KR102164955B1 - 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 논리연산을 수행하는 제어장치로서, 특정 물리값을 측정한 측정물리값을 출력하는 측정부; 및 사용물리값을 파라미터로 하여 논리연산을 수행하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 정상상태(normal state)일 때에는 상기 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용하고, 상기 정상상태에서 무시상태(ignore state)로 진입하면 상기 무시상태로 천이되기 직전의 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용하며, 상기 무시상태에서 상기 측정물리값이 미리 설정된 정상범위에 들어 오면 고장카운터값에 근거하여 상기 측정물리값을 보정한 보정값을 상기 사용물리값으로 사용하며, 상기 고장카운터값은 상기 측정물리값이 상기 정상범위를 벗어나면 시간에 따라 증가하고 상기 정상범위에 들어오면 시간에 따라 감소하며, 상기 무시상태는 상기 고장카운터값이 제 1 카운터값보다는 크고 카운터 임계값보다는 작은 상태인 것을 특징으로 하는, 제어장치에 관한 것이다.

Description

제어장치{CONTROL APPARATUS}

본 발명은 페일세이프 로직을 포함하고 있는 제어장치에 관한 것으로서, 논리연산의 파라미터로 사용되는 특정 물리값에 대하여, 그 측정값이 정상범위와 비정상범위 간을 천이할 때 실제 논리연산에 사용되는 사용물리값의 급격한 변동이 발생하지 않도록 구현된 제어장치에 관한 것이다.

전자/기계공업의 집약체인 자동차는, 세계적으로 모든 메커니즘이 전자화되고 있는 추세에 따라, 최근의 신차종의 거의 모든 기능이 전자화되어 가고 있는 추세이다.

즉, 자동차에서, 발전기, 조정기, 핸들, 쇽업소버, 엔진, 브레이크, 변속기, 섀시 등을 컨트롤러 또는 컴퓨터가 제어하고 있는 추세이며, 그 중에서도 전자 제어 연료 분사, 전자제어 현가장치 등은 상용적으로 이미 널리 보급되어 있는 상태이다.

그러나, 이와 같이 자동차의 기능이 전자화되어 감에 따라 전자 장치의 제어에 대한 중요성이 증가하고 있는데도 불구하고, 종래에는 상기한 전자 장치의 제어에 사용되는 다양한 인자들인 물리값들의 변화에 대응하여 신속하고 적절한 제어를 하지 못하여 제어정밀도가 떨어진다거나 각종 기능의 원활한 수행에 지장이 생기는 문제점이 있었다.

도 1은 종래 제어장치에서 특정 물리값에 대해 그 측정물리값의 변화에 따른 상태천이 및 사용물리값의 변화 추이를 나타낸 타이밍도이다. 여기서 특정 물리값이란 제어장치에서의 논리연산에 사용되는 다양한 파라미터(인자)들 중 임의의 하나를 의미한다. 그리고, 측정물리값은 상기 특정 물리값과 관련하여 실제로 센서 등을 통해 측정되는 물리값을 의미하며, 사용물리값은 제어장치에서의 논리연산시 실제로 사용되는 물리값을 의미한다.

센서 등의 측정부에서 측정(감지)되는 측정물리값은 도 1의 첫번째 타이밍도에서와 같이 시간에 따라 변동된다. 이 때 측정물리값이 상한치와 하한치 사이에 있을 경우에는 정상범위에 있는 경우라고 볼 수 있고, 상기 측정물리값이 상한치를 초과하거나 하한치 미만으로 내려오는 경우에는 정상범위를 벗어나는 경우라고 볼 수 있다.

