KR101703115B1 - 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치 - Google Patents

내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치 Download PDF

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Abstract

차량이 내리막구간을 주행할 때에는 정속주행 대신에 상기 내리막구간의 시작지점으로부터 연료차단 관성주행을 자동으로 수행하게 한 후 상기 내리막구간이 끝나기 전에 아래에 정해진 절차에 따라 확정된 재가속 시작속도(V2)에서 자동으로 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 재가속을 시작하여 상기 내리막구간이 끝나는 지점에서는 상기 내리막구간이 시작할 때의 기준속도(V1)와 동일한 속도가 되게 하며, 그 후에는 정속주행을 계속하게 하는 정속주행제어 장치가 개시된다. 본 발명의 정속주행제어 장치는 내리막구간에서 정속주행 대신에 최적 주행 패턴의 에코드라이브 기능이 구현되기 때문에 차량의 연비가 최적으로 향상되어 경제적이다.

Description

내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치{Cruise Control System Implementing Eco-Drive Function Realizing Fuel Efficiency Enhancement In Downhill Section}
본 발명은 차량에 설치되는 정속주행제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 차량이 내리막구간을 주행할 때에는 정속주행 대신에 내리막구간의 시작지점으로부터 연료차단 관성주행을 자동으로 수행하게 한 후 내리막구간이 끝나기 전에 자동으로 재가속을 시작하여 내리막구간이 끝나는 지점에서는 내리막구간이 시작할 때의 속도와 동일한 속도가 되게 하며, 그 후에는 정속주행을 계속하게 함으로써 내리막구간에서 최적의 연비를 달성하게 하는 최적 주행 패턴을 수행하게 하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치에 관한 것이다.
차량에 설치되는 정속주행제어 장치는 운전자가 설정한 속도를 유지하는 기능을 구현하는 것이다. 이러한 정속주행제어 장치에 의하면, 운전자는 엑셀레이터 페달을 밟을 필요가 없기 때문에 운전의 피로를 감소시켜 운전의 편의성을 향상시킨다. 한편, 운전자가 엑셀레이터 또는 브레이크 페달을 밟는 경우에는 정속주행모드가 해제된다.
이러한 정속주행제어 장치는 운전의 편의성을 향상시키지만, 운전환경에 관계없이 차량이 항상 정속으로 주행하게 되면 안전상의 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 차량의 전방에 다른 차량이 느린 속도로 진행하는 경우 차량의 추돌 우려가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 전방에 장애물이 있는지를 감지하여 전방에 장애물이 있는 경우에는 속도를 낮추고 전방에 장애물이 없는 경우에만 설정된 속도로 정속주행기능이 수행되게 하는 방식이 채용되기도 한다. 이러한 예는 특허출원 제1998-036324호(1998. 08. 05. 공개)에서 찾을 수 있다.
또한 설정된 속도로만 주행하는 정속주행제어 장치는 경제적 운전을 구현하는데 방해를 줄 수도 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 부분적으로 에코드라이브 기능이 정속주행제어 장치에 채용되기도 한다. 이러한 예는 특허등록 제10-0308970호(2001. 09. 03. 등록), 특허등록 제10-0435662호(2004. 06. 02. 등록), 특허등록 제10-1168744호(2012. 07. 19. 등록), 특허등록 제10-1241783호(2013. 03. 05. 등록) 등에서 찾을 수 있다.
상기한 종래기술은 정속주행제어 장치에서 경사구간, 즉 오르막구간과 내리막구간에서 도로의 구배에 따라 정속주행을 수행하지 않는 것이 오히려 경제적 운전에 도움이 되기 때문에 그러한 경사구간에서는 정속주행을 변경함으로써 경제적 운전, 즉 연비 향상 운전을 달성하고 있다. 그러나, 정속주행제어 장치는 연비 향상을 위하여 더욱 개선될 여지가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 내리막구간에서 연비 향상 운전을 달성할 수 있는 정속주행제어 장치를 제공하는 것이다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 목적은 차량이 내리막구간을 주행할 때에는 정속주행 대신에 내리막구간의 시작지점으로부터 연료차단 관성주행을 자동으로 수행하게 한 후 내리막구간이 끝나기 전에 자동으로 재가속을 시작하여 내리막구간이 끝나는 지점에서는 내리막구간이 시작할 때의 속도와 동일한 속도가 되게 하며, 그 후에는 정속주행을 계속하게 함으로써 내리막구간에서 최적의 연비를 달성하게 하는 최적 주행 패턴을 수행하게 하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치는 정속주행을 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 저장하며 또한 상기 제어부의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장하는 메모리부를 포함한다.
