KR20080043522A - 전동 냉각 팬 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 냉각 팬 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템은 전동 냉각 팬을 구동하는 냉각 팬 모터; 차량의 상태관련 신호를 수집하는 센서 신호부; 상기 센서 신호부로부터 상기 차량 상태 신호를 수집하는 엔진 제어 시스템; 및 상기 엔진 제어 시스템이 수집한 상기 센서 신호부의 상기 차량 상태 신호들을 특정 연산 처리하여 상기 냉각 팬 모터의 주기를 결정하는 팬 제어부;를 포함한다.

전동 냉각 팬, PWM, 에어콘

Description

전동 냉각 팬 제어 방법 및 시스템{Electromotion Cooling Pan Control Method And System thereof}

도 1은 종래 전동 냉각 팬 제어 시스템의 구성을 간략히 나타낸 도면.

도 2는 종래의 엔진 제어 시스템에 포함되는 냉각 팬 로직을 나타낸 도면.

도 3은 종래 상기 냉각 팬 로직에 따른 모터 주기를 결정하는 방법을 나타낸 순서도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템의 구성을 간략히 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 방법을 나타낸 순서도.

도 6 및 도 7은 종래 에어콘 오프시 제어와 본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템 및 방법이 적용되는 차량에서 에어콘 강제 오프시 무단 스탭 제어를 나타낸 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10, 100 : 엔진 제어 시스템 20 : PWM 팬 제어기

30, 300 : 냉각 팬 모터 200 : 팬 제어부

본 발명은 전동 냉각 팬 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히, 차량의 스로틀 포지션, 엔진 RPM, 예상 온도, 자동 온도 조절기 주기 등을 이용하여 차량의 상태에 따라 냉각 팬을 제어하도록 하는 전동 냉각 팬 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

자신에게 주어진 업무 및 일에 더 많은 책임감과 의무감을 가지고, 이러한 업무를 보다 열심히 하기 위하여 휴식보다는 업무에 치중하던 시대를 지나, 이제는 업무 만큼이나 휴식을 중요시 하며, 자기발전과 가족사랑에 비중이 높아지는 시대가 도래하였다. 이러한 자기발전과 가족사랑은 주 5일 근무제와 맞물려 주말이 되면 많은 사람들이 가족과 함께 나들이를 떠나는 경우가 빈번하게 발생하게 되었다. 이러한 나들이를 위한 이동 수단 중 가장 대중화 되어 있는 것이 자동차이다. 이렇듯 자동차는 개인, 가족 등 다양한 사람에게 이동수단으로서 가장 많이 이용되고 있는 기기이다. 뿐만 아니라, 현재에 이르러서는 자동차의 이용이 높아짐에 따라, 자동차가 단순히 이동수단으로서의 기기로 인식되는 것이 아니라, 새로운 생활공간의 일부로 여겨지고 있다.

이러한 생황공간의 개념에 맞추어 자동차는 차량 운전자 또는 탑승자들의 기호 및 편의를 위하여 다종 다양한 옵션 기능을 추가해가고 있다. 특히, 에어콘은 차량 운행시 밀폐된 공간을 유지하게 되는 상황에서, 차량 탑승자들에게 청결하고, 시원한 공기를 제공하는 중요한 옵션 기기로서 이제는 차량의 필수 기기로 자리잡아가고 있다.

도 1은 종래 에어콘에 포함된 전동 냉각 팬 작동 주기를 결정하기 위한 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 전동 냉각 팬 작동 주기는 에어콘 압력 변환기(1), 차량 속도를 측정하는 속도 측정 센서(2), 냉각 수온을 측정하는 냉각 수온 측정 센서(3), 에어콘 스위치의 상태를 파악하는 스위치(4), 상기 센서류들의 출력값을 입력받아 도 2에 도시된 냉각 팬 로직을 바탕으로 냉각 팬 모터(30)를 구동하기 위한 제어를 수행하는 엔진 제어 시스템(10), 상기 엔진 제어 시스템(10)의 제어에 따라 상기 냉각 팬 모터(30)를 구동하는 PWM 팬 제어기(20)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 가지는 종래의 전동 냉각 팬 사용 방법에 대하여 살펴보면, 먼저, 점화키 온시, PWM 팬 제어기(20)가 기동되며, PWM 팬 제어기(20)가 엔진 제어 시스템(10)으로 팬 동작 상태 요청을 수행하며, 엔진 제어 시스템(10)은 에어컨 압력, 에어콘 스위치, 차량 속도, 냉각수온 등 차량 상태를 파악한 후, 미리 정해진 팬 동작 맵 즉, 도 2에 나타낸 냉각 팬 로직에 따라 주기(Duty)를 결정하게 된다.

