KR20080005791A - 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법 및운전지수 평가 단말 - Google Patents

운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법 및운전지수 평가 단말 Download PDF

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KR20080005791A
KR20080005791A KR1020060064581A KR20060064581A KR20080005791A KR 20080005791 A KR20080005791 A KR 20080005791A KR 1020060064581 A KR1020060064581 A KR 1020060064581A KR 20060064581 A KR20060064581 A KR 20060064581A KR 20080005791 A KR20080005791 A KR 20080005791A
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Abstract

본 발명은 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법 및 운전지수 평가 단말으로서, 차량의 주행정보를 실시간 분석하여 연료 소모량과 대비한 운전지수를 평가하여 운전자에게 안내하는 것이다.
본 발명에 따르는 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법은, (S10)운행중의 차량으로부터 실시간으로 주행정보를 입력받고 내부 메모리에 저장하는 단계; (S20)상기 주행정보에 포함되는 차량 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1)로부터 차량의 현재 기어비를 산정하는 단계; (S30)상기 차량 속도, 엔진 회전 속도 및 기어비를 이용하여 차량의 최소 구동력과 엔진의 bmep를 계산하고 차량의 킥 다운을 추정하는 단계; (S40)상기 bmep를 이용하여 가상의 연료 소모량을 계산하는 단계; 및 (S50)상기 차량 속도 및 연료 소모량으로부터 점수로 산정되는 운전지수를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차량의 운전 상태에 따라 각 변수들을 이론적으로 계산하여 주행 변화 조건을 예측한 운전자의 운전지수 평가를 통해 연비가 좋은 운전 상태를 실시간 유도한다.
운전, 차량, 운전지수, 연비, 속도, 주행, 평가, bmep, bsfc

Description

운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법 및 운전지수 평가 단말{Method for analyzing driver's driving operation of vehicle and terminal thereof}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 엔진 회전 속도(rpm)에 의하여 관계되는 bmep와 bsfc의 기관맵 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가 방법의 전체 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 주행정보를 입력받는 단계의 소스 코드 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 기어비 산정 단계의 소스 코드 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 최소 구동력, bmep 및 킥 다운 추정 단계의 소스 코드 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상의 연료 소모량 계산 단계의 소스 코드 예시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가 단계의 소스 코드 예시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가 단말의 구성도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가의 실험 결과 그래프.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동통신단말에서의 운전지수 표시 화면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 운전지수 평가 단말 2 : 차량
11 : MCU 12 : 메모리
13 : 디스플레이 21 : ECU
22 : OBD
본 발명은 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법 및 운전지수 평가 단말에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는, 운전자가 운전중인 차량으로부터 주행정보를 입력받고 그 속도와 연비의 관계를 평가하여 차량의 연비당 최적 속도를 유지할 수 있도록 점수화된 운전지수를 실시간 산출하여 운전자에게 안내하는 운전 지수 평가 방법 및 그 운전지수 평가 단말에 관한 것이다.
오늘날 차량 등록 대수는 날로 증가하고 있으며 그 차량 운행으로부터 비롯되는 연료 소비량은 고유가에도 불구하고 지속적으로 증가하고 있다. 대한민국의 경우 연료의 주재료인 석유를 전적으로 수입에 의존하고 있기에 그 비용 부담은 국가 경제에 큰 부담이다. 따라서, 한정된 차량과 에너지 자원에 대하여 그 어느 때보다 효율적인 관리가 요구된다. 적은 소비의 에너지원으로 차량의 운행능력을 최적으로 이용하는 것은 차량을 보호함과 동시에 에너지 절약을 가져오며 이것은 결국 운전자의 기름값 부담을 덜어주는 것이다.
본 발명에서 차량의 운행 상태를 평가하는 기술을 설명하는데 있어서 요구되는 배경 기술인 ㄱ)연료 소모량, ㄴ)동력 전달 성능 및 ㄷ)차량의 구동력을 설명하면 다음과 같다.
ㄱ) 연료 소모량( bmep 와 bsfc )
연료의 소모량은 차량의 주행 상태에 따라 결정되며, 주행 상태는 기관(engine)의 회전속도(rpm)와 기관의 회전력(torque)에 해당하는 bmep 값으로 나타낼 수 있다. 그리고 연료의 소모량은 일반적으로 주행거리 당 연료 소모량(fuel/km)으로 표현할 수 있으나, 명확한 엔진 성능을 나타내기 위하여 제동동력 당 연료 소모율인 bsfc를 사용한다.
