KR102393415B1 - 멀티밸브의 구동 제어시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

멀티밸브의 구동 제어시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명에 의한 멀티밸브의 구동 제어시스템은, 차량용 발열부의 온도 제어를 위한 냉각수의 흐름을 제어하는 멀티밸브의 구동 제어시스템에 관한 것으로서, 발열부와 냉각수의 온도를 냉각시키는 라디에이터 사이에서 순환하는 냉각수의 유로상에 움직임 가능하게 마련되어, 움직임 자세에 따라 냉각수의 유량을 제어하는 밸브부 및, 냉각수의 온도 조건에 따라 밸브부의 목표 변경 각도를 로지스틱 함수의 변곡점으로 산출하여 밸브부의 목표 변경 각도에 대한 수식을 이용하여 밸브부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 제어부는 기 설정된 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식 중에서 냉각수의 온도 조건에 해당하지 않는 로지스틱 함수는 삭제하고, 냉각수의 온도 조건에 해당하는 최종 로지스틱 함수만 남겨서 밸브부의 목표 변경 각도 수식에 적용한다. 이러한 구성에 의하면, 간단한 수식 하나로 밸브부의 구동을 제어하여 냉각수의 온도를 조절할 수 있어, 효율 향상에 기여할 수 있다.

Description

멀티밸브의 구동 제어시스템 및 이의 제어방법{DRIVE CONTROL SYSTEM OF MULTI-VALVES AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 멀티밸브의 구동 제어시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량내 발열부의 온도를 냉각시키는 냉각수의 유량을 제어하는 멀티밸브의 회전각도를 간단한 수식 하나로 계산하고, 이러한 수식이 냉각수의 현재온도와 목표온도의 차이값 등과 같은 몇 개의 판단기준에 의해 빠르게 결정됨으로써 냉각수 온도 제어 효율 향상에 따른 성능 향상에 기여할 수 있는 멀티밸브의 구동 제어시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
내연기관인 엔진에 의해 구동되는 차량은 내부에 다양한 종류의 밸브가 장착되며, 이러한 밸브는 엔진의 냉각, 실내 공간의 냉/난방, 배기가스의 재순환(EGR) 등과 같은 용도에 따라 다양한 종류의 유체 흐름을 분배, 제어 내지는 단속할 수 있도록 구성된다.
차량용 엔진과 같은 내연기관은 냉각수를 이용해 일정 온도로 유지된다. 여기서, 엔진을 경유한 냉각수는 라디에이터로 유입되어 냉각된 후, 엔진으로 재 공급된다. 이러한 엔진과 라디에이터의 사이의 냉각수 유로에는 유체 흐름을 제어할 수 있는 밸브가 마련된다. 또한, 밸브가 적용되는 냉각수 유로에는 냉각수를 펌핑하여 공급력을 제공하기 위한 펌프가 장착된다.
한편, 냉각수의 온도는 차량의 엔진 성능에 지대한 영향을 미침에 따라, 고 정밀한 냉각수 온도에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라, 근래에는 밸브에 의한 냉각수 유량 제어 정밀도 향상에 따른 성능 향상에 대한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0136506호
본 발명의 목적은 엔진, 스택, 배터리와 같은 차량의 구동수단 내지 에너지 공급수단 등과 같은 발열부의 온도를 조절하기 위한 냉각수의 유량을 제어하는 멀티밸브의 제어로직을 단순화하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량의 냉각수의 유량을 제어하는 멀티밸브의 회전각도를 하나의 수식으로 간단하게 계산할 수 있는 멀티밸브의 구동 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 멀티밸브의 회전각도를 계산하는 수식을 냉각수의 현재온도와 목표온도의 차이값 등과 같은 몇 개의 판단기준에 의해 빠르게 결정할 수 있는 멀티밸브의 구동 제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적들이 달성된 멀티밸브의 구동 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 멀티밸브의 구동 제어시스템은, 차량용 발열부의 온도 제어를 위한 냉각수의 흐름을 제어하는 멀티밸브의 구동 제어시스템에 있어서, 상기 발열부와 상기 냉각수의 온도를 냉각시키는 라디에이터 사이에서 순환하는 상기 냉각수의 유로상에 움직임 가능하게 마련되어, 움직임 자세에 따라 상기 냉각수의 유량을 제어하는 밸브부 및 상기 냉각수의 온도 조건에 따라, 상기 밸브부의 목표 변경 각도에 대한 수식을 이용하여 상기 밸브부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 기 설정된 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식 중에서 상기 냉각수의 온도 조건에 해당하지 않는 로지스틱 함수는 삭제하고, 상기 냉각수의 온도 조건에 해당하는 최종 로지스틱 함수만 남겨서 상기 밸브부의 목표 변경 각도 수식에 적용한다.
또한, 상기 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식은 복수의 로지스틱 함수의 합으로 이루어지고, 각각의 로지스틱 함수는 결정 변수가 계수로 곱해져 있으며, 상기 제어부는 상기 현재온도와 목표온도 차이의 절대값, 냉각수 온도변화의 기울기, 냉각수 예측온도와 목표온도의 차이 온도값 가운데 적어도 하나 이상을 판단기준으로 상기 결정 변수를 산출하며, 상기 결정 변수를 상기 복수의 로지스틱 함수의 합으로 이루어진 함수식의 계수에 적용하여 하나의 최종 로지스틱 함수 적용 함수식을 남길 수 있다.
또한, 상기 목표 변경 각도는 하기 수학식 1에 의해 결정되고,
[수학식 1]
Figure 112020013528263-pat00001
여기서, 상기 A는 냉각 및 승온 결정 변수, 상기 B는 목표온도 도달구간 확인 변수, 상기 Cn 은 세부 구간 결정 변수, 상기 SVn은 세부 항목 결정 변수 그리고, 상기 f(x) ~ f(z)은 로지스틱 함수이며, 상기 로지스틱 함수는 하기 수학식 2에 의해 결정되고,
[수학식 2]
Figure 112020013528263-pat00002
여기서, 상기 수학식 2의 A는 각도 최소값, 상기 k는 각도 최대값, 상기 Q는 변곡점 조절 상수(Y축), 상기 B는 증가율, 상기 X0는 변곡점, 상기 v는 변곡점과 인접한 데이터와의 간격조절 상수일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 하기 수학식 3 내지 10를 상기 로지스틱 함수 적용 함수식으로 설정하며,
[수학식 3]
Figure 112020013528263-pat00003
[수학식 4]
Figure 112020013528263-pat00004
[수학식 5]
Figure 112020013528263-pat00005
[수학식 6]
Figure 112020013528263-pat00006
[수학식 7]
Figure 112020013528263-pat00007
[수학식 8]
Figure 112020013528263-pat00008
[수학식 9]
Figure 112020013528263-pat00009
[수학식 10]
Figure 112021059074495-pat00049
여기서, 상기 기울기와 차이온도는 하기 수학식 11에 의해 결정되고,
[수학식 11]
기울기 = (센서온도 - 이전온도)/(현재와 이전의 시간차)
예측온도 = 센서온도 + (센서온도 - 이전온도)
차이온도 = |예측온도-목표온도|
