KR101752594B1 - 지능형 차량 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템은, 차량의 브레이크 페달 신호, 가속 페달 개도, 가상의 가속 페달 개도, 오토크루즈 작동신호, 엔진 회전수, 터빈 회전수, 차속, 순간 연료 소모량, 도로 경사도, 모터 전류, 모터 전압 및 대기압 중 적어도 하나 이상에 대한 운전정보를 수집하는 운전정보 수집부;와, 상기 차량의 토크컨버터 특성곡선(C-factor 곡선), 토크컨버터 토크증배 특성식, 상기 차량의 중량, 주행 저항, 기어 비, 타이어 동반경, 기어 각 단별 마찰토크, 브레이킹 힘 특성식, 기어 각 단별 엔진브레이킹토크 특성 맵, 브레이킹 목표손실율 맵, 모터 효율 맵 및 파워트레인 무빙계 이너셔, 목표 감속기울기 중 적어도 하나 이상에 대한 차량특성데이터를 저장하는 차량특성 저장부;와, 상기 운전정보와 차량특성데이터에 기초하여, 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지를 연산하는 연산부;및 상기 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 연산부에 의해 연산된 값 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 도출하는 도출부;를 포함할 수 있다.

Description

지능형 차량 관리 시스템{INTELLIGENT VEHICLE MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 지능형 차량 관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 에너지를 소모하는 각 요소 별 손실에너지를 산출 및 분석하여 이를 바탕으로 차량의 안전진단 및 에너지를 관리할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
현대사회에 들어, 차량은 점점 전장화되면서 전자적인 제어기술들이 많이 접목되고 있다.
또한, 인터넷 통신 기술의 비약적인 발전에 의해, 차량 내 소프트웨어를 이용한 인터넷 접속, 차량과 차량 사이의 통신, 차량과 서버 사이의 통신이 가능한 커넥티드 차량 및 운전자가 조작을 하지 않고도 운전이 가능한 무인자동차 등의 지능형 차량에 대한 관심이 고조되고 있다.
이러한 지능형 차량(예를 들어, 커넥티드 차량, 무인 자동차) 시대의 도래에 앞서, 교통안전 관리 또는 인프라 구축을 위해서는, 차량의 운전상태를 정확히 도출하여 관리하는 시스템이 필요하다. 예를 들어, 차량이 정상적으로 제어되고 있는지에 대한 예측, 차량들의 잠재적 제동거리를 예측하여 차량과 차량 사이의 안전거리를 유지할 수 있는 차량의 제어, 차량의 감속에너지를 이용한 잠재적 재생가능 에너지의 예측, 차량의 각 요소 별 손실에너지의 빅데이터로서의 활용 등이 가능한 시스템이 필요할 것이다.
하지만, 현재까지 차량에 적용되는 전자 및 통신 기술의 이용은, 차량에서의 인터넷 접속, 원격에 의한 차량의 시동, 원격에 의한 차량용 소프트웨어의 업그레이드 또는 차량의 위치 정보, 주행 정보, 센서에 의한 차간거리 인식, 차선 이탈 인식 등의 정보의 수집에 머물러 있어, 차량 그 자체의 운전상태 즉, 엔진부터 바퀴까지의 각 에너지를 소모하는 요소들에 대한 에너지 정보, 즉 차량 자체의 정보 및 이 정보를 이용한 차량의 안전 및 에너지 관리에는 부족함이 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 그 목적은 차량의 각 요소 별 손실에너지를 분석하여, 차량의 운전상태를 도출하고 관리할 수 있는 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템은,
차량의 브레이크 페달 신호, 가속 페달 개도, 가상의 가속 페달 개도, 오토크루즈 작동신호, 엔진 회전수, 터빈 회전수, 차속, 순간 연료 소모량, 도로 경사도, 모터 전류, 모터 전압 및 대기압 중 적어도 하나 이상에 대한 운전정보를 수집하는 운전정보 수집부;
상기 차량의 토크컨버터 특성곡선(C-factor 곡선), 토크컨버터 토크증배 특성식, 상기 차량의 중량, 주행 저항, 기어 비, 타이어 동반경, 기어 각 단별 마찰토크, 브레이킹 힘 특성식, 브레이킹 목표손실율 맵, 기어 각 단별 엔진브레이킹토크 특성 맵, 브레이킹 목표손실율 맵, 모터 효율 맵 및 파워트레인 무빙계 이너셔 중 적어도 하나 이상에 대한 차량특성데이터를 저장하는 차량특성 저장부;
상기 운전정보와 차량특성데이터에 기초하여, 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지를 연산하는 연산부;및
상기 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 연산부에 의해 연산된 값 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 도출하는 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 도출부는, 상기 차량의 정상제어여부 도출모드를 상기 차량의 운전정보에 따라, 제1 모드와 제2 모드 중 적어도 하나로 설정하는 것이 바람직하다.
(여기서, 제1 모드는 상기 차량의 운전정보에 따라 적어도 가속 주행 또는 정속 주행으로 판단되는 경우 설정되는 모드이며, 제2 모드는 상기 차량의 운전정보에 따라 적어도 정차 중 아이들(idle) 또는 감속 중 아이들(idle)로 판단되는 경우 설정되는 모드이다.)
여기서, 상기 제1 모드에서의 도출부는,
구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지 값과, 구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합과의 차이를 기초로, 차량의 정상제어여부를 도출하는 것이 바람직하다.
(여기서, 상기 차량이 내연기관 차량 또는 하이브리드 차량에서 엔진이 구동되는 모드인 경우, 상기 구동원은 엔진이며,
상기 차량이 전기자동차 또는 하이브리드 차량에서 모터로만 구동되는 경우, 상기 구동원은 모터이다.)
여기서, 상기 제2 모드에서의 도출부는,
상기 연산부를 통하여 연산된 값을 기초로, 제2 모드 정상제어 기준식에 의한 값을 산출하여, 상기 차량의 정상제어여부를 도출하는 것이 바람직하다.
(여기서, 상기 차량이 내연기관 차량 또는 하이브리드 차량에서 엔진이 구동되는 모드인 경우, 상기 제2 모드 정상제어 기준식은 적어도 변속기 슬립 손실에너지를 포함하여 표현되며,
상기 차량이 전기자동차 또는 하이브리드 차량에서 모터로만 구동되는 경우, 상기 제2 모드 정상제어 기준식은 적어도 가속저항 손실에너지 및 구배주행 손실에너지를 포함하여 표현된다.)
여기서, 상기 차량의 예상제동거리는,
적어도 차량의 구름저항, 공기저항, 구배저항 및 예상브레이킹 힘을 포함하여 표현되는 예상제동거리기준식에 의하여 도출되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 지능형 차량 관리 시스템은, 주변 차량 또는 소정의 서버로부터 상기 주변 차량의 예상제동거리를 수신하는 송수신부;를 포함하며,
상기 도출부는,
상기 차량의 예상제동거리와, 상기 수신부를 통하여 수신된 상기 주변 차량의 예상제동거리를 기초로, 제동시 요구되는 예상브레이킹 힘 정보를 도출하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 도출부는, 상기 차량의 재생가능 에너지 정보의 도출모드를, 상기 차량의 운전정보에 따라, 자연타행 감속모드와 브레이킹 감속모드 중 적어도 하나로 설정하는 것이 바람직하다.
(여기서, 자연타행 감속모드는 상기 차량의 운전정보에 따라, 브레이크 신호 없이 주행 중 저항으로 인해 감속되는 상황으로 판단되는 경우 설정되는 모드이며, 브레이킹 감속모드는 상기 차량의 운전정보에 따라, 브레이킹 힘에 의해 제동되어 감속되는 상황으로 판단되는 경우 설정되는 모드이다.)