측정물리값은 정상범위에 있는 것이 바람직하지만, 도 1에 도시된 바와 같이 어떤 요인에 의해 그 값이 일시적으로 비정상범위에 있을 수도 있어 이를 바로 고장(fail) 상태로 검출하지는 않는다. 대신, 도 1의 두번째 타이밍도에 도시된 바와 같이 측정물리값이 정상범위를 벗어나게 되면 시간이 흐름에 따라 고장카운터값을 증가시키고, 반대로 측정물리값이 정상범위로 돌아오면 고장카운터값을 감소시킨다.

이 때, 고장카운터값이 0인 경우에는 정상상태(normal state)라고 볼 수 있고, 고장카운터값이 카운터 임계값에 도달하면 페일상태(고장상태)가 된다. 그리고, 고장카운터값이 0보다는 크고 카운터 임계값보다는 작은 경우에는 아직 최종적인 페일 상태에는 도달하지 않았다고 하여 무시상태(ignore state)라고 한다.

이러한 무시상태에서, 측정물리값이 정상범위에 들어와서 고장카운터값이 계속 감소하게 되어 0이 되면 정상상태로 천이된다. 반면, 상기 무시상태에서, 측정물리값이 계속 정상범위를 벗어나 있으면 고장카운터값이 계속 증가하게 되고, 고장카운터값이 카운터 임계값에 도달하게 되면 페일 상태가 되어 제어장치는 제어동작을 중지하게 된다.

그런데, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 측정물리값이 정상상태에 있을 때의 측정물리값을 제어연산을 위한 파라미터의 사용값, 즉 사용물리값으로 채용하고, 이후 정상상태에서 무시상태로 천이되는 경우에는 무시상태로 천이되기 직전의 측정물리값을 사용물리값으로 채용하였다. 그리고, 무시상태에서, 측정물리값이 다시 정상범위로 들어와 고장카운터값이 감소하여 정상상태에 진입하게 되면, 종래 제어장치는 다시 측정물리값을 사용물리값으로 채용하였다. 하지만, 이 경우 도 1의 "A"라고 표시된 부분에서와 같이 사용물리값이 하한치로부터 급격히 상승하게 되어, 무시상태에서 정상상태로 천이시 사용물리값의 과도한 이질감이 발생하게 되고 이것은 정밀한 제어동작을 저해하는 문제점이 있었다. 또한, 무시상태가 오랜 기간 동안 지속될 경우에는 사용물리값과 측정물리값 간에 차이가 커져서 이질감이 더욱 증가하게 될 수도 있다("B" 부분).

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제 2013-0044734호(2013. 05. 03 공개)에 개시되어 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 특정 논리연산의 파라미터로 사용되는 특정 물리값에 대하여, 그 측정값이 정상범위와 비정상범위 간을 천이할 때 실제 논리연산에 사용되는 사용물리값의 급격한 변동이 발생하지 않도록 구현된 제어장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 논리연산을 수행하는 제어장치로서, 특정 물리값을 측정한 측정물리값을 출력하는 측정부; 및 사용물리값을 파라미터로 하여 논리연산을 수행하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는, 정상상태(normal state)일 때에는 상기 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용하고, 상기 정상상태에서 무시상태(ignore state)로 진입하면 상기 무시상태로 천이되기 직전의 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용하며, 상기 무시상태에서 상기 측정물리값이 미리 설정된 정상범위에 들어 오면 고장카운터값에 근거하여 상기 측정물리값을 보정한 보정값을 상기 사용물리값으로 사용하며, 상기 고장카운터값은 상기 측정물리값이 상기 정상범위를 벗어나면 시간에 따라 증가하고 상기 정상범위에 들어오면 시간에 따라 감소하며, 상기 무시상태는 상기 고장카운터값이 제 1 카운터값보다는 크고 카운터 임계값보다는 작은 상태인 것을 특징으로 하는 제어장치를 제공한다.