상기 제어부는 상기 수학식 2에서 상기 변곡점을 상기 기울기에 대한 판단 기준값을 근거로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 냉각수의 현재온도와 목표온도의 크기를 서로 비교하여 상기 냉각수의 냉각 또는 승온 여부를 확인하여, 상기 현재온도에서 상기 목표온도를 뺀 값이 0 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 1을 입력하고, 상기 현재온도와 목표온도가 0 미만일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 -1을 입력할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 냉각수의 현재온도에서 목표온도를 뺀 값의 절대값을 0보다 절대값이 큰 제1온도값과 비교하여, 상기 제1온도값 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 B를 1로 입력하고, 상기 제1온도값 미만일 경우에는 B를 0으로 입력할 수 있다.
또한, 상기 수학식 1에서 계수 C의 개수는 온도 구간의 개수에 의해 결정되며, 상기 제어부는 온도 구간의 개수가 목표온도 범위를 제외하고 4개인 경우에는, 상기 냉각수의 현재온도에서 목표온도를 뺀 값의 절대값이 상기 제1온도값보다 큰 제2온도값과 비교하여, 상기 제2온도값 이하일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=1, C2=0으로 설정하고, 상기 제2온도값 초과일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=0, C2=1으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 냉각수의 센싱된 온도로부터 이전에 센싱된 온도를 뺀 기울기를 0과 비교하여, 상기 기울기가 0 이하일 경우에는 d1=0, d2=1로 설정하고, 상기 기울기가 0 초과일 경우에는 d1=1, d2=0으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 수학식 1에서 계수 SV의 값은 상기 냉각수 온도변화의 기울기가 0초과인지 여부 및 냉각수 예측온도와 목표온도의 차이온도가 기 설정된 값보다 큰지 여부에 의해서 O 또는 1로 결정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 멀티밸브의 구동 제어방법은, 상기 밸브부의 회전 각도는 목표 변경각도 수식에 의해 결정되고, 상기 밸브회전각도 결정수식은 복수의 로지스틱 함수의 합으로 이루어진 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식이며, 상기 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식 중에서 냉각수의 온도 조건에 해당되는 최종 로지스틱 함수만을 상기 목표 변경각도 수식으로 선택한다.
또한, 상기 멀티밸브의 구동 제어방법은, 상기 밸브부를 경유하는 상기 냉각수의 현재온도와 목표온도의 크기를 서로 비교하여, 상기 냉각수의 승온 또는 냉각 여부를 확인하는 단계, 상기 현재온도로부터 목표온도를 뺀 값의 절대값을 0보다 큰 제1온도값과 비교하여, 상기 냉각수의 온도가 정상 범위인지 확인하는 단계, 상기 현재온도로부터 목표온도를 뺀 값의 절대값을 상기 제1온도값의 절대값보다 큰 제2온도값과 비교하여, 상기 냉각수의 온도 구간을 확인하는 단계, 상기 냉각수의 온도 변화 기울기를 확인하여, 상기 냉각수의 온도 변화량을 확인하는 단계 및, 상기 냉각수의 |{센서온도 + (센서온도 - 이전온도)}-목표온도|에 대응되는 차이온도를 절대값을 적어도 하나 이상의 기 설정된 값과 비교하는 단계를 포함하고, 상기 단계들을 거치면서, 상기 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식에 포함된 상기 로지스틱 함수들을 순차적으로 삭제하고, 상기 냉각수의 온도 조건에 해당하는 최종 로지스틱 함수만을 상기 밸브부의 목표 변경 각도 수식에 적용할 수 있다.
또한, 상기 차이온도의 절대값을 적어도 하나 이상의 기 설정된 값과 비교하는 단계는, 상기 제거되지 않은 로지스틱 함수 적용 함수식이 적용된 수학식 1로 상기 밸브부의 목표 변경 각도를 산출하되,
[수학식 1]
Figure 112020013528263-pat00011
여기서 A는 냉각 및 승온 결정 변수, B는 목표온도 도달구간 확인 변수, Cn은 세부 구간 결정 변수, SVn은 세부 항목 결정 변수 그리고, f(x)~f(z)은 로지스틱 함수이며, 상기 로지스틱 함수는 하기 수학식 2에 의해 결정되고,
[수학식 2]
Figure 112020013528263-pat00012
여기서, 상기 수학식 2의 A는 각도 최소값, 상기 k는 각도 최대값, 상기 Q는 변곡점 조절 상수(Y축), 상기 B는 증가율, 상기 X0는 변곡점, 상기 v는 변곡점과 인접한 데이터와의 간격조절 상수이되, 상기 변곡점은 상기 냉각수의 온도 변화 기울기에 대한 판단 기준값을 근거로 설정할 수 있다.
또한, 상기 냉각수의 승온 또는 냉각 여부를 확인하는 단계는, 상기 현재온도에서 상기 목표온도를 뺀 값이 0 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 1을 입력하고, 상기 현재온도와 목표온도가 상기 0 미만일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 -1을 입력할 수 있다.
또한, 상기 냉각수의 온도가 정상 범위인지 확인하는 단계는, 상기 제1온도값 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 B를 1로 입력하고, 상기 제1온도값 미만일 경우에는 B를 0으로 입력할 수 있다.
또한, 상기 수학식 1에서 계수 C의 개수는 상기 온도 구간의 개수에 의해 결정되며, 상기 냉각수의 온도 구간을 확인하는 단계는, 상기 온도 구간의 개수가 목표온도 범위를 제외하고 4개인 경우에는, 상기 냉각수의 현재온도에서 목표온도를 뺀 값의 절대값이 상기 제1온도값보다 큰 제2온도값과 비교하여, 상기 제2온도값 이하일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=1, C2=0으로 설정하고, 상기 제2온도값 초과일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=0, C2=1으로 설정할 수 있다.
또한, 상기 냉각수의 온도 변화량을 확인하는 단계 및 상기 차이온도의 절대값을 적어도 하나 이상의 기 설정된 값과 비교하는 단계에서 상기 수학식 1의 계수 SV의 값이 O 또는 1로 결정도리 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 첫째, 발열부의 온도를 조절하기 위한 냉각수의 유량을 제어하는 멀티밸브의 회전각도를 제어하는 로직이 하나의 수식으로 단순화되어 복잡한 순서도에 의한 멀티밸브 제어로직이 불필요해짐에 따른 제어 효율이 향상된다.
둘째, 수식의 입력 상수값 변경으로 밸브부의 구동 제어곡선을 자유롭게 변경 가능함으로써, 소프트 시작/종료, 오버샷/언더샷 개선, 전자파 노이즈 저감 및 밸브 구동시의 모터 소음 저감 등의 효과를 기대할 수 있게 된다.
셋째, 차량용 엔진, 수소자동차의 스택(Stack), 전기자동차의 배터리 등과 같은 구동수단 내지 에너지 공급수단의 성능 및 효율 향상에 기여할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 멀티밸브의 구동 제어시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 멀티밸브의 구동 제어시스템의 제어 방법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 제3구간에서의 로지스틱 함수의 도출을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 종래 로직에 의한 순서도이다.
도 4는 제4구간에서의 로지스틱 함수의 도출을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 종래 로직에 의한 순서도이다.
도 5는 제2구간에서의 로지스틱 함수의 도출을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 종래 로직에 의한 순서도이다.
도 6은 제1구간에서의 로지스틱 함수의 도출을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 종래 로직에 의한 순서도이다. 그리고,