여기서, 상기 자연타행 감속모드에서의 도출부는, 기설정된 목표 감속기울기를 발생시킬 수 있는 모터의 목표전력량을 기초로, 상기 재생가능 에너지 정보를 도출하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 브레이킹 감속모드에서의 도출부는,
기설정된 목표 감속기울기를 발생시킬 수 있는 모터의 목표전력량 또는 브레이킹 목표손실에너지율 중 적어도 하나를 기초로, 상기 재생가능 에너지 정보를 도출하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 모터의 발전전력량이 상기 모터의 목표전력량에 수렴할 수 있도록 상기 모터 계통을 제어 가능하거나, 브레이킹 손실에너지율이 상기 브레이킹 목표손실에너지율에 수렴할 수 있도록 상기 브레이크 계통을 제어 가능한 제어부;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 연산부는, 상기 운전정보와 차량특성데이터에 기초하여, 각 요소 별 연료 소모량, 각 요소 별 연료 소모율 중 적어도 하나를 연산하며,
상기 연산부를 통하여 계산된 값을 나타내기 위한 디스플레이부;를 포함하여, 운전자의 경제운전을 유도할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 서버는,
차량으로부터 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지를 중 적어도 하나를 포함하는 수신정보를 수신하는 수신부;및
상기 수신정보에 기초하여, 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 도출하는 도출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 수신부는, 복수의 차량으로부터 각 차량 별로 제1 항의 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지 중 적어도 하나를 포함하는 수신정보를 수신하며,
도출부는, 각 차량 별로 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 도출정보를 도출하여 관리하는 것이 바람직하다.
여기서, 도출부는, 수신정보 및 도출정보 중 적어도 하나에 기초하여, 발전소의 설계용량 및 환경부담금을 포함하는 자동차세를 계산하는 것이 바람직하다.
본 발명의 지능형 차량 관리 시스템에 따르면, 차량의 정상제어 여부를 도출하여 비정상제어로 도출되는 경우, 차량에 경고신호를 출력하여 운전자에게 정비의 필요성을 안내하거나, 차량의 엔진 출력을 제한하여 비정상제어로 인한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.
또한, 차량의 예상제동거리를 도출하여 제어부로 하여금, 주변 차량과의 안전거리를 확보할 수 있도록 차량을 제어할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 차량의 감속시의 잠재적 재생가능 에너지량을 계산하여 빅데이터로 활용할 수 있다. 또는 실제 감속에 의한 재생에너지를 빅데이터로 활용할 수 있다. 예를 들면, 움직이는 차량을 통한 발전 에너지량을 빅데이터로 처리하여 보유하고 있으면 전력 발전소 같은 관련 인프라 시설의 규모를 설계하는데 도움이 될 수 있다.
또한 각 요소 별로 손실에너지를 계산하여 처리하여 다양하게 응용할 수 있다. 예를 들면, 각 요소 별 손실에너지를 디스플레이 화면에 디스플레이하여 탑승자로 하여금 실시간으로 각 요소 별로 에너지(연료)가 소모되는 것을 확인할 수 있도록 하고, 연료의 실제 소모량(이는, CO2 배출량과 비례)에 기준하여 세금을 부과하는 제도를 설계하는데 있어, 이러한 데이터를 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 에너지 흐름을 개략적으로 표현한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 차량의 정상제어 여부를 판단하는 플로우 차트를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 차량의 정상제어 여부를 판단하는 플로우 차트를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템에 따라 차량(A)와 주변차량(B)의 안전거리가 유지될 수 있는 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 차량(A)와 주변차량(B) 속도 및 브레이킹 힘에 따른 차량(A)와 주변차량(B)의 예상제동거리(제1 예상제동거리, 제2 예상제동거리)를 개념적으로 도시한 표이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 요소 별 연료 소모량이 디스플레이부를 통해 표시되는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제운전 상태에 따라 변경되는 이미지가 디스플레이부에 표시되는 일 예를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고" 연결되어 있는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
먼저 도 1을 참조하면, 브레이크 페달 신호, 가속 페달 개도, 엔진회전수 및 터빈 회전수, 차속, 순간 연료 소모량, 도로 경사도, 모터 전류, 모터 전압 및 대기압 중 적어도 하나 이상에 대한 운전정보를 수집하는 운전정보 수집부(100); 및 차량의 토크컨버터 특성곡선 (C-factor 곡선) 및 토크컨버터 토크증배 특성식을 포함하고 차량의 중량, 차량의 주행 저항, 기어 비, 타이어 동반경, 기어 각 단별 마찰토크, 브레이킹 힘 특성식, 기어 각 단별 엔진브레이킹토크 특성 맵, 브레이킹 목표손실율 맵, 모터 효율 맵 및 파워트레인 무빙계 이너셔 중 적어도 하나 이상에 대한 차량특성데이터를 저장하는 차량특성 저장부 (200);를 포함할 수 있다.
또한, 운전정보와 차량특성데이터에 기초하여 차량의 각 요소 별 손실에너지를 연산하는 연산부(300) 및 상기 운전정보, 차량특성데이터, 연산부(300)를 통하여 연산된 값 중 적어도 하나에 기초하여 차량의 정상제어여부, 차량의 제1 예상제동거리, 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 도출정보를 도출하는 도출부(400)를 포함할 수 있다.
또한, 도출부(400)에 의한 차량의 정상제어여부 도출에 기초하여, 차량에 경고신호를 출력하거나, 차량의 엔진 출력을 조절하는 제어부(500)를 포함할 수 있다.
또한, 주변 차량(50) 또는 소정의 서버로부터 주변 차량(50)의 제2 예상제동거리를 수신할 수 있는 송수신부(600)를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)은, 운전정보 수집부(100), 차량특성 저장부(200), 연산부(300), 도출부(400), 제어부(500) 및 송수신부(600)가 차량에 모두 구현될 수 있다.
또한, 운전정보 수집부(100), 차량특성 저장부(200), 연산부(300)는 차량에 구현되되, 도출부(400), 제어부(500) 및 송수신부(600)는 차량과 통신할 수 있는 지능형 차량 관리 서버(2000)에 구현되는 형태일 수도 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도출부(400), 제어부(500) 및 송수신부(600)가 지능형 차량 관리 서버(2000)에 구현되는 경우에는, 지능형 차량 관리 서버(2000)와 통신할 수 있는 다수의 차량에 대한 각 요소 별 손실에너지를 기초로, 차량 별 차량의 정상제어여부, 차량의 예상제동거리, 차량의 재생가능에너지 등의 정보를 통합 관리할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 운전정보 수집부(100)는 차량의 엔진제어기(10), 차량의 변속기 제어기(20), 잠김방지 브레이크 제어기(ABS)(30) 또는 모터 제어기(40)로부터 정보를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템은(100)는 차량의 각요소들이 정상적으로 제어가 되고 있는지를 도출할 수 있는 시스템으로서, 차량의 각 요소에서 손실되는 에너지를 기초로 도출할 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)은, 차량의 각 요소들이 정상적으로 제어될 때의 각 요소 별 혹은 각 요소의 조합에 있어서 손실되어야 하는 에너지보다, 실제로 손실되고 있는 에너지가 크거나 작은 경우에는 차량이 정상적으로 제어되고 있다고 볼 수 없음을 이용하여, 차량의 각 요소들의 정상제어 여부를 도출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 에너지 흐름을 개략적으로 표현한 모식도이다.
도 3의 에너지 흐름(F)을 참조한다면, 다음 식(1)의 좌변의 연산 값은 차량에 투입되는 에너지로서, 차량의 각 요소들이 정상적으로 제어가 되고 있는 경우, 다음 식(1)의 우변의 연산 값에 해당하는 각 요소별 손실에너지의 총합으로 소모될 수 있다. 여기서, 다음 식은 내연기관 차량을 기준으로 표현하였으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 하이브리드 차량은, 내연기관(엔진)이 작동하고 있는 경우에 다음의 식이 이용될 수 있다.
