KR101817871B1 - 차량용 선루프의 안티핀치 제어 방법 및 이 방법이 적용된 장치 - Google Patents

Abstract

선루프 또는 파워 윈도우의 위치에 대한 홀펄스 카운트값에 대해서 전압 변동을 감안하여 안티핀치력, 즉, 반전력을 보상하고, 저가형 마이크로 컨트롤러 사용에 상응하도록 전압별 홀펄스 카운트 데이터를 이용하여 마이크로 컨트롤러에서 연산되는 수식을 1차 방정식으로 만듦으로써, 전압 변동에 따라서도 정상적으로 반전 동작을 하는 선루프 및 파워 윈도우의 안티핀치 제어 방법 및 이 방법이 적용된 선루프 및 파워 윈도우 장치에 관한 발명이다. 본 발명의 안티핀치 제어 방법은 구동체의 현재의 위치를 파악하여 현재 위치에서의 핀치경계값을 측정하는 단계, 현재 구동 전압을 읽어 현재 전압이 초기화 전압과 같은지 다른지를 판단하는 단계, 이들이 다른 경우에는 현재의 구동 전압의 변동을 고려한 안티핀치력 보상을 위하여 상기 초기화전압에 보상인자를 산입하여 핀치경계값을 조절하는 단계를 포함한다. 여기서 보상인자에는 초기화 데이터 곱상수와 전압별 동작 반전 오프셋값이 포함된다.

Description

차량용 선루프의 안티핀치 제어 방법 및 이 방법이 적용된 장치 {A METHOD FOR CONTROLLING ANTI-PINCH OPERATION OF AUTOMOTIVE SUNROOF AND APPARATUSES ADOPTING THE SAME}

본 발명은 차량용 선루프 또는 파워 윈도우의 안티핀치(anti-pinch) 즉 반전 동작을 제어하는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 선루프 또는 파워 윈도우의 구동 전압 변동에 따라 안티핀치 동작을 제어하는 방법 및 이 방법이 적용된 선루프와 파워 윈도우에 관한 것이다.

통상적으로 선루프는 차량의 루프(지붕)에 개구부를 형성하여 차내를 밝게 해주고, 심리적으로 실내 공간을 크게 느끼게 하여 탑승자에게 해방감을 부여함과 동시에 환기가 잘되게 하여 차내의 쾌적성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 선루프는 차체의 루프에 장착되는 선루프 조립체에 구성되는 바, 선루프 조립체에 구비된 개구부를 선루프 글래스를 통해 선택적으로 개폐할 수 있는 구조로 이루어진다. 예를 들면, 선루프는 개구부를 루프 측의 전방에 형성하고 그 개구부를 선루프 글래스로서 개폐하는 방식이 주를 이룬다. 현재의 자동차 시장에서 소비자들이 즐길 수 있는 상품 중 하나가 선루프 장착이다. 실외의 환기를 통해 소비자들이 만족을 얻어 낼 수 있는 것이다.

선루프에서의 안티핀치(anti-pinch), 즉 반전 기능은 자동 동작모드로 동작하는 선루프가 개폐 동작을 수행할 때에 개폐구간의 일부분에서 인체 부위 등의 장애물이 끼임을 방지하기 위한 안전기능이다. 이 기능은 대략적으로, 핀치 검출부로부터 선루프의 방해 요소(인체, 물체 등)를 감지하여 이를 피하기 위해 선루프를 반대 방향으로 구동하는 기술로 구성된다. 핀치 검출부는 초기화 과정에서 측정되어 저장된 홀펄스 카운트(Hall pulse count) 값을 참조하여 현재 위치에서의 현재의 홀펄스 카운트값과 비교하여 안티핀치 동작을 하도록 한다.

도 1은 차량용 선루프 시스템에서 안티핀치 동작을 수행하는 개략적 구성을 나타낸다. 각 위치별 핀치경계값을 현재 위치의 홀펄스 카운트값과 비교하여(10) 현재 홀펄스 카운트가 덜 나오는 것을 확인하게 되면(즉, 핀치경계값 > 홀펄스 카운트값)(15), 이로써 인체 부위나 이물질 기타 물체가 선루프의 이동 경로에 끼어 있음을 감지하게 되어 안티핀치 동작(anti-pinch)을 하도록 선루프를 반전 제어한다(20).

