KR20150071224A - 차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법 - Google Patents

차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법 Download PDF

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김대광
정민영
이준용
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Abstract

본 발명은 차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 이 시스템의 제어 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예는, 차량용 액티브 에어플랩 시스템으로서, 개별적으로 제어 가능한 적어도 2개 이상의 에어플랩; 상기 각 에어플랩의 동작을 수행하는 구동기; 및 상기 구동기를 제어하여 상기 각 에어플랩의 개폐 및 열림 각도를 제어하는 제어기;를 포함하고, 상기 제어기는 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 상기 각 에어플랩의 개폐 및 열림 각도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법 {ACTIVE AIR FLAP SYSTEM FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREFOR}
본 발명은 차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 이 시스템의 제어 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 에어플랩(flap)을 다단으로 분리하고 분리된 각 에어플랩의 열림/담힘(open/close) 제어 및 각 에어플랩의 열림 각도 제어를 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배 정보, 엔진정보 및/또는 멀티미디어 정보, 텔레메틱스 정보 등을 기초로 수행함으로써 공력 제어 영역을 확대할 수 있고, 엔진의 열관리를 최적화할 수 있으며, 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량이 주행을 하게 되면 라디에이터 그릴을 통해 엔진룸 내부에 주행풍이 빠르게 유입됨으로써, 라디에이터의 냉각에 필요한 공기를 받아들일 수 있게 된다.
그러나, 차량이 고속으로 주행하게 되면, 엔진룸에 유입되는 공기의 흐름 또한 빨라지게 됨으로써, 차량이 받게 되는 공기의 저항이 커지게 되어, 연비가 떨어지게 되는 문제가 있다.
이에, 최근에는 라디에이터 그릴 후면에 개폐가 가능한 형태로 액티브 에어플랩(Active Air Flap)이 설치됨으로써, 차량 운행 조건에 따라 공기의 유입을 제어하여 공력 성능을 개선하고 연비 향상을 달성하도록 하고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 액티브 에어플랩 제어방법의 일실시예를 설명하기 위한 것으로, 에어컨의 작동 여부와 관계없이 외기온도 값과 차속값을 판단하여 에어플랩의 개폐여부를 판단한다.
즉, 에어플랩의 폐쇄여부를 확인한 후, 외기온도값과 차속값이 각각 기준값 이상으로 판단되면, 에어플랩을 개방하고, 외기온도값이 기준값 미만이면 에어플랩을 폐쇄하게 된다.
그러나, 이 같은 종래기술은 에어플랩의 개폐여부에 대한 판단요소가 세분화되어 있지 않으므로, 단순히 외기온도와 차속이 기준값만 넘게 되면 에어플랩이 개방되어 연비 향상 효과가 떨어지는 문제가 있다.
더불어서, 기존의 액티브 에어플랩은 에어플랩이 다단으로 분리되어 있지 않아 공력 제어에 한계가 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
공개특허공보 제10-2013-0062148호(2013.06.12.)
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 에어플랩(flap)을 다단으로 분리하고 분리된 각 에어플랩의 열림/담힘 제어 및 각 에어플랩의 열림 각도 제어를 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배정보, 엔진정보 및/또는 멀티미디어 정보, 텔레메틱스 정보 등을 기초로 수행함으로써 공력 제어 영역을 확대할 수 있고, 엔진의 열관리를 최적화할 수 있으며, 연비를 향상시킬 수 있는 차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 액티브 에어플랩 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템은, 개별적으로 제어 가능한 적어도 2개 이상의 에어플랩; 상기 각 에어플랩의 동작을 수행하는 구동기; 및 상기 구동기를 제어하여 상기 각 에어플랩의 개폐 및 열림 각도를 제어하는 제어기;를 포함하고, 상기 제어기는 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 상기 각 에어플랩의 개폐 및 열림 각도를 제어할 수 있다.
상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속은 엔진제어기에서 수신할 수 있다.
상기 멀티미디어 정보 및 텔레매틱스 정보는 GPS 신호, 구배 정보를 포함하는 네비게이션 신호 및 이동단말기 신호를 포함할 수 있다.