순간 연료 소모량 * 연료의 저위발열량 = 엔진 손실에너지 + 변속기 슬립 손실에너지 + 변속기 기어 마찰 손실에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지 + 차량 가속저항 손실에너지 + 차량 구배주행 손실에너지 + 차량 구름저항 손실에너지 + 차량 공기저항 손실에너지 + 브레이킹 손실에너지 + 모터 손실에너지...... (1)
상기 식 (1)의 순간 연료 소모량 및 각 손실에너지는 소정의 계산주기 동안(Calculation time task) 동안에 계산된 값일 수 있다. 예를 들어, 손실 에너지 계산에 필요한 차량이 움직인 거리, 축의 회전각은 계산주기(Calculation time task) 동안에 계산된 값을 의미할 수 있다. 일반적으로, 계산주기(Calculation time task)는 0.1초 이상 1.0초 이하의 시간으로 선정된다.
순간 연료 소모량은, 소정의 계산주기 동안(Calculation time task) 소모되는 연료 소모량일 수 있다. 여기서, 엔진 제어기(10)는 내부적으로 인젝터 특성식을 이용하여 순간 연료 소모량을 산출할 수 있다.
연료의 저위발열량(Fuel low heating value)은 연료량과 에너지를 상호 변환할 때 이용되며, 가솔린 및 디젤 계열의 연료의 경우 통상적으로 40~44MJ/kg의 값을 갖는다.
여기서, 손실에너지는 힘 * 이동거리, 토크 * 회전각 또는 회전관성이너셔* 각가속도에 의해 구해질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
엔진손실에너지는 불완전연소 손실에너지, 엔진 냉각손실에너지, 엔진 배기손실에너지, 엔진 펌핑 손실에너지, 엔진 마찰손실에너지, 엔진 부대장치(예를 들어, 파워스티어링, 에어컨 컴프레서 등의 부대장치) 손실에너지 및 엔진관성 손실에너지의 합을 의미할 수 있다. 여기서, 엔진관성손실에너지는 엔진 무빙 파트의 이너셔 * 각가속도에 의해 구해질 수 있다.
변속기 슬립 손실에너지는, 변속기의 토크컨버터로 입력되는 에너지에서 변속기의 토크컨버터로부터 출력되는 에너지를 빼면 구할 수 있고, 변속기의 토크컨버터로 입력되는 에너지는 변속기 특성곡선(C-factor 곡선)에서 읽어온 값 * 엔진 회전 수 * 엔진 회전 수 * 입력축의 회전각으로 산출될 수 있다. 토크컨버터에서 출력되는 에너지는 토크컨버터 입력토크 * 토크비 * 출력축의 회전각으로 산출될 수 있다. 여기서 토크비는 토크증배특성식에서 읽어올 수 있는 값으로서, 출력토크/입력토크이며 속도비(터빈회전수/엔진회전수)의 함수일 수 있다.
변속기 기어마찰 손실에너지는 기어 각 단별 마찰토크* 출력축의 회전각으로서 산출될 수 있다.
동력전달장치 회전관성 손실에너지는 변속기부터 바퀴에 이르는 동력전달장치의 회전관성이너셔 * 각가속도(여기서, 각가속도는 바퀴의 각가속도)으로서 산출될 수 있다.
차량의 가속저항 손실에너지는 1/2 * M * (V2 2 - V1 2 )으로서 산출될 수 있다. 여기서, M은 차량의 중량이며, V1 및 V2는 각각 계산주기(Calculation time task) 시작시점과 끝시점에서의 차속에 해당된다. 예를 들어, 계산주기가 0.2초라면, 차속이 증가하는 경우 가속저항 손실에너지는 양의 값을 가지게 되며, 차속이 감소하는 경우 가속저항 손실에너지는 음의 값을 가지게 된다.
차량의 구배주행 손실에너지는 차량중량 * 중력가속도 * sin(도로경사도) * 차량이 이동한 거리로서 산출될 수 있다. 예를 들어, 오르막길(Uphill) 주행에서는 도로경사도가 양의 값으로서, 구배주행 손실에너지는 양의 값을 가지게 되며, 내리막길(Downhill) 주행에서는 도로경사도가 음의 값으로서, 구배주행 손실에너지 역시 음의 값을 가지게 된다.
차량의 공기저항 손실에너지는 공기저향력 * 차량이 이동한 거리로서 산출될 수 있다. 공기저항력은, 실험으로부터 구한 주행저항 곡선식 (f0 + f2 * 차속 * 차속)으로부터 산출될 수 있다. 여기서, f0는 구름저항력을 의미하며, f2 * 차속 * 차속은 공기저항력을 의미할 수 있다. f0와, f2는 차속에 대한 주행저항 피팅 곡선식의 계수를 의미할 수 있다. 주행저항 곡선식은 소위 중립 타행 시험(Coast Down Test)을 통해 구해질 수 있다.
공기저항은 고도에 따라 공기밀도가 저하됨에 따라 감소하므로, 공기저항 손실에너지는 고도 보정이 수반될 수 있다.
공기저항력은 다음의 방법으로 산출될 수도 있다. 다음 식(2)와 같이, 전면투영면적과 공기저항계수를 곱하여 다음 식과 같이 계산될 수 있다.
공기저항력 = 0.5 * 공기밀도 * 차속 * 차속 * 공기저항계수 * 전면투영면적)...........(2)
차량의 구름저항 손실에너지는 상기 식의 f0 값에 차량이 움직인 거리를 곱하여 산출될 수 있다.
브레이킹 손실에너지는, 브레이킹 힘*차량의 이동거리로서, 산출될 수 있다. 여기서, 브레이크 라인 오일압은 대략 운전자가 브레이크를 밟은 힘에 비례하여 증가하다가 수렴하는 특성을 보이며, 브레이킹 힘은 이러한 브레이크 라인 오일압에 비례한다. 즉, 운전자가 브레이크를 밟고 있지 않은 일반적인 주행 상황에서는 브레이킹 손실에너지가 0이며, 운전자가 브레이크를 밟고 차량이 이동하는 주행상황(예를 들어, 급발진 상황 또는 감속 상황)에서는 브레이킹 손실에너지가 0보다 큰 값을 가지게 된다.
모터 손실에너지는, 모터용 밧데리로 들어가거나 혹은 빠져나오는 전류량과 전압의 정보가 주어지고 밧데리의 충전상태 (SOC : State of Charge)가 제공되면, 다음과 같이, 이원화되어 계산이 이루어질 수 있다.
1. 모터용 밧데리로 전류가 충전될 때는 모터를 통해 전류를 발생한다는 의미이고 이때는 모터가 저항체 역할을 하게된다. 이때의 모터 손실 에너지는 전류*전압을 모터의 효율로 나누어준 후 계산주기(Calculation time task)동안 적분하여 구해질 수 있으며, 양의 값을 가지게 된다. 이때는 모터가 다른 연료 소모 요소와 마찬가지로 또 다른 하나의 연료소모 요소의 역할을 수행할 수 있다.
2. 모터용 밧데리로부터 전류가 빠져나갈 때는 모터를 통해 마치 엔진처럼 차량에 에너지를 전달한다는 의미가 되고 이때의 모터 손실 에너지는 전류*전압에 모터의 효율로 곱한 뒤 계산주기(Calculation time task)동안 적분하여 구해질 수 있으며, 음의 값을 가지게 된다. 여기서, 모터는 엔진 이외에 또 하나의 동력원이 있는 것과 마찬가지의 개념이 된다. 다시 말해, 손실에너지로 산출되는 값이 음의 값을 가지는 경우이므로, 마치 엔진처럼 에너지를 동력전달장치에 투입시키는 개념이 된다.
도출부(400)는 차량의 운전정보에 따라 정상제어 여부의 도출모드를 제1 모드와 제2 모드 중 하나로 설정할 수 있다.
여기서, 제1 모드는, 차량의 운전정보에 따라 정차 중 아이들(idle) 및 감속 중 아이들(idle)을 제외한 차량의 일반 주행 조건(예를 들어, 가속 주행, 정속 주행 즉, 브레이크 신호 없이 가속 페달 개도 또는 가상의 가속 페달 개도가 0보다 큰 상태)에 해당하는 경우에 설정될 수 있다.
