KR20160098271A - 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법 - Google Patents

자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방법에서는 자동차 내 전기 소비기(18)의 출력단(19)이 제어된다. 전기 소비기(18)의 출력단(19)의 하드웨어 내부에서는, 출력단(19) 내에서 직접 전기 소비기(18)의 임계 작동 상태를 모니터링하는 스위치온 모니터링이 실시된다.

Description

자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AN OUTPUT STAGE OF AN ELECTRICAL CONSUMER IN A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 컴퓨터 상에서 실행되면 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실시하는 컴퓨터 프로그램뿐만 아니라, 상기 컴퓨터 프로그램을 저장하는 전자 저장 매체에도 관한 것이다. 끝으로, 본 발명은, 전자 저장 매체를 포함하는, 전기 소비기의 출력단의 하드웨어, 특히 람다 프로브의 가열 소자의 히터 출력단의 하드웨어에도 관한 것이다.
배기가스 내 산소 농도의 검출을 위해, 최신 엔진 제어 시스템에는 람다 프로브가 사용된다. 람다 프로브는 고체 전해질을 포함하는 갈바닉 산소 농도 셀(oxygen concentration cell)을 기반으로 한다. 고체 전해질은 전형적으로 약 350℃의 활성화 온도에서 산소 이온에 대해 전도성을 갖는다. 람다 프로브의 공칭 온도는 일반적으로 훨씬 더 높으며, 전형적으로 650℃ 내지 850℃이다. 이런 이유에서, 람다 프로브는 일반적으로 액티브하게 전기 가열된다. 이를 위해, 람다 프로브는, 제어 유닛에 의해 제어되는 전기 가열 소자를 포함한다. 히터는, 정상적인 조건들하에서 큰 예비 가열 능력을 갖도록, 다시 말하면 필요한 히터 전압이 가용 공급 전압보다 훨씬 더 낮도록 설계된다. 통상 람다 프로브는 직류 전압으로 작동되는 것이 아니라, 히터 출력단을 통해, 공급 전압의 펄스 폭 변조에 의해 생성되는 클록 제어되는 유효 전압으로 작동된다.
히터 출력단이 공급 전압을 너무 오래 연속해서 람다 프로브의 가열 소자로 스위칭한다면, 람다 프로브는 과열에 의해 손상된다. 이는, 히터 출력단의 제어를 위해 사용되는 소프트웨어의 에러에 의해 발생할 수 있다. 소프트웨어의 에러는 기능적인 디자인 에러, 제어 유닛의 전체 소프트웨어 내에 소프트웨어 모듈의 통합 시 에러, 및 소프트웨어의 적용 시 에러이다. 많은 에러 소스들은 소프트웨어 자체의 상응하는 모니터링 기능들에 의해 차단된다. 이는 예컨대 소프트웨어의 기능에 의해 가능하고, 적어도 하나의 기능은 적어도 2개의 태스크를 포함하며, 적어도 2개의 태스크의 각각은 적어도 하나의 프로세스를 포함한다. 이 경우, 프로세스 또는 태스크의 호출 시, 긍정 응답(acknowledgement)은 긍정응답 비트(acknowledgement bit)에 의해 수행되고, 긍정 응답(들)의 상태는 각각의 프로세스 또는 각각의 태스크의 호출 부재(missing call) 또는 시간적으로 부정확한 호출을 식별하기 위해 모니터링된다. 그러나 람다 프로브가 소프트웨어의 상응하는 에러에 의해 손상되는 잔여 위험은 지속된다.
히터 출력단 자체는 이러한 에러가 있는 제어 동안 통상 예컨대 전류 제한 및/또는 차단과 같은 히터 출력단의 자기 보호 조치들이 강구되는 임계 영역에 들어가지 않는다. 그러므로 자기 보호 조치들에 의해 람다 프로브의 손상이 방지될 수 없다.