상기 제어부는 차량이 내리막구간을 주행할 때에는 정속주행 대신에 상기 내리막구간의 시작지점으로부터 연료차단 관성주행을 자동으로 수행하게 한 후 상기 내리막구간이 끝나기 전에 아래에 정해진 절차에 따라 확정된 재가속 시작속도(V2)에서 자동으로 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 재가속을 시작하여 상기 내리막구간이 끝나는 지점에서는 상기 내리막구간이 시작할 때의 기준속도(V1)와 동일한 속도가 되게 하며, 그 후에는 정속주행을 계속하게 하는 것으로서,
상기 제어부는 상기 내리막구간의 시작지점에서 상기 차량의 속도(V1), 즉 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출하는 단계;
상기 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 중단하고 재가속을 시작하는 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 설정하는 단계;
주행저항력(F) = 차량의 질량(W) x 감속도(a퓨얼컷) …………… (1)
상기 식(1)에 의하여 감속도(a퓨얼컷)를 산출하는 단계;
V = V1 - Σ(a퓨얼컷 x Δt) …………… (2)
(상기 식 (2)에서 Δt는 시간의 변화량을 의미함)
상기 식(2)에 의하여 V = V2가 될 때까지 연료차단 관성주행 중 상기 차량의 속도(V) 프로파일을 산출하는 단계;
s퓨얼컷 = Σ(V x Δt)퓨얼컷 …………… (3)
(상기 식 (3)에서 Δt는 시간의 변화량을 의미함)
상기 식(3)에 의하여 상기 차량이 연료차단 관성주행을 하는 동안 주행한 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)를 산출하는 단계;
V1 - V2 = a재가속 x Δt재가속 …………… (4)
상기 식(4)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행을 종료한 후, 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 걸리는 시간(Δt재가속)을 산출하는 단계;
s재가속 = V재가속평균속도 x Δt재가속 …………… (5)
(여기에서, V재가속평균속도 = (V1 + V2)/2 임)
상기 식(5)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행 종료후 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 주행한 재가속 총주행거리(s재가속)를 산출하는 단계;
상기 내리막구간의 시작지점으로부터 상기 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 상기 내리막구간의 길이(s)를 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 비교하여 일치하는지 여부를 판단하는 단계;
상기 길이(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 일치하는 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 확정적으로 설정하는 단계;
상기 길이(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 큰 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계; 및
상기 길이(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 작은 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 증가시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계를 수행하는 것이다.
상기 주행저항력(F)를 산출하기 위하여 필요한 데이터로서, 상기 차량의 엔진회전수는 상기 차량의 제어장치로부터 수신하는 것이고, 상기 차량의 속도는 상기 차량의 제어장치 또는 상기 차량에 부착된 네비게이션 장치로부터 수신하는 것이며, 또한 상기 차량의 위치정보 및 상기 내리막구간의 경사도 및 길이는 상기 네비게이션 장치로부터 수신하는 것일 수 있다.
주행저항력(F) = 구름마찰저항력 + 공기저항력 - 구배저항력 + 내부저항력 …………… (1-1)
구름마찰저항력 = 구름저항계수 x 차량의 질량 x 중력가속도 …………… (1-2)
공기저항력 = 공기저항계수 x 속도2 …………… (1-3)
구배저항력 = 차량의 질량 x 중력가속도 x sin θ …………… (1-4)
(여기에서, θ는 상기 내리막구간의 경사각임)
내부저항력 = 내부저항계수 x 엔진회전수 …………… (1-5)
(상기 식들에서 각종 계수들은 차량 실험을 통한 측정값으로부터 결정되는 것임)
상기 주행저항력(F)은 상기 내리막구간의 시작지점에서 상기 식들에 의하여 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 정속주행제어 장치에 의하면, 내리막구간에서 정속주행 대신에 최적 주행 패턴의 에코드라이브 기능이 구현되기 때문에 차량의 연비가 최적으로 향상되어 경제적이다.
도 1은 본 발명에 따른 정속주행제어 장치의 개략적 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 정속주행제어 장치에서 제어부가 내리막구간에서 에코드라이브기능을 수행하는 절차에 대한 흐름도이다.