여기서, 제2 모드는, 차량의 운전정보에 따라 아이들(idle) 상황으로 판단되는 경우에 설정될 수 있다. 여기서, 아이들(idle) 상황은 정차 중 아이들 및 감속 중 아이들 상황을 포함할 수 있다. 예를 들어, 아이들(idle) 상황으로로 판단되는 경우는, 오토크루즈 모드가 아니면서 가속 페달 개도가 0인 상태, 브레이크 신호가 ON인 상태 또는 가속페달을 갖지 않는 자동차(예를 들어, 무인자동차)인 경우에 엔진제어기(10)가 이용하는 가상(Virtual) 가속 페달 개도(또는 가속 페달 개도에 준하는 변수)가 0인 상태 중 적어도 하나일 수 있다.
제1 모드에서의 도출부(400)는, 연산부(300)를 통하여 연산된 값을 기초로, 차량의 정상제어여부를 도출할 수 있다. 이하에서는 제1 모드에서의 도출부(400)가, 차량의 정상제어여부를 도출하는 원리의 일례를 설명하기로 한다.
우선, 제1 모드에서의 도출부(400)는, 연산부(300)를 통하여 연산된 값을 기초로, 구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합을 산출할 수 있다. 여기서, '구동원'은, 내연기관 차량의 경우 또는 하이브리드 차량에서 내연기관(엔진)이 구동되는 모드의 경우에는 엔진을 의미하며, 전기자동차의 경우 또는 하이브리드 차량에서 순수 모터로만 구동되는 모드의 경우에는 모터를 의미한다.
여기서, '구동원 이후의 각 요소'라 함은, 구동원으로부터 출력되는 에너지를 소모하는 요소들로서, 내연기관 차량 및 하이브리드 차량의 경우에는 변속기부터 변속기 이후의 요소들 중 에너지의 상당부분을 소모하는 요소들로 구성될 수 있다. 여기서, 하이브리드차량의 경우에는, 모터가 차량에 동력을 제공하는 요소로도 이용될 수 있지만, 편의상 모터를 변속기 이후의 요소로 취급한다.
구체적으로, '구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합'은 구동원의 종류에 따라, 다음과 같이 구분되어 표현될 수 있다.
1. 내연기관 차량 또는 하이브리드 차량에서 내연기관(엔진)이 구동되는 모드의 경우,
엔진 이후의 손실에너지 총합 = 변속기 슬립 손실에너지 + 변속기 기어 마찰 손실에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지 + 차량 가속저항 손실에너지 + 차량 구배주행 손실에너지 + 차량 구름저항 손실에너지 + 차량 공기저항 손실에너지 + 모터 손실에너지
2. 전기자동차의 경우 및 하이브리드 차량에서 순수 모터로만 구동되는 모드의 경우(여기서, 전기자동차는, 내연기관에서 이용되는 변속기 대신 모터의 회전수를 낮추어주기 위해 감속기가 이용된다),
모터 이후의 손실에너지 총합 = 감속기 기어 마찰 손실에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지 + 차량 가속저항 손실에너지 + 차량 구배주행 손실에너지 + 차량 구름저항 손실에너지 + 차량 공기저항 손실에너지
그리고, 제1 모드에서의 도출부(400)는, 구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지 값과, 구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합과의 차이를 기초로, 차량의 정상제어 여부를 도출한다. 다시 말해, 차량이 정상적으로 제어되고 있는 경우라면, 구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지와 구동원 그 이후의 손실에너지의 합이 근사해야 하는 개념을 이용하는 것이다.
여기서, '구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지'는 구동원의 종류에 따라, 다음과 같이 구분되어 표현될 수 있다.
1. 내연기관 차량 및 하이브리드 차량에서 내연기관(엔진)이 구동되는 모드의 경우,
엔진으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지 = 순간 연료 소모량 * 연료 저위 발열량 * 엔진효율; 또는
엔진으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지 = 엔진으로부터 출력되는 토크 * 입력축의 회전각
2. 전기자동차의 경우 및 하이브리드 차량에서 순수 모터로만 구동되는 모드의 경우,
모터로부터 동력전달계로 투입되는 에너지 = (모터 전류 * 모터 전압 * 모터 효율)을 계산주기(Calculation time task)동안 적분한 값
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모드에서의 차량의 정상제어 여부를 판단하는 플로우 차트를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 제2 모드에서의 도출부(400)에서의 차량의 정상제어 여부 도출은 다음의 순서를 일례로 하여 이루어질 수 있다.
1. 도출모드가 제1 모드인지 여부
2. '구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합'으로부터 '구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지'를 차감한 값이 -a1이하인 상태를 b1 초 이상 유지하는지 여부
3. '구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합'으로부터 '구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지'를 차감한 값이 a2이상인 상태를 b2 초 이상 유지하는지 여부
4. 판단 2 또는 판단 3에 해당한다면, 비정상제어로 도출
여기서, 판단 2 및 판단 3의 기준은, 비정상제어 가능성이 있음을 전제로 한 것이다.
또한, 상기 판단들에서 a1과 a2는, '구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합'과 '구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지'의 차이가 비정상제어로 볼 수 있는 정도인지 여부를 판단하기 위한 기준값에 해당한다. 여기서, a1 과 a2는 양의 값을 가진다.
또한, 상기 판단들에서 b1 과 b2의 값은 노이즈에 의한 오감지 또는 판단 오류를 걸러내기 위한 수단으로 0.1초 ~ 2초 사이의 값을 가질 수 있다.
제2 모드에서의 도출부(400)는, 연산부(300)를 통하여 연산된 값을 기초로, 후술하는 적어도 하나의 제2 모드 정상제어 기준식에 의한 값을 산출하여, 차량의 정상제어여부를 도출할 수 있다.
다시 말해, 제2 모드에서의 도출부(400)는, 후술하는 복수의 제2 모드 정상제어 기준식 중 적어도 하나를 이용하여, 차량의 정상제어여부를 도출할 수 있다.
제2 모드 정상제어 기준식은 구동원의 종류에 따라, 다음과 같이 구분되어 표현될 수 있다.
1. 내연기관 차량 및 하이브리드 차량에서 내연기관(엔진)이 구동되는 모드의 경우, 적어도 변속기 슬립 손실에너지 변수를 포함하여 표현된다.
제2 모드 정상제어 기준식 1 = 변속기 슬립 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 2 = 변속기 슬립 손실에너지 + 차량의 가속저항 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 3 = 변속기의 슬립 손실에너지 + 차량의 가속저항 손실에너지 + 차량의 구배주행 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 4 = 변속기의 슬립 손실에너지 + 차량의 가속저항 손실에너지 + 브레이킹 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 5 = 변속기의 슬립 손실에너지 + 차량의 가속저항 손실에너지 + 차량의 구배주행 손실에너지 + 브레이킹 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 6 = 모터 손실 에너지를 제외한 엔진 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합 = 변속기 슬립 손실에너지 + 변속기 기어 마찰 손실에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지 + 차량 가속저항 손실에너지 + 차량 구배주행 손실에너지 + 차량 구름저항 손실에너지 + 차량 공기저항 손실에너지 + 브레이킹 손실에너지
2. 전기자동차의 경우 및 하이브리드 차량에서 순수 모터로만 구동되는 모드의 경우, 적어도 가속 손실에너지 및 구배주행 손실에너지를 포함하여 표현된다.
제2 모드 정상제어 기준식 1 = 차량 가속저항 손실에너지+ 차량 구배주행 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 2 = 차량 가속저항 손실에너지 + 차량 구배주행 손실에너지 + 브레이킹 손실에너지
제2 모드 정상제어 기준식 3 = 감속기 기어 마찰 손실에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지 + 차량 가속저항 손실에너지 + 차량 구배주행 손실에너지 + 차량 구름저항 손실에너지 + 차량 공기저항 손실에너지 + 브레이킹 손실에너지
제2 모드에서의 도출부(400)는, 차량이 정상적으로 제어되고 있는 경우라면, 복수의 제2 모드 정상제어 기준식 중 정상제어여부 도출에 이용되는 제2 모드 정상제어 기준식에 의한 값이 정상제어/비정상제어의 임계값을 벗어나지 않아야 하는 개념을 이용하여, 차량의 정상제어 여부를 도출할 수 있다.
