KR102485329B1 - 공조 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템은 센서신호 및 설정온도를 수신하여 각각의 지수값을 생성하는 공조 제어 연산부, 상기 지수값에 사용자의 기호에 대응하는 보정값을 가감하는 공조 지수 보정부 및 상기 보정값을 반영하여 액추에이터가 출력되도록 제어하는 공조 제어 출력부를 포함한다.

Description

공조 제어 시스템{System for controlling Air-Conditioner}
본 발명은 공조 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자의 기호에 맞게 공조 제어 시스템이 자동으로 동작하도록 제어하는 기술에 관한 것이다.
차량의 공조 시스템은 사용자가 온도값을 설정하면 차량의 실내 온도를 감지해서 지정된 온도로 차량의 실내 온도를 유지하도록 할 수 있다.
차량용 공조장치는, 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다.
냉방시스템은 압축기의 구동에 의하여 응축기, 리시버 드라이어(Receiver Dryer), 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 냉매와, 송풍기에 의해 증발기 표면을 거치는 송풍공기와의 열교환에 의해 상기 송풍공기가 냉기로 바뀌어 차량 실내로 토출됨으로써, 차량의 실내를 냉방하도록 구성된다.
또한, 난방시스템은 냉각수를 히터코어로 유입하여 송풍기와 열교환시킴으로써, 차량 실내를 난방하도록 구성된다. 부연하여 설명하면, 공조장치는 덕트에 설치된 송풍기를 통해 차량 실내의 공기를 강제 순환시키고, 덕트 내 설치된 증발기 및 히터를 이용하여 차량 실내의 냉방 및 난방을 구현한다. 차량 실내 공간의 효율성 증대를 위하여 차량 공조장치의 소형화가 요구될 수 있다.
한편, 차량의 공조 제어(조절) 시스템은 차량의 실내 냉난방을 위한 에어컨(air conditioner) 및 히터(heater) 등의 공조장치와 연결되며, 이러한 에어컨 및 히터 등은 운전자의 스위치 작동 및 조작에 의해 내기 또는 외기 통풍 경로가 조절되거나, 또는 에어컨의 압축기를 가동함으로써 제어될 수 있다.
이러한 차량 공조 제어 시스템은 설정된 온도 및 조건에 따라 동작하는 기술일 뿐, 사용자의 기호를 파악하고, 사용자의 기호에 대응하도록 차량용 공조장치 제어 기술이 부족한 문제점이 있다.
[특허문헌] 한국등록특허 10-1646124호.
본 발명은 사용자가 매뉴얼(Manual)을 조작한 데이터를 학습하고, 학습된 데이터를 인공 신경망(Neural Network) 기반으로 분석하여 사용자의 기호에 맞게 공조 제어 시스템이 자동으로 동작하도록 제어할 수 있는 공조 제어 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템은 센서신호 및 설정온도를 수신하여 각각의 지수값을 생성하는 공조 제어 연산부, 상기 지수값에 사용자의 기호에 대응하는 보정값을 가감하는 공조 지수 보정부 및 상기 보정값을 반영하여 액추에이터가 출력되도록 제어하는 공조 제어 출력부를 포함한다.
또한, 상기 공조 제어 연산부는 상기 센서신호 및 설정온도에서 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수를 포함하는 지수를 연산할 수 있다.
또한, 상기 공조 지수 보정부는 상기 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수를 사용자의 기호에 대응하도록 지수 보정 알고리즘에 적용하여 각각의 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값을 생성할 수 있다.
또한, 상기 공조 지수 보정부는 상기 공조 제어 연산부가 수신한 상기 설정온도를 보정할 수 있다.
또한, 상기 공조 지수 보정부는 보정값 리셋 신호를 수신하여 보정값을 0으로 초기화하거나, 학습된 사용자의 공조 제어 동작 정보를 수신하여 보정값이 순차적으로 증가하거나 감소하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 공조 지수 보정부는 인공신경망을 적용한 오차 역전파법(Backpropagation) 또는 기울기 하강법(Gradient Descent)을 포함하는 지수 보정 알고리즘을 실행하여 지수값을 보정할 수 있다.
또한, 상기 공조 제어 출력부는 상기 공조 지수 보정부에서 보정된 각각의 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값을 반영하여 액추에이터가 출력되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 차량은 서버에 차량의 매뉴얼이 제어된 이력 데이터를 송신할 수 있다.