본 발명의 과제는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법에서는, 자동차 내 전기 소비기의 출력단이 제어된다. 전기 소비기의 출력단의 소프트웨어 내부에서는, 출력단 내에서 직접 전기 소비기의 임계 작동 상태를 모니터링하는 스위치온 모니터링(switching-on monitoring)이 실시된다. 임계 작동 상태는, 본 발명의 의미에서, 임계 작동 상태에서는 전기 소비기의 손상이 발생하거나, 또는 전기 소비기가 자신을 포함하는 장치를 손상시키는 것을 의미한다. 따라서, 전기 소비기 또는 해당 장치는 소프트웨어의 에러로 인한 과열에 의한 손상으로부터 더 양호하게 보호된다. 가열 소자의 스위치온 지속 시간은 제어 체인의 말단에서 출력단의 하드웨어에 의해 모니터링된다. 소프트웨어의 에러처럼 제어 체인에서 더 일찍 발생하는 에러들은 검출되며, 전기 소비기의 손상을 방지하기 위한 대책이 강구된다. 또한, 추가 부품들 및 그 조립을 위한 비용은 절약될 뿐만 아니라, 잘못된 장착에 의한 추가의 에러 소스들도 배제된다.
바람직하게는, 스위치온 모니터링은, 임계 작동 상태가 사전 설정된 시간 임계값보다 더 오래 연속해서 존재하는지의 여부를 검사한다. 그 결과, 임계 작동 상태가 전기 소비기 또는 해당 장치에 위험하지 않은 짧은 시간 동안에만 존재한다면, 전기 소비기가 미리 스위치 오프되지 않는 것이 보장된다.
특히 바람직하게는, 사전 설정된 시간 임계값이 초과되었다면, 정보가 출력된다. 그 결과, 상기 정보는 차후 시점에 예컨대 프로토콜을 위해 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는, 상기 정보가 제어 유닛의 에러 메모리 내에 엔트리를 위해 사용된다. 그 결과, 소프트웨어 에러는 발생 중에 조기에 검출될 수 있다.
특히 바람직하게는, 사전 설정된 시간 임계값이 초과된다면, 임계 작동 상태는 출력단의 하드웨어에 의해 액티브한 비활성화를 통해 종결된다. 그 결과, 전기 소비기는 손상되지 않는다. 매우 특히 바람직하게는, 이미 액티브한 비활성화가 일어났다면, 임계 작동 상태의 재활성화는 출력단의 하드웨어를 통해 방지된다. 이는, 전기 소비기가 다시 작동 개시되기 전에 재생될 수 있다는 장점을 갖는다.
바람직하게 전기 소비기의 출력단은 람다 프로브의 히터 출력단이다. 이는, 람다 프로브가 손상되지 않으면서 산소 함량을 측정할 수 있다는 장점을 갖는다.
특히 스위치온 모니터링의 모니터링 지속 시간은 에러 없는 작동 모드에서 전기 소비기의 최대 작동 지속 시간보다 사전 설정된 시간 간격만큼 더 오래 지속된다. 그 결과 임계 상태가 확실하게 검출되는 것이 보장된다.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 전자 소비기 내에서 본 발명에 따른 방법을 실시할 수 있게 하며, 그럼으로써 임계 상태의 스위치온 모니터링은 전기 소비기의 출력단 내에서 실시될 수 있게 된다 이를 위해, 컴퓨터 프로그램은 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실시한다. 본 발명에 따른 전자 저장 매체는 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장한다. 전기 소비기의 출력단의 하드웨어에 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램을 설치하는 것을 통해, 전자 저장 매체를 포함하는 본 발명에 따른 소비기가 얻어진다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있고 하기에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 제어될 수 있는 히터 출력단을 포함하는 람다 프로브를 도시한 도면이다.