본 발명에서, 상기 제어부는 상기 고장카운터값이 상기 카운터 임계값에 도달하면 페일상태에 진입하여 상기 논리연산을 중단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제어부는, 상기 무시상태에서 상기 측정물리값이 상기 정상범위에 들어온 후 상한치를 초과하여 상기 정상범위를 벗어나는 경우에는, 상기 고장카운터값에 근거하여 생성되는 보정값을 상기 사용물리값으로 미리 설정된 기간동안 추가로 더 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 보정값은 상기 고장카운터값과 상기 카운터 임계값의 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 보정값은

에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 정상상태는 상기 제 1카운터값이 0일 때인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제어부는 차량의 전자제어장치(ECU, electronic control unit)이며, 상기 물리값은 차량 제어에 사용되는 파라미터인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제어장치는 상기 카운터 임계값, 상기 제 1카운터값 및 상기 측정물리값의 정상범위에 관한 데이터를 저장하는 메모리부; 및 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 고장카운터값이 상기 카운터 임계값에 도달하여 페일상태에 진입하면 경고하는 경고부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 페일세이프 로직을 포함하고 있는 제어장치는, 특정 논리연산의 파라미터로 사용되는 특정 물리값에 대하여, 그 측정값이 정상범위와 비정상범위 간을 천이할 때 실제 논리연산에 사용되는 사용물리값의 급격한 변동이 발생하지 않도록 구현됨으로써, 사용물리값의 이질감을 감소시켜 보다 정밀한 제어동작이 가능하도록 한다.

도 1은 종래 제어장치에서 특정 물리값에 대한 측정물리값의 변화에 따른 상태천이 및 사용물리값의 변화 추이를 나타낸 타이밍도이다.
도 2는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 제어장치에서 특정 물리값에 대한 측정물리값의 변화에 따른 상태천이 및 사용물리값의 변화 추이를 나타낸 타이밍도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 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 도면부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 2는 본 발명에 의한 일 실시예에 따른 제어장치의 구성을 도시한 블록도이고, 도 3은 본 실시예에 따른 제어장치에서 특정 물리값의 측정값의 변화에 따른 상태천이 및 사용물리값의 변화 추이를 나타낸 타이밍도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제어장치는 제어부(110), 측정부(120), 메모리부(130) 및 경고부(140)를 포함한다.

측정부(120)는 특정 물리값을 측정한 측정물리값을 측정(감지)하여 출력한다. 상술한 바와 같이 특정 물리값이란 제어장치에서의 논리연산에 사용되는 다양한 파라미터(인자)들 중 임의의 하나를 의미하고, 측정물리값은 상기 특정 물리값과 관련하여 실제로 측정부(120)를 통해 측정되는 물리값을 의미하며, 사용물리값은 제어장치에서의 논리연산시 실제로 사용되는 물리값을 의미한다.

제어부(110)는 사용물리값을 파라미터로 하여 논리연산을 수행하여 제어신호(control1, control2,...)를 출력하여 제어동작한다. 제어부(110)는 차량의 전자제어장치(ECU, electronic control unit)일 수 있으며 이 경우 상기 물리값은 차량 제어에 사용되는 파라미터일 수 있다. 다만, 제어부(110)는 이에 한정되지 않고 다양한 장치를 제어하기 위하여 논리연산을 수행하는 수단에도 적용될 수 있다.

메모리부(130)는 이하에서 설명할 카운터 임계값, 제 1카운터값 및 측정물리값의 정상범위에 관한 데이터를 저장한다.

본 실시예에 따른 제어장치의 동작은 도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명한다.

측정부(120)에서 측정(감지)되는 측정물리값은 도 3의 첫번째 타이밍도에서와 같이 시간에 따라 변동된다. 이 때 측정물리값이 상한치와 하한치 사이에 있는 경우에는 정상범위에 있다고 볼 수 있고, 상기 측정물리값이 상한치를 초과하거나 하한치 미만으로 내려오면 정상범위를 벗어나게 된다.