이러한 안티핀치 동작은 선루프 뿐만 아니라 파워 윈도우 장치에도 유사하게 적용된다.

그러나 자동차에는 많은 전기 전자 부품이 사용되기 때문에 선루프나 파워 윈도우의 구동 속도는, 특히 선루프나 파워 윈도우의 구동요소인 브러쉬 직류 모터의 구동 전압이 변동됨에 따라 변화하게 된다. 구동 전압이 변할 경우 홀펄스 카운트값이 따라 변하게 되므로 안티핀치 기능의 오동작이 일어나는 문제점이 발생한다.

한편, 선루프나 파워 윈도우에는 소비자들에게 적정한 가격으로 맞추기 위해 주로 저가형 마이크로 컨트롤러를 사용하게 되는데, 전압 보상에 관여하는 수학식에 고차원 함수가 사용되기 때문에 저가형 마이크로 컨트롤러에서의 연산 속도가 느려지게 되어 핀치 상황을 검출하더라도 이 느린 연산 속도로 인해서 시스템의 반전 동작이 지연된다. 이는 사용자들에게 오동작으로 인식될 수 있다. 또한 반전력(anti-pinch force)이, 규정된 스펙, 가령, 75±25N을 만족시킬 수 없게 된다.

대한민국 등록특허: 공고일자 2013년 10월 29일 등록번호 10-1323028 대한민국 등록특허: 공고일자 2014년 6월 11일 등록번호 10-1406069 대한민국 등록특허: 공고일자 2010년 6월 25일 등록번호 10-0965431

본 발명은 상기한 종래의 선루프 또는 파워 윈도우의 안티핀치 동작의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선루프 또는 파워 윈도우의 위치에 대한 홀펄스 카운트값에 대해서 전압 변동을 감안하여 안티핀치력, 즉, 반전력을 보상하고, 저가형 마이크로 컨트롤러 사용에 상응하도록 전압별 홀펄스 카운트 데이터를 이용하여 마이크로 컨트롤러에서 연산되는 수식을 1차 방정식으로 만듦으로써, 전압 변동에 따라서도 정상적으로 반전 동작을 하는 선루프 및 파워 윈도우의 안티핀치 제어 방법 및 이 방법이 적용된 선루프 및 파워 윈도우 장치를 제공함을 목적으로 한다.

초기화 과정시 메모리에 저장된 구동 전압(이하, 초기화 전압)에 의해 구동되는 구동체(가령, 글라스, 블라인드 등)를 갖는 차량용 선루프 또는 파워 윈도우 시스템에서는 구동체의 구동 수단(가령, 브러쉬 직류 모터)의 구동 전압의 변동에 따라 동작 속도가 달라진다. 구동 전압이 높을수록 모터 구동 속도가 빨라지기 때문에 초당 홀펄스 카운트값이 증가하게 된다.

선루프 또는 파워 윈도우의 안티핀치 동작은 선루프 또는 파워 윈도우의 초기화(initialization) 과정에서 측정·저장된 정규의 홀펄스 카운트값을 참조하여 제어한다. 따라서 안티핀치 동작의 제어를 위하여 구동 전압의 변화를 감지하고 그것을 고려하여 보상인자를 산출하여서 초기화 전압에 산입하여 안티핀치력을 보상한다.

본 발명의 제1특징에 따른 안티핀치 제어 방법은

구동체의 현재의 위치를 파악하여 현재 위치에서의 핀치경계값을 측정하는 단계,

현재 구동 전압을 읽어 현재 전압이 초기화 전압과 같은지 다른지를 판단하는 단계,

이들이 다른 경우에는 현재의 구동 전압의 변동을 고려한 안티핀치력 보상을 위하여 상기 초기화전압에 보상인자를 산입하여 핀치경계값을 조절하는 단계를 포함한다.

여기서 보상인자에는 초기화 데이터 곱상수와 전압별 동작 반전 오프셋값이 포함되는데, 이들 각각에 대해서는 이후에 설명된다.

상기 보상인자는 상기 구동 전압 대 구동체 홀센서 카운트 관계 곡선에서 구동 전압의 중간점에서의 1차 방정식 접선을 도출함으로써, 상기 구동 전압 대 구동체 홀센서 카운트 관계 곡선과 중간점에서의 1차 방정식 접선과의 차이를 반영하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이로써 저가형 마이크로 컨트롤러에서의 관계 곡선 연산의 부담이 대폭 경감될 수 있다.

