KR101710331B1 - 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 전자동 온도조절장치 및 차실의 냉방을 위해 구비된 냉방시스템을 포함한다. 그리고 상기 전자동 온도조절장치는 사용자가 입력한 차실설정온도를 기초로 목표증발기온도를 산출하고, 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 필터링하여 온도제어용 보정증발기온도를 산출하고, 상기 실제증발기온도를 재차 필터링하여 상기 온도제어용 보정증발기온도와는 별도로 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하고, 상기 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 상기 냉방시스템에 구비된 압축기의 냉매토출량을 변경하는 제어 및 상기 아이싱방지용 보정증발기온도를 이용하여 상기 압축기의 냉매토출을 정지시키는 제어를 병행한다.

Description

이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치 및 방법{AIR CONDITIONING SYSTEM OF VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF EVAPERATOR USING TWO PARAMETERS FILTERED THROUGH DIFFERENT PROCESS}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용자가 입력한 차실설정온도로부터 산출된 목표증발기온도와 증발기센서로부터 전송된 실제증발기온도를 필터링하여 산출된 보정증발기온도 간 비교를 통해 상기 증발기의 온도를 제어하는 차량용 공조장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 차량용 공조장치에 의해 수행되는 증발기 온도 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 공조장치가 설치된다. 그리고 상기 공조장치는 차실(자동차 실내)의 냉방을 위한 냉방시스템과, 공조와 관련된 각종 장치 및 시스템을 제어하는 전자동 온도조절장치(FATC, Full Automatic Temperature Control)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 냉방시스템(10)은 압축기(11)와, 응축기(12)와, 팽창밸브(13)와, 증발기(14)와, 증발기센서(15)를 포함한다.
압축기(11)는 자동차 엔진(미도시)에 의해 구동하면서 증발기(14)로부터 인입된 저온저압의 기상 냉매를 고온고압의 기상 냉매로 압축시킨다. 응축기(12)는 압축기(11)로부터 인입된 고온고압의 기상 냉매를 응축하여 액화시키고, 팽창밸브(13)는 응축기(12)로부터 인입된 액상 냉매를 단열팽창시켜 기체와 액체가 혼합된 상태로 형성한다. 팽창밸브(13)를 거친 냉매는 증발기(14)에서 주변 공기로부터 열을 흡수하여 기화된 후 압축기(11)로 유입된다. 증발기(14)에서 냉매와의 열교환을 통해 냉각된 주면 공기는 차실(자동차 실내)로 공급된다. 상기 증발기센서(15)는 증발기(14) 온도를 감지한 후 전자동 온도조절장치(20)로 전송한다.
전자동 온도조절장치(20)는 사용자로부터 입력된 공조조건들 중 하나인 차실설정온도를 운전석 전방의 센터 파시아 패널(Center Facia Panel)에 장착된 콘트롤러(30)로부터 전송받은 후, 이를 기초로 목표증발기온도(차실의 온도를 차실설정온도에 도달시키기 위해 증발기(14)가 보유해야하는 온도)를 산출한다. 사용자는 콘트롤러(3)의 온도 조절 스위치를 조작하여 차실설정온도를 입력할 수 있다.
또한 전자동 온도조절장치(20)는 증발기센서(15)로부터 증발기(14)의 온도(실제증발기온도)를 전달받고, 상기 실제증발기온도의 필터링을 통해 보정증발기온도를 산출하며, 상기 보정증발기온도와 목표증발기온도 간에 차이가 있으면 제어신호를 압축기(11)로 전송한다. 제어신호를 수신한 압축기(11)는 증발기(14)의 온도를 변화시키기 위해 냉매토출량을 변경한다.