도 7 내지 도 10은 로지스틱 함수의 상수 변경에 따른 그래프 변화를 개략적으로 비교한 그래프들이다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상은 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 멀티밸브의 구동 제어시스템(1)을 개략적으로 도시한 구성도이다. 도 1과 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 멀티밸브의 구동 제어시스템(1)은 밸브부(4) 및 제어부(7)를 포함한다.
참고로, 본 발명에서 설명하는 멀티밸브의 구동 제어시스템(1)은 수소 자동차 스택의 온도 제어를 위한 냉각수를 제어하는 것으로 도시 및 예시한다. 보다 구체적으로, 차량용 냉각수 제어시스템(1)은 엔진을 포함하는 내연기관, 수소와 산소의 결합으로 전기를 발생시키는 스택(Stack), 배터리 등과 같은 다양한 구동수단을 포함하는 발열부의 온도를 제어하기 위한 냉각수의 온도 제어를 위한 밸브의 회전 각도를 제어하기 위한 것이다.
밸브부(4)는 차량의 발열부(2)과 냉각수(W)의 온도를 냉각시키는 라디에이터(3)의 사이에서 냉각수(W)의 유로 방향을 제어함으로써, 냉각수(W)의 흐름을 제어한다. 이러한 밸브부(4)는 냉각수(W)의 유로내에서 회전 가능하게 마련되어, 회전된 각도에 따라 냉각수(W) 유로의 개방 범위를 조절하여 냉각수(W)의 흐름을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 밸브부(4)는 발열부(2)으로부터 배출된 냉각수(W)의 온도가 기 설정된 온도 이상일 경우, 냉각수(W)의 냉각을 위해 냉각수(W)를 라디에이터(3)로 배출시킨다. 반면에, 밸브부(4)는 발열부(2)으로부터 배출된 냉각수(W)의 온도가 기 설정된 온도 미만일 경우, 냉각수(W)를 펌프(5)측으로 배출하여 발열부(2)로 공급되도록 순환시킨다.
한편, 밸브부(4)는 모터(6)와 같은 구동원과 연결되어, 회전되는 구동력을 제공받는다. 이러한 모터(6)는 후술할 제어부(7)와 연결되어, 제어부(7)로부터 입력된 제어신호에 대응하여 밸브부(4)를 구동시킨다.
참고로, 발열부(2) 및 라디에이터(3)의 동작은 본 발명의 요지가 아니므로, 자세한 도시 및 설명은 생략한다. 또한, 펌프(5)는 밸브(10)와 별도로 마련되는 것으로 도 1에 도시되나, 밸브(10)와 펌프(5)가 한 몸체로 이루어지는 변형예도 가능함은 당연하다.
제어부(7)는 냉각수(W)의 온도에 따라 밸브부(4)의 회전 각도를 제어한다. 보다 구체적으로, 제어부(7)는 냉각수(W)의 온도에 따른 밸브부(4)의 변경하고자 하는 목표 변경 각도를 냉각수(W)의 현재온도와 목표온도의 차이값과 같은 몇 개의 판단기준에 의해 결정된 결정변수에 의해 결정된 하나의 수식인 로지스틱 함수(Generalized logistic function)의 변곡점을 통해 판단한다. 이렇게 최종 결정된 하나의 수식을 이용해 밸브부(4)의 회전각도가 결정되면, 제어부(7)는 이에 대응하여 모터(6)의 구동력을 조절시켜 밸브부(4)의 회전각도를 제어하게 된다.
이를 위해, 제어부(7)는 도 2와 같은 순서도를 통해 최종적으로 하기 수학식 1과 같은 목표 변경 각도(Target change angle)에 대한 수식을 산출한다.
Figure 112020013528263-pat00013
이러한 수학식 1은 목표 변경 각도를 계산하기 위한 일반적인 형태의 수식이고, 구체적인 현재온도와 목표온도의 차이에 따른 각각의 온도 제어 구간에서 최종 온도변화 기울기 판단 부호에서의 분기점의 각도 최대값 및 각도 최소값의 묶음 개수에 따라, B[I1C1{d1e1f(x1) + d1e2f(x2) + d2f(x3)} + I2C1{d1e1f(z1) + d1e2f(z2) + d2f(z3)} + AC2{h1f(y1) + h2f(y2)}]와 같은 변형식으로 정리될 수 있다.
즉, 변형식인 B[I1C1{d1e1f(x1) + d1e2f(x2) + d2f(x3)} + I2C1{d1e1f(z1) + d1e2f(z2) + d2f(z3)} + AC2{h1f(y1) + h2f(y2)}]의 수식에는 로지스틱 함수가 8개(f(x1), f(x2), f(x3), f(y1), f(y2), f(z1), f(z2), f(z3)) 포함되어 있다.
여기서, A는 냉각 및 승온 결정 변수, B는 목표온도 도달구간 확인 변수, Cn 은 세부 구간 결정 변수, SVn은 세부 항목 결정 변수이며, 변형식에서의 dn, en, hn은 세부 항목 결정 변수이다. 또한, 변형식에서 I는 냉각수(W)의 온도에 대응되는 세부 온도구간에서 방향 결정을 위한 세부구간 방향결정 변수이다. 그리고, f(x)~f(z)은 일반화된 로지스틱 함수 적용 함수이다. 이때, C의 개수는 제어되는 온도 구간의 개수에 의해 결정된다.
또한, 일반 로지스틱 함수(Generalized logistic function)는 하기 수학식 2에 의해 결정된다.
Figure 112020013528263-pat00014
여기서, 수학식 2의 A는 각도 최소값, k는 각도 최대값, Q는 변곡점 조절 상수(Y축), B는 증가율, X0는 변곡점, v는 변곡점과 인접한 데이터와의 간격조절 상수이다. 여기서, 제어부(7)는 상수 B 및 v의 입력값을 변경함으로써, 밸브부(4)를 구동시키는 모터의 제어 곡선 컨트롤이 가능하다. 또한, 제어부(7)는 목표 변경 각도를 계산함에 있어서, 냉각수(W)의 직전 온도에 따른 기울기를 변곡점으로 설정하게 된다.
이러한 제어부(7)는 밸브부(4)로 유입되는 냉각수(W)의 온도(이하, 현재온도로 지칭함)를 목표온도와 비교함으로써, 밸브부(4)의 회전 각도를 제어한다. 이를 위해, 제어부(7)는 수학식 3 내지 7에 의한 로지스틱 함수 적용 함수식을 기 설정한 후, 수학식 1에서 냉각수(W)의 현재온도와 목표온도 차이의 절대값, 기울기, 차이온도 등의 온도 조건에 따라 결정 변수의 값이 0 또는 1로 결정되어 해당 계수가 O이 되는 로지스틱 함수가 제거되어 최종적으로 하나의 로지스틱 함수 적용 함수식을 선택되게 되는 것이다. 이렇게 선택된 로지스틱 함수 적용 함수식을 수학식 1에 의한 목표 변경 각도 수식에 적용함으로써, 냉각수(W)의 제어를 위한 목표 변경 각도를 산출하게 된다.
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이러한 수학식 3 내지 10는 냉각수(W)의 온도 변화 기울기에 연동한다. 이러한 수학식 3 내지 10에서의 기울기와 차이온도는 하기 수학식 11에 의해 결정된다.
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여기서, 센서온도는 냉각수(W)의 현재 측정된 온도이고 이전온도는 센서온도 이전(일례로, 0.5초전)에 측정된 온도일 수 있다.
이상과 같이, 제어부(7)는 수학식 3 내지 10를 포함하는 총 10개의 로지스틱 함수 적용 함수식이 설정된 상태에서, 냉각수(W)의 온도에 따른 결정 변수에 의해 최종적으로 하나의 로지스틱 함수 적용 함수식을 선택한다. 즉, 수학식 1에서 현재온도와 목표온도 차이의 절대값, 기울기, 차이온도 등의 온도 조건에 따라서, 결정변수 가운데 일부는 1이 되고, 다른 일부는 0이 되어 최종적으로 하나의 로지스틱 함수식이 최종 로지스틱 적용 함수식으로 선택되어 수학식 1에 적용됨으로써, 냉각수(W)의 제어를 위한 목표 변경 각도가 산출되게 된다.
여기서, 기 설정된 각각의 로지스틱 함수의 변곡점(수학식 2에서 x0값)과, 변경 각도의 최소값(A)과, 변경 각도의 최대값(K)는 미리 설정되어 있다. 이때, 변곡점 값은 종래의 로직에서 최종적으로 온도의 기울기 판단을 위한 기준 수치 내지 각도의 최소값과 최대값 설정과 가장 근접한 기울기를 판단하기 위한 기준 수치이다. 이러한 변곡점에 대한 구체적인 설명은 예시와 함께 후술하도록 한다.
그로 인해, 제어부(7)는 수학식 3 내지 10 중 어느 하나의 로지스틱 함수 결정 함수식을 선택하고, 선택된 로지스틱 함수 결정 함수식에는 이미 각도 최소값과 최대값, 변곡점이 반영되어 있다. 이에 따라 수학식 1에서 Q(변곡점 조절 상수(Y축)), B(증가율), v(변곡점과 인접한 데이터와의 간격조절 상수)가 입력될 수 있는 최종 로지스틱 함수 결정 함수식만 남은 목표변경각도 수학식 1을 산출하게 된다.
