KR20110094060A - 차량의 요소 모니터링 및 보충 스케줄 - Google Patents

차량의 요소 모니터링 및 보충 스케줄 Download PDF

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패트릭 샤르보노
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인터내셔널 트럭 인터렉츄얼 프로퍼티 캄파니, 엘엘씨
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Abstract

요소 공급 정보가 차량 로케이션, 루트 및 요소 소비 정보와 통합되어 요소 재공급을 받기 위해 또는 최소로, 자동적으로, 목표 로케이션에 요소 공급부가 위치하도록 명령을 발생하기 위한 운전자 안내를 발생시킨다.

Description

차량의 요소 모니터링 및 보충 스케줄{UREA MONITORING AND REPLENISHMENT SCHEDULING OF VEHICLES}
본 발명은 차량 텔레매틱스(vehicle telematics)에 관한 것으로, 특히 디젤 엔진이 장착된 차량에서 배기가스 후-처리를 하는데 필요한 요소(urea)를 보충하기 위한 차량의 루트(route)와 스케줄을 제공하는 것에 관한 것이다.
디젤 엔진을 장착한 고속도로의 차량은 2010년부터는 미국의 강화된 배출가스 기준을 충족시켜야 한다. 디젤 엔진으로부터 배출가스를 감소하도록 개발된 후-처리 기술의 하나인 선택적 촉매 환원(SCR: selective catalytic reduction)은 요소를 필요로 한다. 미국 환경 보호국은 디젤 오염 제어 시스템이 작동하지 않는 차량은 고장난 것으로 지정하였다. SCR 장착 차량에서 온-보드 요소 공급물의 고갈(exhaustion of the on-board urea supply)은 차량을 운용하지 못하게 하는 요건이다.
현재, 본원의 기술 분야에서는 합리적으로 요소를 이용할 수 있게 하여, 상용 차량의 운용자가 빈약한 요소 유통 인프라구조가 존재하는 지역에서 온-보드 요소 공급물을 보충할 수 있게 할 필요가 있다. 2003년 8월 24-28일 열린 디젤엔진 배출가스 절감(DEER)회의에서의 바톤과 론스데일 기록(Barton and Lonsdale writing)은 요소 비용이 유통비용에 의해 지배를 받으며, 생산 또는 원료비용이 주(primarily)가 아니라고 하였다. 액체를 측정하여 약 5%의 연료소비와 동등한 요소 소비를 하는 경우에, 25갤런의 요소 탱크는 전형적인 중량 트럭(heavy duty truck)에서 6.5miles/gallon의 평균 연비(fuel economy)에 기초하여 차량에서 3,250마일 정도의 거리를 주행하였다. 그 비용을 최소화 하도록 제조설비에 인접한 장소에서 행해지는 요소의 보충(replenishment of urea)은 어느 정도 비용절감을 보장한다. 그런데, 과학기술의 발전이 요소를 기본으로 하는 SCR 시스템을 쓸모없게 할 수 있는 가능성에 의해 요소 유통 시스템의 발전을 부진하게 할 가능성이 있다.
만일 차량이 요소의 보충을 기다리는 유지 관리지점으로부터 이동되어야 한다면, 차량의 소유자는 차량의 비-가동으로 기인하고 그리고 차량에 응급배달 요소를 설치할 필요로 기인하여 비용 손실을 초래할 것이다. 요소 공급물의 보충 필요 시기를 예상하고, 현존 공급부, 사전-스케줄 보충 및/또는 전치 공급부(preposition supplies) 근방에서 차량을 효율적으로 운행하여 차량의 정지시간을 최소화 할 수 있으면 유익할 것이다.
본 발명의 양수인은 향상된 차량 텔레매틱 시스템이 온-보드 및 오프-보드 전자장치의 혼합을 통해 차량의 주행 추적, 진단기능 및 맵핑 성능을 제공하는 국제적 인식 차량 지능 시스템(International Aware Vehicle Intelligence system)을 운용한다. 차량의 소유자는 상기 시스템에 출자할 것이다. 오프-보드 전자장치는 무선 통신 시스템과 위성 위치확인 시스템(GPS)을 포함한다.
