KR101795187B1 - 크랭크 샤프트의 치주기 비를 이용한 차량의 엔진 역회전 감지 방법 - Google Patents

크랭크 샤프트의 치주기 비를 이용한 차량의 엔진 역회전 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 크랭크 샤프트 각도를 검출하는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 펄스 신호를 수신하고, 상기 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 치주기의 비에 근거하여 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법이다.
본 발명에서는, 역회전 발생 시에 타겟 휠의 종류나 감지 센서의 종류와 상관없이 치주기 비의 변화가 특정한 양태를 갖는다는 점에 착안하여, 치주기 변화를 검출하고, 시간에 따른 치주기 변화를 관찰함으로써, 엔진의 역회전 여부를 판정한다.

Description

크랭크 샤프트의 치주기 비를 이용한 차량의 엔진 역회전 감지 방법{METHOD FOR SENSING REVERSE ROTATION OF ENGINE IN VEHICLE USING TOOTH PERIOD RATIO OF CRANKSHAFT}
본 발명은 엔진 역회전 감지 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 아이들 운전 시나 차량의 감속시 등에 일단 엔진을 자동적으로 정지시킴과 동시에, 이 정지시킨 엔진을 자동적으로 시동시키는 ISG 장치를 장착한 차량에 있어서, 엔진의 역회전을 감지할 수 있는 방법에 관한 것이다.
차량의 연비 향상 요구에 부응하기 위하여 최근 ISG(Idle Stop & Go) 장치를 장착한 차량이 증가하고 있다. 이와 관련 특허문헌 1에서는 차량의 차속, 엔진의 회전속도, 냉각수 온도, 가속 페달의 팁인/팁 아웃, 브레이크 페달의 온/오프 등의 정보를 입력받아 차량이 정지되고, 엔진이 일정 시간 이상 아이들 상태를 유지하는 경우 엔진을 정지시켜 연비 향상을 이룰 수 있는 ISG 장치에 대해서 개시하고 있다.
이러한 ISG 장치 장착 차량의 경우, ISG 진입 이후, 가속 페달의 작동 등 운전자의 출발 의지가 검출되면 엔진을 재시동시키도록 하고 있다. 이러한 재시동시의 시동 안정성을 확보하기 위해서는 재시동 시의 크랭크 각도를 정확하게 판단하여 그에 맞추어 엔진의 동기화 제어를 실시할 필요가 있다.
도 3에서는 크랭크의 회전 각도를 측정하기 위한 크랭크 샤프트 각도 감지 장치를 도시하고 있다. 크랭크 샤프트(30)와 동축에 설치된 센서 휠(20)에는 그 외주를 따라 다수의 돌기(tooth)(21)가 설치되어 있으며, 일반적으로 피스톤의 상사점을 표시하기 위해 돌기 중 1~2개가 생략된다. 그리고 센서 휠(20)의 근방에서는 돌기(21)의 유무를 감지하기 위한 크랭크 샤프트 각도 센서(10)가 설치된다. 크랭크 샤프트 각도 센서(10)는 센서 휠(20)의 회전에 따라 센서 앞을 지나가는 돌기(tooth)를 검출하여 도 2에서 도시된 바와 같이 특정한 파형의 신호를 송출한다. 여기서, 파형에서의 하나의 폴링 에지(falling edge)로부터 그 다음 폴링 에지까지의 시간이 치주기(tooth period, T)가 된다. 이 신호를 분석함으로써 크랭크 샤프트(30)의 회전 각도를 측정하게 된다.
그런데, ISG 장착 차량의 엔진의 아이들 스톱 시에는, 엔진이 완전히 정지(스톨)하기 전까지 차륜과 지면과의 마찰 등에 의해 크랭크 축이 요동하기 때문에 엔진의 역전 현상이 발생할 수 있다. 따라서, ISG 장착 차량의 경우, 엔진의 아이들 스톨 단계에서의 엔진의 역회전 여부 및 역회전 정도를 정확히 감지하는 것이, 안정적인 재시동에 있어 필수적이다.
한편, 이러한 엔진의 역회전 여부를 판단하기 위해서, 특허문헌 2에서와 같이 크랭크샤프트 각도 센서로부터 측정한 치주기를 이용하거나, 캠 센서로부터 측정한 캠 형상에 관한 정보를 이용하는 것이 알려져 있다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제10-2015-0069931호 (2015. 6. 24) 특허문헌 2: 등록특허 제0435678호 (2004.6.2)
상기한 바와 같이, ISG 장착 차량의 안정적인 재시동을 위해서, 아이들 스톱 시의 엔진의 역회전 여부를 및 역회전 정도를 구체적으로 감지할 필요가 있으며, 이를 위해 크랭크샤프트 각도 센서로부터 측정한 치주기를 활용하고 있었다.
