KR20180029611A

KR20180029611A - 에너지 기반 공조연비개선 방법 및 이를 적용한 차량

Info

Publication number: KR20180029611A
Application number: KR1020160117892A
Authority: KR
Inventors: 정태훈; 서정식; 문재연; 송준호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-03-21
Also published as: KR101856357B1

Abstract

본 발명의 에너지 기반 공조연비개선 방법은 주행 상태인 차량에서 액티브 에어플랩(Active Air Flap)의 운동 에너지 소모량과 쿨링팬(Cooling Fan)과 압축기(Compressor)의 전기 에너지 소모량이 제어기에 의해 산출되고, 상기 쿨링팬(Cooling Fan)의 PWM(Pulse Width Modulation) DUTY 출력의 하향(DOWN)으로 상기 전기 에너지 소모량을 낮추고 상향(UP)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높이거나 상기 액티브 에어플랩(Active Air Flap)의 개방 단계의 하향(DOWN)으로 상기 운동 에너지 소모량을 낮추고 상향(UP)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높여주는 에너지 기반모드가 포함됨으로써 차량의 운동에너지와 전기에너지이 균형화로 공조 시스템(Heating Ventilating and Air Conditioning System)의 가동 시 공조연비 저하를 방지하는 특징이 구현된다.

Description

에너지 기반 공조연비개선 방법 및 이를 적용한 차량{Method for Improving Fuel Efficiency Air Conditioning Based On Energy and Vehicle thereof}

본 발명은 공조연비개선에 관한 것으로, 특히 주행 중 에어컨 가동에 따른 차량 에너지 손실(Loss)이 운동에너지와 전기에너지의 소모 측면에서 최적화된 에너지 기반 공조연비개선 방법 및 이를 적용한 차량에 관한 것이다.

차량에 대한 지속적인 연비 개선 추구는 최근 들어 공조연비의 개선을 요구하고 있다.

공조연비개선 요구에 적합한 한 방안으로 액티브 에어플랩(Active Air Flap, 이하 AAF)의 동작 조건 최적제어나 또는 쿨링팬(Cooling Fan)의 회전부하 최소 제어를 예로 들 수 있다.

일례로, AAF는 주행 차량의 상태에 맞춰 엔진룸 내부로 유입되는 공기유량(주행풍)을 제어함으로써 엔진룸으로 항상 주행풍의 도입이 이루어질 때에 비해 감소된 공기저항으로 공력 성능을 개선한다. 그러므로 AAF의 열림/닫힘(Open/Close)을 차속, 냉각수온, 에어컨 압력 등에 맞춰 최적화 하여 제어함으로써 공조연비개선이 가능하다.

다른 일례로, 쿨링팬은 에어컨의 고온고압의 기상 냉매가 콘덴서를 지나며 중온 고압의 액상 냉매로 냉각시켜 열교환을 원활하게 하거나 라디에이터 내부에 흐르는 냉각수를 냉각시켜 열교환이 원활하게 이루어지도록 콘덴서와 라디에이터 쪽으로 동시에 바람을 송풍하여준다. 그러므로 쿨링팬의 회전부하를 차속, 냉각수온, 에어컨 압력 등에 맞춰 PWM(Pulse Width Modulation) DUTY 제어(0~100%)함으로써 공조연비개선이 가능하다.

국내 공개특허공보 10-2013-0062148(2013.06.12)

하지만, 보다 강화된 차량 규제 법규는 공조연비의 개선효과를 더욱 높여 줄 것을 요구하고 있다.