여기서, 실제증발기온도의 필터링은 현재 실제증발기온도의 일정부분과 직전 실제증발기온도의 일정부분을 합하는 것을 의미한다. 예컨대, 실제증발기온도가 sin(t)로 표시되고 직전 실제증발기온도가 5초 전의 것이라 가정하면, 실제증발기온도의 필터링을 통해 산출된 보정증발기온도는 x*sin(t)+y*sin(t-5)(단, x+y=1)로 표시된다. 이와 같이 산출된 보정증발기온도는, 도 2에 도시된 바와 같이, 실제증발기온도보다 더 작은 진폭을 갖는다. 압축기(11)의 제어에 사용되는 값들의 진폭(변동폭)이 작아질수록 압축기(11)의 RPM 변동폭이 감소함과 동시에 압축기(11)의 토크량 변동폭이 감소하는바, 실제증발기온도가 아닌 보정증발기온도가 압축기(11)의 제어에 사용되면 압축기(11)의 RPM 변동폭 감소, 압축기(11)의 토크량 변동폭 감소 및 증발기온도의 변동폭 감소 측면에서 유리하다.
그러나 보정증발기온도가 위와 같이 산출되면 보정증발기온도의 위상은, 도 2에 도시된 바와 같이, 실제증발기온도의 위상보다 소정의 시간(a)만큼 늦어지게 된다. 따라서 보정증발기온도가 압축기(11) 제어에 사용되면 증발기(14)에 아이싱(증발기(14) 표면에서 액화된 주변 공기가 증발기(14) 표면에서 어는 현상)이 발생하는 것을 방지할 수 없게 된다.
따라서, 종래에는 상충하는 두 이익(압축기의 RPM 변동폭 감소 및 토크량 변동폭 감소, 증발기의 아이싱 방지)을 절충하는 선에서 상기 보정증발기온도가 산출되고 압축기(11)의 제어에 사용되었으나, 이는 상기 두 이익 모두를 극대화시키지 못하는 문제를 발생시킨다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 압축기의 RPM 변동폭 감소 및 토크량 변동폭 감소라는 이익과, 이에 상충하는 이익인 증발기의 아이싱 방지를 모두 종래에 비해 증가시킬 수 있는 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 전자동 온도조절장치 및 차실의 냉방을 위해 구비된 냉방시스템을 포함한다. 그리고 상기 전자동 온도조절장치는 사용자가 입력한 차실설정온도를 기초로 목표증발기온도를 산출하고, 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 필터링하여 온도제어용 보정증발기온도를 산출하고, 상기 실제증발기온도를 재차 필터링하여 상기 온도제어용 보정증발기온도와는 별도로 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하고, 상기 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 상기 냉방시스템에 구비된 압축기의 냉매토출량을 변경하는 제어 및 상기 아이싱방지용 보정증발기온도를 이용하여 상기 압축기의 냉매토출을 정지시키는 제어를 병행한다.
바람직하게 상기 전자동 온도조절장치는, 상기 아이싱방지용 보정증발기온도가 상기 온도제어용 보정증발기온도보다 작은 위상 지연을 갖도록 실제증발기온도를 필터링한다.
또한 본 발명에 따른 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 방법은 차실 공기의 제어를 위해 사용자로부터 공조조건을 입력받는 콘트롤러와 통신하고, 증발기의 온도를 감지하는 증발기센서와 통신하며, 압축기와 통신하는 전자동 온도조절장치에 의해 수행되는 것으로서, (A) 사용자가 입력한 차실설정온도를 상기 콘트롤러로부터 수신하여 이를 기초로 목표증발기온도를 산출하는 단계(S110); (B) 상기 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 필터링하여 온도제어용 보정증발기온도를 산출하는 단계(S120a); (C) 상기 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 재차 필터링하여 상기 온도제어용 보정증발기온도와는 별도로 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하는 단계(S120b); (D) 상기 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 냉매토출량 변경신호를 상기 압축기에 전송하는 단계(S130a); 및 (E) 상기 아이싱방지용 보정증발기온도에 근거하여 냉매토출 정지신호를 상기 압축기에 전송하는 단계(S130b);를 포함한다.
바람직하게 상기 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하는 단계(S120b)에서 상기 전자동 온도조절장치는 상기 아이싱방지용 보정증발기온도가 상기 온도제어용 보정증발기온도보다 작은 위상 지연을 갖도록 실제증발기온도를 필터링한다.