그런데, 종래의 역회전 감지 알고리즘의 경우 타겟 휠(target wheel)의 형상이나 크랭크샤프트 각도 감지 센서의 종류 별로 서로 상이한 변수를 사용한 관계식을 이용하여 엔진의 역회전 유무를 검출하고 있었다. 예컨대 ISG 장착 차량에 있어서 사용되는 크랭크샤프트 각도 감지 센서와. ISG 미장착 차량에서 사용되는 크랭크 샤프트 감지 센서가 서로 상이하기 때문에, 양 차량에 있어서, 역회전 반별을 위해 사용되는 관계식의 변수가 서로 다르게 된다.
이와 같이, 차량의 종류별, 사용되는 센서의 종류별로 제어 알고리즘을 달리 하여 개발하여야 했기 때문에, 차량 제어 시스템의 개발시에 업무 부하를 증대시키는 원인이 되었다.
그리고, 종래의 ISG 미장착 차량의 역회전 감지 알고리즘에서는, 역회전 기간이 상대적으로 긴 장기간 역회전(Long time return)인 경우에만 측정이 가능하다는 문제가 있었다.
그러나, 역회전이 발생하는 범위는 장기간 역회전 뿐 아니라 단기간 역회전(Short time return)이나 중기간 역회전(Midium time return)이 있을 수 있고, 이러한 역회전 발생시에도 시동 안정성 확보가 어려울 수 있으므로, 역회전이 발생하는 전 범위를 검출 가능한 알고리즘의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는, 종래의 역회전 감지 방법과 달리 차량의 종류나 측정 센서가 서로 상이한 경우에도 공통으로 적용할 수 있고, 역회전이 발생하는 전 범위에 걸쳐 역회전 유무를 검출할 수 있는 차량의 엔진의 역회전 감지 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 발명자들은 역회전 발생 현상을 관찰하고, 역회전시의 관성력을 분석하여, 엔진 타겟 휠의 형상별 또는 크랭크 샤프트 각도 센서의 종류별로 서로 상이한 치주기를, 현재의 치주기와 그 직전의 치주기의 비율인 치주기 비로 전환하는 경우, 이러한 치주기 비에 있어서 다양한 차량 및 검출 센서에 공통적으로 적용할 수 있는 특성이 존재하는 것을 발견하였다.
구체적으로는, 본 발명자들의 연구에 의하면, 측정된 치주기를 치주기 비로 전환하는 경우, 치주기 비는 정방향으로 엔진 회전시에 압출 및 폭발 행정 시에 일정한 값의 범위(약 0.8~1.2)에 속하지만, 관성력을 잃게 되면 위 범위를 벗어나게 된다는 점을 밝혀내었다. 그리고 크랭크샤프트 각도 센서의 종류나 타겟 휠의 종류와 상관없이, 역회전 범위에 따라 특정한 양상의 치주기 비의 변화 양상을 보이게 된다는 것을 밝혀내었다.
이러한 지견을 바탕으로, 본 발명자들은 크랭크샤프트 각도 센서로부터 측정한 치주기로부터 치주기 비를 계산하고, 치주기 비에 관한 일원화된 관계식을 이용하여, 다양한 범위에서의 역회전 여부를 감지할 수 있는 역회전 감지 방법을 도출해 내었다.
이러한 지견을 근거로 상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 크랭크 샤프트 각도를 검출하는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 크랭크 샤프트 각도와 관련된 펄스 신호를 수신하고, 상기 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 치주기(tooth period)의 비에 근거하여 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법으로서, 크랭크 샤프트 각도 검출 센서를 이용하여 치주기(tn)(n=0, 1, 2)을 검출하여 이를 제어 유닛의 버퍼에 저장하는 단계; 측정된 치주기(tn)와 그 직전에 측정된 치주기(tn+1)의 비인 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계; 치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인지 여부를 판정하는 단계; 치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인 경우, 최신 치주기를 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하는 단계; 갱신된 치주기 값을 이용하여 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계; 시간에 따른 치주기 비(Rn)의 값의 변화를 관찰하여, 상기 변화가 특정한 패턴 양식을 보이고 있는지 여부에 따라 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계는 시간에 따라 치주기 비의 값이 상승하였다가 저하하는 구간이 존재하는 지 여부를 판정하고 이때 저하된 치주기 비의 값(RF)을 저장하는 단계; 최신 치주기를 다시 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하고, 갱신된 치주기 값을 이용하여 새로운 치주기 비(R0)를 산출하여 단계; 이전의 치주기 비의 값(RF) 보다 새로운 치주기 비의 값(R0)이 큰 경우에는 상기 펄스의 폴링 에지(falling edge)와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 1/3 미만만큼 단기간 역회전(short time return)한 것으로 판정하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계는 시간에 따라 치주기 비의 값이 상승하였다가 저하하는 구간이 존재하는 지 여부를 판정하고 이때 저하된 