이하에서는 제어부(7)의 밸브부(4) 제어동작을 도 2의 순서도를 참고하여 설명한다.
도 2의 도시와 같이, 현재온도와 목표온도의 차이를 0과 비교하여, 현재온도와 목표온도의 차이가 0 미만인지 여부를 확인한다(단계 10). 여기서, 목표온도는 대략 58℃인 것으로 예시한다.
현재온도와 목표온도의 차이가 0 미만이 아닐 경우, 수학식 1에서 A=1로 입력하며, 변형식에서는 I1=1, I2=0으로 입력한다(단계 11). 또한, 현재온도와 목표온도의 차이가 0 미만일 경우, 수학식 1에서 A=-1로 입력하고 I1=0, I2=1로 입력한다(단계 12). 이때, I1 및 I2는 냉각수(W)의 목표온도 범위를 벗어난 냉각 구간 또는 승온 구간을 또 다시 복수의 온도 구간으로 구획함에 있어서, 복수의 온도 구간 중 상대적으로 목표온도와의 근접 여부를 정한다. 즉, I1 및 I2는 현재 냉각수(W)의 온도가 냉각 구간 또는 승온 구간 방향에서 목표온도와의 차이에 대응되는 세부구간을 결정하는 변수이다.
이러한 단계 10에서 현재온도와 목표온도의 차이가 0 미만인지 확인함으로써, 제어부(7)는 온도 구간의 방향과, 현재 냉각수(W)의 온도에 대응되는 온도 구간을 결정한다. 즉, 제어부(7)는 단계 10에서 기 설정된 목표온도를 기준으로 현재 냉각수(W)의 온도가 냉각이 필요한 상태 또는 승온이 필요한 상태인지 여부를 확인한다. 보다 구체적으로, 제어부(7)는 현재온도에서 목표온도를 뺀 온도가 0 이상일 경우 냉각이 필요한 상태로 판단하고, 반대로 0 미만일 경우에는 승온이 필요한 상태로 판단한다.
이에 따라, 제어부(7)는 수학식 1의 냉각 또는 승온 결정 변수인 A를 냉각이 필요할 경우에는 1로, 승온이 필요할 경우에는 -1로 입력한다. 아울러, A가 1인 냉각이 필요한 구간에서 냉각수(W)의 세부 온도 구간 변수인 I1 및 I2는 1 및 0이 되고, A가 -1인 승온이 필요한 구간에서 냉각수(W)의 세부 온도 구간 변수인 I1 및 I2는 각각 0 및 1이 된다.
보다 구체적으로, 냉각이 필요한 구간(후술할 제3, 4구간)에서 냉각수(W)의 세부 온도 구간 변수인 I1 및 I2이 1 및 0이 되는 경우는 제3구간(1.5 ~ 0.3 구간)에 해당할 수 있고, A가 -1인 승온이 필요한 구간(후술할 제1, 2구간)에서 냉각수(W)의 세부 온도 구간 변수인 I1 및 I2이 각각 0 및 1이 되는 경우는 제2구간(-1.5 ~ -0.3 구간)에 해당할 수 있다. 즉, 상술한 수학식 1의 변형식에 의하면 I1 및 I2의 값은 C1=1 인 경우에만 의미가 있기 때문에 현재온도와 목표온도의 차이가 크지 않은 경우로써, 약간의 승온 또는 냉각이 필요한 상태로 이에 맞는 로지스틱 함수를 선택하는 데에 영향을 미치고, 구체적으로 I1 이 1이 되는 경우는 냉각이 필요한 구간에서 상대적으로 작은 냉각이 필요한 구간(예를 들어, 후술할 제3구간)이고, I2 가 1이 되는 경우는 승온이 필요한 상태에서 상대적으로 작은 승온이 필요한 구간(예를 들어, 후술할 제2구간)에 해당하는 것이다.
상술한 수학식 1의 변형식에서 계수 I1에 묶여 있는 f(x1), f(x2), f(x3)는 냉각이 필요한 구간에서 상대적으로 작은 냉각이 필요한 구간(예를 들어, 후술할 제3구간)에 해당하는 로지스틱 함수로서 I1이 0이 되는 경우, 예를 들어 냉각이 필요한 경우와 반대로 승온이 필요한 경우에는 f(x1), f(x2), f(x3)에 해당하는 로지스틱 함수가 제거된다. 이와 반대로, 계수 I2에 묶여 있는 f(z1), f(z2), f(z3)는 승온이 필요한 상태에서 상대적으로 작은 승온이 필요한 구간(예를 들어, 후술할 제2구간)에 해당하는 로지스틱 함수로서 I2가 0이 되는 경우, 예를 들어 승온이 필요한 경우와 반대로 냉각이 필요한 경우에는 f(z1), f(z2), f(z3)에 해당하는 로지스틱 함수가 제거된다.
그 후, 또 다시 현재온도와 목표온도의 절대값 즉, |현재온도-목표온도| 값이 0보다 절대값이 큰 제1온도값 미만인지 확인한다(단계 20). 여기서, 제어부(7)는 제1온도값으로 목표온도에 대한 정상 범위 값인 0.3을 설정한다. 이러한 제어부(7)는 |현재온도-목표온도| 값이 제1온도값인 0.3 이상일 경우에는 수학식 1에서 목표온도 도달구간 확인 변수인 B를 1로 입력하고(단계 21), |현재온도-목표온도| 값이 제1온도값인 0.3 미만일 경우에는 B를 0으로 입력한다(단계 22).
여기서, |현재온도-목표온도| 값이 0.3 미만일 경우, 냉각수(W)의 현재온도와 목표온도의 차이가 정상범위 이내이다. 즉, 현재 밸브부(4)를 경유하는 냉각수(W)의 온도가 목표온도 범위 내임에 따라, 밸브부(4)의 제어가 불필요한 상태인 것이다. 이에 따라, 제어부(7)는 수학식 1의 목표온도 도달구간 확인 변수인 B를 0으로 입력하여, 수학식 1에 의한 목표 변경 각도를 0으로 출력함으로써, 밸브부(4)의 상태를 유지하게 된다. 반면에, |현재온도-목표온도| 값이 0.3 이상일 경우에는 현재 밸브부(4)를 경유하는 냉각수(W)의 온도 제어가 요구되는 상황임에 따라, 수학식 1의 목표온도 도달구간 확인 변수를 1로 입력하여 밸브부(4)의 회전 각도를 제어하게 된다.
이 후, 제어부(7)는 |현재온도-목표온도| 값을 제2온도값과 비교한다(단계 30). 여기서, 제어부(7)는 제2온도값으로 제1온도값보다 절대값이 큰 1.5를 설정한다. 단계 30에서 제어부(7)는 |현재온도-목표온도| 값이 1.5 초과인지 비교하여, |현재온도-목표온도| 값이 1.5 초과가 아닌 이하이면, 수학식 1의 세부구간변수인 C1=1, C2=0으로 설정(단계 31)한다. 또한, 단계 30에서 |현재온도-목표온도| 값이 1.5 초과일 경우에는 C1=0, C2=1으로 설정한다(단계 32).
여기서, 제어부(7)는 단계 30을 통해 냉각수(W)의 온도의 범위를 보다 세분할 수 있다. 예컨대, 제어부(7)는 단계 30에서 현재온도와 목표온도의 차이가 -1.5 보다 낮은 구간(제1구간), -1.5 ~ -0.3 구간(제2구간), 0.3 ~ 1.5 구간(제3구간) 그리고, 1.5 보다 높은 구간(제4구간)으로 구분할 수 있는 것이다. 즉, 제어부(7)가 온도 구간을 목표온도 범위를 제외하고, 4개의 구간으로 설정할 수 있는 것이다.
여기서, 제1 내지 제4구간으로 구분을 위한 온도값은 예시일 뿐, -1.5, -0.3, 0.3 및 1.5로 한정되지 않음은 당연하다.
따라서, 제어부(7)는 현재온도와 목표온도의 차이가 1.5 이하임에 따라 제2구간 또는 제3구간으로 판단될 경우, 수학식 1의 세부구간변수를 C1=1, C2=0으로 설정한다(단계 31). 또한, 제어부(7)는 현재온도와 목표온도의 차이가 1.5 초과임에 따라 제1구간 또는 제4구간으로 판단될 경우, 수학식 1의 세부구간변수를 C1=0, C2=1으로 설정한다(단계 32). 즉, 수학식 1의 세부구간변수를 C1=1, C2=0으로 설정되는 경우 현재온도와 목표온도의 차이가 크지 않은 경우로써 약간의 승온 또는 냉각이 필요한 상태로 이에 맞는 로지스틱 함수만 남게 되고, 수학식 1의 세부구간변수를 C1=0, C2=1으로 설정되는 경우에는, 현재온도와 목표온도의 차이가 큰 경우로써, 상대적으로 큰 승온 또는 냉각이 필요한 상태이므로 이에 맞는 로지스틱 함수만 남게 되는 것이다
단계 30 이후에, 제어부(7)는 냉각수(W)의 온도 변화 기울기를 0과 비교함으로써, 온도 변화량을 체크한다(단계 40). 여기서, 냉각수(W)의 온도 변화 기울기는 수학식 11에 의해 결정되며, 제어부(7)는 기울기를 계산하여 냉각수의 온도 변화량, 즉 현재 냉각 중인지 또는 승온 중인지 확인한다.
제어부(7)는 기울기가 0 이하일 경우에는 수학식 1의 변형식에서 d1=0, d2=1로 설정하고(단계 41), 기울기가 0 초과일 경우에는 d1=1, d2=0으로 설정한다(단계 42). 여기서, d1=0, d2=1로 설정되면 냉각수(W)가 냉각 중인 경우에 적합한 로지스틱 함수만 남게 되고, 이와 반대로 d1=1, d2=0으로 설정되면 냉각수가 승온 중인 경우에 적합한 로지스틱 함수만 남게 된다.