- bmep(brake mean effective pressure) : 토크(torque)는 특정 기관이 일할 수 있는 능력을 나타내는 유용한 파라미터이지만, 기관 치수나 종류에 상관없이 기관의 성능을 나타내기 위해서 주로 bmep를 사용한다. bmep은 엔진의 한 사이클에서 있어나는 일은 엔진의 행정체적으로 나눈 값으로 아래의 수학식 1과 같이 나타낸다.
bmep(kPa) = Pb·nR × 1000 / Vd·N
Pb : 제동동력(kW)
nR : 1 사이클이 이루어지는데 필요한 크랭크축 회전수(4행정은 2)
Vd : 행정체적(dm3)
N: 엔진 회전 속도(rev/sec)
또한, bmep는 엔진의 행정체적과의 관계를 통해 토크(T)의 항으로 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
bmep(kPa) = 6.28·nR × T(Nm) / Vd(dm3)
Wb : 제동동력(kW)
- bsfc(brake specific fuel consumption) : 단일동력출력에 대한 연료의 질량 유동율의 관계이며 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
bsfc(g/kw·h) = mf / Pb
mf : 연료의 질량 유동율(g/s)
Pb : 제동동력(kW)
- bmep와 bsfc의 관계 : 이들 관계는 반복적 실험 결과를 통하여 이미 정의된 기관 맵(engine map)을 통하여 알 수 있다. 도 1은 상기 기관 맵을 도시한다. bmep의 엔진 회전 속도(rpm)는 bsfc의 엔진 회전 속도로 대응된다. 기관 맵에서는 엔진 회전 속도(rpm) 2,000~3,000rpm, 토크 8bar에서 연료 소모량이 가장 적으며 이는 대부분의 가솔린 기관에서도 동일하다.
ㄴ) 동력 전달 성능
일반적으로 자동차는 발진이나 등판과 같이 큰 구동력이 필요한 시기와 고속영역처럼 큰 구동력보다는 기관의 고속회전이 필요한 시기가 있다. 따라서 동력전달시 변속기, 토크컨버터를 이용한 가감속으로 구동력을 배분하여 각 운전상황에 맞게 동력을 전달한다.
ㄷ) 차량의 구동력
차량의 구동력은 운전자의 의지에 의해 작동된 엑셀 페달에 의하여 결정되고 또한, 현재 차량의 주행 상태, 도로 조건 등의 외부 조건을 반영하고 있다. 또한, 운전자의 의도에 의해 결정된 차량의 구동력은 엔진의 특성에 따라 연료 소비 효율 을 결정한다. 엔진이 동일한 양의 연료를 사용함에 있어서 최적 효율을 보이는 지점은 존재하며 이는 연비와 직접적 관계를 갖는다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점에 착안하여 창출된 것으로서, 차량으로부터 현재 속도를 입력받고, 이로부터 연료 소모량을 예측한 후 그 속도와 연료 소모량에 따른 점수를 산출함으로써 차량의 운행 상태를 운전지수로 평가하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법에 따르면, 운행중인 차량의 주행정보를 입력받아 실시간으로 소모 연료량에 대한 차량 속도를 운전지수로 산출하는 운전지수 평가 방법에 있어서, (S10)운행중의 차량으로부터 실시간으로 주행정보를 입력받고 내부 메모리에 저장하는 단계; (S20)상기 주행정보에 포함되는 차량 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1)로부터 차량의 현재 기어비를 산정하는 단계; (S30)상기 차량 속도, 엔진 회전 속도 및 기어비를 이용하여 차량의 최소 구동력과 엔진의 bmep를 계산하고 차량의 킥 다운을 추정하는 단계; (S40)상기 bmep를 이용하여 가상의 연료 소모량을 계산하는 단계; 및 (S50)상기 차량 속도 및 연료 소모량으로부터 점수로 산정되는 운전지수를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 단말에 따르면, 운행중인 차량의 주행정보를 입력받아 실시간으로 소모 연료량에 대한 차량 속 도를 운전지수로 산출하는 운전지수 평가 단말에 있어서, (S10)운행중의 차량으로부터 실시간으로 주행정보를 입력받고 내부 메모리에 저장하는 단계; (S20)상기 주행정보에 포함되는 차량 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1)로부터 차량의 현재 기어비를 산정하는 단계; (S30)상기 차량 속도, 엔진 회전 속도 및 기어비를 이용하여 차량의 최소 구동력과 엔진의 bmep를 계산하고 차량의 킥 다운을 추정하는 단계; (S40)상기 bmep로부터 가상의 연료 소모량을 계산하는 단계; 및 (S50)상기 차량 속도 및 연료 소모량으로부터 점수로 산정되는 운전지수를 평가하는 단계를 포함하는 프로그램 기록매체가 내장되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예의 구성을 상세하게 살펴본다.