내연기관과 요소를 사용하는 SCR 배기가스 후-처리 시스템이 장착된 차량에서, 본 발명은 이용할 수 있는 요소 공급 정보를 차량 로케이션, 루트 및 요소 소비 정보에 통합하여 요소 재공급을 받기 위한 운전자 안내(driver guidance)를 발생시키거나 또는 최소로, 자동적으로, 타겟 로케이션에 요소의 공급부가 위치하도록 명령(orders)을 발생한다. 위치확인 정보 시스템은 현재 차량의 위치를 제공한다. 차량은 연료소비 및 요소 탱크 충전 레벨을 추적한다. 이 데이터는 통신 링크를 통해 중앙 데이터 처리 서버로 보고되며, 상기 서버는 알맞은 루트를 따라서 현재 계획된 이용가능한 요소에 억세스하여 차량 운전자에게 데이터를 돌려보낸다.
본 발명에 의한 추가적인 효과, 특징 및 이점들은 이하에 기재하는 설명으로부터 명료하게 이해될 것이다.
본 발명의 특징들은 첨부 청구범위에 기재되었으며, 첨부 도면과 관련하여 이하에 기재한 바람직한 사용 모드의 실시예를 통해 본원을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도1은 상용차량의 서비스 시간을 향상시키기 위해 데이터 요건 데이터 수집 및 통합 시스템용으로 사용된 텔레매틱스 시스템을 개략 도시한 도면.
도2는 도1의 데이터 수집 및 통합 시스템에 사용된 차량 컨트롤러와 네트워크 제어 시스템의 블록선도.
도3은 요소 보충을 위한 차량 확인 및 루트와 관련하여 간략하게 나타낸 흐름도.
도1을 참고로 설명하면, 차량 관리용 중앙 지원부가 강조된 일반적인 차량 텔레매틱스 시스템(100)이 예시되었다. 차량 텔레매틱스 시스템(100)은 1대 또는 그 이상의 전형적으로 대량 대수의 차량을 사용하여 실행된다. 이런 차량들을 차량(102)으로 대표하여 나타내었으며, 임의적인 적절한 수단을 사용하여 제조자의 또는 차량 운용자 서버(114)와 통신한다. 그 연결은 전형적으로 셀룰러 폰 링크(108)를 통해 셀룰러 기지국(112) 또는 단거리 RF링크와 연결하여 실행된다.
차량(102)은 계측제어기 통신망(CAN: controller area network) 시스템(104)에 기초한 전자제어 시스템을 포함한다. 계측제어기 통신망 시스템(104)은 데이터 통신을 위한 각종 계측제어기 내장 상용 차량(102)과 연결하여, 셀룰러 폰 링크(106)를 통한 원격 데이터 통신 서비스의 중앙 활성화(central activation) 및 제어와, GPS위성(110)을 판독하는 위성 위치확인 유닛(global positioning unit)(108)을 사용한 위성 위치확인과 같은 서비스의 사용을 가능하게 한다.