단계 40 이후에, 제어부(7)는 차이온도를 제3온도값과 비교한다(단계 50). 여기서, 제어부(7)는 제3온도값으로 도 3에 도시된 종래 로직에서 사용된 차이온도의 판단기준 값인 1을 설정하며, 단계 50에서 차이온도가 제3온도값인 1을 초과하는지 여부를 확인한다.
단계 50에서 제어부(7)는 차이온도가 1 이하일 경우에는 e1=0, e2=1로 설정하고(단계 51), 차이온도가 1 초과일 경우에는 수학식 1의 변형식에서 e1=1, e2=0으로 설정한다(단계 52). 즉, 냉각수(W)의 온도 변화량을 확인하는 단계 40 및 차이온도를 제3온도값과 비교하는 단계 50에서 수학식 1의 계수 SV의 값이 0 또는 1로 결정된다.
여기서, e1=0, e2=1로 설정되면 예측온도와 목표온도의 차이가 작은 경우(예를 들어, 예측온도가 목표온도에 거의 근접하여 라디에이터를 조금만 열거나 닫으면 되는 경우 등)에 적합한 로지스틱 함수만 남게 되고, 이와 반대로 e1=1, e2=0으로 설정되면 예측온도와 목표온도의 차이가 상대적으로 큰 경우(예를 들어, 예측온도가 목표온도와 차이가 있어서 냉각수 승온 또는 냉각을 위해 라디에이터를 상대적으로 많이 열거나 닫으면 되는 경우 등)에 맞는 로지스틱 함수만 남게 된다.
단계 50 이후에, 제어부(7)는 차이온도가 제3온도값보다 절대값이 큰 제4온도값을 초과하는지 한번 더 확인한다(단계 60). 여기서, 제어부(7)는 제4온도값으로 도 4에 도시된 종래 로직에서 사용된 차이온도의 판단기준 값인 2를 설정함으로써, 차이온도가 2 이하일 경우에는 수학식 1의 변형식에서 h1=0, h2=1로 설정하고(단계 61), 차이온도가 2 초과일 경우에는 h1=1, h2=0으로 설정한다(단계 62).
여기서, h1=0, h2=1로 설정되면 현재온도와 목표온도의 차이가 상대적으로 많이 나는 구간(예를 들어, 제1구간 및 제4구간)에서 예측온도와 목표온도의 차이가 작은 경우(예를 들어, 예측온도가 목표온도에 거의 근접하여 라디에이터를 조금만 열거나 닫으면 되는 경우 등)에 적합한 로지스틱 함수만 남게 되고, 이와 반대로 h1=1, h2=0으로 설정되면 예측온도와 목표온도의 차이가 큰 경우(예를 들어, 예측온도가 목표온도와 차이가 있어서 냉각수의 빠른 승온 또는 냉각을 위해 라디에이터를 상대적으로 많이 열거나 닫으면 되는 경우 등)에 맞는 로지스틱 함수만 남게 된다.
도 3에 도시된 제3구간에서의 종래 로직의 단계 84와 단계 85와 같이, 온도 변화 기울기에 대한 최종 판단 기준값이 기울기가 -0.2 및 0.3 이하인지 여부이며, 이러한 온도 변화 기울기에 대한 최종 판단 기준값이 기 설정된 로지스틱 함수의 변곡점 값으로 사용되는 것이다. 이에 따라, 수학식 3 및 수학식 4는 변곡점 x0값으로 0.3을 포함하고 있고, 수학식 5는 변곡점 x0값으로 -0.2를 포함하고 있다.
보다 구체적으로, 도 3에 도시된 종래 로직에 의하면, 냉각수(W)의 목표온도와 센서온도를 비교하여 제3구간을 확인하고(단계 81), 구간 변경을 확인한다(단계 82). 단계 82에서 구간 변경이 필요할 경우 즉, 목표온도와 센서온도의 차이 범위가 제3구간 범위를 벗어날 경우에는 대응되는 구간을 변경한다(821). 참고로, 제3구간은 목표온도 구간을 기준으로 냉각수(W)의 냉각이 필요한 온도 구간 중, 상대적으로 목표온도에 인접한 온도구간이다.
단계 82에서 구간 변경이 불필요함이 확인되면, 냉각수(W)의 온도 변화 기울기가 0 이상의 범위인지 확인함으로써(도 2의 단계 40에 대응됨), 온도 변화량을 1차 판단한다(단계 83). 참고로, 수학식 11에 의한 기울기 계산 시, 이전온도는 0.5초 전에 센싱된 냉각수(W)의 온도로 예시하나, 꼭 0.5초 전으로만 한정되지 않음은 당연하다.
단계 83에서 기울기가 0 이상이 아닐 경우, 제어부(7)는 기울기가 제1기울기값인 -0.2와 비교하여(단계 84), 온도 변화량을 2차 판단한다. 여기서, 제어부(7)는 기울기가 -0.2 미만이 아닐 경우에는, 냉각수(W)의 냉각 온도가 적정한 것으로 판단하여 밸브부(4)의 라디에이터 측으로의 밸브 개방 각도를 유지한다(단계 841).
반대로, 제어부(7)는 기울기가 -0.2 미만일 경우, 냉각수(W)의 냉각 온도가 과다한 것으로 판단하여 밸브부(4)를 -1° 이동하여 개방 범위를 변화시킨다(단계 842). 그로 인해, 밸브부(4)를 통과하는 냉각수(W)의 개방 범위가 -1° 만큼 증가하여 라디에이터(3)로 진입하는 냉각수(W)의 유량이 감소할 수 있다. 이때, 기울기가 -0.2 미만인지 여부를 판단하는 단계 84에서 분기되는 두 개의 경로 가운데 큰 각도 값이 0°이고, 작은 각도 값이 -1°이므로, 수학식 2에서 각도 최대값(K)은 -1, 각도 최소값(A)은 0이 된다. 또한, 변곡점인 x0는 기울기 값인 -0.2로 정해진다. 그로 인해, 최종적으로 수학식 5와 같은 로지스틱 함수가 정해지게 된다.
또한, 제어부(7)는 냉각수(W)의 온도변화 기울기가 0 이상일 경우, 기울기가 제2기울기값인 0.3 이하인지 확인하여 온도 변화량을 2차 판단한다(단계 85).
도 3의 단계 85에서 계산된 기울기가 제2기울기값인 0.3 이하가 아닐 경우, 제어부(7)는 밸브부(4)의 개방 각도를 라디에이터 측으로 1.5°만큼 이동시킴으로써, 밸브부(4)를 통과하는 냉각수(W)의 유량을 변경시킨다(단계 851).
도 3의 단계 85에서 계산된 기울기가 제2기울기값인 0.3이하인 경우 차이온도가 1보다 큰 경우 각도변화의 최소값이 1°이고, 차이온도가 1 이하인 경우 각도 최소값(A)이 0.5°이므로 수학식 4에서 각도의 최소값(A)이 0.5가 되고, 각도의 최대값(K)이 1.5로 미리 설정(저장)되고, 수학식 3에서 각도의 최소값(A)이 1이 되고, 각도의 최대값(K)이 1.5로 미리 설정(저장)되는 것이다.
구체적으로, 제3구간에 대한 종래 로직에서 기울기가 0.3이하 인지 여부를 판단하는 단계 85에서 분기되는 경로가 Yes와 No의 두 가지 경로가 있고, Yes 경로는 차이온도의 크기에 따라 다시 Yes와 No로 다시 나누어지므로, 여기서 나올 수 있는 각도의 최대값/각도의 최소값의 조합은 각도의 최대값이 1.5°이고, 각도의 최소값이 1°인 조합(수학식 3)과 각도의 최대값이 1.5°이고, 각도의 최소값이 0.5°인 조합(수학식 4)이 나올 수 있다. 이러한 수학식 3 및 수학식 4는 기울기가 0.3이하 인지 여부를 판단하는 단계 85에서 분기되므로, 모두 변곡점이 0.3으로 설정되게 된다.
도 4에 도시된 제4구간에 관한 종래 로직에 의한 수학식 6 및 7이 설정됨을 설명하면 다음과 같다.
도 4와 같이, 제4구간임을 확인한 후(단계 91), 구간 변경을 확인한다(단계 92). 만약, 구간 범위를 벗어날 경우, 제어부(7)는 대응되는 구간으로 변경한다(단계 921). 참고로, 제4구간은 냉각수(W)의 냉각이 필요한 냉각구간 중에서 상대적으로 제3구간보다 목표온도 구간으로부터 멀어진 온도 구간이다.
제4구간이 유지될 경우, 기울기가 0 초과인지 여부를 확인함으로써 냉각수(W)의 온도 변화량을 1차 판단한다(단계 93). 이러한 단계 93은 도 2의 단계 40에 대응되며, 기울기가 0 초과일 경우에 제어부(7)는 차이온도만큼 밸브부(4)의 개방 각도를 이동시켜 개방 범위를 확장시킨다(단계 931).
단계 93에서 계산된 기울기가 0 초과가 아닐 경우, 제어부(7)는 차이온도와 2를 비교하여, 온도 변화량을 2차 판단한다(단계 94). 한편, 단계 94에서 차이온도가 2를 초과할 경우, 제어부(7)는 승온 중인 냉각수(W)의 목표온도와 예측온도의 차이가 큼을 인식하여 밸브부(4)의 개방 범위를 0.5°이동시킨다(단계 941). 반대로, 단계 94에서 차이온도가 2를 초과하지 않을 경우, 냉각수(W)가 빠른 냉각 속도로 인해 목표온도에 임박하였음으로 인식하여 밸브부(4)의 각도를 -3°가량 변경시킨다(단계 942).