일반적으로, 엔진 제어기(10)는 엔진으로 분사되는 연료량 정보를 수집할 수 있으며, 모터 제어기(40) 는 모터로 공급해주는 전류 및 전압을 수집할 수 있다. 그리고, 엔진 제어기(10) 또는 모터 제어기(40) 각각은 상기 수집된 엔진으로 분사되는 연료량 정보 또는 상기 수집된 모터로 공급해주는 전류 및 전압에 상응하는 제어가 이루어지지 않는 것이 감지되면, 적절한 안전조치를 취하게 된다.
그러나, 엔진 제어기(10) 또는 모터 제어기(40)이 스스로 감지하고 있는 이상의 비정상제어가 이루어지고 있다면, 즉, 엔진 제어기(10) 또는 모터 제어기(40)가 정상적으로 비정상제어를 감지하고 있지 못한 경우에는, 제어하고자 하는 수치를 훨씬 초과하는 연료 분사 또는 모터 전류 및 전압 공급이 이루어져 급발진이 발생할 수 있다.
본 실시예의 도출부(400)는 동력을 전달받는 요소들에 대한 에너지 손실을 계산하여, 통상 정상적인 제어가 이루어질 때의 에너지 손실과의 비교를 통해 정상제어/비정상제어를 도출할 수 있다.
여기서, '정상제어/비정상제어의 임계값'이라 함은, 차량의 개발단계에서 실험적으로 구해진 값 또는, 제2 모드에서의 도출부(400)에서 차량의 운행 중에 차량이 정상상태일 때 내부적으로 학습하여 업데이트되는 값일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 모드에서의 차량의 정상제어 여부를 판단하는 플로우 차트를 나타낸 도면이다.
이하에서, 제2 모드에서의 차량의 정상제어 여부 판단 과정에 대한 설명은, 설명의 편의상 내연기관 차량 및 하이브리드 차량에서 내연기관(엔진)이 구동되는 모드의 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
한편, 제2 모드에서의 도출부(400)는, 복수의 제2 모드 정상제어 기준식(제2 모드 정상제어 기준식 1 내지 7) 중 적어도 하나를 이용하여 제2 모드에서의 정상제어여부를 도출할 수 있다. 예를 들어, 제2 모드에서의 정상제어여부 도출을 위해, 제2 모드 정상제어 기준식 1만 선택 포함하여 이용할 수도 있으며, 제2 모드 정상제어 기준식 1 내지 7을 모두 선택 포함하여 이용할 수도 있다. 본 실시예에서는, 설명의 편의상, 제2 모드 정상제어 기준식 1 내지 7을 모두 선택 포함하여 이용하는 경우로 가정하여 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 제2 모드에서의 도출부(400)에서의 차량의 정상제어 여부 도출은 다음에 의하여 이루어질 수 있다.
1. 도출모드가 제2 모드인지 여부
2. 제2 모드 정상제어 기준식 1에 의한 값이 c1 보다 큰 상태를 d1 초 이상 유지하는지 여부
3. 제2 모드 정상제어 기준식 2에 의한 값이 c2 보다 큰 상태를 d2 초 이상 유지하는지 여부
4. 제2 모드 정상제어 기준식 3에 의한 값이 c3 보다 큰 상태를 d3 초 이상 유지하는지 여부
5. 제2 모드 정상제어 기준식 4에 의한 값이 c4 보다 큰 상태를 d4 초 이상 유지하는지 여부
6. 제2 모드 정상제어 기준식 5에 의한 값이 c5 보다 큰 상태를 d5 초 이상 유지하는지 여부
7. 제2 모드 정상제어 기준식 6에 의한 값이 c6 보다 큰 상태를 d6 초 이상 유지하는지 여부
8. 판단 2 내지 판단 7 중 적어도 하나에 해당한다면, 비정상제어로 도출
여기서, 상기 판단들에서 c1 내지 c6은 전술한'정상제어/비정상제어의 임계값'일 수 있다.
또한, 상기 판단들에서 d1 내지 d6의 값은 노이즈에 의한 오감지 또는 판단 오류를 걸러내기 위한 수단으로 0.1초 ~ 2초 사이의 값을 가질 수 있다.
제어부(500)는, 도출부(400)에 의해 차량이 정상적으로 제어되고 있지 못한 상태(비정상제어)로 도출되는 경우, 차량의 디스플레이부를 통해 문자, 기호, 이미지 등을 이용하여'비정상제어'되고 있음을 표시하거나 또는 음향부를 통해 '비정상제어'되고 있음을 알리는 음향신호를 출력할 수 있다. 또한 비정상제어라고 판단이 되는 시점을 기준으로, 비정상제어 판단시점 이전 일정시간, 비정상제어 판단시점 이후 일정시간 동안의 차량 운전정보 및 각 요소 에너지 해석 결과를 저장하여, 비정상 제어의 원인을 추적 분석하는데 용이하게 하는 자료로 이용할 수 있다. 이를 위해 운전정보 및 각 요소 별 에너지 해석 결과는, 일정 용량의 소위 버퍼로 지칭되는 임시 저장소에 임시적으로 저장되며, 차량의 비정상제어로 판단되는 경우에는 반영구적 저장소에 저장될 수 있다.
또한, 제어부(500)는, 도출부(300)에 의해 차량이 정상적으로 제어되고 있지 못한 상태(비정상제어)로 도출되는 경우, 본 실시예의 차량이 내연기관 차량이라면, 전자쓰로틀 모터의 입력 전원을 차단하거나, 엔진 제어기를 통해 엔진 출력을 제한하거나, 변속기 제어기를 통해 기어를 R단 또는 D단으로부터 N단 또는 P단으로 변속하여 변속기의 동력전달을 차단하는 조치를 취할 수 있다. 본 실시예의 차량이 하이브리드 차량의 경우에는, 내연기관 차량의 조치 외에 모터로 입력되는 입력전원을 제한 또는 차단하거나, 모터 구동에 필요한 시스템 전원을 셧다운시킬 수 있다. 본 실시예의 차량이 전기자동차인 경우에는, 모터로 입력되는 입력전원을 제한 또는 차단하거나, 모터 구동에 필요한 시스템 전원을 셧다운시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템은(100)에서는 도출부(400)가 차량의 운전정보 및 차량특성데이터를 기초로, 주행 중 차량의 예상브레이킹 힘에 따른 제1 예상제동거리를 도출할 수 있다.
주행 중 차량의 예상브레이킹 힘에 따른 제1 예상제동거리는, 다음의 식(4) 내지 (5)의 식에서, 예상브레이킹 힘에 따라 현재 차량의 Δ운동에너지가 0 이 될 때까지 Δ이동거리를 적분하여 제1 예상제동거리를 산출할 수 있다. 여기서, 식(4)는 내연기관 차량 및 하이브리드 차량에 이용되는 식이며, 식(5)는 전기자동차의 경우에 이용되는 식이다.
1. 내연기관 차량 및 하이브리드 차량의 경우
|Δ운동에너지(1/2*M*(V2 2 - V1 2)| = (차량의 구름저항 + 차량의 공기저항 + 차량의 예상브레이킹 힘 + 구배저항) * Δ이동거리 + 엔진브레이킹 토크*Δ엔진출력축 회전각 + 기어마찰토크*Δ기어출력축 회전각 + 모터의 손실 에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지.........(4)
(여기서, 엔진브레이킹 토크는 엔진과 변속기가 서로 직결되어 있는 경우(슬립된 상태로 직결되어 있는 경우 포함)에 엔진에 가해지는 부하로서, 실험적으로 구해질 수 있으며, 엔진과 변속기가 서로 직결되어 있지 않은 경우에는 0의 값을 가질 수 있다.)