상기 구동기는 모터 및 라디에이터의 온도에 따라 팽창/수축되는 열팽창 기구를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법은, 개별적으로 제어 가능한 적어도 2개 이상의 에어플랩을 구비한 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법으로서, 차량이 키온(key ON) 상태이면, 상기 에어플랩 시스템의 고장 여부를 판단하는 단계; 상기 에어플랩 시스템이 정상이면, 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 상기 에어플랩의 개폐를 제어하는 단계; 상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 개방된 에어플랩의 개방 각도를 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 에어플랩 시스템이 고장이면, 상기 에어플랩을 강제로 개방하고, 고장 경고를 발생하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 멀티미디어 정보 및 텔레매틱스 정보는 GPS 신호, 구배 정보를 포함하는 네비게이션 신호 및 이동단말기 신호를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 에어플랩(flap)을 다단으로 분리하고 분리된 각 에어플랩의 열림/담힘 제어, 및 각 에어플랩의 열림 각도 제어를 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 엔진정보, 구배정보 및/또는 멀티미디어 정보, 텔레메틱스 정보 등을 기초로 수행함으로써 공력 제어 영역을 확대할 수 있고, 엔진의 열관리를 최적화할 수 있으며, 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 액티브 에어플랩의 제어방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 일부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 에어플랩 각도 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템을 도시한 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 일부 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 에어플랩 각도 제어를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템은, 에어플랩(flap)을 다단으로 분리하고 분리된 각 에어플랩의 열림/담힘 제어는 물론 열림 각도도 제어할 수 있는 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 액티브 에어플랩 시스템은, 개별적으로 제어 가능한 적어도 2개 이상의 플랩(FL1, FL2,…, FLn)으로 이루어진 에어플랩(FL); 상기 각 에어플랩(FL1, FL2,…, FLn)의 동작을 수행하는 구동기(150); 상기 에어플랩(FL) 및/또는 구동기(150)에 고장이 있으면, 이를 경고하는 경고기(170); 및 상기 구동기(150)를 제어하여 상기 각 에어플랩(FL1, FL2,…, FLn)의 개폐 및 열림 각도를 제어하는 제어기(100);를 포함할 수 있다. 도 3에서 미설명된 도면부호 102는 라디에이터 그릴이다.
상기 에어플랩(FL)은 바람직하게 2개 또는 3개의 플랩으로 형성되지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 이와 다른 구성이라고 하더라도 실질적으로 에어플랩을 형성할 수 있는 개수의 구성이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기 구동기(150)는 모터, 및 라디에이터(120)의 온도에 따라 팽창/수축되는 열팽창 기구를 포함할 수 있고, 상기 모터 및 열팽창 기구는 에어플랩(FL)의 개폐 및 개방 각도를 조정할 수 있도록 연결된다.
상기 구동기(150)는 상기 제어기(100)에서 전송되는 PWM(pulse width modulation) 제어 신호, CAN(controller area network) 신호, LIN(local interconnect network) 신호에 의해 제어될 수 있고, 이들 신호에 의해 구동기가 제어되는 기술은 공지되어 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 경고기(170)는 시각적으로 경고할 수 있는 램프, 및 청각적으로 경고할 수 있는 스피커 등을 포함할 수 있다.
상기 제어기(100)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로서, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어플랩 시스템의 제어방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 제어기(100)는, 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 상기 각 에어플랩(FL1, FL2,…, FLn)의 개폐 및 열림 각도를 제어한다.
상기 제어기(100)는 엔진제어기(미도시)로부터 상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속 등을 수신할 수 있다. 또는, 경우에 따라서, 상기 제어기(100)는 기존의 에어플랩 제어기(10)로부터 상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속 등을 수신할 수 있다.