본 발명의 안티핀치 제어 방법에서 상기 핀치경계값 조절 단계는,

초기화 전압이 현재 전압보다 작은지 체크하는 단계,

구동 전압에 변동이 발생하여 현재 측정한 전압이 선루프 초기화 당시의 전압보다 커졌다면 아래의 수학식을 활용하여 핀치경계값을 조절하는 단계,

현재 측정한 전압이 선루프 초기화 당시의 전압보다 크지 않다면, 현재 전압이 초기화 전압보다 작은지 체크하는 단계,

그렇다면, 아래의 수학식을 활용하여 핀치경계값을 조절하는 단계

를 포함한다.

여기서 (Compensated) Self Learn Data는 핀치경계값의 보상 결과값을 의미하고, (Read) Self Learn Data는 초기화 과정 시 메모리에 저장된 핀치경계값(이하“초기의 핀치경계값”이라 한다)을 의미한다. 그리고 보상인자 중 하나인 CompCoef_1 및 CompCoef_2는 초기화 데이터 곱상수이다. VD는 FLOOR(|초기화전압―현재전압|/0.3)이다. ComAdd는 곱상수 VoltCompCoef_1 및 CompCoef_2의 계산을 위한 데이터이다. 보상인자 중 다른 하나인 APOffset_1과 APOffset_2는 전압별 동작 반전 오프셋값이다. K₁은 관계 곡선의 중간점에서 상정한 접선의 기울기이고, K₂는 중간점에서의 y 절편값이다. VD는 voltage difference의 의미로, 초기화 전압과 현재 측정 전압의 차의 절대값에 대해 0.3V마다 FLOOR 함수를 수행하여 얻은 값이다.

한편, 본 발명의 제2특징에 따르면 상술한 안티핀치 제어 방법을 적용한 선루프 및 파워 윈도우 장치가 제공된다.

이들 장치는 상술한 것과 같은 안티핀치 제어 방법을 실행하는 수단을 포함하는데, 여기서, 선루프 또는 파워 윈도우의 안티핀치 제어 방법을 실행하는 수단은 선루프 또는 파워 윈도우의 컨트롤러 또는 프로세서 유닛에 설치되거나 입력된 소프트웨어나 펌웨어 등의 프로그램에 의해 동작하는 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러 및 관련 부품을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 프로그래머블 로직과 같은 하드웨어 기반 제어수단이거나, 또는 소프트웨어나 펌웨가 배제된 순수한 하드웨어 회로일 수도 있다.

이상의 본 발명의 과제 및 해결 수단은 이하에서 도면과 함께 설명하는 대표 실시예의 설명에 의해 명확해질 것이다.

본 발명에 따르면, 안티핀치 동작상의 문제점을 해결하기 위해 알고리즘을 구현하여 마이크로 컨트롤러에서의 연산 처리 속도에 지연 없이 그리고 구동 전압의 변동을 고려한 반전력(안티핀치력) 제어를 수행함으로써 선루프나 파워 윈도우의 구동 전압의 변동을 고려하여 반전력(안티핀치력)을 보상함으로써 정확한 반전(안티핀치) 동작을 담보할 수 있고, 저가형 마이크로 컨트롤러를 사용하면서도 효율적인 제어가 가능하여 원가 절감 및 성능 향상의 이득을 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 선루프 시스템에서의 안티핀치 동작의 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 선루프 시스템에서의 안티핀치 동작의 구동 전압 변동을 고려한 안티핀치 제어 방법의 구성도,
도 3은 구동 전압 vs. 브러쉬 직류 모터의 홀센서에서 1개 펄스카운트가 나오는 데 걸리는 시간의 관계 그래프,
도 4는 도 2의 핀치경계값 조절의 방식 구성도이다.

이하에서는 안티핀치 동작을 하는 장치를 차량용 선루프에 국한하여 본 발명에 따른 안티핀치 제어 방법 및 이 방법이 적용된 선루프의 실시예에 대해 설명한다. 그러나 당업자는 이하의 선루프에 관한 실시예를 파워 윈도우 및 그 이외 장치의 경우에도 용이하게 적용할 수 있을 것이다. 선루프는 초기화 과정시 메모리에 저장된 구동 전압(이하, '초기화 전압')에 의해 구동되는 구동체(가령, 브러쉬 직류 모터 및 관련 부품)를 갖는 것을 전제로 한다.