치주기 비의 값(RF)을 저장하는 단계; 최신 치주기를 다시 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하고, 갱신된 치주기 값을 이용하여 새로운 치주기 비(R0)를 산출하여 단계; 이전의 치주기 비의 값(RF) 보다 새로운 치주기 비의 값(R0) 보다 작은 경우에는 상기 펄스의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지의 시간의 1/3 이상 2/3 미만 만큼 중기간 역회전(medium time return)하거나 또는 상기 펄스의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지의 시간의 2/3 이상 3/3 미만의 시간의 지점에서 방향 전환이 이루어지는장기간 역회전(long time return)한 것으로 판정하는 단계;를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 갱신된 최신의 치주기비(R0)와 그 직전의 치주기비(R1)가 제2 소정값보다 큰 것인지 여부를 판단하는 단계; 상기 갱신된 최신의 치주기비(R0)와 그 직전의 치주기비(R1)가 제2 소정값보다 큰 경우에는, 최신 치주기를 다시 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하고, 갱신된 치주기 값을 이용하여 새로운 치주기 비(R0')를 산출하여 단계; 새로이 갱신된 최신의 치주기 비(R0')가 제3 소정값보다 작거나 또는 제4소정값보다 같거나 큰 경우, 중기간 또는 장기간 역회전이 발생하는 것으로 판정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 엔진이 역회전한 것으로 판정하는 경우, 역회전 판정 회수를 카운트 하는 단계; 역회전 판정 회수가 2 이상인지 여부를 판단하고, 역회전 판정 회수가 2 이상인 경우에는 상기 버퍼에 저장된 치주기 비의 값을 초기화하여 엔진의 역회전 여부를 판단하도록 하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 엔진의 회전 속도와 차속 및 시동 여부에 따라 엔진의 역회전 감지 활성화 여부를 판정하도록 하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 엔진의 회전 속도와 시동 여부에 따라 엔진의 역회전 감지를 종료하도록 하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 타겟 휠의 종류나 크랭크샤프트 각도 센서에 따른 추가적인 교정 작업을 없이도, 다양한 차종에 공통으로 적용될 수 있으며, 기존의 역회전 감지 알고리즘 대비 우수한 역회전 감지 성능을 갖는 차량의 엔진의 역회전 감지 방법을 제공할 수 있다.
또한, 종래의 역회전 감지 방법에서는 검출이 불가하였던, 상대적으로 짧은 기간 동안의 엔진의 역회전도 검출할 수 있게 되었다.
따라서, 본 발명에서는 엔진 동기화를 위한 크랭크 위치를 보다 신속하고 정확하게 판단할 수 있어서, ISG 장착 차량이 아이들 스톱한 뒤 재시동 하는 과정에 있어서, 시동 안정성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 역회전 감지 방법을 도시한 순서도.
도 2는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 출력된 신호 파형도를 도시한 도면.
도 3은 크랭크 샤프트의 회전 각도를 측정하기 위한 측정 장치를 간략하게 도시한 구성도.
도 4은 역회전 특성에 따른 치주기 비의 변화 양상을 나타내는 그래프.
도 5는 역회전 특성에 따른 다른 치주기 비의 변화 양상을 나타내는 그래프.
도 6은 역회전 특성에 따른 다른 치주기 비의 변화 양상을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 엔진 역회전 감지 방법을 실시한 검지 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 엔진 역회전 감지 방법을 실시한 다른 검지 결과를 나타내는 그래프.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 엔진의 크랭크 샤프트 각도를 검출하는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 펄스 신호를 수신하고, 상기 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 치주기의 시간에 따른 비율 변화에 근거하여 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법에 관한 발명이다.
도 3에서는 본 발명에 사용되는 크랭크 샤프트 각도 측정 장치를 도시하는 도면이다. 도 3에 의하면, 크랭크 샤프트(30)와 동축으로 구비된 센서 휠(20)의 외주에 다수의 돌기(21)가 형성되어 있다.
크랭크 샤프트 각도 센서(10)는 센서 휠(20)에 인접하게 배치된다. ISG 장착 차량의 크랭크 샤프트 각도 센서(10)는 홀 센서로서 홀 전압 발생기, 영구 자석, 평가 회로등이 구비된다. 센서 휠(20)이 크랭크 샤프트 각도 센서(10)의 앞을 지나가면 센서 휠(20)의 위치(돌기의 위치)에 따라 자장이 변화한다. 따라서, 크랭크 샤프트 각도 센서(10)에 영향을 미치는 자장이 변화하고 그 결과 홀 전압이 변화한다. 크랭크 샤프트 각도 센서(10)는 이러한 홀 전압의 변화를 도 2에 도시된 파형 형태로 제어 유닛(ECU)에 전달한다.