도 5는 내리막구간에서 연료차단 관성주행 없이 주행한 실험에서 얻은 연료소모율과 연비를 나타낸 도면이다.
도 6은 내리막구간에서 연료차단 관성주행 및 재가속을 한 실험에서 얻은 연료소모율과 연비를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 이은 재가속주행이 최적의 연비를 얻을 수 있는 방법임을 입증하는 시뮬레이션을 수행하는 상황을 설명한 도면이다.
도 8은 도 7의 시뮬레이션에 따른 계산 결과를 보여주는 표이다.
도 9은 도 7의 시뮬레이션에 따른 계산 결과를 보여주는 그래프이다.
도 10는 도 7의 시뮬레이션에 따른 다른 계산 결과를 보여주는 표이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 정속주행제어 장치(10)는 제어부(100) 및 메모리부(200)를 포함한다. 이에 더하여, 본 발명의 정속주행제어 장치(10)는 입력부(300), 입력포트(400) 및 출력부(500)를 포함할 수 있다.
제어부(100)는 본 발명의 정속주행제어 장치(10)에서 아래에서 상세하게 설명하는 절차를 수행하여 내리막구간에서 최적의 연비를 실현하는 주행을 달성하게 하는 것이다. 즉, 제어부(100)는 차량이 내리막구간을 주행할 때에는 정속주행 대신에 상기 내리막구간의 시작지점으로부터 연료차단 관성주행을 자동으로 수행하게 한 후 상기 내리막구간이 끝나기 전에 아래에 정해진 절차에 따라 확정된 재가속 시작속도(V2)에서 자동으로 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 재가속을 시작하여 상기 내리막구간이 끝나는 지점에서는 상기 내리막구간이 시작할 때의 기준속도(V1)와 동일한 속도가 되게 하며, 그 후에는 정속주행을 계속하게 하는 것이다.
메모리부(200)는 제어부(100)의 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 저장하며 또한 제어부(100)의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장한다.
입력부(300)는 운전자의 설정을 입력한다. 본 발명에서 제어부가 내리막구간에서 재가속 시작속도를 산출하려면 차량의 주행저항력(F)가 먼저 산출되어야 한다. 차량의 주행저항력(F)은 차량의 속도, 차량의 중량(W), 내리막구간의 도로경사도, 엔진회전수 및 차량 실험을 통하여 결정한 차량에 관한 각종 저항계수에 관한 데이터를 알아야 산출할 수 있다. 따라서, 운전자는 자신이 소유한 차량의 종류를 입력부(300)에 의하여 입력함으로써 제어부(100)가 그러한 차량의 질량, 각종 저항계수에 관한 데이터를 설정하여 메모리부(200)에 저장하게 한다.
한편, 본 발명의 정속주행제어 장치(10)는 차량의 엔진회전수를 차량의 제어장치(ECU)로부터 수신할 수 있는데, 이를 위하여 입력포트(400)를 구비할 수 있다. 본 발명의 정속주행제어 장치는 또한 도로경사도를 차량에 부착된 네비게이션 장치로부터 수신할 수 있는데, 이를 위하여 입력포트(400)를 구비할 수 있다. 본 발명의 정속주행제어 장치는 아래에서 설명하는 기능을 수행하기 위하여, 차량의 속도, 차량의 위치정보, 내리막구간의 길이에 관한 데이터도 수신하여야 한다. 차량의 속도는 차량의 제어장치 또는 네비게이션 장치로부터 수신할 수 있고, 차량의 위치정보 및 내리막구간의 경사도 및 길이는 네비게이션 장치로부터 수신할 수 있다.
출력부(500)는 제어부(100)의 지시에 따라 차량의 현재 운전상태를 운전자에게 발령하는 것일 수 있다. 운전자에게 발령하는 통지는 화면으로 출력하는 시각적 방법과 스피커로 출력하는 청각적 방법이 있는데, 그 중 어느 하나를 사용하거나 둘 모두를 사용할 수 있다. 따라서, 출력부(500)는 디스플레이 장치 또는 스피커일 수 있다. 출력부(500)는 예를 들어, 차량이 내리막구간에서 본 발명에 따른 에코드라이브 기능이 수행중인 경우, 그러한 상황을 운전자가 인지할 수 있도록 에코드라이브 램프가 점등되는 형태로 구현될 수 있다.