도 2는 본 발명에 있어서, 자동 동작 모드에서 홀펄스 카운트값 및 핀치경계값을 인식하는 선루프 시스템에서 안티핀치 동작의 구동 전압 변동을 고려하여 안티핀치를 제어하는 방법의 구성도이다.

본 발명의 선루프 안티핀치 컨트롤러(도시하지 않음)는 현재의 위치를 측정 파악하여(100) 현재 위치에서의 핀치경계값을 측정한다(110). 그리고 이 때의 현재 구동 전압을 읽어 들여(120) 현재 전압이 초기화 전압(선루프 초기화 과정시 메모리에 저장된 구동 전압 데이터)과 같은지 다른지를 판단한다(130). 이들이 같으면 본 발명의 방법을 적용할 여지가 없으므로 절차가 종료되지만, 이들이 다른 경우에는 현재의 구동 전압의 변동을 고려한 안티핀치력 보상을 위하여 핀치경계값을 조절한다(140).

구동 전압의 변동의 영향에 대해서 설명하면, 현재 구동 전압이 초기화 전압보다 낮은 경우에는 반전 동작이 민감해진다. 즉, 선루프의 글라스 또는 블라인드가 인체 등의 방해요소에 살짝만 접촉되어도 반전 동작이 일어나게 된다. 따라서 이 경우에는 핀치경계값을 증가시켜야 한다. 반대로 현재 구동 전압이 초기화 전압보다 높은 경우에는 반전 동작이 둔감해진다. 따라서 이 경우에는 핀치경계값을 감소시켜야 한다.

이와 같이 도 2를 참조하여 설명한 것은 구동 전압의 변동을 고려한 핀치경계값 조절(140)에 관한 것인데, 여기에 덧붙여 저가형 마이크로 컨트롤러 사용시에 다항식 연산의 처리 지연을 개선한 방식에 대해서 설명한다.

도 3의 그래프(구동 전압 vs. 브러쉬 직류 모터의 홀센서에서 1개 펄스카운트가 나오는 데 걸리는 시간) 관계 곡선에서, 이 그래프 곡선(A)을 수식화하게 되면 3차원 방정식 혹은 지수 함수 형식으로 도출된다. 이러한 다차원 방정식은 저가형 마이크로 컨트롤러에서는 연산 속도에 무리가 있기 때문에 도 3에서와 같이 동작 전압이 9~16V에서 동작하는 선루프에서 중간인 약 12.5V(기준전압)에서의 중간점 C에서의 접선(B)으로 1차 방정식을 도출한다. 이때 y=ax+b 형식의 1차식이 나오는데 현재 전압과 기준전압(12.5V)의 차이에 따른 VoltCompCoef[곱상수], APOffset[오프셋]을 핀치경계값에 적용하여 보상해준다. 물론 정규의 다차원 식(A)과 같이 완벽한 보상을 할 수는 없고 기준 전압으로부터 차이가 많이 나는 경우에는 다소 오차가 나지만, 저가형 마이크로 컨트롤러에 무리를 주지 않으면서도 통상적인 반전력의 기준에서는 벗어나지 않는 정도의 결과 값을 도출해 낼 수 있다.

이상과 같이 구동 전압의 변동에 대한 고려 및 저가형 마이크로 컨트롤러에서의 동작 전압 대 홀펄스 카운트값의 관계식의 1차식 근사화를 통하여 본 발명에서는 도 4와 같이 핀치경계값을 조절한다. 도 4는 도 2의 핀치경계값 조절(140) 기능을 세부적으로 도시한 것이다. 먼저, 초기화 전압이 현재 전압보다 작은지 체크한다(142). 구동 전압에 변동이 발생하여 현재 측정한 전압이 선루프 초기화 당시의 전압보다 커졌다면(143) 아래의 수학식 1을 활용하여 핀치경계값을 조절한다(144).

[수학식 1]

수학식 1에서 (Compensated) Self Learn Data는 핀치경계값의 보상 결과값을 의미하고 (Compensated) Self Learn Data는 초기의 핀치경계값을 의미한다. 그리고 VoltCompCoef_1은 수학식 1에서의 초기화 데이터 곱상수이다. VD는 FLOOR(|초기화전압―현재전압|/0.3)이다. ComAdd는 곱상수 VoltCompCoef_1의 계산을 위한 데이터이다. APOffset_1은 수학식 1에 적용되는 전압별 동작 반전 오프셋값이다. K₁은 도 3의 중간점 C에서의 접선의 기울기이고, K₂는 도 3의 중간점 C에서의 y 절편값이다. VD는 voltage difference의 의미로, 초기화 전압과 현재 측정 전압의 차의 절대값에 대해 0.3V마다 FLOOR 함수를 수행하여 얻은 값이다.