한편, 돌기(21)는 센서 휠(20)외주 전체에 걸쳐 형성되지 않고, 그 일부에 투스가 누락되어 있는 데, 크랭크 샤프트 각도 센서(10)는 이 부분을 미싱 투스(Missing tooth)로 인지한다. 크랭크 샤프트 각도 센서(10)가 동기 회전체에 형성된 투스가 감지된 개수 및 미싱 투스의 감지 시점을 검출함으로써 현재 시점에서의 크랭크의 각도를 판단할 수 있다.
도 2은 크랭크 샤프트 각도 센서(10)로부터 출력된 전압 파형을 예시한 도면이다. 전압 파형은 주기적으로 반복되는 폴링 에지와 라이징 에지의 형태로 나타난다. 여기서, 도 2에서 도시된 바와 같이, 치주기(tn)는 하나의 폴링 에지로부터 그 다음 폴링 에지까지의 시간을 의미한다. 여기서 첨자 n이 작을수록 나중에 측정 결과이다. 따라서, t0는 가장 최신에 측정된 치주기이며, t1은 그 직전에 측정된 치주기이고, t2는 그 전전에 측정된 치주기가 된다.
도 1에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량의 엔진의 역회전 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 1의 도시 내용에 따르면, 먼저 바람직하게는 본 발명에 따른 차량의 역회전 감지 알고리즘을 활성화할 것인지 여부를 판단할 수 있다(S100). 상술한 바와 같이, ISG 장착 차량의 엔진의 아이들 스톱 시에는 크랭크 샤프트가 요동하면서 엔진의 역회전 현상이 발생할 수 있고, 이를 정확히 감지하지 못하는 경우, 아이들 스톱 후 재시동 시에 엔진의 동기화에 실패하거나 불완전하게 동기화가 이루어지는 문제가 존재한다.
따라서, ISG 장착 차량의 아이들 스톱 조건과 같은 경우, 예컨대 엔진의 500rpm 이하의 저속으로 회전하는 한편, 시동이 Off된 상태이고 차속이 20km/h 이하와 같이 크랭크 샤프트가 외부 요인의 영향을 크게 받는 조건에서는 역회전 감지 알고리즘을 활성화할 필요가 있다.
역회전 감지 알고리즘이 활성화되면, 먼저 크랭크 샤프트 각도 센서(10)로부터 센서 휠(20)에 형성된 돌기(21)를 검출하여 치주기(tn)를 측정하고 그 측정 결과를 특정 펄스 파형의 형태도 제어 유닛으로 출력한다. 이를 통해, 최신의 치주기(t0), 그 직전의 치주기(t1) 및 그 전전의 치주기(t2) 등이 얻어진다(S110). 이 때 치주기 비를 정확히 검출하기 위해, 치주기는 순차적으로 누락없이 버퍼에 저장되어야 한다.
다음으로 한 시점에서의 치주기(tn) 및 그 이전 시점에서의 치주기(tn+1)의 비율을 의미하는 치주기 비(Rn)을 계산한다(S120).
본 발명의 발명자들의 연구에 따르면, 치주기 비(Rn)은, 엔진 내의 압축 및 폭발에 의해 정상적인 회전이 이루어지는 경우에는, 타겟 휠의 종류나 크랭크샤프트 각도 센서의 종류에 상관없이 특정한 수치 범위에 속하게 된다. 바람직하게는 치주기 비(Rn)은 다음과 같은 수치 범위 부근에 속한다.
0.8≤≤Rn≤≤1.2 (1)
한편, ISG 장착 차량의 아이들 스톱시에는 기존의 회전 방향으로 관성력이 크랭크 샤프트에 가해진다. 이러한 한 방향으로의 관성력을 유지하는 힘을 다른 방향으로 회전하게 하려면 기존의 관성력을 이기고 나아가야 하므로 도 2에서 도시된 바와 같이, 치주기가 길어지게 된다. 따라서 치주기 비도 증가하게 된다.
따라서, 치주기 비(Rn)이 상기한 식(1)과 같은 특정 수치 범위를 상회하는 경우에는 엔진이 관성력을 잃고 역회전이 발생한 것으로 추정할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 계산된 치주기 비가 제1 설정값(본 발명예에서는 1.2) 이상인 지 여부를 판단하고(S130), 계산 된 치주기비가 제1 설정값 이상인 경우에는 어떠한 범위 내에서 역회전이 발생하였는지 여부를 판단한다. 그리고, 계산된 치주기 비가 제1 설정값 미만인 경우에는 엔진이 정회전 하는 것으로 판정한다(S250).