이제, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 정속주행제어 장치(10)에서 제어부(100)가 에코드라이브 기능을 수행하는 절차에 대하여 설명한다. 본 발명의 정속주행제어 장치(10)에서 제어부(100)가 정속주행기능을 수행하는 절차에 대해서는 일반적으로 잘 알려져 있으므로, 여기에서는 정속주행기능에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 제어부(100)는 먼저 차량이 내리막구간의 시작지점에 있는지를 판단한다(단계 S100). 차량이 내리막구간에 미치지 않았으면, 제어부(100)는 정속주행기능을 수행할 뿐이고 다른 특별한 동작을 하지 않고 차량이 내리막구간에 진입할 때까지 계속적으로 상황을 판단한다.
차량이 내리막구간의 시작지점에 진입하였다면, 제어부(100)는 연료차단 관성주행의 시작을 지시한다(단계 S110). 그러면, 제어부(100)의 연료차단 관성주행 시작의 지시에 따라 연료분사장치는 연료분사를 중단하게 된다.
다음으로, 제어부(100)는 차량의 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출한다(단계 S120). 여기에서 차량의 기준속도(V1)는 차량이 내리막구간의 시작지점에 진입하였을 때 차량의 속도를 의미한다.
주행저항력(F)은 다음 식에 의하여 산출된다.
주행저항력(F) = 구름마찰저항력 + 공기저항력 - 구배저항력 + 내부저항력 …………… (1-1)
상기 식(1-1)에서 구름마찰저항력은 타이어와 노면 사이의 구름저항을 나타낸 것이고, 공기저항력은 공기에 의한 저항력을 나타낸 것이며, 구배저항력은 도로 구배에 의한 저항력으로 내리막구간에서는 저항이 아니고 구동을 보조해주는 역할을 하게 된다. 따라서 구배저항력은 내리막구간에서 다른 저항력들과 달리 부호가 마이너스(-)로 되어 있다. 내부저항력은 타이어와 엔진까지 연결된 상태로 각종 기어류와 보기류(에어콘, 발전기, 냉각수펌프 등) 마찰손실에 의한 저항력으로 엔진회전수에 비례하는 것이다. 이러한 저항력들은 아래 식들에 의하여 산출된다.
구름마찰저항력 = 구름저항계수 x 차량의 질량 x 중력가속도 …………… (1-2)
공기저항력 = 공기저항계수 x 속도2 …………… (1-3)
구배저항력 = 차량의 질량 x 중력가속도 x sin θ …………… (1-4)
(여기에서, θ는 상기 내리막구간의 경사각임)
내부저항력 = 내부저항계수 x 엔진회전수 …………… (1-5)
(상기 식들에서 각종 계수들은 차량 실험을 통한 측정값으로부터 결정되는 것임)
다음으로, 제어부(100)는 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 중단하고 재가속을 시작하는 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 설정한다(단계 S130). 이때, 임시적으로 설정하는 재가속 시작속도(V2)가 최종적으로 확정하는 재가속 시작속도(V2)와 차이가 많은 경우에는 아래에서 설명하는 절차를 반복하는 횟수가 많아지므로, 가급적 최종적으로 확정하는 재가속 시작속도(V2)에 근사하게 설정하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 본 발명의 정속주행제어 장치는 에코드라이브 기능을 위하여 사전에 충분한 실험을 통하여 내리막길의 경사도 및 길이 그리고 차량의 속도에 대한 재가속 시작속도(V2)의 관련성을 확인할 수 있다. 이러한 관련성에 의하면, 임시적으로 설정하는 재가속 시작속도(V2)는 최종적으로 확정되는 재가속 시작속도(V2)에 더욱 근접하게 설정될 수 있을 것이다.
다음으로, 제어부(100)는 차량이 내리막구간에서 기준속도(V1)로 연료차단 관성주행을 시작하였을 때 위에서 산출한 주행저항력(F)에 의하여 차량의 속도가 감소되는 정도, 즉 감속도(a퓨얼컷)를 다음 식(1)에 의하여 산출한다(단계 S140).
주행저항력(F) = 차량의 질량(W) x 감속도(a퓨얼컷) …………… (1)
그런 후, 제어부(100)는 연료차단 관성주행 중 차량의 속도(V)가 재가속 시작속도(V2)로 될 때까지 차량의 속도(V) 프로파일을 다음 식(2)에 의하여 산출한다(단계 S150). 여기에서 차량은 기준속도(V1)에서 재가속 시작속도(V2)까지 연료차단 관성주행을 하게 된다.