<1. 방법 구성>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가 방법의 전체 순서를 도시하고, 도 3 내지 도 7은 도 2에 도시한 운전지수 평가 방법의 프로그램 소스 코드를 예시한다. 도 2 내지 도 7을 참조하여 운전지수 평가 방법을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 운전지수 평가 방법은 프로그램으로 구현되고 그 프로그램이 설치된 운전지수 평가 단말(1)은 차량(2)의 OBD(22) 커넥터에 접속된다. 운전지수 평가 단말(1)은 실시간으로 차량의 주행정보를 입력받고 점수화된 평가지수를 산정하여 운전자에게 표시한다. 운전지수 평가 단말(1)의 보다 상세한 구조는 도 8을 참조하여 후술한다.
1.1 차량의 제원정보 및 주행정보를 입력받는 과정
운행중의 차량으로부터 실시간 입력되는 주행정보는 운전지수 평가 단말(1)의 내부 메모리(12)에 저장된다(S10). 도 3은 이 과정의 프로그램 소스 코드를 예시하는 것으로서, 프로그램이 기동되면 차량의 제원정보가 초기값으로 설정된다(S11). 제원정보는 평가 대상의 차종에 따라 고유한 값을 가지며 아래 표 1은 그 제원정보에 포함되는 주요 구성 항목의 값을 나타낸다.
프로그램 변수 (항목명, 단위) 가솔린 디젤(승용)
소형 중형 대형 SUV
W (차량무게, kg) 1,400 1,600 2,000 2,200
A (전투영면적, m2) 2 2.2 2.18 2.6
vol (배기량, L) 1.6 2 3 2.2
d (휠반지름, m) 0.332 0.35
bmax (최대 bmep) 11.6 11.64 11.7 16
rmax (최대 rpm) 6,000 4,000
fric (마찰계수) 0.017
Cd (공기저항계수) 0.35
rho (공기밀도, kg/m) 1.2
eff (전달효율) 0.85
이 밖에도 제원정보는 차종 모델에 따라 부여된 기어단수의 기어비(gs), 종감속기어비(fin) 등이 있다. 차량 제원정보가 설정되고 나면, 차량으로부터 실시간으로 주행정보를 입력받는다(S12). 상기 주행정보는 차량 속도(km/h), 엔진회전수(rpm), TPS(트로틀 포지션 센서값, 트로틀 밸브 개폐값), InJ(인젝션 개방 시간) 및 Load(엔진 부하값)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 입력은 현재 차량 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1), 기어단수(gear), 이전 차량 속도(vp)와 엔진 회전 속도(np), 이전 기어단수(gearp), 그리고 점수(scop)로써 알고리즘에 적용되며, 각 입력의 초기조건은 v1=0, n1=0, gearp=1, scop=0으로 적용된다. 입력된 속도(v)는 3.6으로 나누어 km/h에서 m/s의 단위로 환산한 값을 알고리즘에 적용한다. 또한, 공차중량(W), 전투영면적(A), 기어단수에 따른 기어비(gs1,2,3,4), 종감속기어비(fin) 등의 차량의 제원은 초기조건으로 부여하고 최대 bmep(bmax)와 엔진 회전 속도(rmax)는 일반적인 가솔린 차량의 값을 적용한다.
1.2 차량의 기어비를 산정하는 과정
제원정보와 주행정보가 입력되어 초기값이 설정되면, 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1)로부터 차량의 현재 기어비를 산정한다(S20).