측정물리값은 일시적으로 비정상범위에 있을 수도 있어 이 경우에는 바로 고장(fail) 상태로 검출하지 않고, 대신 도 3의 두번째 타이밍도에 도시된 바와 같이 측정물리값이 정상범위를 벗어나게 되면 시간의 흐름에 따라 고장카운터값을 증가시키고, 반대로 측정물리값이 정상범위로 들어오면 고장카운터값을 감소시킨다.

도 3에 도시된 바와 같이, 고장카운터값이 제 1카운터값(예를 들어, 0)인 경우에는 정상상태(~P, R~S 구간)라고 볼 수 있고, 고장카운터값이 카운터 임계값에 도달하면 페일상태(V~)가 된다. 그리고, 고장카운터값이 0보다는 크고 카운터 임계값보다는 작은 경우에는 무시상태(P~R, S~V 구간)라고 할 수 있다.

이러한 무시상태에서, 도 3에 도시된 바와 같이 측정물리값이 정상범위에 들어 오면(Q) 고장카운터값이 계속 감소하여 0이 되고 정상상태로 천이된다(R). 반면, 상기 무시상태에서, 측정물리값이 계속 정상범위를 벗어나 있으면 고장카운터값이 계속 증가하게 되고(U~V 구간), 측정물리값이 카운터 임계값에 도달하게 되면(V) 페일 상태가 되어 제어장치는 제어동작을 중지하게 된다.

본 실시예에 따른 제어부(110)는 측정물리값이 정상상태에 있는 경우에는 측정물리값을 사용물리값으로 채용한다. 그리고, 제어부(110)는 정상상태에서 무시상태로 진입하면(P) 상기 무시상태로 천이되기 직전의 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용한다.

이어서, 무시상태에서 측정물리값이 정상범위(상한치~하한치 사이)에 들어 오면(Q), 제어부(110)는 상기 측정물리값을 고장카운터값에 근거하여 보정한 보정값을 상기 사용물리값으로 사용한다. 보정값은 현재의 고장카운터값을 고려하여 결정될 수 있는데, 특히 현재의 고장카운터값과 카운터 임계값의 비에 의해 결정될 수 있다. 그 일 예로서, 보정값은 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.

즉, 무시상태에서 측정물리값이 정상범위에 들어오면 이 때부터 고장카운터값은 도 3의 Q~R 구간과 같이 감소하게 된다. 이 때 상기 보정값을 수학식 1과 같이 결정하게 되면, 보정값은 현재의 고장카운터값과 카운터 임계값 간의 비에 의해 Q~R 구간에 걸쳐 서서히 증가하게 되고, R지점에 이르게 되면 현재의 고장카운터값이 0이 되므로 보정값은 측정물리값과 같아지게 된다. 결국, 제어연산에 사용되는 사용물리값은 Q~R 구간에 걸쳐 서서히 증가하여 정상상태에 진입하는 지점인 R 지점에서는 측정물리값과 같아지게 된다(도 3의 A). 이에 따라 본 실시예에 따르면 무시상태에서 정상상태로 천이될 때 사용물리값이 급격하게 변하지 않고 부드럽게 변하게 됨으로써, 사용물리값의 과도한 이질감이 발생하지 않게 되어 정밀한 제어동작이 가능해진다.

또한, 제어부(110)는, 무시상태(S 이후)에서 측정물리값이 정상범위에 들어온 후(T지점) 상한치를 초과하여 상기 정상범위를 벗어나는 경우(U~V 구간)에는, 고장카운터값에 근거하여 생성되는 상기 보정값을 사용물리값으로 미리 설정된 기간동안 추가로 더 사용할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 무시상태 중 측정물리값이 정상범위에 들어오는 지점(T 지점)에서부터 상기 수학식 1에 따라 결정되는 보정값을 사용물리값으로 사용하되, 측정물리값이 상한치를 초과하여 상기 정상범위를 벗어나는 경우(U~V 구간)에도 상기 수학식 1에 의해 산출되는 보정값을 미리 설정된 기간동안 사용물리값으로 채용함으로써, 도 3의 맨 아래 타이밍도에 도시된 바와 같이 U~V 구간에서 사용물리값이 서서히 감소하도록 하여 급격한 변동을 막을 수 있다(도 3의 B). 물론, 고장카운터값이 카운터 임계값에 도달하게 되면(V 지점) 페일 상태가 되어 제어부(110)는 제어동작을 위한 논리연산을 중지하게 된다.