치주기 비(Rn)가 제1 설정값을 초과한 것으로 판단한 경우에는, 계속해서 최신의 치주기(tn)를 측정하여 이를 제어 유닛(ECU)의 버퍼에 저장한다(S140). 그리고, 갱신된 치주기들(tn)로부터 다시 치주기 비(Rn)를 산출한다(S150).
본 발명자들의 연구 및 실험에 따르면, 엔진의 역회전 발생시에는, 타겟 휠의 종류나 크랭크샤프트 각도 센서의 종류에 상관없이, 치주기 비(Rn)의 값의 변화는 특정한 양상을 가지게 된다.
도 4 내지 도 6에서는 엔진의 역회전 시의 시간에 따른 치주기 비(Rn)의 변화를 나타낸다.
도 4에서는 엔진이 단기간 역회전하였을 때의 치주기 비(Rn)의 변화를 나타낸 것이다. 여기서 단기간 역회전은 도 2에서 도시된 바와 같이, 펄스의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 1/3 미만의 지점에서 방향 전환이 이루어지는 역회전이 이루어진 것을 의미한다.
본 발명자들의 연구 및 시험에 의하면, 도 4에서 도시된 바와 같이, 엔진의 단기간 역회전 할 때에는, 치주기 비가 상승(Rn + 2)한 다음 하강하고(Rn +1) 그리고 다시 치주기 비가 상승(Rn)하는 U자형 변화(U-type F)를 띄게 된다. 이는 역회전 시에 주기 상승 및 크랭크 샤프트 감지 센서로부터 생성되는 펄스 특성에 기인한 것으로 생각된다.
그리고, 엔진이 중·장기간 역회전하는 경우에는 도 5에서 도시된 바와 같이, 치주기 비가 상승(Rn + 2)한 다음 하강하고(Rn +1) 계속해서 치주기 비가 하강(Rn)하는 형태(Conti-F)의 변화를 띄게 된다. 여기서 중기간 역회전은, 도 5에서 도시된 바와 같이, 펄스의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 1/3 이상 2/3 미만의 시간의 지점에서 방향 전환이 이루어지는 역회전이 이루어진 것을 의미하며, 장기간 역회전은, 도 2에서 도시된 바와 같이 펄스의 폴링 에지(falling edge)와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 2/3 이상 3/3 이하 만큼 엔진이 역회전 한 것을 의미한다.
한편, 도 6에서 되어 있는 바와 같이, 이전의 Rn 값이 특정한 수치 범위를 반복해서 초과하고 있는 경우에는 중·장기간 역회전 발생 가능성이 현저하게 높은 것으로 판단되는바, 그 이후 갱신된 최신의 R0값이 특정 수치 범위를 만족하게 되면, 그 즉시 역회전으로 판단하게 된다(Directly-F).
따라서, 본 발명에서는 먼저 갱신된 최신의 치주기 비 (R0)와 그 전의 치주기 비(R1)의 크기의 대소 비교를 수행한다(S160). 앞서 살펴본 바와 같이, 역회전 발생 시에는 치주기가 증가하게 된다. 따라서, 그 전의 치주기(R1)와 최신의 치주기 비(R1)의 대소 관계에 따라 역회전 발생 및 그 특성이 달라지기 때문에, 이를 구분하여 그에 맞는 제어를 실시하기 위함이다.
갱신된 최신의 치주기 비 (R0)가 그 전의 치주기 비(R1) 보다 작은 경우에는, 그 전전의 치주기 비 (R2)와 최신의 치주기 비 (R0) 및 그 전의 치주기 비(R1)가 특정한 대소 관계에 있는 지 여부를 판단한다(S170). 즉, 직전의 치주기 비(R1)가 그 전전의 치주기 비(R2)와 최신의 치주기 비 (R0)보다 큰 것과 더불어, 전전의 치주기 비가 1.0보다 큰 경우에는 단기간 내지 장기간 역회전 발생이 의심된다. 이 경우, 갱신된 최신의 치주기 비(R0)를 RF값으로서 버퍼해 저장해 두고(S180). 이후에 새로이 갱신된 치주기 비와의 대소 관계를 통해 역회전 발생 여부 및 그 패턴을 확정하는데 사용한다.
다음으로 다시 계속해서 최신의 치주기(tn)를 측정하여 이를 제어 유닛(ECU)의 버퍼에 저장한다(S190). 그리고, 갱신된 치주기들(tn)로부터 다시 치주기 비(Rn)를 산출한다(S200).
그 다음의 ECU의 버퍼에 저장된 RF 값이 존재하는지 여부를 판단한다. 이전 단계에서, 전전의 치주기 비 (R2)와 최신의 치주기 비 (R0) 및 그 전의 치주기 비(R1)가 단계 S170)에서 규정한 특정한 대소 관계를 만족하는 경우에는, 이전의 치주기 비(R0)가 RF값으로서 버퍼에 저장되어 있으므로, 이 경우, 버퍼에 저장된 RF값이 특정한 값(여기서는 1.0) 이상인지 여부를 판단한다(S220).