셀룰러 폰 기지국(112)은, 유익한 경우, 셀룰러 폰 링크(108)로부터 서버(114)로의 데이터 전송을 위해 인터넷을 포함하는 랜드 라인(land lines)으로 연결된다. 차량(102)으로부터의 데이터는 후술하는 바와 같이 CAN 시스템(104)에 의해 수집된 엔진 탑재, 익스트림 브레이크 사용 및 그 밖의 차량 운용 변수에 관련한 정보를 포함할 수 있다. 차량(102)으로부터 전송된 기록은 검인된(stamped) 시간, 날짜, 장소 및 주행거리이다. 데이터는 차량으로부터 접속수단(115)(예, 단거리 RF 또는 직접 핸드 와이어 접속)을 통해 서버(114)로 전송되며, 상기 서버는 차량(102)의 연료소비에 대한 이력 관계(historical relation)에 기초한 요소 공급의 계획된 기간의 판정을 위해 통계학적 처리 서비스(statistical processing services)(124)에 억세스 된다. 지리적 정보 시스템을 포함하는 데이터 베이스(128)는 (가능한 경우) 차량의 루트에 기초한 연료소비를 계획하며, 업링크를 위한 요소 공급지점(urea supply points)의 리스트를 업데이트 하도록 차량(102)에 탑승한 운전자에게 억세스 될 수 있다. 서버(114)는 접근가능한 요소 공급처의 공급 장소에 대한 차량의 로케이션과 노테이션(notations)을 가진 맵을 포함하는 각 차량(102)에 대한 페이지를 가진 웹사이트를 보유하며, 차량의 계획된 루트를 따라 위치한 공급처를 강조하여 나타내고 그리고 가격, 영업점 운영시간, 등과 같은 다른 정보를 제공할 수도 있다.
서버(114)는 데이터베이스(128)상의 주행거리와 지리적으로 분포된 요소 서비스 시설(190)에서의 요소의 이용도(availability of urea)가 색인(index)된 차량 통계의 데이터베이스를 보유한다. 이 기록들은 관리 사용을 위해 웹사이트(122)상의 안전 페이지(secured page)에 있는 결과와 비교 운용(124)하여 검출되도록 요소 사용의 추세를 고려한 것이다.
도2를 참고로 차량(102)에 사용된 것과 같은 계측제어기 통신망 시스템(104)의 특징을 설명한다. 계측제어기 통신망 시스템(104)은 기본 부품으로 마이크로프로세서(272)와 메모리(274)에 기초한 PB(programmable body) 컴퓨터(230)를 갖는다. 메모리(274)는 차례로 휘발 및 비-휘발하는 휘발성과 비-휘발성 섹션(도시되지 않음)을 모두 포함한다. 마이크로프로세서(272)는 종래 버스를 통해 PB 컴퓨터(230)의 다른 파트와 통신한다. 컴퓨터의 다른 파트들 중에는 제1(공용:public) 및 제2(독점:proprietary) 계측제어기 통신망(CAN) 인터페이스(250)를 구비하는 네트워크 통신을 다루기 위한 입력/출력 디바이스가 있다. 차량 전력 시스템(245)은 모든 부품에 전력을 제공한다. 마이크로프로세서(272)는 차량의 운전대에 설치된 입력 및 출력 디바이스에 직접 연결된다.
CAN 시스템(104)은 J1939 네트워크에 대한 미국자동차공업협회(SAE) 규격의 공용 코드(public code)를 사용하는 제1버스와 독점 코드를 사용하는 제2버스에 기초한 2개의 다른 계측 제어기 통신망을 포함하며, 그 정의는 상기 규격하에서 허용된다. "독점"에 의해서는 규격 포맷 J1939 데이터 블록이 OEM이 원하는 대로 한정될 것이다. 공용 버스는, 기구 및 스위치 뱅크(212), 게이지 클러스터(214), ABS컨트롤러(219), 트랜스미션 컨트롤러(216) 및 엔진 컨트롤러(220)를 포함하는 복수의 시스템 컨트롤러에 제1CAN 인터페이스(250)를 연결한다. 상기 컨트롤러들의 일부는 차례로 특정 컨트롤러와 연관된 1개 또는 다수의 센서 또는 센서 패키지에 연결된다. 예를 들면, ABS컨트롤러(219)는 미끄럼을 판단하는데 사용된 적어도 휠 속도 센서를 포함하는 센서(231)로부터 데이터를 수집한다. 트랜스미션 컨트롤러(216)는 트랜스미션 유체 레벨을 추적하거나 또는 구동계열 센서(217)로부터 구동축 회전속도계를 포함한다. 그러나 가장 중요한 센서 수집부는 엔진 회전속도계, 공기흡입 온도 게이지(주변 온도의 합리적인 판단 제공), 냉각 온도, 및 엔진 오일 온도, 레벨 및 절연 상수 판단을 포함하는 엔진 컨트롤러(230)에 연결된 엔진 센서 패키지(221)이다. 엔진 컨트롤러(220)는 요소 탱크(271) 충전 레벨을 모니터하는 요소 레벨 센서(270)에 알맞은 연결점을 제공한다.