도 4를 참조하여 상기 단계(S20)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
i)개별 기어단수의 기어비(gs)와 종감속기어비(fin)를 곱하여 결과값(g1 ~ g4)를 구하고, 결과값(g), 차량 속도(v) 및 바퀴반지름(r)을 이용하여 기어비가 반영되어 계산된 엔진 회전 속도(nd)를 구한 후 현재 입력받은 엔진 회전 속도(n)와의 비율(rs)을 구하여 ii)로 입력한다. 그리고 현재 입력된 엔진 회전 속도(n)와 이전 입력된 엔진 회전 속도(np)와의 변화량(dn = n-np)을 구한다(S21).
ii)기어단수(gear)는 엔진 회전 속도의 변화량(dn)과 비율(rs)을 통해 예측한다. 비율(rs)은 계산값 엔진 회전 속도(nd)가 입력값 엔진 회전 속도(n) 보다 작을 경우 1 이하가 된다. 이 때(rs<1)의 기어단수가 실제 주행 상황의 기어단수를 의미하며, 엔진 회전 속도가 증가하는 조건(dn>=0)에서는 회전속도의 증가에 따라 기어가 저단에서 고단으로 올라가기 때문에 1단에서의 rs값(rs1)을 시작으로 rs가 1이하인 지점의 기어단수를 예측한다. 예를 들어 계산된 rs값이 rs1>=1, rs2>=1, rs3<=1, rs<=1인 경우, 저단에서부터 시작하여 rs3에서 계산이 멈추고, 기어단수는 3단으로 결정된다(S22).
iii)상기 ii)의 반대 조건으로서 엔진 회전 속도가 감소하는 조건(dn<0)에서는 고단에서 시작하여 기어단수를 결정한다(S23). 또한, 기어단수는 한 단계씩 변화하므로 결정된 기어단수(gear)가 이전 기어단수(gearp)와 한단 이상의 차이를 보이는 경우 한단으로 고정한다(S24).
1.3 차량의 구동력 계산과 자동변속기의 kickdown 추정
기어단수를 구한 후, 운전지수를 부여하기 위해서는 bmep와 엔진 회전 속도를 변수로 bsfc를 추정해야 하며, 차속과 엔진 회전 속도, 그리고 기어에 관한 변수(gear, gi, rsi)들이 bmep를 계산하기 위한 입력으로 작용한다.
차량 속도, 엔진 회전 속도 및 기어비를 이용하여 차량의 최소 구동력과 엔진의 bmep를 계산하고 차량의 킥 다운을 추정한다(S30).
도 5를 참조하여 상기 단계(S30)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
토크 컨버터에 의해 증배된 토크 비율(rt), 가속저항(Fa) 및 주행저항(FI)을 연산한다(S31). 비율(rt), 가속저항(Fa) 및 주행저항(FI)을 이용하여 엔진 토크(T)를 연산한다(S32). 토크(T)와 엔진 배기량(vol)으로 bmep를 계산한다(S33). bmep가 구해지면 다양한 차량의 운전지수를 평가하기 위하여 최대 bmep(bmax)와 최대 rpm(rmax)을 이용하여 정규화 계산된 bmept를 추정한다(S34). 여기서, 각각의 최대값은 평균적인 값인 11.64(bmax)와 6000(rpm)으로 부여하였다.
그리고 정규화된 값인 bmept가 1 이상으로 계산된 경우, 자동변속기가 킥 다운(kick down) 현상을 발생한 것으로 간주한다. 아래 표 2는 자동변속기의 킥 다운을 나타낸다.
변속형태 조작요령 변속유형
킥 다운 (kick down) 적은 스로틀 개도의 일정한 차속으로 주행 중 스로틀 개도를 갑자기 증속시키면(85% 이상) 윗 방향으로 감속 변속선을 지나 감속되어 큰 구동력을 얻을 수 있다. 4 -> 3 3 -> 2 2 -> 1
킥 다운의 발생시 실제보다 큰 bmep가 계산된 것으로 간주하고, bmept가 1 이하로 수렴할 수 있는 기어단수를 찾도록 상기 단계(S31) 내지 단계(S34)를 1회 반복 계산한다(S35). 이러한 계산 방식을 통해 자동변속기의 킥 다운 현상을 예측하여 bmept 값을 조정한다.