도 1에는, 종래 기술에 공지된 람다 프로브(10)가 도시되어 있다. 람다 프로브(10)는, 내연기관 내에서 연소를 위한 공기/연료 혼합기를 람다 = 1의 값, 다시 말하면 공기와 연료의 화학량론적 비율로 조절할 수 있도록 하기 위해, 배기가스 내 잔여 산소 함량의 측정을 위해 제공된다. 람다 프로브(10)에 사용되는 세라믹 재료는 상대적으로 더 높은 온도에서 전기 전도성을 가지며, 그럼으로써 프로브의 단자들에는 산소 함량을 특징짓는 갈바닉 전압이 설정된다. 폭넓은 린번 범위에 사용할 수 있는 람다 프로브(10)는 실질적으로 갈바닉 셀로서 작용하는 농담 셀(concentration cell) 또는 네른스트 셀(11; Nernst cell)과 한계 전류 셀 또는 산소 펌프 셀(12)의 조합으로 구성된다. 네른스트 셀(11)은 공동부(14) 내의 측정 가스 및 기준 공기 채널(15) 내의 기준 가스와 접촉하고, 상기 공동부(14)는 예컨대 환형으로 형성되어 확산 채널(20) 및 확산 배리어(21)를 통해 배기가스와 연결된다. 공동부(14) 내의 측정 가스는, 배기가스와 더불어, 펌핑 전기에 의해 영향을 받고, 상기 펌핑 전기는 산소 펌프 셀(12) 내에서 유도되며 산소를 공동부(14) 내로 또는 공동부(14)로부터 펌핑한다. 이를 위해, 펌프 셀(12)에는 외부로부터 외부 펌프 전극(13)을 통해 전압이 인가된다. 설정되는 이른바 펌핑 전기는 람다 프로브(10) 양측의 산소 농도의 차이 및 설정된 전압에 따라서 결정된다. 펌핑 전기에 따라 산소 분자가 이송된다. 펌핑 전기는, 펌프 셀(12)의 전류를 통한 산소 흐름이 확산 채널(20)을 통과하는 산소 흐름을 정확히 보정함으로써 측정 가스 챔버(14) 내에 람다 = 1의 상태가 주어지도록, 비교기 또는 조절 회로(16)에 의해 설정된다. 각각의 펌핑 전기(IP)는 람다 프로브(10)의 출력 신호를 형성하며, 그리고 펌프 또는 프로브 전압(US)으로서 저항기(17)를 통해 탭(tap)될 수 있다.
또한, 람다 프로브(10)는 프로브의 가열을 위한 가열 소자(18)를 포함한다. 가열 소자(18)는 히터 출력단(19)을 통해 제어되고 가열 전압(UH)을 공급받는다. 히터 출력단(19)의 제어는 바람직하게는 펄스 폭 변조부(22)를 통해 조절된 방식으로 이루어진다.
람다 프로브(10)의 온도의 결정은 람다 프로브(10)의 내부 저항(Ri)의 측정에 의해 수행된다. 이를 위해, 본 발명에 따라서 네른스트 셀(11)의 펄스와 카운터 펄스로 이루어진 이산 바이폴라 측정 펄스(IRi)가 펄스/카운터 펄스 생성부(23) 또는 펄스 생성기에 의해 인가되고, 이에 대한 반응으로서 시스템 내 전압 변화량, 특히 변동된 네른스트 전압(UN)이 검출된다. 내부 저항(Ri)이 매우 강하게 온도에 따라 결정되기 때문에, 측정된 전압 변화량으로부터 배기가스 프로브(10)의 온도가 추론될 수 있다. 바람직하게는, 인가된 측정 펄스에 의해 유도되는 전압 변화량의 검출은 샘플/홀드 회로(S/H)(24)에서 네른스트 전압의 변화량의 태핑(tapping)에 의해 이루어진다. 배기가스 프로브의 온도에 대한, 내부 저항 측정을 통해 검출되는 값은 바람직하게는 입력 신호로서 펄스 폭 변조부(22)를 통해 가열 소자(18)의 제어부로 입력된다.
본 발명은 하기에서 제 1 실시예에서 람다 프로브(10)의 가열 소자(18) 및 관련 히터 출력단(19)에 의해 설명된다. 그러나 본 발명은, 특정 작동 모드로 너무 오랜 연속 작동이 바람직하지 않는 액추에이터들 및 출력단들에도 적용될 수 있다.
본 발명의 본 실시예에서, 람다 프로브(10)의 히터 출력단(19)의 하드웨어 내에 스위치온 모니터링 및 스위치온 지속 시간 제한의 통합이 이루어진다. 가열 소자(18)의 스위치온 지속 시간은 제어 체인의 말단에서 히터 출력단(19)의 하드웨어에 의해 모니터링된다. 소프트웨어의 에러처럼 제어 체인에서 더 일찍 발생하는 에러들은 검출되고, 람다 프로브(10)의 손상을 방지하기 위해 대책들이 강구될 수 있다.
본 발명에 따라서, 히터 출력단(19)에서 직접 특정 임계 작동 상태의 지속 시간이 모니터링된다. 이를 위해, 모니터링 기능은 히터 출력단(19)의 외부 회로에 의해 실현되는 것이 아니라, 히터 출력단(19)의 모듈 내에 통합된다. 모니터링 기능은, 임계 작동 상태가 사전 설정된 시간 임계값보다 더 오래 연속해서 존재하는지의 여부를 검사한다. 그러한 경우에는, 제어 유닛의 에러 메모리 내에 엔트리를 위해 사용되는 상응하는 정보가 출력된다.