본 발명에 의하면, 증발기센서로부터 수신된 실제증발기온도가 이원화된 필터링과정을 거쳐 서로 상이한 두 개의 보정증발기온도로 산출되고, 상기 두 개의 보정증발기온도는 각각 증발기 온도 제어 및 증발기 아이싱 방지에 사용된다. 따라서 압축기의 RPM 변동폭 감소 및 토크량 변동폭 감소라는 이익과, 이에 상충하는 이익인 증발기의 아이싱 방지가 절충되지 않고 모두 극대화된다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 증발기센서에 의해 감지된 실제증발기온도와, 실제증발기온도의 필터링을 통해 산출된 보정증발기온도를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치를 도시한 블록도이다.
도 4는 증발기센서에 의해 감지된 실제증발기온도와, 실제증발기온도의 필터링을 통해 산출된 아이싱방지용 보정증발기온도 및 온도제어용 보정증발기온도를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치 및 방법의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 전자동 온도조절장치(100)를 포함한다. 그리고 상기 전자동온도조절장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 운전석 전방의 센터 파시아 패널(Center Facia Panel)에 장착된 콘트롤러(30)와 통신하고, 차량에 탑재된 냉방시스템(10)의 증발기센서(15) 및 압축기(11)와 통신한다. 상기 콘트롤러(30)는 사용자로부터 여러 공조조건들을 입력받을 수 있게 구비되고, 상기 공조조건들 중 하나인 차실설정온도를 전자동 온도조절장치(100)로 전송한다. 상기 증발기센서(15)는 증발기(14) 온도를 감지한 후 전자동 온도조절장치(100)로 전송한다.
콘트롤러(30)로부터 차실설정온도를 수신한 경우, 전자동 온도조절장치(100)는 차실설정온도를 기초로 목표증발기온도(차실의 온도를 차실설정온도에 도달시키기 위해 증발기(14)가 보유해야하는 온도)를 산출한다.
증발기센서(15)로부터 실제증발기온도를 수신한 경우, 전자동 온도조절장치(100)는 상기 실제증발기온도를 필터링하여 온도제어용 보정증발기온도 및 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출한다. 여기서, 실제증발기온도의 필터링은 현재 실제증발기온도의 일정부분과 직전 실제증발기온도의 일정부분을 합하는 것을 의미한다. 예컨대, 실제증발기온도가 sin(t)로 표시되고 직전 실제증발기온도가 5초 전의 것이라 가정하면, 실제증발기온도의 필터링을 통해 산출된 보정증발기온도는 x*sin(t)+y*sin(t-5)(단, x+y=1)로 표시된다. 보정증발기온도가 위와 같이 산출될 경우, 보정증발기온도의 진폭(변동폭) 및 위상 지연은 x:y의 값에 따라 변경된다.
온도제어용 보정증발기온도는 증발기(14)의 온도 제어 시 사용되는 값이다. 그리고 증발기(14)의 온도 제어 시 사용되는 값의 진폭이 작을수록 압축기(11)의 RPM 변동폭 및 토크량 변동폭은 감소한다. 따라서 온도제어용 보정증발기온도는, 도 4에 도시된 바와 같이, 아이싱방지용 보정증발기온도에 비해 상대적으로 작은 진폭을 갖는다. 예컨대, 앞선 예에서 x:y가 1:1인 경우 보정증발기온도의 진폭이 가장 작은바, 온도제어용 보정증발기온도 산출을 위한 필터링에서는 x:y를 1:1에 근접하게 설정할 수 있다.