1.4 가상의 사용 연료 소모량 계산
bmep의 계산이 완료되면, 정규화 처리된 bmept를 이용하여 가상의 연료 소모량을 계산한다(S40). 연료 분사 기간(fuel injection duty)은 엔진 회전 속도(n)와 무차원 부하(bmep)의 관계로 나타낼 수 있다. 연료량을 추정하는 과정에서, 기존의 연료 소모량(g/kw)의 개념에서 분사시간(milli_second)을 통한 map을 참조하면, 분사시간은 엔진 1회전당 연료의 분사 기간을 의미하므로 연료 분사 기간(ms/n)과 엔진의 초당 회전속도(n/60)를 곱하여 최종적으로 초당 연료 분사 기간을 계산할 수 있다. 연료 분사 기간이 길수록 연료 소비량이 큰 것을 의미하며 최종적으로 연료분사 기간과 차량의 속도를 통해 운전지수를 평가하게 된다.
도 6을 참조하여 상기 단계(S40)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 bmep로부터 정규화된 bmept를 이용하여 bsfc를 계산한다(S41). 그리고 입력받은 현재 차량 속도(v)가 이전 속도(vp) 보다 감소된 조건(dv=v-vp < 0)에서, 엔진 회전 속도(n)가 3000 rpm(f_ref)을 초과하면 fuel-cut으로 가정하여 연료 소모량은 엔진의 초당 회전속도(n/60)로 계산하고 3000 rpm(f_ref) 이하일 경우 연료를 사용하는 감속 구간이므로 상기 bsfc의 감소분(0.7 * bsfc)을 반영하여 연료 소모량을 계산한다(S42). 만약, 차량 속도가 이전 속도 보다 증가된 조건일 경우(dv>=0) 상기 bsfc의 증가분(1+dv/2)을 적용하여 연료 소모량을 계산한다(S43)
1.5 운전지수의 평가
연료 소모량이 계산된 후, 상기 차량 속도(v) 및 연료 소모량(fuel)으로부터 점수로 산정되는 운전지수를 평가한다(S50). 운전지수는 두 가지 주행 상태를 기준으로 평가되고 있으며, 이는 차량의 실제 속도(vkh=v*3.6)와 연료 소모량(fuel injection duty)이다. 일반적으로 가장 이상적인 차량의 주행 조건은 100km/h의 속도로 정속 주행을 하고 있는 상태이다.
도 7을 참조하여 상기 단계(S50)를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 정속 주행 100km/h의 주행 조건에서 높은 점수를 부여하기 위하여 차량 속도(vkh)에 따라 일정한 속도 구간(예를 들면, vkh<100, 100<=vkh<120, vkh>=120)마다 속도 점수(sct)를 산정한다(S51). 이를 통하여 100km/h의 정속주행에서 약 86점을 부여하게 되고, 100km/h 이상과 이하의 정속주행에서는 점수가 감점되게 된다. 또한, 연료 소모량(fuel)을 이용하여 차량의 가속 및 감속 상태에 따른 연료 점수(sc1)를 계산한다(S52). 그리고 상기 속도 점수(sct) 및 연료 점수(sc1)를 곱하여 점수화된 운전지수(score)를 계산한다(S53).
차량의 제원정보 및 주행정보를 평가하여 실시간으로 수치화된 운전지수는 점수 또는 속도의 변동폭에 따라 사용자에게 최적 주행을 안내하기 위하여 계산된 실제 점수는 적절히 조정될 수 있다. 차량 속도(v)와 이전 차량 속도(vp)의 차이가 기준 속도(예 : 1km/h) 이하일 경우 등속 주행 시의 차속 변화라 가정하여 현 운전지수와 구 운전지수와의 차이(dv=v-vp)에 대하여 감소된 운전지수 변화량(예를 들면, 30%)을 적용하여 계산하는 것이다(S54). 또한, 급격한 운전 상황의 변화로 인하여 현 운전지수와 구 운전지수의 차이가 기준 점수(예 : 30점) 이상일 경우 운전자가 인지할 수 있을 정도로 상기 차이에 대하여 감소된 운전지수 변화량 (예를 들면, 50%)을 적용하여 계산하는 것이다(S55).
<2. 시스템 구성>
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가 단말(1)의 구성을 도시한다.
차량(2)의 대부분은 ECU(Electronic control unit)(21) 및 OBD(On-board diagnostic)을 내장한다.