또한, 상기 서버는 상기 이력 데이터를 분석하여 평균의 지수 보정값을 추출하고, 추출된 평균의 지수 보정값을 다수의 차량 또는 연구소에 제공할 수 있다.
본 기술은 사용자의 취향에 따라 공조 제어 시스템을 자동으로 동작하도록 하는 기술이다.
아울러, 본 기술은 공조 제어 시스템에서 최적의 온도를 제어하기 위한 튜닝 과정을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템의 공조 지수 보정부에서 실행되는 지수 보정 알고리즘을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 공조 제어 시스템이 적용된 차량과 서버 간의 데이터 제공 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템의 공조 제어 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나. 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.
본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템을 설명하는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 공조 제어 시스템(100)은 공조 제어 연산부(110), 공조 지수 보정부(120) 및 공조 제어 출력부(130)를 포함한다.
공조 제어 연산부(110)는 공조 제어 시스템(100)에 입력되는 각종 센서 신호, 입력 신호 및 사용자의 설정온도를 수신한다.
각종 센서신호는 실내온도 센서신호, 외기온도 센서신호, 일사량 센서신호, 냉각수온 센서신호, 에어컨 증발기(Evaporator) 센서신호, 차량 속도 센서신호 등을 포함할 수 있다.
또한, 사용자의 설정온도는 운전자가 설정하는 설정온도 또는 동승자가 설정하는 설정온도를 포함할 수 있다.
여기서, 공조 제어 연산부(100)는 수신된 각종 센서 신호, 입력 신호 및 사용자의 설정온도에서 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수 등을 생성한다.
예를 들어, 공조 제어 연산부(100)는 차량의 현재의 온도가 40도이고, 사용자가 설정한 온도가 20도이면, 차량의 각종 지수들의 범위를 연산하여 각각의 지수를 생성하는 것이다.
공조 지수 보정부(120)는 공조 제어 연산부(110)에서 생성된 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수 등을 사용자의 기호(요구)에 대응하도록 보정값을 더하거나 뺄 수 있다.
즉, 공조 지수 보정부(120)는 생성된 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수 등을 사용자의 기호에 대응하도록 지수 보정 알고리즘을 적용하여 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값 등을 연산한다. 이러한 지수 보정 알고리즘의 설명은 도 2에서 자세하게 설명한다.
예를 들어, 사용자가 에어컨의 동작을 항시 온 하는 경우를 선호하면, 에어컨 지수를 일정량 증가시킬 수 있다.
또한, 공조 지수 보정부(120)는 공조 제어 연산부(110)가 수신한 사용자의 설정온도를 보정할 수 있다.
공조 지수 보정부(120)는 보정값 리셋 신호를 수신하여 보정값을 0으로 초기화할 수 있고, 학습된 사용자의 공조 제어 동작 정보(사용자의 매뉴얼 정보)를 수신하여 보정값을 순차적으로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
공조 제어 출력부(130)는 공조 지수 보정부(120)에서 보정된 각각의 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값 등을 반영하여 실제의 액추에이터(Actuator)에 출력되도록 제어한다. 여기서, 액추에이터는 에어컨디셔너, 히터 또는 차량에 구비된 각종 장치를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템의 공조 지수 보정부에서 실행되는 지수 보정 알고리즘을 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 공조 지수 보정부는 인공신경망(Neural Network)을 적용하여 지수 보정 알고리즘(학습)을 실행한다.
여기서, 지수 보정 알고리즘은 오차 역전파법(Backpropagation) 및 기울기 하강(Gradient Descent) 알고리즘을 포함한다.
구체적으로, 지수 보정 알고리즘을 동작하는 구성은 입력부(210), 연산부(220) 및 출력부(230)를 포함한다.
즉, 입력부(210)에서는 실내온도, 외기온, 일사량, 설정온도, 냉각 수온 등을 입력 받아서 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수 등을 생성하고, 연산부(220)에서 생성된 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수 등을 지수 보정 알고리즘을 이용하여 연산하여 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값 등을 포함하는 지수 보정값을 생성하며, 출력부(230)에서는 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값 등을 포함하는 지수 보정값을 출력한다.
여기서는 지수 보정 알고리즘 중에서 기울기 하강 알고리즘을 이용하여 연산되는 지수 보정값을 구체적으로 설명하고자 한다.