이로 인하여 AAF의 개폐제어에 의한 연비개선과 쿨링팬의 PMW DUTY제어에 의한 연비개선이 개별적이면서 독립적으로 이루어지는 현행 방식의 공조연비개선에 대한 변화를 필요로 하고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 공조 시스템(Heating Ventilating and Air Conditioning System)의 가동 시 운동 에너지 소모 장치의 운동 에너지 소모량과 전기 에너지 소모 장치의 전기 에너지 소모량이 주행 차량의 차속 변화에 맞춰 균형을 이루도록 가변 됨으로써 공조연비 저하를 방지하는 에너지 기반 공조연비개선 방법 및 이를 적용한 차량의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 기반 공조연비개선 방법은 (A) 차량 주행 상태에서 공조 시스템의 ON으로 쿨링팬과 액티브 에어플랩의 각각이 초기 작동 값으로 작동되는 단계, (B) 차속, 에어컨 압력, 냉각수온을 검출하고, 상기 쿨링팬의 PWM DUTY 출력 조정에 의한 전기 에너지소모량과 상기 액티브 에어플랩의 개방 단계 조정에 의한 운동 에너지 소모량이 산출되는 단계, (C)상기 전기 에너지소모량과 상기 운동 에너지 소모량이 일정 시간 경과 후 평균 에너지 저감량이 산출되는 단계, (D) 검출된 차속을 저속구간과 고속구간으로 구분되는 단계, (E) 상기 저속구간에서 상기 쿨링팬의 PWM DUTY 출력의 DOWN(하향)으로 상기 전기 에너지 소모량을 낮추고 UP(상향)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높여주는 A 모드 수행 단계, (F)상기 고속구간에서 상기 액티브 에어플랩의 AAF 개방 단계의 DOWN(하향)으로 상기 운동 에너지 소모량을 낮추고 UP(상향)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높여주는 B 모드 수행 단계, (G) 검출된 냉각수온과 에어컨 압력이 리셋(RESET)조건인 경우 상기 저속구간의 상기 쿨링팬 제어와 상기 고속구간의 상기 액티브 에어플랩 제어를 중단하고, 상기 액티브 에어플랩을 OPEN으로 전환하는 단계, (H) 에어컨 시스템 OFF 또는 시동 OFF가 검출되면, 상기 쿨링팬과 상기 액티브 에어플랩의 제어가 모두 중지되는 단계로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 A 모드 수행 단계는, (e-1) 상기 평균 에너지 저감량을 저속주행 최적에너지로 정의하는 단계, (e-2) 상기 쿨링팬이 상기 DOWN(하향)된 후 상기 쿨링팬의 전기 에너지소모량과 상기 액티브 에어플랩의 운동 에너지 소모량이 재계산되어 저속주행 평균 에너지 저감량으로 산출되는 단계, (e-3) 상기 저속주행 최적에너지가 상기 저속주행 평균 에너지 저감량보다 크지 않은 경우 상기 쿨링팬이 상기 UP(상향)되는 단계, (e-4) 상기 쿨링팬과 상기 액티브 에어플랩의 작동상태를 유지시키는 단계, (e-5) 상기 저속주행 최적에너지가 상기 저속주행 평균 에너지 저감량보다 큰 값인 경우 상기 쿨링팬의 상기 DOWN(하향)을 유지하는 단계로 구분된다.

상기 B 모드 수행 단계는, (f-1) 상기 평균 에너지 저감량을 고속주행 최적에너지로 정의하는 단계, (f-2) 상기 액티브 에어플랩이 상기 DOWN(하향)된 후 상기 액티브 에어플랩의 운동 에너지소모량과 상기 쿨링팬의 전기 에너지 소모량이 재계산되어 고속주행 평균 에너지 저감량으로 산출되는 단계, (f-3) 상기 고속주행 최적에너지가 상기 고속주행 평균 에너지 저감량보다 크지 않은 경우 상기 액티브 에어플랩이 상기 UP(상향)되는 단계, (e-4) 상기 액티브 에어플랩과 상기 쿨링팬의 작동상태를 유지시키는 단계, (e-5) 상기 고속주행 최적에너지가 상기 고속주행 평균 에너지 저감량보다 큰 값인 경우 상기 액티브 에어플랩의 상기 DOWN(하향)을 유지하는 단계로 구분된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 차량 주행 중 에어컨 ON 시 액티브 에어플랩의 운동 에너지 소모량과 쿨링팬과 압축기의 전기 에너지 소모량을 산출하고, 검출된 차속을 저속구간과 고속구간으로 구분하며, 상기 저속구간에서 상기 쿨링팬의 PWM DUTY 출력의 하향(DOWN)으로 상기 전기 에너지 소모량을 낮추고 상향(UP)으로 상기 전기 에너지 소모량을 높이거나 상기 고속구간에서 상기 액티브 에어플랩의 AAF 개방 단계의 하향(DOWN)으로 상기 운동 에너지 소모량을 낮추고 상향(UP)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높여주는 공조제어기; 상기 공조제어기로 제어되는 공조 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 차량은 차량 에너지 소모 관점에서 공조 시스템을 가동 제어함으로써 공조연비를 보다 향상할 수 있다.