상기 ECU(21)는 임베디드 시스템을 내장하여 차량의 모든 정보를 제어하고 송수신한다. 따라서 그 통신 스펙으로 차량 정보를 받는 것뿐만 아니라 입력을 통하여 차량 제어도 가능하다.
상기 OBD(22)는 차량의 운전석이나 조수석 발판 위쪽에 나와 있는 커넥터로서 차량정보, 고장 정보, 배기가스 정보 등 차량의 거의 모든 정보를 외부 기기로 출력한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가 단말(1)은 MCU(11), 메모리(12) 및 디스플레이(13)를 포함하여 구성된다.
상기 운전지수 평가 단말(1)은 OBD(22)에 연결되어 차량의 정보를 실시간으로 입력받는다. 차종마다 조금씩 통신 방법이나 통신 스펙이 다를 수 있기 때문에 차종별 통신 펌웨어가 설치된다. 이 펌웨어를 통하여 운전자는 프로그램을 기동하여 차종 설정을 하면 그 차종에 따라 차량의 제원정보가 자동으로 설정된다. 그리고 실시간으로 입력받는 주행정보는 메모리(12)에 저장되어 상기 프로그램에 의하여 운전지수로 평가되어 디스플레이(13)를 통하여 운전자에게 안내된다.
상기 운전지수 평가 단말(1)은 노트북, PDA, 휴대 전화를 포함하는 통신 단말로서 차량(1)으로부터 실시간 주행정보를 입력받고 평가된 운전지수를 디스플레이(13)에 표시한다.
<3. 실험 결과>
3.1 정속 주행시의 운전지수 평가 결과
정속 주행은 실제로 속도를 정확히 유지하는 것이 어렵기 때문에 20km/h부터 140km/h까지의 속도를 기어비와 엔진 회전 속도로부터 이론적인 정속 주행 데이터를 산출하여 알고리즘에 입력하였다. 시뮬레이션 결과, 100km/h에서 80점 중반의 최고 점수를 보였으며, 낮거나 높은 속도에서는 점수가 감소하였다. 이는 크레도스 1.8과 EF 소나타 2.0의 차량 제원을 적용한 결과 동일한 경향을 보였으며, 그 밖의 차량에서도 유사한 결과를 보일 것으로 예상된다.
3.2 주행 모드시의 운전지수 평가 결과
임의의 주행 모드 A로 실험한 결과 100km/h 부근의 영역에서 높은 점수대를 보였으며, 마찬가지로 가속과 감속 구간에서 점수가 감점되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 엔진 회전 속도가 3000rpm 이상인 구간에서의 감속은 fuel-cut으로 인해 연료의 소비가 적으므로 높은 점수를 부여하는 것을 확인할 수 있다. 그리고 크레도스와 EF 소나타의 실험결과로 미루어 보아 차량의 제원에 따라 운전지수의 평가가 민감하게 반응하지 않는 것을 알 수 있다. 그러나 중형 차량의 제원이 유사한 것을 감안할 때 소, 중, 대형의 차량 분류는 필요할 것으로 보인다.
3.3 실험 데이터를 통한 운전지수 평가
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 운전지수 평가의 실험 결과 그래프를 도시한다.
도시된 그래프는 EF 소나타의 주행 상태를 가감속이 잦은 주행과 정속주행을 지향한 주행을 비교하여 각 주행 상태에서의 운전지수를 나타낸 것이다. 각각의 그래프는 bad 주행 모드에서 가속과 감속 상태가 명확한 영역과 good 주행 모드에서 정속 주행을 시도한 영역으로 나누어 나타내었다.