이후, 엔진 제어 시스템(10)이 PWM 팬 제어기(20)로 정해진 주기를 송출하면, PWM 팬 제어기(20)는 정해진 주기에 맞는 전압을 인가하여 냉각 팬 모터(30)를 구동하게 된다. 여기서, 상기 도 2에 나타낸 냉각 팬 로직에 따른 팬 작동 주기를 결정하는 일예는 도 3에 나타낸 바와 같다.

이와 같은 방식으로 구동되는 종래의 전동 냉각 팬은 급격한 차량 상태 변화 예를 들면, 에어콘의 작동을 중지하거나, 차량의 속도가 고속에서 저속으로 급격히 감속되는 등 도 2에 도시된 데이터 맵 간 팬 작동 주기가 크게 변할 경우에는 차량 탑승자의 에어컨의 환경이 급격히 나빠지게 되며, 팬 작동 등의 소음이 발생하게 되는 문제점이 있다. 또한, 종래의 전동 냉각 팬 작동 방식은 급격한 냉각수온 및 알터네이터의 소비 동력 변화등으로 열 관리 측면에서 비효율적이어서, 차량 연비가 저하되며, 시스템 용량 설정이 과다하게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 차량의 상태 변화에 따라 냉각 팬을 제어를 최적화 할 수 있는 전동 냉각 팬 제어 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템은 전동 냉각 팬을 구동하는 냉각 팬 모터; 차량의 상태관련 신호를 수집하는 센서 신호부; 상기 센서 신호부로부터 상기 차량 상태 신호를 수집하는 엔진 제어 시스템; 및 상기 엔진 제어 시스템이 수집한 상기 센서 신호부의 상기 차량 상태 신호들을 특정 연산 처리하여 상기 냉각 팬 모터의 주기를 결정하는 팬 제어 부;를 포함한다.

상기 센서 신호부는 에어콘의 압력을 변환하는 에어콘 압력 변환기; 차량 속도를 측정하는 속도 측정 센서; 냉각 수온을 측정하는 냉각 수온 측정 센서; 에어콘 스위치의 상태를 파악하는 스위치; 트로틀바디의 공기 흡입개폐기의 열리는 각을 측정하는 트로틀 포지션 센서; 엔진 RPM을 측정하는 RPM 센서; 주위 온도를 측정하는 온도 센서; 및 자동 온도 조절기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 팬 제어부는 상기 연산을 위하여 연산식 처리부를 더 구비하며, 상기 연산식 처리부는 에어컨 압력에 따른 팬 주기 그래프, 냉각 수온에 따른 팬 주기 그래프, 차속에 따른 팬 주기 그래프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에어컨 압력, 상기 냉각 수온, 상기 차속은 차량의 종류와 엔진 종류 및 냉각 시스템 용량에 따라 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 방법은 에어콘이 작동된 경우, 차속의 변화여부 확인하는 단계; 차속이 변화되는 경우, 냉각 수온의 변화를 검사하는 단계; 상기 냉각 수온의 변화가 검출되는 경우, 트로틀 개도의 변화 여부를 확인하는 단계; 상기 트로틀 개도가 변화된 경우 공기 유입량을 연산하는 단계; 차량의 주행에 따른 주행 부하 변화 연산을 수행하는 단계; 상기 공기 유입량과 상기 주행 부하 변화량를 비교하는 단계; 상기 주행 부하 변화량이 작은 경우, 현재 팬 주기를 확인하는 단계; 상기 주행 부하 변화량에 따라 요청 팬 주기를 확인하는 단계; 상기 요청 팬 주기와 현재 팬 주기와의 차이를 검사하는 단계; 및 상기 요청 팬주기와 상기 현재 팬 주기들의 차이가 있는 경우, 상기 현재 팬 주기를 감소 또 는 증가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 방법은 상기 에어콘 강제 종료시 열 교환기 통과 풍량을 예측하여 팬 작동 주기를 무단 스탭 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템은 전동 냉각 팬을 구동하는 냉각 팬 모터(300), 차량의 상태관련 신호를 수집하는 센서 신호부(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108), 센서 신호부(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)로부터 차량 상태 신호를 수집하는 엔진 제어 시스템(100), 엔진 제어 시스템(100)이 수집한 차량 상태 신호들을 특정 연산 처리하여 상기 냉각 팬 모터(300)의 주기를 결정하는 팬 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