V = V1 - Σ(a퓨얼컷 x Δt) …………… (2)
(상기 식 (2)에서 Δt는 시간의 변화량을 의미함)
다음으로, 제어부(100)는 차량이 연료차단 관성주행을 하는 동안 주행한 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)를 다음 식(3)에 의하여 산출한다(단계 S160).
s퓨얼컷 = Σ(V x Δt)퓨얼컷 …………… (3)
(상기 식 (3)에서 Δt는 시간의 변화량을 의미함)
그런 후 제어부(100)는 차량이 연료차단 관성주행을 종료한 후 재가속 시작속도(V2)에서 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 걸린 시간(Δt재가속)을 다음 식(4)에 의하여 산출한다(단계 S170). 여기에서, 재가속도(a재가속)는 메모리부(200)에 상수로서 미리 설정되어 저장되어 있는 것이다. 재가속도(a재가속)는 예를 들어, 0.5m/s2으로 설정될 수 있다.
V1 - V2 = a재가속 x Δt재가속 …………… (4)
다음으로, 제어부(100)는 차량이 연료차단 관성주행 종료후 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 주행한 재가속 총주행거리(s재가속)를 다음 식(5)에 의하여 산출한다(단계 S180).
s재가속 = V재가속평균속도 x Δt재가속 …………… (5)
(여기에서, V재가속평균속도 = (V1 + V2)/2 임)
그런 후, 제어부(100)는 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)를 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 비교하여 일치하는지 여부를 판단한다(단계 S190). 여기에서, 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리(s)는 차량에 장착된 네비게이션 장치로부터 수신한 내리막구간의 길이로 설정하는 것이다. 제어부(100)는 차량에 장착된 네비게이션 장치로부터 차량의 위치를 실시간으로 수신하기 때문에 내리막구간의 시작지점에 차량이 진입할 때 연료차단 관성주행의 시작을 지시할 수 있다.
내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)가 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 일치하는 경우에는 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 확정적으로 설정한다(단계 S200).
그런 후 제어부(100)는 차량의 속도(V)가 재가속 시작속도(V2)에 도달하였는지를 판단하고(단계 S210), 그러한 경우에는 제어부(100)는 미리 정해진 재가속도(a재가속)로 차량을 가속하게 지시한다(단계 S220). 그러면, 제어부(100)의 그러한 지시에 따라 엔진출력이 증가하게 되고, 차량의 속도는 증가하게 된다. 한편, 차량의 속도(V)가 재가속 시작속도(V2)에 도달하지 않은 경우에는 계속적으로 연료차단 관성주행이 계속된다.
다음으로, 차량의 재가속이 시작되었다면, 제어부(100)는 차량의 현재 속도(V)가 기준속도(V1)에 도달하였는지 여부, 즉 차량의 현재 속도(V)가 기준속도(V1)와 일치하는지 여부를 판단하고(단계 S222), 그러한 경우에는 차량이 내리막구간의 끝지점에 도달한 것으로 간주하고 재가속을 종료하고 정속을 유지하게 한다(단계 S224). 그럼으로써 내리막구간에서의 에코드라이브 기능은 종료하게 된다. 한편, 차량의 현재 속도(V)가 기준속도(V1)에 도달하지 않았다면 차량의 재가속은 계속된다.
한편, 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)가 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 큰 경우(단계 S230), 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후(단계 S240) 절차는 단계 S130으로 되돌아가 상기 과정을 반복한다.
반면에, 내리막구간의 시작지점으로부터 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 내리막구간의 길이(s)가 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 작은 경우(단계 S230), 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 증가시켜 다시 설정한 후(단계 S260) 절차는 단계 S130으로 되돌아가 상기 과정을 반복한다.
상기에서 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 다시 설정하기 위한 감소 정도 또는 증가 정도는 길이(s) 및 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 재가속 총주행거리(s재가속)의 합 간의 차이값 정도에 따라 적절하게 선택함으로써 반복되는 횟수를 줄일 수 있다.
상기에서 제시한 본 발명에 따른 방법이 내리막구간에서 최적의 연비를 실현함을 보이기 위하여 도 5 내지 도 10에 도시된 바와 같은 실험 및 시뮬레이션을 수행하였다.