RF값이 1.0 이상이며, 또한, 갱신된 R0값보다 RF 값이 큰 경우에는 앞서 도 5에서 살펴본 바와 같이, 치주기가 계속하여 감소하는 형태(Conti-F)를 나타내는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 이 경우 중기간 또는 장기간 역회전이 발생한 것으로 판정한다(S320).
한편, RF값이 1.0 미만 이며, 또한, 갱신된 R0값이 RF 값보다 크고, RF 값과 R0값이 특정한 범위(여기서는, RF>0.5, R0≥1)에 있게 되면(S300), 도 4에서 도시된 바와 같이, 치주기 비의 크기 변화가 U자 형(U-type F)을 나타내고 있으므로, 엔진이 단기간 역회전 한 것으로 판정한다(S330).
한편, 단계 S160에서 최신의 치주기 비(R0)가 그 전의 치주기 비(R1) 보다 크거나 같은 것으로 판단되는 경우에는, 최신의 치주기 비(R0)와 그 전의 치주기 비(R0)가 특정한 소정값(여기에서는 1.5)를 초과하는 지 여부를 판단한다(S280). 크랭크 샤프트가 등속 회전하는 것으로 가정하면 중·장기간 역회전이 발생한 경우에는 최신의 치주기는 역회전이 발생하기 전 치주기보다 1.5배 정도 길어지게 된다. 따라서, 여기에서는 최신의 치주기 비(R0)와 그 전의 치주기 비(R0)가 모두 1.5를 초과한 경우에는 중기간 또는 장기간 역회전이 발생한 것으로 의심하게 된다.
따라서, 이 경우에는 최신의 치주기 비(R0)를 RF값을 별도로 저장하는 단계를 생략한 채, 최신의 치주기(tn)를 측정 및 저장하고(S190), 갱신된 치주기들(tn)로부터 다시 치주기 비(Rn)를 산출한다(S200).
이 경우, 저장된 RF값이 존재하지 않기 때문에, 갱신된 최신의 R0 값의 크기가 일정한 조건을 만족하면(S290), 곧바로, 중기간 또는 장기간 역회전이 발생한 것으로 확정(S310)한다. 즉, 치주기 변화가 도 6에서 나타난 형태(Directly-F)를 나타나내고 있는바, 중기간 또는 장기간 역회전인 것으로 판단하는 것이다. 한편, 단계 S290에서 최신의 R0 값의 크기가 0.9보다 작거나 또는 1보다 크도록 한 것은, 신호 처리 시의 오차를 최소한으로 하여, 보다 정확성을 더 높이기 위함이다.
단기간중기간장기간엔진에 역회전이 발생한 것으로 판정되는 경우에는, 역회전 판정 회수를 카운트한다(S250). 즉, 1회 역회전이 발생하였을 경우에 카운트 수는 1이 된다. 만약 역회전 판정 회수가 2가 되는 경우, 즉 2회의 역회전이 발생한 경우에는 엔진의 회전 방향이 정회전->역회전->정회전으로 변경된 것이 된다. 즉 엔진의 회전이 다시 정회전으로 돌아온 것이 된다. 따라서, 이 경우에는 버퍼에 저장된 치주기(tn) 및 치주기 비(Rn)을 모두 초기화하여, 역회전 판정 알고리즘을 진행한다(S260).
한편, 엔진 역회전 판정 알고리즘의 활성화할 필요가 없는 경우 즉 엔진의 회전이 완전히 정지(Stall)된 경우나, 엔진이 재시동된 이후 등에 있어서는 엔진 역회전 판정 알고리즘을 진행할 필요성이 없기 때문에 측정을 종료하게 된다(S270, S280),
한편, 제어 유닛은 상기한 엔진의 역회전과 관련된 정보를 바탕으로 ISG 차량의 아이들 스톱 시의 크랭크 샤프트의 회전 각도를 판단할 수 있다. 그리고, 제어 유닛은 이 정보를 이용하여, 연료 펌프, 연료 분사 노즐과 같은 연료 공급 장치나 점화 플러그와 같은 연소 장치를 제어하여, 최적의 타이밍에서 연소가 이루어질 수 있도록 함으로써, 엔진의 동기화 제어를 효과적으로 수행할 수 있게 된다.
(실시예)
이하에서는 치주기를 이용하여 엔진의 역회전 여부를 판정하는 종래의 역회전 판정 방법(비교예)과 본 발명에 따른 역회전 판정 방법(발명예)에 의한 역회전 판정 결과를 대비하여 설명한다.