상기 센서 신호부(101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108)는 에어콘의 압력을 변환하는 에어콘 압력 변환기(101), 차량 속도를 측정하는 속도 측정 센서(102), 냉각 수온을 측정하는 냉각 수온 측정 센서(103), 에어콘 스위치의 상태를 파악하는 스위치(104), 트로틀바디의 공기 흡입개폐기의 열리는 각인 트로틀 포지션(Throthle Position)를 측정하는 트로틀 포지션 센서(105), 엔진 RPM을 측정하는 RPM 센서(106), 주위 온도를 측정하는 온도 센서(107), 자동 온도 조절기(108) 를 각각 포함한다.

상기 팬 제어부(200)는 상기 각 센서로부터의 에어콘 압력, 속도, 냉각 수온, 에어콘 스위치 상태, 트로틀 포지션, 엔진 RPM, 주위 온도, 자동 온도 조절기(108)의 주기 등을 종합적이며 실시간적으로 획득하여 그에 따른 연산을 수행하고, 그 결과에 따라 냉각 팬 모터(300)의 주기를 결정하게 된다. 상기 팬 제어부(20)는 상기 연산을 위하여 연산식 처리부를 더 구비할 수 있으며, 연산식 처리부는 에어컨 압력에 따른 팬 주기 그래프, 냉각 수온에 따른 팬 주기 그래프, 차속에 따른 팬 주기 그래프를 이용하게 되며, 상기 에어컨 압력, 냉각 수온, 차속은 차량의 종류와 엔진 종류 및 냉각 시스템 용량에 따라 각각 다르게 설정될 수 있다.

상기 엔진 제어 시스템(100)이 수집한 상기 센서 신호들은 CAN 통신을 이용하여 상기 팬 제어부(200)에 전달하게 된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 전동 냉각 팬의 구동방법에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 전동 냉각 팬 구동방법은 점화키 온시 팬 제어부(200)와 엔진 제어 시스템(100)을 가동하고, 엔진 제어 시스템(100)에서 팬 제어부(200)로 입력 정보를 CAN 통신을 통하여 송출한다. 여기서 입력 정보는 상술한 다양한 센서 신호를 포함할 수 있다.

다음으로, 팬 제어부(200)는 차속, 엔진, RPM 및 TPS 개도를 이용하여 차량 주행 상태의 엔진 부하 계산한다. 그리고, 팬 제어부(200)는 에어컨 압력, 에어컨 스위치, 외기온 이용 차량 주행 상태의 에어컨 부하를 계산하며, 차속 이용, 직전 팬 주기(Duty)를 이용하여 차량 주행 상태의 공기 유입량을 계산한다.

다음으로, 팬 제어부(200)는 공기 유입량과 엔진 및 에어컨 부하 합을 비교한 후, 공기 유입량이 부족하다고 판단될 경우, 팬 제어부(200)가 팬 작동 주기를 증가시키게 된다.

한편, 팬 제어부(200)는 상기 센서 신호들 중 냉각 수온을 이용하여 냉각 수온 변화 기울기를 계산하고, 냉각수온 변화 기울기가 급할 경우, 팬 제어부(200)가 팬 작동 주기를 조절한다. 즉, 팬 제어부(200)는 냉각수온 급격 상승시 팬 주기를 증가시킨다. 그리고, 팬 제어부(200)는 에어컨의 압력을 이용하여 에어컨 압력 변화 기울기를 계산한다. 이후, 팬 제어부(200)는 에어컨 압력 변화 기울기가 급하거나, 목표 압력에 미달할 경우, 팬 작동 주기를 조절한다.