마이크로프로세서/바디(body) 컴퓨터(230)는 그 자체가 컨트롤러이며, 전자 시스템(233)에 연결된 라이트의 작업 상태(working status of lights)와 같은 차량 부품을 직접 모니터링하는데 사용될 수 있다. 바디 컴퓨터(230)는 2개의 다른 CAN 버스에 컨트롤러로서 운용한다. 독점 코드를 사용하는 디바이스는 제2버스에 결합되며, 여기에서는 GPS리시버 유닛(242), 특정 컨트롤러(244) 및 셀룰러 폰 트랜스시버 유닛(240)을 구비하며, 그 각각은 CAN 인터페이스(250)를 포함한다. 셀룰러 폰 트랜스시버 유닛(240)은 추가적으로 안테나(247)에 연결된 마이크로컨트롤러(241), 변조 유닛(MOD: modulating unit)(243), 및 트랜스시버 유닛(245)을 포함한다. 통상적으로 제1CAN 네트워크를 통한 바디 컴퓨터(230)에 의해 수집된 데이터는, 제2CAN 네트워크를 통해 상기 기능을 위해 한정된 코드 블록을 사용하여, 이들이 신호로써 전송용 캐리어를 변조하는데 사용되는 셀룰러 폰 유닛(240)으로 전송된다. 바디 컴퓨터(230)는 GPS 데이터와 마찬가지로, 주행거리와 같은 데이터 및 클록(clock) 정보, 연료소비 그리고 요소 탱크 충전 레벨에도 억세스하며, 바디 컴퓨터가 정상 판독 카테고리(normal reading categories) 밖으로 떨어지는 센서 판독과 관련한 시간, 날짜, 주행거리 및 장소에 대한 데이터 기록을 검증하거나, 또는 다르게 운용자에 의해 한정된 임의적인 기준을 만족시킨다. 이것은 중앙 서버(114)의 사용을 위한 기록을 보유할 필요 또는 소용에 기초를 둔다.
도3의 흐름도를 사용하여 본 발명의 시스템과 공정을 지원하는 차량 및 서버 레벨에서의 운용을 기술한다. 차량의 출발 및 그 후 주기적인 순환 동작 시, 차량(102)의 로케이션은 GPS 유닛(303) 또는 그 상당물로부터 얻는다[단계(301)]. 단계(305)에서, 차량의 목적지 리스트가 업데이트 된다. GPS 로케이션 정보를 사용하여 리스트의 정상(top)으로부터 목적지 제거를 입력하며, 후속 목적지를 재명령(reorder)하여 첨가(add)한다. 각각의 목적지 리스트를 업데이트하여, 계획된 루트가 변경된다[단계(307)]. 지리 정보 시스템(309)에 억세스하여, 우회도로 또는 현재 교통상태와 같은 고려사항들을 포함한 루트를 생성한다. 일부 차량에서는 루트 및 목적지 명령을 루트 및 정체 사항의 이용도에 기초하여 대화식(interactive)으로 하는 것을 고려할 수 있다. 요소 소비의 계획(311)은 선택된 루트에 대한 계획된 연비와, 계획된 사용량과 현재 요소 탱크의 충전 레벨에 기초하여 평가된 범위를 기초로 한다. 상기 계획이 실행되면, 요소 보충 옵션이 계획된 루트를 따라 위치된 요소 서비스 설비(190)를 강조하여 운전자[단계(313)]에게 나타내기 위해 발생된다. 만일 옵션이 바람직하지 않으면, 요소 서비스 설비(190)에서 요소의 사전-실행(pre-staging)이 준비된 공급의 고려[단계(315)] 및 위치확인[단계(317)]을 한다.