이러한 단계 93과 단계 94를 통해, 각도 최대값(k)으로 차이온도를 설정하고, 각도 최소값(A)으로 0.5와 -3을 설정하는 수학식 6 및 7와 같은 로지스틱 함수가 정해지게 된다. 그로 인해, 제어부(7)는 기울기가 0 초과인지 판단하는 단계 93에서 분기되는 두 개의 경로 가운데, 차이온도가 2 초과인 경우에는 각도 최대값(K)이 차이온도이고 각도 최소값(A)이 0.5인 수학식 6을 선택하게 되고, 차이온도가 2 이하인 경우에는 각도 최대값(K)이 차이온도이고 각도 최소값(A)이 -3인 수학식 7을 선택하게 된다. 여기서, 수학식 6 및 7은 기울기를 0과 비교하는 단계 93에서 분기됨에 따라, 변곡점이 0으로 설정되게 된다.
도 5를 참고하여, 제2구간에 관한 종래 로직에 의한 로지스틱 함수 설정을 간단히 설명하면 다음과 같다. 참고로, 제2구간은 목표온도를 기준으로 승온이 필요한 구간이되 목표온도 구간에 근접함으로써, 도 3을 참고하여 설명한 제3구간에 대칭되는 구간이다.
도 5와 같이, 제2구간을 확인하여(단계 101), 구간 변경을 여부를 확인한다(단계 102). 구간 범위를 벗어날 경우에는 단계 1021과 같이 냉각수(W)의 온도에 대응되는 구간으로 변경하나, 제2구간이 확인될 경우에는 기울기가 0 이상인지 확인하여 냉각수(W)의 온도 변화량을 1차 판단한다(단계 103). 이러한 단계 103은 도 2의 단계 40에 대응되며, 제어부(7)는 기울기가 제1기울기값인 0.2와 비교하여(단계 104), 온도 변화량을 2차 판단한다.
단계 104에서 제어부(7)는 기울기가 0.2 이하일 경우에는 냉각수(W)의 승온 온도가 적당하다고 판단하여 밸브부(4)의 라디에이터 측으로의 밸브 개방 각도를 유지한다(단계 1041). 단계 104에서 제어부(7)는 기울기가 0.2 초과일 경우에는 냉각수(W)의 승온 온도가 과다하고 판단하여 밸브부(4)를 1° 이동하여 개방 범위를 변화시킨다(단계 1042). 그로 인해, 냉각수(W)의 개방 범위가 1° 만큼 증가하여 라디에이터(3)로 진입하는 냉각수(W)의 유량이 증가할 수 있다.
이때, 기울기가 0.2 이하인지 여부를 판단하는 단계 104에서 분기되는 두 개의 경로를 참고하면, 각도의 최대값(K) 및 각도의 최소값(A)으로 1° 및 0°가 도출된다. 또한, 변곡점인 x0는 기울기 값인 0.2로 정해진다. 그로 인해, 최종적으로 수학식 10과 같은 로지스틱 함수가 정해지게 된다.
단계 103에서 냉각수(W)의 온도변화 기울기가 0 미만일 경우, 기울기가 제2기울기값인 -0.3 미만인지 확인하여 온도 변화량을 2차 판단한다(단계 105). 단계 105에서 계산된 기울기가 제2기울기값인 -0.3 미만일 경우, 제어부(7)는 냉각수(W)의 온도가 많이 낮아짐에 따라 빠른 승온 전환이 필요하다고 판단한다. 그로 인해, 제어부(7)는 밸브부(4)의 개방 각도를 라디에이터 측으로 -1.5°만큼 이동시킴으로써, 밸브부(4)를 통과하는 냉각수(W)의 유량을 변경시킨다(단계 1051).
단계 105에서 기울기가 0.3미만이 아닐 경우에는 차이온도를 1과 비교한다(단계 106). 차이온도가 1 초과일 경우에는 냉각수(W)가 적당한 승온 전환 상태로 제어부(7)가 판단하여 밸브부(4)의 각도를 -1° 변경한다(단계 1061). 또한, 차이온도가 1 초과가 아닐 경우에는 냉각수(W)의 승온 전환 직전으로 제어부(7)가 판단하여 밸브부(4)의 각도를 -0.5° 변경시킨다.
그로 인해, 제2구간에 대한 종래 로직에서 기울기가 -0.3이하 인지 여부를 판단하는 단계 105에서 분기되는 경로가 Yes와 No의 두 가지 경로가 있고, No 경로는 차이온도의 크기에 따라 다시 Yes와 No로 다시 나누어지므로, 여기서 나올 수 있는 각도 값은 -0.5°, -1.5°및 -1°이 도출된다. 이러한 각도 값은 도 2의 단계 10에서 I1 및 I2가 온도구간 방향에 따라 상호 대칭되게 설정됨에 따라, 제2구간으로부터 도출된 수학식 8 및 수학식 9가 설정되게 된다. 즉, 각도 값은 -0.5°, -1.5°및 -1°이 수학식 2에 적용됨으로써 수학식 8 및 수학식 9가 설정되게 된다. 이때, 수학식 8 및 9의 변곡점 x0은 -0.3으로 정해진다.
도 6과 같은 제1구간에 대응되는 종래 로직을 참고하면, 제1구간임을 확인한 후(단계 111), 구간 변경을 확인한다(단계 112). 만약, 구간 범위를 벗어날 경우, 제어부(7)는 대응되는 구간으로 변경한다(단계 1121). 참고로, 제1구간은 승온이 필요한 냉각수(W)의 온도구간 중에서 목표온도로부터 상대적으로 이격된 온도구간으로써, 냉각이 필요한 온도구간의 제4구간에 대칭되는 구간이다.
제1구간이 유지될 경우, 기울기가 0 초과인지 여부를 확인함으로써 냉각수(W)의 온도 변화량을 1차 판단한다(단계 113). 이러한 단계 113에서 기울기가 0 초과가 아닐 경우, 제어부(7)는 냉각수(W)의 온도가 승온 안됨으로 판단하여 -차이온도만큼 밸브부(4)의 개방 각도를 이동시켜 개방 범위를 확장시킨다(단계 1131).
단계 113에서 계산된 기울기가 0 초과일 경우, 제어부(7)는 차이온도와의 비교를 통해 온도 변화량을 2차 판단하여 목표 온도에 도달하였는지 여부를 판단한다(단계 114). 단계 114에서 차이온도가 2를 초과할 경우, 제어부(7)는 승온 중인 냉각수(W)의 목표온도와 예측온도의 차이가 큼을 인식하여 밸브부(4)의 개방 범위를 -0.5°이동시킨다(단계 1141). 반대로, 단계 114에서 차이온도가 2를 초과하지 않을 경우, 냉각수(W)가 빠른 승온 속도로 인해 목표온도와의 오차가 적음을 인식하여 밸브부(4)의 각도를 3°가량 변경시킨다(단계 1142).
종래 로직의 단계 113에서 분기되는 2개의 경로 중, 차이온도가 2 초과인 경우에는 각도 최대값(k)은 -0.5°및 -차이온도 가운데 어느 하나로 설정되고 각도 최소값(A)으로 -0.5°및 -차이온도 가운데 다른 하나로 설정되며, 변곡점 x0 은 기울기인 0으로 설정된다. 또한, 단계 113에서 분기되는 2개의 경로 중, 차이온도가 2 이하인 경우에는 각도 최대값(k)은 3° 및 -차이온도 가운데 어느 하나로 설정되고 각도 최소값(A)은 3°및 -차이온도 가운데 다른 하나로가 설정되며, 변곡점 x0 은 기울기인 0으로 설정된다.
이상과 같이 단계 10 내지 60을 순차적으로 거침으로써, 최종적으로 목표 변경 각도에 대한 수식인 수학식 1을 최종 산출되게 된다(단계 70). 즉, 단계 10 내지 60을 거쳐 종래 로직에 의해 기 설정된 수학식 3 내지 10 중에서 냉각수(W)의 온도에 대응되지 않은 로지스틱 함수 결정 함수식을 제거하여 하나의 로지스틱 함수 결정 함수식이 선택되고, 단계 70에서 선택된 로지스틱 함수 결정 함수식으로 최종 목표 변경 각도를 산출하는 것이다.
이상과 같이, 제어부(7)는 냉각수(W)의 온도와 목표온도 사이의 차이와 이에 따른 온도 변화 기울기 변화로부터 밸브부(4)의 최종 회전각도를 계산하게 된다. 이렇게 계산된 최종 회전각도에 대응되도록 모터(6)의 구동력을 조절함으로써, 밸브부(4)의 회전자세가 가변되어 밸브부(4)를 통과하는 냉각수(W)의 유량이 조절되게 된다.
도 7 내지 도 10을 참고하면, 수학식 2에 의한 로지스틱 함수의 상수 변경에 따른 그래프 변화가 개략적으로 도시된다.
도 7에서는 증가율을 나타내는 B 값이 10일 때와 100일 때의 그래프 변화가 각각 (a) 및 (b)에 도시되며, 도 8에서는 변곡점 x0값이 -0.5일 때와 -0.2일 때의 그래프 변화가 각각 (a) 및 (b)에 도시된다. 아울러, 도 9에는 Y축 방향 변곡점인 Q값이 1 및 0.3일때의 그래프 변화가 각각 (a) 및 (b)에 도시되고, 도 10에는 인접데이터 간격조절 상수인 v의 값이 1 및 3일때의 그래프 변화가 각각 (a) 및 (b)에 도시된다. 이러한 도 7 내지 도 10의 그래프 변화와 같이, 냉각수(W)의 온도에 따른 응답성이 우수한 수식 산출을 통해, 하나의 수식만으로도 밸브부(4)의 제어가 용이해진다.
이상과 같이, 제어부(7)는 복수의 결정 변수를 수학식 2와 같은 일반화된 로지스틱 함수에 곱하여 조건에 해당하지 않는 로지스틱 함수(수학식 3 내지 10)에 대한 수식은 삭제한다. 아울러, 제어부(7)는 조건에 해당하는 하나 또는 0개의 로지스틱 함수만 남겨서 목표 변경 각도를 산출하는 최종 수식으로 결정하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 멀티밸브의 구동 제어시스템
2: 엔진
3: 라디에이터
4: 밸브부
6: 모터
7: 제어부
W: 냉각수