예를 들어, |초기화 전압―현재 전압|이 0.9V라고 하면, VD = FlOOR(0.9/0.3) = 3이므로 이 VD=3을 대입하여 CompAdd를 계산하고 이어서 VoltCompCoef_1을 계산한다. 그리고 APOffset_1을 계산하여 수학식 1에 적용한다.

다시 도 4로 돌아가, 초기화 전압이 현재 전압보다 작은지 체크하여(142) 현재 측정한 전압이 선루프 초기화 당시의 전압보다 크지 않다면(145) 이번에는 현재 전압이 초기화 전압보다 작은지 체크한다(146). 그렇다면(147) 아래의 수학식 2를 활용하여 핀치경계값을 조절한다(148). 만일 현재 전압이 초기화 전압보다 작지도 않고 크지도 않고 동일하다면(149) 본 발명의 안티핀치 보상은 불필요하므로 절차를 종료한다.

[수학식 2]

수학식 2에서의 VD와 K₁, K₂는 수학식 1에서 사용되는 것과 동일하다.

이상에서 설명한 안티핀치 제어 방법의 실시예를 적용하여 안티핀치 동작을 행하는 선루프 또는 파워 윈도우 장치를 설계하는 것은 당업자가 용이하게 구현할 수 있을 것이다. 즉, 당업자는 도 2~4에 나타낸 본 발명의 안티핀치 제어 방법의 프로세스를 실행하기 위한 하드웨어 회로(프로그래머블 로직을 포함) 또는 프로그램(소프트웨어 또는 펌웨어)을 특정 장치의 유닛(가령, 컨트롤러 보드)에 내장하여서 선루프 또는 파워 윈도우를 동작시킬 수 있을 것이다.

A: 구동 전압 vs. 브러쉬 직류 모터의 홀센서에서 1개 펄스카운트가 나오는 데 걸리는 시간 관계 곡선
B: 중간값 C에서의 접선
C: 중간값

Claims (7)

1. 삭제
2. 초기화 과정시 메모리에 저장된 구동 전압(이하, 초기화 전압)에 의해 구동되는 구동체를 갖는 시스템에서의 안티핀치 동작 제어 방법으로서,
   구동체의 현재의 위치를 파악하여 현재 위치에서의 핀치경계값을 측정하는 단계;
   현재 구동 전압을 읽어 현재 전압이 초기화 전압과 같은지 다른지를 판단하는 단계;
   이들이 다른 경우에는 현재의 구동 전압의 변동을 고려한 안티핀치력 보상을 위하여 상기 초기화전압에 보상인자를 산입하여 핀치경계값을 조절하는 단계를 포함하며; 여기에서 상기 보상인자는,
   상기 구동 전압 대 구동체 홀센서 카운트 관계 곡선에서 구동 전압의 중간점에서의 1차 방정식 접선을 도출하여, 상기 구동 전압 대 구동체 홀센서 카운트 관계 곡선과 중간점에서의 1차 방정식 접선과의 차이를 반영하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 안티핀치 제어 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 핀치경계값 조절 단계는,
   초기화 전압이 현재 전압보다 작은지 체크하는 단계;
   구동 전압에 변동이 발생하여 현재 측정한 전압이 선루프 초기화 당시의 전압보다 커졌다면 아래의 수학식을 활용하여 핀치경계값을 조절하는 단계;
   

   

   
   현재 측정한 전압이 선루프 초기화 당시의 전압보다 크지 않다면, 현재 전압이 초기화 전압보다 작은지 체크하는 단계;
   그렇다면, 아래의 수학식을 활용하여 핀치경계값을 조절하는 단계;
   

   

   
   를 포함하는 안티핀치 제어 방법.
4. 삭제
5. 제3항에 기재된 안티핀치 제어 방법을 실행하는 수단을 포함하는 선루프 장치.
6. 삭제
7. 제3항에 기재된 안티핀치 제어 방법을 실행하는 수단을 포함하는 파워 윈도우 장치.

Images