도 9의 그래프에서 볼 수 있듯이 2900~3000sec 영역, 3200~3300sec 영역과 같은 급가속 주행에서는 점수가 급격하게 낮아지는 것을 확인할 수 있으며, 높은 속도의 주행에서 감속을 하였을 경우(엔진 회전 속도는 3000rpm이상) fuel cut으로 인해 순간적으로 높은 점수가 부여되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 10의 그래프에서 4000sec~4300sec와 같이 100km/h의 좋은 운전 지점에서 정속 주행을 시도했을 경우, 80~90점의 점수를 유지하며 높은 점수가 부여되고 속도와 유사한 경향을 보이며 평가되는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 이동통신단말의 화면에 표시되는 운전 지수를 도시하는 것으로서, 실시간으로 운전지수(나)를 표시함과 동시에 주행이 급가속시에는 급가속 점수(다)를 증가시켜 운전자에게 감속을 유도하고, 반대고 급감속시에는 급감속 점수(라)를 증가시켜 가속을 유도한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법 및 운전지수 평가 단말의 실시예가 구성된다. 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따른 운전지수 평가 방법 및 운전지수 평가 단말은, 주행중인 차 량의 속도와 연비 관계를 나타내는 운전지수의 실시간 평가를 수행한다. 연비는 엔진의 작동상태를 나타낼 수 있는 변수로써 연료소비율(bsfc)로 나타내며, 연료소비율은 bmep와 엔진 회전 속도를 통해 산출한다. 차량의 제원과 측정 입력(차량속도, 엔진 회전 속도)은 알고리즘을 통해 차량의 구동력, 주행저항, bmep 등을 예측한다. 또한, 엔진 회전 속도와 bmep에 따른 연료 분사 기간을 엔진 실험을 통해 bsfc map으로 정규화하였으며, 이를 수식으로 표현하여 알고리즘에 적용한다.
최종적으로 차량의 운전 상태에 따라 각 변수들을 이론적으로 계산하여 주행 변화 조건(fuel cut, kick down)을 예측하였고, 운전지수를 평가하였다. 이를 바탕으로 운전자의 운전지수 평가를 통해 연비가 좋은 운전 상태를 실시간 유도하는 것이 가능하다.

Claims (12)

  1. 운행중인 차량의 주행정보를 입력받아 실시간으로 소모 연료량에 대한 차량 속도를 운전지수로 산출하는 운전지수 평가 방법에 있어서,
    (S10)운행중의 차량으로부터 실시간으로 주행정보를 입력받고 내부 메모리에 저장하는 단계;
    (S20)상기 주행정보에 포함되는 차량 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1)로부터 차량의 현재 기어비를 산정하는 단계;
    (S30)상기 차량 속도, 엔진 회전 속도 및 기어비를 이용하여 차량의 최소 구동력과 엔진의 bmep를 계산하고 차량의 킥 다운을 추정하는 단계;
    (S40)상기 bmep를 이용하여 가상의 연료 소모량을 계산하는 단계; 및
    (S50)상기 차량 속도 및 연료 소모량으로부터 점수로 산정되는 운전지수를 평가하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 방법.
  2. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단계(S10)는,
    (S11)개별 차량에 고정적으로 부여되는 차량의 무게, 기어비, 타이어 반지름, 저항계수, 전투영면적 및 엔진 배기량을 포함하는 제원정보를 미리 입력받아 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 단계(S10)는,
    (S12)차량 속도, 엔진 회전수(rpm), 트로틀 포지션 센서값(TPS), 인젝션 개방 시간(InJ) 및 엔진 부하값(Load)을 포함하는 주행정보를 차량으로부터 실시간 입력받는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S20)는,
    (S21)기어의 개별 단마다 기어비(gs)와 종감속기어비(fin)를 곱하여 결과값(g)을 구하고, 상기 결과값(g), 차량 속도(v) 및 바퀴반지름(r)을 이용하여 기어비를 고려하여 계산된 엔진 회전 속도(nd)를 구한 후 현재 입력받은 엔진 회전 속도(n)와의 비율(rs)로 산정하고, 상기 엔진 회전 속도(n)와 이전 측정된 엔진 회전 속도(np)의 변화량(dn= n-np)을 구하는 단계;
    (S22)엔진 회전 속도가 증가하는 조건(dn>=0)에서 실제 주행상황의 기어단수(gear)를 구하고자 저단부터 고단 순서로 비교하여 상기 비율(rs)의 개별 단에서 1 이하인 지점의 기어단수(gear)를 예측하는 단계;
    (S23)엔진 회전 속도가 감소하는 조건(dn<0)에서 고단부터 저단 순서로 비교하여 상기 비율(rs)의 개별 단에서 1 이하인 지점의 기어단수를 예측하는 단계; 및