2. 전기자동차의 경우
|Δ운동에너지(1/2*M*(V2 2 - V1 2))| = (차량의 구름저항 + 차량의 공기저항 + 차량의 예상브레이킹 힘 + 차량의 구배저항) * Δ이동거리 + 기어마찰토크*Δ기어출력축 회전각 + 모터의 손실에너지 + 동력전달장치 회전관성 손실에너지.........(5)
여기서, 차량의 구배저항은 오르막경사에서는 양의 값을 가지며, 내리막 경사에서는 음의 값을 가지게 된다. 또한, 모터 손실에너지는 전류를 재생하는 경우에는 양의 값을 가지며, 모터가 구동원으로 작동하는 경우에는 음의 값을 가지게 된다. Δ운동에너지는 감속이므로, (1/2*M*(V2 2 - V1 2)가 음의 값을 가지나, 절대값 처리하여 우변의 값이 항상 양의 값을 가지도록 한다.
식 (4), (5)를 참조하면, 감속이 들어가는 순간의 구름저항력, 공기저항력, 엔진 브레이킹힘, 모터의 재생출력은 상기 운전정보수집부(100), 차량특성저장부(200) 및 연산부(300)를 통해 추출할 수 있는 값이며, 이 때 브레이킹 힘을 고정된 변수로 가정하면, 계산주기동안의 차량의 Δ이동거리는 차량의 속도(V1)*계산주기로서 산출될 수 있고, 모터 손실에너지는 모터출력(모터의 전압*모터의 전류)/모터 효율을 계산주기동안 적분하여 산출될 수 있으며, 동력전달장치 회전관성 손실에너지는 동력전달장치 회전관성이너셔 * 바퀴의 각가속도를 곱하여 산출될 수 있다. 결국 우변의 항들은 모두 산출될 수 있는 값이므로, 좌변 중 계산주기 후의 차량의 속도(V2)도 산출될 수 있다. 계산주기 후의 차량의 속도(V2)를 V1으로 하여, 식(4) 내지 식(5)를 이용하여 반복적으로 V2를 산출하되, V2가 0이 될 때까지 차량의 Δ이동거리를 적분하면, 주행 중인 현재 속도에서 특정 예상브레이킹 힘에 따른 제1 예상제동거리를 산출할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)은, 주행 중 주변 차량(50)의 브레이크 신호 및 제2 예상제동거리 정보를 수신하는 송수신부(600)를 포함하고, 도출부(400)가 차량의 제1 예상제동거리와, 송수신부(600)를 통하여 수신된 주변 차량(50)의 브레이크 신호 및 제2 예상제동거리를 기초로, 차량의 제동시 주변 차량(50)과의 안전거리를 확보하기 위해 요구되는 차량의 예상브레이킹 힘 정보를 도출할 수 있다. 여기서, 송수신부(600)는, 차량의 브레이크 신호 및 제1 예상제동거리 정보를 주변 차량(50) 또는 지능형 차량 관리 서버(2000)으로 송신할 수도 있음은 물론이다.
또한, 제어부(500)는, 사용자의 선택에 의해 제동이 수행되는 경우 또는 주변 차량(50) 특히, 차량의 전방에 위치하는 주변 차량(50)이 감속 또는 제동이 수행되는 경우, 도출부(400)에서 도출된 차량의 제동시 요구되는 주변 차량(50)과의 안전거리를 확보하기 위해 요구되는 예상브레이킹 힘 정보를 기초로, 차량의 브레이킹 힘을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템에 따라 차량(A)와 주변차량(B)의 안전거리가 유지될 수 있는 원리를 설명하기 위한 개념도이며, 도 7은 차량(A)와 주변차량(B) 속도 및 브레이킹 힘에 따른 차량(A)와 주변차량(B)의 예상제동거리(제1 예상제동거리, 제2 예상제동거리)를 개념적으로 도시한 표이다.
도 6을 참조하면, 차량(A)와 주변차량(B)은 지능형 차량 관리 시스템(1000)이 탑재되어 있으며, 각각 지능형 차량 관리시스템(1000)을 관리할 수 있는 중앙서버(S) 또는 상호 간에 브레이킹 힘 또는 예상제동거리를 송수신할 수 있다.
주변차량(B)는 VB 의 속도로 주행 중이며, 차량(A)는 주변차량(B)의 후방에서 VA 의 속도로 주행 중이다. 여기서, 차량(A)와 주변차량(B) 사이의 거리는 D라고 지칭하기로 한다.
도 7의 (a)을 참조하면, VA 의 속도로 주행하고 있는 차량(A)이 제동이 되는 경우, 예상브레이킹 힘에 따라 제1 예상제동거리가 달라질 수 있는데, 브레이킹 힘a ,브레이킹 힘b, 브레이킹 힘c의 순에 대응되는 제1 예상제동거리는 d1, d2, d3라고 가정한다.
도 7의 (b)를 참조하면, VB 의 속도로 주행하고 있는 주변차량(B)이 제동이 되는 경우, 예상브레이킹 힘에 따라 제2 예상제동거리가 달라질 수 있는데, 브레이킹 힘d ,브레이킹 힘e, 브레이킹 힘f의 순에 대응되는 제2 예상제동거리는 d1, d2, d3라고 가정한다.
만약, 주변차량(B)이 브레이킹에 의하여 제동이 이루어지는 경우, 차량(A)은 주변차량(B) 또는 중앙서버(C)로부터, 주변차량(B)의 브레이크 신호 및 현재 브레이킹 힘에 따른 제2 예상제동거리를 수신하게 된다. 예를 들어, 주변차량(B)가 브레이킹 힘c에 의해 제동이 이루어지고 있다면, 차량(A)은 브레이킹 힘c에 따른 제2 예상제동거리인 d3를 수신하게 된다.
그리고, 차량(A)의 도출부(400)는 제2 예상제동거리를 기초로, 차량(B)와의 안전거리를 유지하기 위한 제1 예상제동거리 및 제1 예상제동거리에 대응되는 예상브레이킹 힘을 산출할 수 있다. 예를 들어, 그 안전거리가 제2 예상제동거리를 d3로 수신할 때의 차량(A)와 주변차량(B) 사이의 거리인 D라고 한다면, 제1 예상제동거리는 d3로 산출되며, 제1 예상제동거리 d3에 대응되는 예상브레이킹 힘을 브레이킹 힘c로 산출할 수 있다. 바람직하게는, 제1 예상제동거리는 d3 -α로 산출하여, 예상브레이킹 힘을 브레이킹 힘c + β 것이 바람직하다. (여기서, α, β 는 양수) 제1 예상제동거리에 -α 를 도입한 이유는, 차량(A)의 운전자가 브레이크를 밟는 시간 또는 제2 예상거리를 수신하고 제1 예상제동거리를 산출하는 미세한 시간차가 존재할 수 있으므로, 이를 보상하기 위함이다.
이 때, 제어부(500)는, 유인자동차의 경우 운전자가 브레이크를 밟은 힘과는 무관하게 또는 무인자동차의 경우에 있어, 차량(A)의 전체 브레이킹 힘이 브레이킹 힘c, 바람직하게는 예상브레이킹 힘c + β을 추종하도록, 브레이크 라인 오일압을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)에서는, 도출부(400)는 차량의 운전정보 및 차량특성테이터를 기초로, 감속상황에서 모터에 의해 재생가능한 재생가능 에너지량을 도출할 수 있다. 여기서, 도출부(400)는, 차량의 감속상황을 브레이크 신호 여부에 따라 자연타행 감속모드와 브레이킹 감속모드로 구분할 수 있다.
브레이크 신호 없이 주행 중 각종 저항으로 인해 감속하는 상황을 자연타행 감속모드라고 지칭하며, 브레이크 신호에 따라 브레이킹 힘에 의해 제동이 되는 감속상황을 브레이킹 감속모드라고 지칭할 수 있다.
