드라이브 온리 모드 선택부에 의한 개별 공조 모드 선택시, 블로워모터의 전압 감소 속도를 조수석 모드 도어를 닫아주기 위한 액츄에이터의 작동전압 감소 속도에 맞추어 조절하거나, 전체 공조 모드 선택시 블로워모터의 전압 증가 속도를 조수석 모드 도어를 열어주기 위한 액츄에이터의 작동전압 증가 속도에 맞추어 조절하는 제어부;를 포함하여 구성되며,
    상기 제어부는 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식인
    Figure 112016046158230-pat00021
    에 의하여 블로워모터의 전압이 변경 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 시스템.
  2. 전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드를 선택하는 단계와;
    전체 공조 모드 또는 개별 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 변화 속도를 조수석 모드 도어를 개폐하기 위한 액츄에이터의 작동전압 변화 속도에 추종하도록 제어하는 단계;
    를 포함하며, 상기 블로워모터의 전압 변화는 액츄에이터의 작동전압과 블로워모터의 전압 간의 관계식인
    Figure 112016046158230-pat00022
    에 의하여 조절되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 개별 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 감소 속도를 조수석 모드 도어를 닫아주기 위한 액츄에이터의 작동전압 감소 속도에 맞추어 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전체 공조 모드 선택시, 풍량을 제공하는 블로워모터의 전압 증가 속도를 조수석 모드 도어를 열어주기 위한 액츄에이터의 작동전압 증가 속도에 맞추어 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 토출 풍량 제어 방법.
  5. 삭제
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