    (S24)상기 단계(S22) 및 단계(S23)에서 예측한 상기 기어단수는 한 단계씩 변화하므로 상기 기어단수(gear)와 이전 기어단수(gearp)와 1단 이상의 차이를 보이는 경우 그 차이를 1단으로 고정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S30)는,
    (S31)토크 컨버터에 의해 증배된 토크 비율(rt), 가속저항(Fa) 및 주행저항(FI)을 연산하는 단계;
    (S32)상기 비율(rt), 가속저항(Fa) 및 주행저항(FI)을 이용하여 엔진 토크(T)를 연산하는 단계;
    (S33)상기 토크(T)와 엔진 배기량(vol)으로 bmep를 계산하는 단계; 및
    (S34)다양한 차량의 운전지수를 평가하기 위하여 최대 bmep(bmax)와 최대 rpm(rmax)을 이용하여 정규화 계산된 bmept를 추정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 단계(S30)는,
    (S35)정규화 계산을 통하여 추정된 bmept가 1 이상으로 계산된 경우, 자동 변속기가 킥 다운 현상을 발생하여 실제보다 큰 bmep가 계산된 것으로 간주하고 상 기 bmept가 1 이하로 수렴할 수 있도록 상기 단계(31) 내지 단계(S34)를 1회 반복 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S40)는,
    (S41)상기 bmep를 이용하여 bsfc를 계산하는 단계;
    (S42)차량 속도(v)가 이전 속도(vp) 보다 감소된 조건(dv=v-vp < 0)일 경우, 엔진 회전 속도가 3000 rpm 초과이면 fuel-cut으로 가정하여 연료 소모량은 엔진의 초당 회전속도(n/60)로 계산하고, 상기 3000 rpm 이하일 경우 연료를 사용하는 감속 구간이므로 상기 bsfc의 감소분을 적용하여 연료 소모량을 계산하는 단계; 및
    (S43)차량 속도가 이전 속도 보다 증가된 조건일 경우(dv>=0) 상기 bsfc의 증가분을 적용하여 연료 소모량을 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 단계(S50)는,
    (S51)차량 속도(vkh)에 따라 일정한 속도 구간마다 속도 점수(sct)를 산정하는 단계;
    (S52)연료 소모량(fuel)을 이용하여 연료 점수(sc1)를 계산하는 단계; 및
    (S53)상기 속도 점수 및 연료 점수를 곱하여 점수화된 운전지수를 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  9. 제 1항 또는 제 8항에 있어서,
    (S54)차량 속도(v)와 이전 차량 속도(vp)의 차이가 기준 속도(예 : 1km/h) 이하일 경우 등속 주행 시의 차속 변화라 가정하여 현 운전지수와 구 운전지수와의 차이에 대하여 감소된 변화량을 적용하여 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  10. 제 1항 또는 제 9항에 있어서,
    (S55)급격한 운전 상황의 변화로 인하여 현 운전지수와 구 운전지수의 차이가 기준 점수(예 : 30점) 이상일 경우 운전자가 인지할 수 있을 정도로 상기 차이에 대하여 감소된 변화량을 적용하여 계산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 방법.
  11. 운행중인 차량의 주행정보를 입력받아 실시간으로 소모 연료량에 대한 차량 속도를 운전지수로 산출하는 운전지수 평가 단말에 있어서,
    (S10)운행중의 차량으로부터 실시간으로 주행정보를 입력받고 내부 메모리에 저장하는 단계;
    (S20)상기 주행정보에 포함되는 차량 속도(v1)와 엔진 회전 속도(n1)로부터 차량의 현재 기어비를 산정하는 단계;
    (S30)상기 차량 속도, 엔진 회전 속도 및 기어비를 이용하여 차량의 최소 구동력과 엔진의 bmep를 계산하고 차량의 킥 다운을 추정하는 단계;
    (S40)상기 bmep로부터 가상의 연료 소모량을 계산하는 단계; 및
    (S50)상기 차량 속도 및 연료 소모량으로부터 점수로 산정되는 운전지수를 평가하는 단계
    를 포함하는 프로그램 기록매체가 내장되는 것을 특징으로 하는 운전자의 차량 운전을 평가하는 운전지수 평가 단말.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 운전지수 평가 단말은,
    노트북, PDA, 휴대 전화를 포함하는 통신 단말로서 차량으로부터 실시간 주행정보를 입력받고 디스플레이를 통하여 평가된 상기 운전지수를 운전자에게 알리는 것을 특징으로 하는 운전지수 평가 단말.
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