먼저 유사한 도로 및 주행 조건의 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 사용하지 않는 경우와 본 발명에 따른 연료차단 관성주행 후 재가속주행을 실시하는 경우, 평균속도 및 도로경사도가 유사함에도 불구하고 연비는 약 3~4배 차이가 남을 도 5 및 도 6에 의하여 확인할 수 있었다.
도 5를 참조하면, 경사도 0.72도인 내리막구간에서 평균속도 69.7km/h로 이동거리 800m를 연료차단 관성주행 없이 주행하였을 때 연비는 15.2km/L이었는데 반하여, 도 6을 참조하면, 경사도 1.07도인 내리막구간에서 평균속도 66.7km/h로 이동거리 800m를 본 발명에 따른 연료차단 관성주행 후 재가속하는 방식으로 주행하였을 때 연비는 51.6km/L이었다.
다음으로, 도 7에 도시한 바와 같이, 내리막구간 전 1km를 110km/h로 주행하고, 수평거리 2km이고 높이가 20m, 40m 및 60m인 경사도를 가지는 내리막구간을 연료차단 관성주행을 하여 100km/h, 95km/h, 90km/h 및 85km/h에서 각각 0.5m/s2의 가속도로 재가속하여 원래 기준속도 110km/h로 돌아오고, 내리막구간이 끝난 다음 3km의 평지구간을 주행하는 상황에 대한 시뮬레이션을 연비 시뮬레이션 소프트웨어인 CRUISE 프로그램을 사용하여 설정하고 또한 계산하였다.
먼저 도 8 및 도 9를 참조하면, 도로구배 10m/km 및 20m/km에서 100km/h, 95km/h, 90km/h 및 85km/h의 속도에서 재가속하는 경우, 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리(원래 기준속도 110km/h까지 도달하는데 걸리는 거리)의 합은 모두 내리막구간의 거리보다 짧았으며, 연료차단 관성주행 거리가 길수록 연비가 양호하게 나타났다. 여기에서, 도로구배는 높이/수평거리로 표시하였다. 반면에 도로구배 30m/km에서 100km/h의 속도로 재가속하는 경우에는 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합은 내리막구간의 거리보다 짧았으나, 95km/h의 속도로 재가속하는 경우에는 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합은 내리막구간의 거리보다 약간 길었고, 90km/h 및 85km/h의 속도로 재가속하는 경우에는 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합은 내리막구간의 거리보다 길었다. 그 결과 95km/h의 속도에서 재가속하는 경우 가장 좋은 연비를 얻을 수 있었다. 도 8에서 연료소모량은 주행 전구간에서의 연료소모량이고, 연비는 연료차단 관성주행 거리 및 재가속거리의 합에 대한 연비이다.
더욱 정교한 시뮬레이션 결과가 도 10에 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 도로구배 10m/km의 내리막구간에서는 68.6km/h의 속도에서 재가속하면 그리고 도로구배 20m/km의 내리막구간에서는 82km/h의 속도에서 재가속하면, 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합이 내리막구간의 거리와 같게 되고, 그 때 연비가 각각 26.4km/L 및 42.1km/L로서 최고가 된다.
한편, 도로구배 30m/km의 내리막구간에서는 95.3km/h의 속도에서 재가속하면 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합이 내리막구간의 거리와 같게 되고, 그 때 연비가 75.5km/L로서 최고가 된다. 만약 연료차단 관성주행을 더욱 진행하여 속도가 95km/h에서 재가속을 시작하게 되면, 연료차단 관성주행 거리와 재가속거리의 합이 내리막구간의 거리보다 크게 된다. 이것은 재가속을 하여 원래 기준속도 110km/h로 되었을 때는 내리막구간의 끝 지점을 지난 평지구간에 있게 됨을 의미한다. 재가속을 시작하는 속도가 95km/h일 때 연비는 68.1km/L로서 최적의 연비(75.5km/L)보다 작아짐을 도 10에 의하여 확인할 수 있었다.