먼저, 정방향 회전을 인가하였을 경우에 종래의 역회전 판정 알고리즘과 본 발명에 따른 역회전 판정 알고리즘에서의 정방향 감지 여부를 비교하면 다음의 표 1과 같다. 상기한 시뮬레이션의 구현을 위하여 종래의 역회전 판정 알고리즘과 본 발명에 따른 역회전 판정 알고리즘을 ECU에 구현하고, 정방향 회전을 나타내는 동일한 사인 파형을 센서에 55회 이상 인가하는 악의 실험을 실시하였다. 이 때 차속은 3기통의 경우 엔진의 회전 속도가 20~495rpm인 것으로 신호 인가하였으며, 4기통의 경우 10~495rpm의 신호를 인가 하였다.
기통수 본 발명예 비교예 비고
3 기통 정방향 항상 인식 28.5/37rpm 근방에서 역회전 감지 동일 시험 조건
4 기통 정방향 항상 인식 25.5rpm 근방에서 역회전 감지
상기한 표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 본 발명예에서는 엔진이 정방향으로 회전하는 것으로 인식하고 있다. 이에 반해 비교예에서는 특정 엔진의 회전수에서는 엔진이 정방향임에도 불구하고 역방향으로 잘못 감지하는 것을 알 수 있다.
다음으로, 엔진이 정방향->역방향->정방향의 순서로 회전하는 경우에 종래의 역회전 판정 알고리즘과 본 발명에 따른 역회전 판정 알고리즘에서의 역회전 감지 효율을 시험하였다. 상기한 시뮬레이션 구현을 위하여, 종래의 역회전 판정 알고리즘과 본 발명에 따른 역회전 판정 알고리즘을 ECU에 구현한 후, 엔진이 정방향->역방향->정방향의 순서로 회전하는 것에 해당하는 동일한 사인 파형을 센서에 수차례 인가하는 악의 실험을 실시하였다. 시험의 결과는 다음의 표 2와 같다.
기통수 본 발명예 비교예 비고
3 기통 52회 감지/총 55회 49회 감지/총 55회 동일 시험 조건
4 기통 83회 감지/총 92회 11회 감지/총 92회
상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는 비교예와 대비하여 우수한 역회전 감지 능력을 보임을 알 수 있다. 특히, 엔진이 4기통인 경우에 92회에 달하는 시험 회수에서 총 83회 역회전을 감지하고 있어, 11회 감지에 그친 종래 알고리즘과 대비하여 현저히 우수한 역회전 감지 능력을 가지고 있음을 알 수 있다.
도 7 및 도 8에서는 본 발명에 따른 역회전 감지 알고리즘을 이용하여 역회전 감지를 실시한 결과를 나타낸 도면이다.
도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정회전에서 역회전으로 회전 방향이 변경되었을 때, 치주기 비가 계속하여 감소하는 형태(Conti-F)를 나타내고 있으며, 역회전에서 다시 정회전으로 회전 방향이 변경되었을 때에는 치주기 비의 변화 양상이 감소되었다 증가되는 형태(U-type F)를 띄고 있는 것을 알 수 있다.
한편 도 8에서도 정회전으로부터 역회전으로 변경되는 경우에는 앞서 도 7에서 살펴본 형태의 치주기 비 변화(Directly F)가 발생하는 한편, 역회전에서 다시 정회전으로 변경되는 경우에는 치주기 비의 변화 양상이 감소되었다 증가되는 형태(U-type F)를 띄고 있는 것을 알 수 있다.
즉, 도 7 및 도 8의 도시 내용에 따르면, 치주기 비의 변화 양상을 관찰함으로써, 엔진의 역회전을 정확히 검출할 수 있음을 알 수 있다.
10: 크랭크 샤프트 각도 센서 20: 센서 휠
21: 돌기 30: 크랭크 샤프트

Claims (7)

  1. 엔진의 크랭크 샤프트 각도를 검출하는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 펄스 신호를 수신하고, 상기 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 치주기(tooth period)의 비에 근거하여 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법으로서,
    크랭크 샤프트 각도 검출 센서를 이용하여 치주기(tn)(n=0, 1, 2)을 검출하여 이를 제어 유닛의 버퍼에 저장하는 단계;
    측정된 치주기(tn)와 그 직전에 측정된 치주기(tn+1)의 비인 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계;
    치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
    치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인 경우, 최신 치주기를 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하는 단계;
    갱신된 치주기 값을 이용하여 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계;
    시간에 따른 치주기 비(Rn)의 값의 변화를 관찰하여, 상기 변화가 특정한 패턴 양식을 보이고 있는지 여부에 따라 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계;를 포함하고,
    상기 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계는
    시간에 따라 치주기 비의 값이 상승하였다가 저하하는 구간이 존재하는 지 여부를 판정하고 이때 저하된 치주기 비의 값(RF)을 저장하는 단계;
    최신 치주기를 다시 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하고, 갱신된 치주기 값을 이용하여 새로운 치주기 비(R0)를 산출하여 단계;
    이전의 치주기 비의 값(RF) 보다 새로운 치주기 비의 값(R0)이 큰 경우에는 상기 펄스의 폴링 에지(falling edge)와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 1/3 미만의 지점에서 방향 전환이 이루어지는 단기간 역회전(short time return)한 것으로 판정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법.