한편, 하이브리드 차량 또는 전기자동차에 있어, 모터의 용량이 충분한 경우, 감속 상황에서 모터에 의해 재생될 수 있는 에너지는, 탑승자가 불편함을 느끼지 않을 정도의 감속기울기로 감속을 유도할 때의 모터가 재생하는 에너지로 수렴하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 활용할 수 있는 에너지를 생산하는 관점에서는, 에너지 재생을 극대화할 수 있는 감속기울기로 감속을 유도하면 좋겠지만, 재생을 많이 하면 할수록 결국 차량에 가해지는 감속저항은 커지게 되며, 감속기울기는 급해지게 되므로, 탑승자는 불편함을 느끼게 될 수 있다. 즉, 감속기울기가 심화되는 경우에는, 탑승자는 관성의 법칙에 의해 뒤에서 잡아당기는 듯한 감속 충격을 느끼게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 탑승자가 불편함을 느끼지 않을 정도의 감속기울기를 목표 감속기울기로 정의하며, 목표 감속기울기는 차량의 개발단계에서 타행 감속 시험 및 브레이킹 힘에 의한 감속 시험 등을 통해 적절한 감속감을 주는 감속기울기로 정해질 수 있다. 여기서, 목표감속기울기는 적어도 브레이킹 힘을 변수로 하는 함수이며, 자연타행 감속모드에서의 목표감속기울기는 브레이킹 힘이 0일 때의 값이다.
도출부(400)에서 산출하는 재생가능 에너지량은 감속모드에 따라, 다음과 같이 표현될 수 있다.
1. 자연타행 감속모드인 경우
재생가능 에너지량 = {(차량의 목표 감속기울기를 발생시킬 수 있는 모터의 목표전력량 + γ) * 모터의 효율}을 시간에 대해 적분한 값
2. 브레이킹 감속모드인 경우
재생가능 에너지량 = {(차량의 목표 감속기울기를 발생시킬 수 있는 모터목표전력량 + γ) * 모터의 효율}을 시간에 대해 적분한 값
또는
재생가능 에너지율 = {(1-브레이킹 목표손실에너지율 + δ)*모터의 효율}을 시간에 대해 적분한 값
재생가능 에너지량 = (재생이 없는 경우의 손실일)* 재생가능 에너지율
여기서, 브레이킹 목표손실에너지율은 브레이크 작동시 차량 브레이크 및 모터 재생에 의한 제동력 중 차량 브레이크가 담당하는 브레이킹 힘의 비율을 말한다. 즉, 모터 재생 에너지율 = 1 - 브레이킹 목표손실에너지율 이다. 여기서, γ및δ는 실수이다.)
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여기서, γ및δ가 양의 값인 경우에는, 실제 감속기울기가 목표 감속기울기보다 급하게 감속되고 있는 상황으로서, 목표 감속기울기로 감속되고 있는 경우보다 재생을 더 많이 하고 있다는 의미이며, γ및δ가 음의 값인 경우에는, 실제 감속기울기가 목표 감속기울기보다 완만하게 감속되고 있는 상황으로서, 목표 감속기울기로 감속되고 있는 경우보다 재생을 덜 하고 있다는 의미이다. γ및δ이 0인 경우에는 실제 감속기울기와 목표 감속기울기가 실질적으로 동일한 상황으로서, 목표 감속기울기만큼 재생을 하고 있다는 의미이다.
제어부(500)는, 실제 감속기울기가 목표 감속기울기에 수렴할 수 있도록, 상기 재생가능 에너지량을 산출하는 식을 기준으로 γ및δ을 0에 수렴시키는 피드백제어(예를 들어, 비례제어, 미분제어 및 적분제어)를 함으로써, 모터의 발전전력량을 가감하거나 브레이크 라인오일압을 가감할 수 있다. 다시 말해, 모터의 발전전력량이 모터의 목표전력량에 수렴할 수 있도록, 모터의 발전전력량을 가감하기 위한 모터 계통을 제어하거나, 브레이킹 손실에너지율이 브레이킹 목표손실에너지율에 수렴할 수 있도록, 브레이크 라인오일압을 가감하는 방식의 브레이크 계통을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)을 관리할 수 있는 지능형 차량 관리 서버(2000)는, 지능형 차량 관리 시스템(1000)이 탑재된 다수의 차량으로부터, 감속 상황에서의 재생가능 에너지 정보 또는 실제 재생에너지 정보를 수신 및 저장하여 빅데이터로서 활용할 수 있다.
예를 들어, 지능형 차량 관리 서버(2000)가 수집 및 관리하는 차량의 재생가능 에너지 정보 또는 실제 재생에너지 정보는, 신규로 설립되는 발전소의 발전용량 규모를 정할 때 활용될 수 있다. 구체적으로, 현재 플러그인 전기자동차나 하이브리드 차량은 전력을 공급받는 피공급체로서의 기능만 수행하나, 플러그인 전기자동차나 하이브리드 차량이 발전소 내지는 충전소에 전력을 공급할 수 있는 공급체로서의 기능을 수행할 수 있는 인프라가 구축된다면, 신규로 설립하는 발전소의 발전용량 규모 계획 수립은, 차량의 재생가능 에너지 정보 또는 실제 재생에너지 정보를 감안하여 정할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)에서는, 연산부(300)를 통해 각 요소 별 손실에너지를 기초로, 각 요소 별 연료 소모량 또는 각 요소 별 연료소모율을 산출할 수 있으며, 각 요소 별 연료 소모량 또는 각 요소 별 연료소모율을 디스플레이할 수 있는 디스플레이부(700)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 각 요소 별 연료 소모량은 각 요소 별 손실에너지를 연료의 저위발열량으로 나누어 구할 수 있고, 각 요소 별 연료 소모율은 각 요소 별 손실에너지를 총 연료 소모량 * 연료 저위발열량으로 나누어 구할 수 있다.
또한 연산부(300)는, 각 요소 별 연료 소모량, 각 요소 별 연료 소모율 중 적어도 하나를 시간 또는 차량의 매 운전 사이클에 따라 계산하고, 계산된 값을 실시간 또는 소정의 기간동안 누적통계처리하여 디스플레이부(700)로 제공할 수 있다.
다시 말하면, 연산부(300)는 각 요소 별 연료 소모량 및 연료 소모율 중 적어도 하나를 시간 또는 차량이 매 운전 사이클에 따라 누적하여 실제 값과 가공된 값으로 계산할 수 있으며, 연산부(300)를 통하여 계산된 값은 디스플레이부(700)를 통해 화면에 모두 표시되거나 각 요소 별로 표시될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 요소 별 연료 소모량이 디스플레이부를 통해 표시되는 일 예를 나타낸 도면, 도 8b 및 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 경제운전 상태에 따라 변경되는 이미지가 디스플레이부에 표시되는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8a를 참조하면, 디스플레이부(700)는 각 요소 별 연료 소모량 및 각 요소 별 연료 소모율을 문자, 숫자, 선 및 이미지 중 적어도 하나를 이용하여 나타낼 수 있다.
즉, 연료소모가 급격히 늘어난 요소는 예컨대, 도 8b 및 도 8c와 같이 이미지로 디스플레이 하여 운전자에게 제공될 수 있으며, 청색, 회색, 적색 등 정의하기에 따라 다양한 색상의 게이지 형태 등으로 표시될 수도 있다.