다음으로, 팬 제어부(200)는 차속을 이용하여 차속 변화 기울기를 계산하고, 차속 변화 기울기가 급할 경우, 팬 작동 주기를 조절한다. 이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 전동 냉각 팬 구동 방법은 일정 냉각수온 및 에어컨 압력 유지가 가능한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전동 냉각 팬 제어방법을 나타낸 순서도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전동 냉각 팬 제어 방법은 먼저, 에어콘 작동 상태 여부를 확인하고(S101), S101 단계에서, 에어콘이 작동된 경우, 차속의 변화를 확인한다(S102).

상기 S102 단계에서 차속이 변화되는 경우, 냉각 수온의 변화를 검사하고(S103), 상기 냉각 수온의 변화가 검출되는 경우, 트로틀 개도의 변화 여부를 확인한다(S104).

상기 S104 단계에서, 상기 트로틀 개도가 변화된 경우 공기 유입량을 연산하며(S105), 다음으로, 주행 부하 변화 연산을 수행한다(S106).

연산이 완료되면, 상기 공기 유입량이 상기 주행 부하 변화량보다 작은가를 확인하고(S107), 작은 경우, 현재 팬 주기를 확인하고(S108), 요구되는 팬 주기를 확인하며(S109), 요구되는 팬 주기와 현재 팬 주기와의 차이를 검사한다(S110).

상기 S110 단계에서, 팬 주기들의 차이가 있는 경우, 팬 주기를 감소 또는 증가하는 방법으로 변화시킨다.(S111).

그리고, 상기 S103, 상기 S104, 상기 S107, 상기 S110 단계에서, 각각의 부정응답 검출시 기존 팬 주기를 유지하게 된다.

이와 같은 방식으로 제어되는 본 발명의 전동 냉각 팬 제어 시스템 및 방법은 차량 주행 상태를 실 시간으로 파악하여 듀티 부족/여유분을 연산한 뒤 모터로 주기를 인가하여, 연산식 별로 우선 순위를 지정함으로 차량 주행 상태에 맞는 팬 주기로 구동할 수 있으며, 급출발 및 과속 시에도 일정 냉각수온 유지할 수 있고, 고객 요구에 의한 에어컨 작동 상태 변경 시에도 최적 냉방 성능 유지할 수 있다. 실예로서, 라디에이터 두께는 18.5t에서 14t까지 축소 가능하며, 컨덴서의 경우 16t에서 12t로 두께 축소가능하고, 냉각 팬 모터 용량은 280W에서 200W로 축소가능하다. 즉, 본 발명은 냉각계 사양 최적화에 따른 원가/중량 절감 및 팬 주기 변화 율 축소에 의한 차량 연비 향상/팬 작동 소음 감소시키는 효과가 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 종래와 급격한 차량 상태 변화에 대응하기 위해서 차량 상태 정보 모니터링을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 전동 냉각 팬 제어 시스템 및 제어 방법은 에어컨이 켜 있는 상태이며, 에어컨 시스템 압력이 상기 도 2에 도시된 Middle1~Middle2 사이, 차속 45 KPH 이하, 냉각수온 96℃ 이하인 상태에서 에어컨이 강제 Off 되었을 경우, 기존 Data Map 방식의 70%에서 35%로 주기 변경이 되어, 에어컨 컨덴서에 잔류되어 있는 열량이 외부로 방출되는 시간이 필요하나, 열 교환기 통과 풍량의 급격한 감소로 인해서 오히려 냉각수온이 부분 상승할 수 있다. 이에 따라, 냉각 팬 주기는 35%에서 40~50% 주기로 상승, 차량 연비 불량 발생 소지가 있다. 그러나, 도 6의 우측 도면에 나타낸 바와 같이 실시간 연산 방식에서는 에어컨 강제 Off 시 열 교환기 통과 풍량 즉, 필요 열 교환량을 예측하여 팬 작동 주기를 무단 스탭 제어 함으로 일정 냉각수온 유지가 가능하다.