  2. 삭제
  3. 엔진의 크랭크 샤프트 각도를 검출하는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 펄스 신호를 수신하고, 상기 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 치주기(tooth period)의 비에 근거하여 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법으로서,
    크랭크 샤프트 각도 검출 센서를 이용하여 치주기(tn)(n=0, 1, 2)을 검출하여 이를 제어 유닛의 버퍼에 저장하는 단계;
    측정된 치주기(tn)와 그 직전에 측정된 치주기(tn+1)의 비인 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계;
    치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
    치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인 경우, 최신 치주기를 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하는 단계;
    갱신된 치주기 값을 이용하여 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계;
    시간에 따른 치주기 비(Rn)의 값의 변화를 관찰하여, 상기 변화가 특정한 패턴 양식을 보이고 있는지 여부에 따라 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계;를 포함하고,
    상기 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계는
    시간에 따라 치주기 비의 값이 상승하였다가 저하하는 구간이 존재하는 지 여부를 판정하고 이때 저하된 치주기 비의 값(RF)을 저장하는 단계;
    최신 치주기를 다시 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하고, 갱신된 치주기 값을 이용하여 새로운 치주기 비(R0)를 산출하여 단계;
    이전의 치주기 비의 값(RF) 보다 새로운 치주기 비의 값(R0) 보다 작은 경우에는 상기 펄스의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 1/3 이상 2/3 미만의 시간의 지점에서 방향 전환이 이루어지는 중기간 역회전(medium time return)하거나 또는 상기 펄스의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 시간의 2/3 이상 3/3 미만의 시간의 지점에서 방향 전환이 이루어지는 장기간 역회전(long time return)한 것으로 판정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법.
  4. 엔진의 크랭크 샤프트 각도를 검출하는 크랭크 샤프트 각도 센서로부터 펄스 신호를 수신하고, 상기 펄스 신호의 폴링 에지와 그 다음 폴링 에지 사이의 치주기(tooth period)의 비에 근거하여 차량의 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법으로서,
    크랭크 샤프트 각도 검출 센서를 이용하여 치주기(tn)(n=0, 1, 2)을 검출하여 이를 제어 유닛의 버퍼에 저장하는 단계;
    측정된 치주기(tn)와 그 직전에 측정된 치주기(tn+1)의 비인 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계;
    치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인지 여부를 판정하는 단계;
    치주기 비(Rn)가 제1 설정값 이상인 경우, 최신 치주기를 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하는 단계;
    갱신된 치주기 값을 이용하여 치주기 비(Rn)를 산출하여 단계;
    시간에 따른 치주기 비(Rn)의 값의 변화를 관찰하여, 상기 변화가 특정한 패턴 양식을 보이고 있는지 여부에 따라 엔진의 역회전 여부를 확정하는 단계;를 포함하고,
    상기 갱신된 최신의 치주기비(R0)와 그 직전의 치주기비(R1)가 제2 소정값보다 큰 것인지 여부를 판단하는 단계;
    상기 갱신된 최신의 치주기비(R0)와 그 직전의 치주기비(R1)가 제2 소정값보다 큰 경우에는, 최신 치주기를 다시 측정하여 이미 버퍼에 저장된 치주기 값을 갱신하고, 갱신된 치주기 값을 이용하여 새로운 치주기 비(R0')를 산출하여 단계;
    새로이 갱신된 최신의 치주기 비(R0')가 제3 소정값보다 작거나 또는 제4소정값보다 같거나 큰 경우, 중기간 또는 장기간 역회전이 발생하는 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
    엔진이 역회전한 것으로 판정하는 경우,
    역회전 판정 회수를 카운트 하는 단계;
    역회전 판정 회수가 2 이상인지 여부를 판단하고, 역회전 판정 회수가 2 이상인 경우에는 상기 버퍼에 저장된 치주기 비의 값을 초기화하여 엔진의 역회전 여부를 판단하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    엔진의 회전 속도와 차속 및 시동 여부에 따라 엔진의 역회전 감지 활성화 여부를 판정하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    엔진의 회전 속도와 시동 여부에 따라 엔진의 역회전 감지를 종료하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 역회전 여부를 판정하는 방법.
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