Claims (15)

  1. 차량용 발열부의 온도 제어를 위한 냉각수의 흐름을 제어하는 멀티밸브의 구동 제어시스템에 있어서,
    상기 발열부와 상기 냉각수의 온도를 냉각시키는 라디에이터 사이에서 순환하는 상기 냉각수의 유로상에 움직임 가능하게 마련되어, 움직임 자세에 따라 상기 냉각수의 유량을 제어하는 밸브부; 및
    상기 냉각수의 온도 조건에 따라, 상기 밸브부의 목표 변경각도에 대한 수식을 이용하여 상기 밸브부의 구동을 제어하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 기 설정된 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식 중에서 상기 냉각수의 온도 조건에 해당하지 않는 로지스틱 함수는 삭제하고, 상기 냉각수의 온도 조건에 해당하는 최종 로지스틱 함수만 남겨서 상기 밸브부의 목표 변경 각도 수식에 적용하는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식은 복수의 로지스틱 함수의 합으로 이루어지고, 각각의 로지스틱 함수는 결정 변수가 계수로 곱해져 있으며,
    상기 제어부는 상기 냉각수의 현재온도와 목표온도 차이의 절대값, 냉각수 온도변화의 기울기, 냉각수 예측온도와 목표온도의 차이 온도값 가운데 적어도 하나 이상을 판단기준으로 상기 결정 변수를 산출하며,
    상기 결정 변수를 상기 복수의 로지스틱 함수의 합으로 이루어진 함수식의 계수에 적용하여 하나의 최종 로지스틱 함수 적용 함수식을 남기는 것을 특징으로 하는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 목표 변경 각도는 하기 수학식 1에 의해 결정되고,
    [수학식 1]
    Figure 112020013528263-pat00026