반면, 아이싱방지용 보정증발기온도는 증발기(14)의 아이싱 방지에 사용되는 값이다. 그리고 증발기(14)의 아이싱 방지에 사용되는 값의 위상 지연이 작아질수록 증발기(14)의 아이싱이 더욱 확실하게 방지될 수 있다. 따라서 아이싱방지용 보정증발기온도의 위상 지연(a2)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 온도제어용 보정증발기온도의 위상 지연(a1)보다 작게 형성된다. 예컨대, 앞선 예에서 x가 1에 가까워지고 y가 0에 가까워질수록 보정증발기온도의 위상 지연이 작아지는바, 아이싱방지용 보정증발기온도 산출을 위한 필터링에서는 x를 1에 가까운 값으로, y를 0에 가까운 값으로 설정할 수 있다.
전자동 온도조절장치(100)는 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 냉매토출량 변경신호를 압축기(11)에 전송한다. 보다 구체적으로, 온도제어용 보정증발기온도가 목표증발기온도보다 높으면 증발기(14) 온도를 낮추기 위해 전자동 온도조절장치(100)는 냉매토출량 증가신호를 압축기(11)에 전송하고, 온도제어용 보정증발기온도가 목표증발기온도보다 낮으면 증발기(14) 온도를 높이기 위해 전자동 온도조절장치(100)는 냉매토출량 감소신호를 압축기(11)에 전송한다.
전자동 온도조절장치(100)는 아이싱방지용 보정증발기온도에 근거하여 냉매토출 정지신호를 압축기(11)에 전송한다. 보다 구체적으로, 아이싱방지용 보정증발기온도가 기준온도보다 높을 경우에 전자동 온도조절장치(100)는 냉매토출 정지신호를 전송하지 않으나, 낮을 경우에는 증발기(14) 온도의 상승을 위해 냉매토출 정지신호를 압축기(11)에 전송한다. 상기 기준온도는 증발기(14)에서 아이싱이 발생하기 시작하는 온도로서, 사전 테스트에 의해 미리 결정되어 메모리(미도시)에 저장되어 있고, 차종마다 상이하게 설정될 수 있다.
이하, 상기 전자동 온도조절장치(100)에 의해 수행되는 증발기 온도 제어 방법을 설명한다.
상기 증발기 온도 제어 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1단계(S110), 제2-1단계(S120a), 제2-2단계(S120b), 제3-1단계(S130a) 및 제3-2단계(S130b)를 포함한다.
제1단계(S110)에서 전자동 온도조절장치(100)는 사용자가 입력한 차실설정온도를 상기 콘트롤러(30)로부터 수신한 후 상기 차실설정온도를 기초로 목표증발기온도를 산출한다.
전자동 온도조절장치(100)는 제2-1단계(S120a)에서 증발기센서(15)로부터 수신한 실제증발기온도를 필터링하여 온도제어용 보정증발기온도를 산출하고, 제2-2단계(S120b)에서는 증발기센서(15)로부터 수신한 실제증발기온도를 필터링하여 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출한다. 제2-1단계(S120a)와 제2-2단계(S120b)는 거의 동시에 수행된다.
제3-1단계(S130a)에서 전자동 온도조절장치(100)는 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 냉매토출량 변경신호를 압축기(11)에 전송한다. 이때, 온도제어용 보정증발기온도가 목표증발기온도보다 높으면 전자동 온도조절장치(100)는 냉매토출량 증가신호를 압축기(11)에 전송한다. 증가신호를 수신한 압축기(11)는 냉매의 토출량을 증가시키고, 이와 같은 경우 증발기(14)의 온도가 낮아진다. 반면, 온도제어용 보정증발기온도가 목표증발기온도보다 낮으면 전자동 온도조절장치(100)는 냉매토출량 감소신호를 압축기(11)에 전송한다. 감소신호를 수신한 압축기(11)는 냉매의 토출량을 감소시키고, 이와 같은 경우 증발기(14)의 온도가 높아진다.