한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 전동 냉각 팬 제어 시스템 및 제어 방법은 에어컨이켜 있는 상태이며, 에어컨 시스템 압력이 상기 도 2에서 Middle0~Middle1 사이, 차속 80 KPH 이상, 냉각수온 101℃ 이하인 상태에서 차속이 80 KPH 미만으로 되었을 경우, 기존 Data Map 방식에서는 냉각 팬 주기가 0%에서 50%로 변경되며, 급격한 차속 감소 시에는 열 교환기 통과 풍량의 급격한 감소로 인해서 오히려 냉각수온이 부분 상승하고, 차속 차이가 크지 않을 경우에는 열 교환기 통과 풍량이 증가되어 냉각수온이 부분 하강할 수 있다. 따라서, 주기를 50% 에서 40 또는 60%로 변경하지만, 차량 연비 불량이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명의 실시간 연산 방식에서는 차속 변화 시 열 교환기 통과 풍량 즉 필요 열 교환량을 예측하여 팬 작동 주기를 무단 스탭 제어함으로 일정 냉각수온 유지할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전동 냉각 팬 제어 시스템 및 제어 방법은 급격한 차량 상태 변화에 대해 시스템 상태 변화 즉, 열 교환기 방출 능력/팬 작동 주기를 최소화 함으로 고객 환경 유지 및 최적 차량 연비 유지할 수 있으며, 팬 제어부가 차량 상태 변화에 맞는 팬 작동 연산 식을 대입하여 무단 변속 처리 함으로 엔진 제어 시스템의 처리 데이터량을 감소시킬 수 있고, 그에 따른 시스템 용량 최적화를 달성할 수 있다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (6)

1. 전동 냉각 팬을 구동하는 냉각 팬 모터;

   차량의 상태관련 신호를 수집하는 센서 신호부;

   상기 센서 신호부로부터 상기 차량 상태 신호를 수집하는 엔진 제어 시스템; 및

   상기 엔진 제어 시스템이 수집한 상기 센서 신호부의 상기 차량 상태 신호들을 특정 연산 처리하여 상기 냉각 팬 모터의 주기를 결정하는 팬 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 냉각 팬 제어 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서 신호부는

   에어콘의 압력을 변환하는 에어콘 압력 변환기;

   차량 속도를 측정하는 속도 측정 센서;

   냉각 수온을 측정하는 냉각 수온 측정 센서;

   에어콘 스위치의 상태를 파악하는 스위치;

   트로틀바디의 공기 흡입개폐기의 열리는 각을 측정하는 트로틀 포지션 센서;

   엔진 RPM을 측정하는 RPM 센서;

   주위 온도를 측정하는 온도 센서; 및

   자동 온도 조절기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 냉각 팬 제어 시스 템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 팬 제어부는

   상기 연산을 위하여 연산식 처리부를 더 구비하며,

   상기 연산식 처리부는 에어컨 압력에 따른 팬 주기 그래프, 냉각 수온에 따른 팬 주기 그래프, 차속에 따른 팬 주기 그래프를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 냉각 팬 제어 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 에어컨 압력, 상기 냉각 수온, 상기 차속은

   차량의 종류와 엔진 종류 및 냉각 시스템 용량에 따라 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 전동 냉각 팬 제어 시스템.
5. 에어콘이 작동된 경우, 차속의 변화여부 확인하는 단계;

   차속이 변화되는 경우, 냉각 수온의 변화를 검사하는 단계;

   상기 냉각 수온의 변화가 검출되는 경우, 트로틀 개도의 변화 여부를 확인하는 단계;

   상기 트로틀 개도가 변화된 경우 공기 유입량을 연산하는 단계;

   차량의 주행에 따른 주행 부하 변화 연산을 수행하는 단계;

   상기 공기 유입량과 상기 주행 부하 변화량를 비교하는 단계;

   상기 주행 부하 변화량이 작은 경우, 현재 팬 주기를 확인하는 단계;

   상기 주행 부하 변화량에 따라 요청 팬 주기를 확인하는 단계;

   상기 요청 팬 주기와 현재 팬 주기와의 차이를 검사하는 단계; 및

   상기 요청 팬주기와 상기 현재 팬 주기들의 차이가 있는 경우, 상기 현재 팬 주기를 감소 또는 증가시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 냉각 팬 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 에어콘 강제 종료시 열 교환기 통과 풍량을 예측하여 팬 작동 주기를 무단 스탭 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 냉각 팬 제어 방법.

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