상기 멀티미디어 정보 및 텔레매틱스 정보는 GPS 신호, 구배 정보를 포함하는 네비게이션 신호 및 이동단말기 신호를 포함하고, 상기 제어기(100)는 상기 신호 및 정보를 미도시된 TMS((Telematics Multimedia System) 센터, 네비게이션 장치, 및/또는 이동단말기로부터 수신할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어기(100)는 단독으로 구성되거나, 또는 설계적인 측면을 고려하여 AAF 제어기(10)를 포함하는 구성, 또는 상기 AAF 제어기(10) 에 포함되는 구성으로 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어플랩 시스템의 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어플랩 시스템의 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(100)는 해당 차량의 키온(Key ON)이 검출되면(S110), 구동기(150)를 포함한 에어플랩 시스템이 고장인지, 예를 들면 상기 에어플랩 시스템에 단선/단락 등의 고장이 있는지를 판단한다(S120). 해당 차량의 키온(Key ON) 상태 검출, 및 에어플랩 시스템의 고장 여부 판단은 기존 기술을 따를 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 에어플램(FL) 및/또는 구동기(150)가 고장이면, 즉 에어플랩 시스템이 고장이면, 상기 제어기(100)는 상기 에어플랩(FL)을 강제로 개방하고, 경고기(170)를 제어하여 고장 경고를 발생한다(S122)(S124).
상기 에어플랩 시스템이 정상이면, 상기 제어기(100)는, 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배정보, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보 등을 기초로 냉각량을 연산하여 상기 에어플랩의 개폐를 제어한다(S130)(S140).
예를 들면, 상기 제어기(100)에서 연산되는 냉각량은, 시험 결과로 산출되거나, 통상적인 수식으로 연산될 수 있다. 상기 냉각량의 연산을 위해 상기 제어기(100)는 기본적으로 엔진의 토크 및 회전수 정보로 파워를 계산하고, 통상적인 엔진의 최저 효율로 최대 냉각량을 산출한 후 이를 사용할 수 있다.
더불어서, 상기 제어기(100)는 상기 냉각량을 냉각수 온도와 유온 등으로 보정하여 사용할 수 있다.
상기 제어기(100)는 상기 연산된 냉각량과, 현재 차속, 지형 정보 등으로 상기 에어플랩(FL)의 오픈 여부를 판단할 수 있다. 상기 지형 정보는 차량에 탑재된 네비게이션 장치(미도시), 스마트폰, 또는 텔레매틱스 등으로부터 수신받을 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
상기 지형 정보를 토대로 상기 제어기(100)는 차량이 운행되고 있는 고도에 따라 에어플랩(FL)의 오픈을 결정할 수 있다. 예를 들면, 엔진의 발열이 많은 경사가 큰 경우는 상기 에어플랩을 전부 오픈하고, 그렇지 않은 경우는 상기 연산된 냉각량과, 현재 차속에 의해 에어플랩의 적절한 개수의 오픈을 결정한다.
상기 제어기(100)는 상기 에어플랩을 개방 제어한 다음, 차량 운행 상태에 따라, 예를 들면 상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 구배 정보, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보 등를 기초로 개방된 에어플랩의 개방 각도를 제어한다(S150).
예를 들면, 상기 제어기(100)는 상기 에어플랫(FL)의 각도를 1차로 냉각수 온도를 기초로 제어하고, 2차로 유온을 감지하여 피드백 제어를 수행할 수 있다. 경우에 따라서 상기 제어기(100)는 차속 또는 엔진 회전수를 토대로 상기 에어플랩(FL)의 각도를 보정할 수 있다.
상기 에어플랩의 개폐 제어 및/또는 에어플랩의 개방 각도 제어는 키오프(Key OFF)가 될 때까지 수행된다(S160).
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 차량의 공력 저감 영역 확대:
본 발명의 실시예에 따르면, 에어플랩의 다단 및 각도 제어가 가능하기 때문에, 기존 기술의 에어플랩 1단 열림/닫힘(Open/Close) 제어에 비해, 공력 저감 영역의 확대가 가능하다. 예를 들어, 기존 기술은 특정 차속 및 온도에서 에어플랩을 오픈하여, 많은 영역에서 에어플랩을 오픈 상태로 유지해야 하지만, 본 발명의 실시예는 일부 에어플랩을 오픈하고, 그 열림 각도도 추가 제어할 수 있으므로, 실제 공기가 유입되는 면적을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 공력 저감 영역이 확대된다.