10: 정속주행제어 장치 100: 제어부
200: 메모리부 300: 입력부
400: 입력포트 500: 출력부

Claims (3)

  1. 정속주행을 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 처리를 위하여 필요한 응용프로그램 및 데이터를 저장하고 또한 상기 제어부의 처리에 의하여 생성된 데이터를 저장하는 메모리부를 포함하는 정속주행제어 장치이고,
    상기 제어부는 차량이 내리막구간을 주행할 때에는 정속주행 대신에 상기 내리막구간의 시작지점으로부터 연료차단 관성주행을 자동으로 수행하게 한 후 상기 내리막구간이 끝나기 전에 아래에 정해진 절차에 따라 확정된 재가속 시작속도(V2)에서 자동으로 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 재가속을 시작하여 상기 내리막구간이 끝나는 지점에서는 상기 내리막구간이 시작할 때의 기준속도(V1)와 동일한 속도가 되게 하며, 그 후에는 정속주행을 계속하게 하는 것으로서,
    상기 제어부는 상기 내리막구간의 시작지점에서 상기 차량의 속도(V1), 즉 기준속도(V1)에 대한 주행저항력(F)을 산출하는 단계;
    상기 내리막구간에서 연료차단 관성주행을 중단하고 재가속을 시작하는 재가속 시작속도(V2)를 임시적으로 설정하는 단계;
    주행저항력(F) = 차량의 질량(W) x 감속도(a퓨얼컷) …………… (1)
    상기 식(1)에 의하여 감속도(a퓨얼컷)를 산출하는 단계;
    V = V1 - Σ(a퓨얼컷 x Δt) …………… (2)
    (상기 식 (2)에서 Δt는 시간의 변화량을 의미함)
    상기 식(2)에 의하여 V = V2가 될 때까지 연료차단 관성주행 중 상기 차량의 속도(V) 프로파일을 산출하는 단계;
    s퓨얼컷 = Σ(V x Δt)퓨얼컷 …………… (3)
    (상기 식 (3)에서 Δt는 시간의 변화량을 의미함)
    상기 식(3)에 의하여 상기 차량이 연료차단 관성주행을 하는 동안 주행한 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)를 산출하는 단계;
    V1 - V2 = a재가속 x Δt재가속 …………… (4)
    상기 식(4)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행을 종료한 후, 상기 메모리에 미리 설정된 상수인 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 걸리는 시간(Δt재가속)을 산출하는 단계;
    s재가속 = V재가속평균속도 x Δt재가속 …………… (5)
    (여기에서, V재가속평균속도 = (V1 + V2)/2 임)
    상기 식(5)에 의하여, 상기 차량이 연료차단 관성주행 종료후 재가속도(a재가속)로 가속하여 기준속도(V1)로 될 때까지 주행한 재가속 총주행거리(s재가속)를 산출하는 단계;
    상기 내리막구간의 시작지점으로부터 상기 내리막구간의 종료지점까지의 거리, 즉 상기 내리막구간의 길이(s)를 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 비교하여 일치하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 길이(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합과 일치하는 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 확정적으로 설정하는 단계;
    상기 길이(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 큰 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 감소시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계; 및
    상기 길이(s)가 상기 퓨얼컷 총주행거리(s퓨얼컷)와 상기 재가속 총주행거리(s재가속)의 합보다 작은 경우, 상기 임시적으로 설정한 재가속 시작속도(V2)를 증가시켜 다시 설정한 후 상기 과정을 반복하는 단계를 수행하는 것임을 특징으로 하는 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행저항력(F)를 산출하기 위하여 필요한 데이터로서, 상기 차량의 엔진회전수는 상기 차량의 제어장치로부터 수신하는 것이고, 상기 차량의 속도는 상기 차량의 제어장치 또는 상기 차량에 부착된 네비게이션 장치로부터 수신하는 것이며, 또한 상기 차량의 위치정보 및 상기 내리막구간의 경사도 및 길이는 상기 네비게이션 장치로부터 수신하는 것임을 특징으로 하는 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    주행저항력(F) = 구름마찰저항력 + 공기저항력 - 구배저항력 + 내부저항력 …………… (1-1)
    구름마찰저항력 = 구름저항계수 x 차량의 질량 x 중력가속도 …………… (1-2)
    공기저항력 = 공기저항계수 x 속도2 …………… (1-3)
    구배저항력 = 차량의 질량 x 중력가속도 x sin θ …………… (1-4)
    (여기에서, θ는 상기 내리막구간의 경사각임)
    내부저항력 = 내부저항계수 x 엔진회전수 …………… (1-5)
    (상기 식들에서 각종 계수들은 차량 실험을 통한 측정값으로부터 결정되는 것임)
    상기 주행저항력(F)은 상기 내리막구간의 시작지점에서 상기 식들에 의하여 산출되는 것임을 특징으로 하는 내리막구간에서 연료차단 관성주행에 의한 연비향상을 실현하는 에코드라이브 기능이 구현되는 정속주행제어 장치.
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