따라서, 무시상태가 계속적으로 유지되는 경우에도, 고장카운터값이 카운터임계값에 도달하여 제어동작을 중지하게 될 때까지, 사용물리값은 급격하게 변동하지 않고 부드럽게 변하게 되어 사용물리값의 과도한 이질감은 발생하지 않는다.

제어부(110)는 고장카운터값이 카운터 임계값에 도달하여 페일상태에 진입하면 경고부(140)를 통하여 경고 메시지를 시각적 또는 청각적 수단을 통해 출력한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 실시예에 따른 페일세이프 로직을 포함하고 있는 제어장치는, 특정 논리연산의 파라미터로 사용되는 특정 물리값에 대하여, 그 측정값이 정상범위와 비정상범위 간을 천이할 때 실제 논리연산에 사용되는 사용물리값의 급격한 변동이 발생하지 않도록 구현됨으로써, 무시상태(ignore state)에서 사용물리값의 이질감을 감소시켜 보다 정밀한 제어동작이 가능하도록 한다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

110 : 제어부
120 : 측정부
130 : 메모리부
140 : 경고부

Claims (8)

1. 논리연산을 수행하는 제어장치로서,
   특정 물리값을 측정한 측정물리값을 출력하는 측정부; 및
   사용물리값을 파라미터로 하여 논리연산을 수행하는 제어부를 포함하되,
   상기 제어부는, 정상상태(normal state)일 때에는 상기 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용하고, 상기 정상상태에서 무시상태(ignore state)로 진입하면 상기 무시상태로 천이되기 직전의 측정물리값을 상기 사용물리값으로 사용하며, 상기 무시상태에서 상기 측정물리값이 미리 설정된 정상범위에 들어 오면 고장카운터값에 근거하여 상기 측정물리값을 보정한 보정값을 상기 사용물리값으로 사용하며,
   상기 고장카운터값은 상기 측정물리값이 상기 정상범위를 벗어나면 시간에 따라 증가하고 상기 정상범위에 들어오면 시간에 따라 감소하며, 상기 무시상태는 상기 고장카운터값이 제 1 카운터값보다는 크고 카운터 임계값보다는 작은 상태인 것을 특징으로 하는 제어장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 고장카운터값이 상기 카운터 임계값에 도달하면 페일상태에 진입하여 상기 논리연산을 중단하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 무시상태에서 상기 측정물리값이 상기 정상범위에 들어온 후 상한치를 초과하여 상기 정상범위를 벗어나는 경우에는, 상기 고장카운터값에 근거하여 생성되는 보정값을 상기 사용물리값으로 미리 설정된 기간동안 추가로 더 사용하는 것을 특징으로 하는, 제어장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 보정값은 상기 고장카운터값과 상기 카운터 임계값의 비에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 제어장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 보정값은
   

   

   
   에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 제어장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 정상상태는 상기 제 1카운터값이 0일 때인 것을 특징으로 하는 제어장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는 차량의 전자제어장치(ECU, electronic control unit)이며, 상기 물리값은 차량 제어에 사용되는 파라미터인 것을 특징으로 하는 제어장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 카운터 임계값, 상기 제 1카운터값 및 상기 측정물리값의 정상범위에 관한 데이터를 저장하는 메모리부; 및
   상기 제어부의 제어에 따라, 상기 고장카운터값이 상기 카운터 임계값에 도달하여 페일상태에 진입하면 경고하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
   

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