제3-2단계(S130b)에서 전자동 온도조절장치(100)는 아이싱방지용 보정증발기온도에 근거하여 냉매토출 정지신호를 상기 압축기에 전송한다. 이때, 아이싱방지용 보정증발기온도가 기준온도보다 높으면 전자동 온도조절장치(100)는 냉매토출 정지신호를 전송하지 않으나, 낮을 경우에는 냉매토출 정지신호를 압축기(11)에 전송한다. 정지신호를 수신한 압축기(11)는 냉매의 토출을 중단하고, 이와 같은 경우 증발기(14)의 온도가 빠르게 상승한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
10 : 냉방시스템 11 : 압축기
12 : 응축기 13 : 팽창밸브
14 : 증발기 15 : 증발기센서
30 : 콘트롤러 100 : 전자동 온도조절장치

Claims (4)

  1. 전자동 온도조절장치 및 차실의 냉방을 위해 구비된 냉방시스템을 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 전자동 온도조절장치는 사용자가 입력한 차실설정온도를 기초로 목표증발기온도를 산출하고, 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 필터링하여 온도제어용 보정증발기온도를 산출하고, 상기 실제증발기온도를 재차 필터링하여 상기 온도제어용 보정증발기온도와는 별도로 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하고, 상기 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 상기 냉방시스템에 구비된 압축기의 냉매토출량을 변경하는 제어 및 상기 아이싱방지용 보정증발기온도를 이용하여 상기 압축기의 냉매토출을 정지시키는 제어를 병행하며,
    상기 실제증발기온도의 필터링은 현재 실제증발기온도(f(t))의 일정부분(xf(t))과 직전 실제증발기온도(f(t-a))의 일정부분(yf(t-a))을 합하는 것을 의미하며(x+y=1), 상기 온도제어용 보정증발기온도 산출을 위한 필터링에서는 x:y가 1:1에 근접하며, 상기 아이싱방지용 보정증발기온도 산출을 위한 필터링에서는 x는 1, y는 0에 근접한 것을 특징으로 하는 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전자동 온도조절장치는, 상기 아이싱방지용 보정증발기온도가 상기 온도제어용 보정증발기온도보다 작은 위상 지연을 갖도록 실제증발기온도를 필터링하는 것을 특징으로 하는 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 차량용 공조장치.
  3. 차실 공기의 제어를 위해 사용자로부터 공조조건을 입력받는 콘트롤러와 통신하고, 증발기의 온도를 감지하는 증발기센서와 통신하며, 압축기와 통신하는 전자동 온도조절장치에 의해 수행되는 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 방법에 있어서,
    (A) 사용자가 입력한 차실설정온도를 상기 콘트롤러로부터 수신하여 이를 기초로 목표증발기온도를 산출하는 단계(S110);
    (B) 상기 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 현재 실제증발기온도(f(t))의 일정부분(xf(t))과 직전 실제증발기온도(f(t-a))의 일정부분(yf(t-a))을 합하는 방식으로 필터링하되, x+y=1이며, x:y=1:1에 근접하도록 하여 온도제어용 보정증발기온도를 산출하는 단계(S120a);
    (C) 상기 증발기센서로부터 수신한 실제증발기온도를 현재 실제증발기온도(f(t))의 일정부분(xf(t))과 직전 실제증발기온도(f(t-a))의 일정부분(yf(t-a))을 합하는 방식으로 재차 필터링하되, x+y=1이며, x=1, y=0에 근접하도록 하여 상기 온도제어용 보정증발기온도와는 별도로 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하는 단계(S120b);
    (D) 상기 온도제어용 보정증발기온도와 상기 목표증발기온도 간 차이에 근거하여 냉매토출량 변경신호를 상기 압축기에 전송하는 단계(S130a); 및
    (E) 상기 아이싱방지용 보정증발기온도에 근거하여 냉매토출 정지신호를 상기 압축기에 전송하는 단계(S130b);를 포함하는 것을 특징으로 하는 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아이싱방지용 보정증발기온도를 산출하는 단계(S120b)에서 상기 전자동 온도조절장치는 상기 아이싱방지용 보정증발기온도가 상기 온도제어용 보정증발기온도보다 작은 위상 지연을 갖도록 실제증발기온도를 필터링하는 것을 특징으로 하는 이원화된 필터링을 통해 증발기 온도를 제어하는 방법.
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