예를 들어, 사용자가 설정온도를 증가시키는 경우에, 공조 제어 시스템은 설정온도 지수 보정값으로부터 C(Cost Function) = (설정온도 변경량)2으로 각각의 입력부, 연산부 및 출력부의 가중치(weight)를 업데이트할 수 있다.
구체적으로, 하기 수학식 1을 이용하여 업데이트 된 가중치에 따라 각각의 지수 보정값을 연산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016122181219-pat00001
여기서, W는 가중치, η 는 학습 가중치, C는 코스트 펑션(Cost Function) 및 k는 상수이다. 또한, 학습 가중치(η)는 학습 항목에 따라 설정될 수 있으며, 가중치(W)는 0으로 초기화될 수 있고, 사용자가 매뉴얼(Manual)을 이용하여 입력이 있을 때마다 학습을 실행한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에서 공조 제어 시스템이 적용된 차량과 서버 간의 데이터 제공 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 텔레매틱스가 적용된 차량(300)과 서버(310) 간의 데이터 제공 방법에서, 서버(310)는 다수의 차량(300)으로부터 매뉴얼(Manual)이 제어된 이력 데이터를 수신하고, 서버(310)는 다수의 차량(300)으로부터 수신된 이력 데이터를 분석하여 평균의 지수 보정값을 추출하고, 추출된 평균의 지수 보정값을 다수의 차량(300) 또는 연구소(320)에 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공조 제어 시스템의 공조 제어 방법을 실행하는 컴퓨팅 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
본 기술은 사용자의 취향에 따라 공조 제어 시스템을 자동으로 동작하도록 하는 기술이다.
아울러, 본 기술은 공조 제어 시스템에서 최적의 온도를 제어하기 위한 튜닝 과정을 줄일 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 구성과 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
100: 공조 제어 시스템 110: 공조 제어 연산부
120: 공조 지수 보정부 130: 공조 제어 출력부
210: 입력부 220: 연산부
230: 출력부 300: 차량
310: 서버 320: 연구소

Claims (9)

  1. 차량에 구비된 공조 제어 시스템에 있어서,
    센서신호 및 설정온도를 수신하여 각각의 지수값을 생성하는 공조 제어 연산부;
    상기 지수값에 사용자의 기호에 대응하는 보정값을 가감하는 공조 지수 보정부; 및
    상기 보정값을 반영하여 액추에이터가 출력되도록 제어하는 공조 제어 출력부;를 포함하고,
    상기 공조 지수 보정부는
    기울기 하강 알고리즘을 이용하여 상기 각각의 지수값에 대한 상기 보정값을 생성하며, 상기 보정값은 설정온도 변경량의 제곱에 비례하여 비용함수를 생성하는 것을 특징으로 하는 공조 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조 제어 연산부는
    상기 센서신호 및 설정온도에서 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수를 포함하는 지수를 연산하는 공조 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공조 지수 보정부는
    상기 실내온도 지수, 에어컨 지수, 풍량 지수, 풍향 지수를 사용자의 기호에 대응하도록 지수 보정 알고리즘에 적용하여 각각의 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값을 생성하는 공조 제어 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조 지수 보정부는
    상기 공조 제어 연산부가 수신한 상기 설정온도를 보정하는 공조 제어 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조 지수 보정부는
    보정값 리셋 신호를 수신하여 보정값을 0으로 초기화하거나, 학습된 사용자의 공조 제어 동작 정보를 수신하여 보정값이 순차적으로 증가하거나 감소하도록 제어하는 공조 제어 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조 지수 보정부는
    인공신경망을 적용한 오차 역전파법(Backpropagation) 또는 기울기 하강법(Gradient Descent)을 포함하는 지수 보정 알고리즘을 실행하여 지수값을 보정하는 공조 제어 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조 제어 출력부는
    상기 공조 지수 보정부에서 보정된 각각의 실내온도 지수 보정값, 에어컨 지수 보정값, 풍량 지수 보정값, 풍향 지수 보정값을 반영하여 액추에이터가 출력되도록 제어하는 공조 제어 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량은 서버에 차량의 매뉴얼이 제어된 이력 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 공조 제어 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 서버는 상기 이력 데이터를 분석하여 평균의 지수 보정값을 추출하고, 추출된 평균의 지수 보정값을 다수의 차량 또는 연구소에 제공하는 공조 제어 시스템.
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