둘째, 엔진 열관리 최적화:
일반적으로 엔진의 열은 써모스탯으로 1차 제어되고, 라디에이터 및 쿨링 팬에 의해 2차 제어된다. 1차 대비 2차 제어가 유수온의 온도에 큰 영향을 주기 때문에 라디에이터의 열적 균형에 따라 제어 안정성이 크게 달라진다. 라디에이터의 열적 균형은 외부 공기량 유입량에 따라 달라진다. 본 발명의 실시예는 공기 유입량을 제어하기 때문에 라디에이터의 열적 균형을 기존 기술 대비 개선할 수 있고, 이에 따라 과부하 냉각량을 줄이기 때문에 엔진 유수온의 안정성을 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 엔진 부품의 열적 충격을 줄여줌으로써 엔진 내구 측면에서 유리한 효과를 제공한다.
셋째, 차량 연비 개선:
본 발명의 실시예는 공력 저감 및 열적 안정화를 달성할 수 있기 때문에 차량 연비를 개선할 수 있다. 공력은 차량 연비에 미치는 인자이며, 열적 안정화는 차량 연비 인자중 제어에 관련된 인자이다. 엔진의 제어는 주로 엔진 냉각수 온도 및 흡기온에 따라 제어되며, 이에 본 발명의 실시예에 따르면 엔진 제어의 안정성 및 연비가 개선된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 국부적 열상승이 방지되며, 노킹 횟수가 감소되기 때문에 연비가 추가적으로 개선될 수 있다.
넷째, 지형 정보 연계 제어에 의한 스마트한 공력/열관리:
본 발명의 실시예는 지형 정보를 활용하며, 장 등판/강판 등 지형과 연계하여 제어를 수행하기 때문에 차량의 공력/열관리를 효율적으로 관리할 수 있다.
다섯째, 난방성능의 개선:
차량 난방성능은 엔진의 냉각수 온도와 연관되기 때문에 겨울철 본 발명의 실시예가 적용되면, 엔진 냉각수 온도의 열 방출량을 최대한 억제하고, 엔진 룸 공기의 유입을 최대한 차단할 수 있어, 차량의 난방성능을 개선할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 제어기
120: 라디에이터
150: 구동기
170: 경고기
FL: 에어플랩(air flap)

Claims (8)

  1. 차량용 액티브 에어플랩 시스템으로서,
    개별적으로 제어 가능한 적어도 2개 이상의 에어플랩;
    상기 각 에어플랩의 동작을 수행하는 구동기; 및
    상기 구동기를 제어하여 상기 각 에어플랩의 개폐 또는 열림 각도를 제어하는 제어기;를 포함하고,
    상기 제어기는 차량 정보를 기초로 상기 각 에어플랩의 개폐 또는 열림 각도를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속은 엔진제어기에서 수신하는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 멀티미디어 정보 및 텔레매틱스 정보는 GPS 신호, 구배 정보를 포함하는 네비게이션 신호 및 이동단말기 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 구동기는 모터 및 라디에이터의 온도에 따라 팽창/수축되는 열팽창 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 에어플랩 및 구동기에 고장이 있으면, 이를 경고하는 경고기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템.
  6. 개별적으로 제어 가능한 적어도 2개 이상의 에어플랩을 구비한 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법으로서,
    차량이 키온(key ON) 상태이면, 상기 에어플랩 시스템의 고장 여부를 판단하는 단계;
    상기 에어플랩 시스템이 정상이면, 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 상기 에어플랩의 개폐를 제어하는 단계;
    상기 엔진정보, 외기온도, 냉각수 온도, 차속, 멀티미디어 정보, 텔레매틱스 정보를 기초로 개방된 에어플랩의 개방 각도를 제어하는 단계;
    를 포함하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 에어플랩 시스템이 고장이면, 상기 에어플랩을 강제로 개방하고, 고장 경고를 발생하는 단계;
    더 포함하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 멀티미디어 정보 및 텔레매틱스 정보는 GPS 신호, 구배 정보를 포함하는 네비게이션 신호 및 이동단말기 신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법.
KR1020130157989A 2013-12-18 2013-12-18 차량용 액티브 에어플랩 시스템 및 액티브 에어플랩 시스템의 제어 방법 KR20150071224A (ko)

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