또한, 디스플레이부(700)는 차량의 계기판 등에 매립된 LCD, LED 패널, 헤드업디스플레이(HUD), 스마트워치 등과 같은 웨어러블 디바이스, 스마트 폰, 태블릿 PC, 랩탑, 네비게이션 등을 포함할 수 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
다시 말하면, 디스플레이부(700)는 문자, 숫자, 선 및 이미지 중 적어도 하나를 표시하기 위한 디스플레이 기능을 갖는 전자 디바이스를 지칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)에 따라, 연산부(300)를 통해 각 요소 별 연료 소모량 또는 각 요소 별 연료소모율을 산출하여, 산출된 값을 실시간 또는 소정의 기간동안 실시간 또는 소정의 기간동안 누적통계처리하여 디스플레이부(700)로 제공함으로써, 운전자에게 경제운전 여부에 대한 정보를 제공하여, 경제운전을 유도할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)을 관리할 수 있는 지능형 차량 관리 서버(2000)는, 지능형 차량 관리 시스템(10000)이 탑재된 다수의 차량으로부터 각각 각 요소 별 손실에너지, 각 요소 별 연료 소모량 및 각 요소 별 연료 소모율 중 적어도 하나의 정보를 수신 및 저장하여 빅데이터로서 활용할 수 있다. 예를 들어, 연료 소모를 많이 하는 운전습관을 가진 운전자에게 벌금 또는 세금을 부과하는 제도가 있다면, 스피드건을 통해 감지된 차량 속도를 기준으로 벌금을 부과하는 방식 외에, 가속저항에 의해 손실되는 가속저항 손실에너지(또는 가속저항 연료 소모량) 또는 공기저항에 의해 손실되는 공기저항 손실에너지(또는 공기저항 연료 소모량)에 기초하여 환경부담금을 포함하는 자동차세금을 계산하여 부과하는 방식으로 활용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 지능형 차량 관리 시스템(1000)에 따르면, 차량의 운전상태를 도출 및 관리하여, 차량의 정비를 유도하거나, 차량과 차량 사이의 안전거리를 확보할 수 있는 제동을 제어할 수 있도록 하고, 이에 따라 차량 운행의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명*
10 : 엔진 제어기
20 : 변속기 제어기
30 : 잠김방지 브레이크 제어기
40 : 모터 제어기
50 : 주변 차량
100 : 운전정보 수집부
200 : 차량특성 저장부
300 : 연산부
400 : 도출부
500 : 제어부
600 : 송수신부
700 : 디스플레이부
1000 : 지능형 차량 관리 시스템
2000 : 지능형 차량 관리 서버

Claims (14)

  1. 차량의 브레이크 페달 신호, 가속 페달 개도, 가상의 가속 페달 개도, 오토크루즈 작동신호, 엔진 회전수, 터빈 회전수, 차속, 순간 연료 소모량, 도로 경사도, 모터 전류, 모터 전압 및 대기압 중 적어도 하나 이상에 대한 운전정보를 수집하는 운전정보 수집부;
    상기 차량의 토크컨버터 특성곡선(C-factor 곡선), 토크컨버터 토크증배 특성식, 상기 차량의 중량, 주행 저항, 기어 비, 타이어 동반경, 기어 각 단별 마찰토크, 브레이킹 힘 특성식, 기어 각 단별 엔진브레이킹토크 특성 맵, 브레이킹 목표손실율 맵, 모터 효율 맵 및 파워트레인 무빙계 이너셔, 목표 감속기울기 중 적어도 하나 이상에 대한 차량특성데이터를 저장하는 차량특성 저장부;
    상기 운전정보와 차량특성데이터에 기초하여, 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지를 연산하는 연산부;및
    상기 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 연산부에 의해 연산된 값 중 적어도 하나에 기초하여, 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 정보를 도출하는 도출부;를 포함하며,
    상기 도출부는, 상기 차량의 재생가능 에너지 정보의 도출모드를, 상기 차량의 운전정보에 따라, 자연타행 감속모드와 브레이킹 감속모드 중 적어도 하나로 설정하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
    (여기서, 자연타행 감속모드는 상기 차량의 운전정보에 따라, 브레이크 신호 없이 주행 저항으로 인해 감속되는 상황으로 판단되는 경우 설정되는 모드이며, 브레이킹 감속모드는 상기 차량의 운전정보에 따라, 브레이킹 힘에 의해 제동되어 감속되는 상황으로 판단되는 경우 설정되는 모드이다.)

  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도출부는, 상기 차량의 정상제어여부 도출모드를 상기 차량의 운전정보에 따라, 제1 모드와 제2 모드 중 적어도 하나로 설정하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
    (여기서, 제1 모드는 상기 차량의 운전정보에 따라 적어도 가속 주행 또는 정속 주행으로 판단되는 경우 설정되는 모드이며, 제2 모드는 상기 차량의 운전정보에 따라 적어도 정차 중 아이들(idle) 또는 감속 중 아이들(idle)로 판단되는 경우 설정되는 모드이다.)
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 모드에서의 도출부는,
    구동원으로부터 동력전달계로 투입되는 에너지 값과, 구동원 이후의 각 요소 별 손실에너지의 합과의 차이를 기초로, 차량의 정상제어여부를 도출하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
    (여기서, 상기 차량이 내연기관 차량 또는 하이브리드 차량에서 엔진이 구동되는 모드인 경우, 상기 구동원은 엔진이며,
    상기 차량이 전기자동차 또는 하이브리드 차량에서 모터로만 구동되는 경우, 상기 구동원은 모터이다.)
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 모드에서의 도출부는,
    상기 연산부를 통하여 연산된 값을 기초로, 제2 모드 정상제어 기준식에 의한 값을 산출하여, 상기 차량의 정상제어여부를 도출하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
    (여기서, 상기 차량이 내연기관 차량 또는 하이브리드 차량에서 엔진이 구동되는 모드인 경우, 상기 제2 모드 정상제어 기준식은 적어도 변속기 슬립 손실에너지를 포함하여 표현되며,
    상기 차량이 전기자동차 또는 하이브리드 차량에서 모터로만 구동되는 경우, 상기 제2 모드 정상제어 기준식은 적어도 가속저항 손실에너지 및 구배주행 손실에너지를 포함하여 표현된다.)
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 차량의 예상제동거리는,
    적어도 차량의 구름저항, 공기저항, 구배저항 및 예상브레이킹 힘을 포함하여 표현되는 예상제동거리기준식에 의하여 도출되는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    주변 차량 또는 소정의 서버로부터 상기 주변 차량의 예상제동거리를 수신하는 송수신부;를 포함하며,
    상기 도출부는,
    상기 차량의 예상제동거리와, 상기 송수신부를 통하여 수신된 상기 주변 차량의 예상제동거리를 기초로, 제동시 요구되는 예상브레이킹 힘 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.

  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 자연타행 감속모드에서의 도출부는, 기설정된 상기 목표 감속기울기를 발생시킬 수 있는 모터의 목표전력량을 기초로, 상기 재생가능 에너지 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 브레이킹 감속모드에서의 도출부는,
    기설정된 상기 목표 감속기울기를 발생시킬 수 있는 모터의 목표전력량 또는 브레이킹 목표손실에너지율 중 적어도 하나를 기초로, 상기 재생가능 에너지 정보를 도출하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 모터의 발전전력량이 상기 모터의 목표전력량에 수렴할 수 있도록 모터 계통을 제어 가능하거나, 브레이킹 손실에너지율이 상기 브레이킹 목표손실에너지율에 수렴할 수 있도록 브레이크 계통을 제어 가능한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 운전정보와 차량특성데이터에 기초하여, 각 요소 별 연료 소모량, 각 요소 별 연료 소모율 중 적어도 하나를 연산하며,
    상기 연산부를 통하여 계산된 값을 나타내기 위한 디스플레이부;를 포함하여, 운전자의 경제운전을 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 시스템.
  12. 차량으로부터 제1 항의 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지 중 적어도 하나를 포함하는 수신정보를 수신하는 송수신부; 및
    상기 수신정보에 기초하여, 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 도출정보를 도출하는 도출부;를 포함하며,
    상기 송수신부는, 복수의 차량으로부터 각 차량 별로 제1 항의 운전정보, 차량특성데이터 및 상기 차량의 각 요소 별 손실에너지 중 적어도 하나를 포함하는 수신정보를 수신하며,
    상기 도출부는, 각 차량 별로 상기 차량의 정상제어여부, 상기 차량의 예상제동거리, 상기 차량의 감속 상황에서의 재생가능 에너지 중 적어도 하나 이상에 대한 도출정보를 도출하여 관리하고,
    상기 도출부는, 수신정보 및 도출정보 중 적어도 하나에 기초하여, 발전소의 설계용량 및 환경부담금을 포함하는 자동차세를 계산하는 것을 특징으로 하는 지능형 차량 관리 서버.
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