본원의 상술한 실시예는 본원을 한정하는 것이 아니며, 당업자는 본 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 본원의 상술한 실시예를 다양하게 변경 및 개조할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 내연기관과 요소를 사용하는 배기가스 후-처리 시스템이 장착된 차량용 요소 보충 관리 시스템에 있어서, 상기 요소 보충 관리 시스템은:
    차량에 설치된 위치 결정 유닛;
    요소 탱크와 요소 탱크 충전 레벨 센서;
    차량에 요소 보충을 제공하는 로케이션을 구비한 지리적 정보에 대한 억세스를 가진 원격 서버;
    차량에 설치되며, 위치 결정 유닛과 요소탱크 충전 레벨 센서로부터 데이터를 수신하고 운전자 입력/출력 인터페이스로부터 입력을 수신하고 상기 인터페이스의 정보를 나타내도록 연결된 바디 컴퓨터; 및
    원격 서버와 바디 컴퓨터 사이의 통신 시스템 링크를 포함하며;
    상기 원격 서버는 운전자 입력/출력 인터페이스에 나타내기 위해 바디 컴퓨터에 연결된 통신 시스템 링크를 통해 요소 공급 로케이션을 제공하기 위한 차량 로케이션과 요소 탱크 충전 레벨에 반응하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 운전자 입력/출력 인터페이스에 나타내기 위해 요소 재공급을 받기 위한 운전자 안내가 운전자에게 발생하도록, 차량 로케이션, 차량 목적지 및 루트 정보에, 이용가능한 요소보충 로케이션의 분석을 부가로 제공하는 원격 서버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 차량의 계획된 루트로부터 억세스 할 수 있는 로케이션으로 요소의 배달을 위한 명령을 발생하도록 부가로 프로그래밍 되는 원격 서버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 요소탱크 충전 레벨에 대비한 연료소비를 추적하여, 요소 보유량에 기초한 차량 운용 범위를 평가하는 원격 서버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 목적지 리스트를 제거, 첨가 및 재명령하기 위해 제공되는 바디 컴퓨터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리 시스템.
  6. 배기가스 후-처리용으로 요소를 사용하는 디젤엔진 장착 차량에서 요소 보충을 관리하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    차량의 목적지 리스트를 주기적으로 업데이트하는 단계와;
    목적지 리스트와 지리 정보 시스템으로부터 트럭의 루트를 결정하는 단계와;
    요소탱크 충전 레벨을 모니터링하며, 요소 소비 및 보유량의 함수로서 차량의 남아있는 운용 범위를 평가하는 단계; 및
    차량 운전자를 위한 결정된 루트로 입력된 공급 거점 리스트를 나타내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리방법.
  7. 제6항에 있어서, 수용가능한 공급 거점이 없다는 지시에 반응하여, 차량의 재보충에 사용할 수 있는 것으로 지시된 로케이션으로 공급 요소의 배달을 명령하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 보충 관리방법.
  8. 차량의 요소 보충 유지관리를 위한 데이터 통합 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
    지리적 구역을 가로질러 배치된 요소 서비스 설비와, 상기 요소 서비스 설비에서의 요소 이용성의 중앙 데이터베이스와;
    지리적 구역을 횡단하는 주기적인 요소 유지관리를 필요로 하는 다수의 차량; 및
    차량이 요소 보충의 필요함을 지시하게 하고 그리고 중앙 데이터베이스가 예상된 요소 서비스 설비의 차량 각각의 리스트에 분배하게 하는 중앙 데이터베이스에 복수개의 차량을 연결하는 통신 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통합 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 목적지 리스트의 생성 및 업데이트를 하게 하는 데이터 처리 설비를 구비한 복수의 차량을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통합 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 목적지 리스트에 기초하고 요소 보충의 필요에 반응을 보이는 각 차량을 위한 루트를 제공하는 중앙 데이터베이스를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통합 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 차량용 요소의 위치확인을 명령하기 위한 수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 통합 시스템.
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