추가로, 본 발명에 따라서, 상기 임계 작동 상태에 대한 사전 설정된 시간 임계값이 초과된다면, 임계 작동 상태가 히터 출력단(19)의 하드웨어에 의해 액티브하게 종료된다. 통상, 가열 소자(18)가 에러 없는 람다 프로브(10)에서 연속해서 스위치온되는데 대한 시간 임계값은, 람다 프로브가 손상되는 지속 시간보다 훨씬 더 짧다. 스위치온 모니터링의 모니터링 지속 시간은, 에러 없는 작동 모드에서 람다 프로브(10)의 최대 작동 지속 시간보다 사전 설정된 시간 간격만큼 더 오래 지속된다. 임계 작동 상태를 적시에 액티브하게 비활성화하는 것을 통해, 연결된 람다 프로브(10)의 손상이 확실하게 방지된다. 그 밖에도, 이미 본 발명에 따른 비활성화가 일어났다면, 임계 작동 상태의 재활성화는 히터 출력단(19)의 하드웨어에 의해 방지된다.
추가 실시예들에서, 임계 작동 상태는, 너무 긴 차단일 수 있거나, 또는 특정 전압 또는 특정 전류를 갖는 특정 작동 범위에서 너무 긴 작동일 수 있다. 또한, 추가 실시예에서 임계 작동 상태가 구성될 수 있다.
10: 람다 프로브
11: 농도 셀 또는 네른스트 셀
12: 한계 전류 또는 산소 펌프 셀
13: 외부 펌프 전극
14: 공동부, 측정 가스 챔버
15: 기준 공기 채널
16: 비교기 또는 조절 회로
17: 저항기
18: 가열 소자
19: 히터 출력단
20: 확산 채널
21: 확산 배리어
22: 펄스 폭 변조부
23: 펄스/카운터 펄스 생성부
24: 샘플/홀드 회로

Claims (12)

  1. 자동차 내 전기 소비기(18)의 출력단 제어 방법에 있어서, 상기 전기 소비기(18)의 출력단(19)의 하드웨어 내부에서는 상기 출력단(19) 내에서 직접 상기 전기 소비기(18)의 임계 작동 상태를 모니터링하는 스위치온 모니터링이 실시되는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스위치온 모니터링은, 상기 임계 작동 상태가 사전 설정된 시간 임계값보다 더 오래 연속해서 존재하는지의 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 사전 설정된 시간 임계값이 초과되었다면, 정보가 출력되는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 정보는 제어 유닛의 에러 메모리 내에 엔트리를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 설정된 시간 임계값이 초과된다면, 상기 임계 작동 상태는 상기 출력단(19)의 하드웨어에 의해 액티브한 비활성화를 통해 종료되는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 이미 액티브한 비활성화가 일어났다면, 상기 임계 작동 상태의 재활성화는 상기 출력단(19)의 하드웨어에 의해 방지되는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 소비기(18)의 출력단(19)은 람다 프로브(10)의 히터 출력단인 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치온 모니터링의 모니터링 지속 시간은, 에러 없는 작동 모드에서 상기 전기 소비기의 최대 작동 지속 시간보다 사전 설정된 시간 간격만큼 더 오래 지속되는 것을 특징으로 하는 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따르는 방법의 모든 단계를 실행하도록 설계되는 컴퓨터 프로그램.
  10. 제 9 항에 따르는 컴퓨터 프로그램이 저장되는 전자 저장 매체.
  11. 출력단(19)을 포함하는 전기 소비기(18)로서, 상기 출력단의 하드웨어는 상기 출력단(19) 내에서 임계 상태의 스위치온 모니터링이 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따르는 방법의 단계들에 따라서 실시될 수 있도록 설계되는, 전기 소비기(18).
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전기 소비기(18)는 람다 프로브(10)의 가열 소자인 것을 특징으로 하는 전기 소비기(18).
KR1020167016286A 2013-12-18 2014-11-06 자동차 내 전기 소비기의 출력단 제어 방법 KR102202767B1 (ko)

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