    여기서, 상기 A는 냉각 및 승온 결정 변수, 상기 B는 목표온도 도달구간 확인 변수, 상기 Cn은 세부 구간 결정 변수, 상기 SVn은 세부 항목 결정 변수 그리고, 상기 f(x) ~ f(z)은 로지스틱 함수이며,
    상기 로지스틱 함수는 하기 수학식 2에 의해 결정되고,
    [수학식 2]
    Figure 112020013528263-pat00027

    여기서, 상기 수학식 2의 A는 각도 최소값, 상기 k는 각도 최대값, 상기 Q는 변곡점 조절 상수(Y축), 상기 B는 증가율, 상기 X0는 변곡점, 상기 v는 변곡점과 인접한 데이터와의 간격조절 상수인 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 하기 수학식 3 내지 10를 상기 로지스틱 함수로 설정하며,
    [수학식 3]
    Figure 112021059074495-pat00028

    [수학식 4]
    Figure 112021059074495-pat00029

    [수학식 5]
    Figure 112021059074495-pat00030

    [수학식 6]
    Figure 112021059074495-pat00031

    [수학식 7]
    Figure 112021059074495-pat00032

    [수학식 8]
    Figure 112021059074495-pat00033
    Figure 112021059074495-pat00034

    [수학식 9]
    Figure 112021059074495-pat00035

    [수학식 10]
    Figure 112021059074495-pat00051

    여기서, 상기 기울기와 차이온도는 하기 수학식 11에 의해 결정되고,
    [수학식 11]
    기울기 = (센서온도 - 이전온도)/(현재와 이전의 시간차)
    예측온도 = 센서온도 + (센서온도 - 이전온도)
    차이온도 = |예측온도-목표온도|
    상기 제어부는 상기 수학식 2에서 상기 변곡점을 상기 기울기에 대한 판단 기준값을 근거로 설정하는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉각수의 현재온도와 목표온도의 크기를 서로 비교하여 상기 냉각수의 냉각 또는 승온 여부를 확인하여, 상기 현재온도에서 상기 목표온도를 뺀 값이 0 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 1을 입력하고, 상기 현재온도에서 목표온도를 뺀 값이 0 미만일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 -1을 입력하는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉각수의 현재온도에서 목표온도를 뺀 값의 절대값을 0보다 절대값이 큰 제1온도값과 비교하여, 상기 제1온도값 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 B를 1로 입력하고, 상기 제1온도값 미만일 경우에는 B를 0으로 입력하는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수학식 1에서 계수 C의 개수는 온도 구간의 개수에 의해 결정되며,
    상기 제어부는 상기 온도 구간의 개수가 목표온도 범위를 제외하고 4개인 경우에는, 상기 냉각수의 현재온도에서 목표온도를 뺀 값의 절대값이 상기 제1온도값보다 큰 제2온도값과 비교하여, 상기 제2온도값 이하일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=1, C2=0으로 설정하고, 상기 제2온도값 초과일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=0, C2=1으로 설정하는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수학식 1에서 계수 SV의 값은 상기 냉각수 온도변화의 기울기가 0초과인지 여부 및 냉각수 예측온도와 목표온도의 차이온도가 기 설정된 값보다 큰지 여부에 의해서 O 또는 1로 결정되는 멀티밸브의 구동 제어시스템.
  9. 차량용 발열부의 온도 제어를 위한 냉각수의 유로상에 마련된 밸브부의 구동을 제어하는 멀티밸브의 구동 제어방법에 있어서,
    상기 밸브부의 회전각도는 목표 변경각도 수식에 의해 결정되고, 상기 밸브부의 회전각도 결정수식은 복수의 로지스틱 함수의 합으로 이루어진 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식이며,
    상기 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식 중에서 냉각수의 온도 조건에 해당되는 최종 로지스틱 함수만을 상기 목표 변경각도 수식으로 선택하는 멀티밸브의 구동 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 멀티밸브의 구동 제어방법은,
    상기 밸브부를 경유하는 상기 냉각수의 현재온도와 목표온도의 크기를 서로 비교하여, 상기 냉각수의 승온 또는 냉각 여부를 확인하는 단계;
    상기 현재온도로부터 목표온도를 뺀 값의 절대값을 0보다 큰 제1온도값과 비교하여, 상기 냉각수의 온도가 정상 범위인지 확인하는 단계;
    상기 현재온도로부터 목표온도를 뺀 값의 절대값을 상기 제1온도값의 절대값보다 큰 제2온도값과 비교하여, 상기 냉각수의 온도 구간을 확인하는 단계;
    상기 냉각수의 온도 변화 기울기를 확인하여, 상기 냉각수의 온도 변화량을 확인하는 단계; 및
    상기 냉각수의 |{센서온도 + (센서온도 - 이전온도)}-목표온도|에 대응되는 차이온도의 절대값을 적어도 하나 이상의 기 설정된 값과 비교하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 단계들을 거치면서, 상기 복수의 로지스틱 함수 적용 함수식에 포함된 상기 로지스틱 함수들을 순차적으로 삭제하고, 상기 냉각수의 온도 조건에 해당하는 최종 로지스틱 함수만을 상기 밸브부의 목표 변경 각도 수식에 적용하는 멀티밸브의 구동 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 차이온도의 절대값을 적어도 하나 이상의 기 설정된 값과 비교하는 단계는,
    삭제되지 않은 로지스틱 함수 적용 함수식이 적용된 수학식 1로 상기 밸브부의 목표 변경 각도를 산출하되,
    [수학식 1]
    Figure 112021135379061-pat00037

    여기서, 상기 A는 냉각 및 승온 결정 변수, 상기 B는 목표온도 도달구간 확인 변수, 상기 Cn은 세부 구간 결정 변수, 상기 SVn은 세부 항목 결정 변수 그리고, 상기 f(x) ~ f(z)은 로지스틱 함수이며,
    상기 로지스틱 함수는 하기 수학식 2에 의해 결정되고,
    [수학식 2]
    Figure 112021135379061-pat00038

    여기서, 상기 수학식 2의 A는 각도 최소값, 상기 k는 각도 최대값, 상기 Q는 변곡점 조절 상수(Y축), 상기 B는 증가율, 상기 x0은 변곡점 그리고, 상기 v는 변곡점과 인접한 데이터와의 간격조절 상수이되, 상기 변곡점은 상기 냉각수의 온도 변화 기울기에 대한 판단 기준값을 근거로 설정하는 멀티밸브의 구동 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각수의 승온 또는 냉각 여부를 확인하는 단계는, 상기 현재온도에서 상기 목표온도를 뺀 값이 0 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 1을 입력하고, 상기 현재온도와 목표온도가 0 미만일 경우에는 상기 수학식 1의 A에 -1을 입력하는 멀티밸브의 구동 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각수의 온도가 정상 범위인지 확인하는 단계는, 상기 제1온도값 이상일 경우에는 상기 수학식 1의 B를 1로 입력하고, 상기 제1온도값 미만일 경우에는 B를 0으로 입력하는 멀티밸브의 구동 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 수학식 1에서 계수 C의 개수는 상기 온도 구간의 개수에 의해 결정되며,
    상기 냉각수의 온도 구간을 확인하는 단계는,
    상기 온도 구간의 개수가 목표온도 범위를 제외하고 4개인 경우에는, 상기 냉각수의 현재온도에서 목표온도를 뺀 값의 절대값이 상기 제1온도값보다 큰 제2온도값과 비교하여, 상기 제2온도값 이하일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=1, C2=0으로 설정하고, 상기 제2온도값 초과일 경우에는 상기 수학식 2의 세부구간변수를 C1=0, C2=1으로 설정하는 멀티밸브의 구동 제어방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 냉각수의 온도 변화량을 확인하는 단계 및 상기 차이온도의 절대값을 적어도 하나 이상의 기 설정된 값과 비교하는 단계에서 상기 수학식 1의 계수 SV의 값이 O 또는 1로 결정되는 멀티밸브의 구동 제어방법.
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