또한, 본 발명의 차량은 공조 시스템 중 에너지 부하가 가장 큰 에어컨 시스템 가동 시 공조연비 개선이 이루어짐으로써 차량이 목표로 하는 연비 개선에 대한 기여 폭을 보다 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 공조연비개선은 운동에너지 소모가 가장 큰 액티브 에어플랩의 동작이 전기에너지를 소모하는 PWM 타입 쿨링팬과 협동 제어로 개폐 제어됨으로써 써 공조연비 개선 효과를 최대화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 액티브 에어플랩의 개폐 제어가 PWM 타입 쿨링팬과 에어컨 압축기(Compressor)의 연계로 더욱 세분됨으로써 공조연비 개선 효과를 더욱 최대화 할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 에너지 기반 공조연비개선 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따른 공조 시스템이 적용된 차량의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 차량의 총 에너지를 공조 시스템의 운동에너지와 전기에너지로 구분한 에너지 기반 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 에너지 기반 공조연비개선이 압축기의 전기에너지 변화로 구현되는 상태이며, 도 7은 본 발명에 따른 에너지 기반 공조연비개선이 액티브 에어플랩의 전기에너지 변화로 구현되는 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 에너지 기반 공조연비개선 방법은 차량의 총 에너지를 차량주행에 따른 운동 에너지와 전기부하(배터리 전력 소모)에 따른 전기에너지로 구분하고, AAF의 OPEN/CLOSE 동작에 따른 소모되는 운동 에너지와 쿨링팬의 0~100% PWM DUTY 제어와 압축기의 2000~9000RPM 회전에 따라 각각 소모되는 전기에너지의 합이 시간경과를 고려한 평균 에너지 저감량(E)으로 전환되며, AAF의 열림량(OPEN)이나 닫힘량(CLOSE)과 쿨링팬의 PWM DUTY 출력 크기가 상기 평균 에너지 저감량(E)을 최소화하도록 서로 협동 제어됨으로써 에어컨 가동에 따른 냉방성능은 동등수준으로 유지하면서도 공조연비향상이 이루어짐에 그 특징을 갖는다.

도 4를 참조하면, 차량(1)은 공조 시스템(Heating Ventilating and Air Conditioning System)(10), 맵(Map)(20-1,20-2)을 구비한 제어기(20)를 포함한다.

구체적으로 상기 공조 시스템(10)은 도시되지 않았으나 차량의 냉방 및 난방을 위한 장치들을 모두 구비하며, 에어컨(11)의 압축기(Compressor)(11-1), 쿨링팬(Cooling Fan)(13), 액티브 에어플랩(Active Air Flap)(15)은 동작 시 전기 에너지와 운동 에너지이 소모량이 최소화되도록 협동 제어되는 구성요소로 예시된 경우이다. 일례로, 상기 압축기(11-1)는 에어컨(11)의 가동 시 함께 구동되면서 약 2000~9000 RPM을 가동영역으로 하고, 상기 쿨링팬(13)은 에어컨(11)의 냉매 상 열교환과 라디에이터(Radiator)의 냉각수 열교환이 원활해지도록 0~100% PWM DUTY 제어된다. 그러므로 상기 압축기(11-1)와 상기 쿨링 팬(13)의 전력 소모는 차량(1)의 총 전기 에너지를 낮춰준다. 상기 AAF(15)은 플랩(Flap)을 닫힘(Close)에서 열림(OPEN)으로 개방하여 주행풍이 엔진룸을 통과하게 함으로써 차량(1)의 공력저항을 증가 시켜준다. 그러므로 상기 AAF(15)의 플랩 개방정도는 차량(1)의 총 운동 에너지를 낮춰준다.

구체적으로 상기 제어기(20)는 차속과 냉각수온 및 시동키 온/오프 신호를 검출하여 공조 시스템(10)의 냉/난방을 제어하고, AAF(15)의 플랩을 개방하는 AAF 맵(Active Air Flap Map)(20-1)과 쿨링팬(13)의 PWM DUTY 출력을 제어하는 쿨링팬 맵(20-2)을 구비한다. 상기 제어기(20)와 상기 AAF 맵(20-1) 및 상기 쿨링팬 맵(20-2)은 공조 시스템(10)의 공조제어기를 적용한다.

도 5를 참조하면, 상기 제어기(20)는 검출된 내기온, 20 ~ 50℃의 외기온, 1에서 8단의 냉방부하제어(블로우 송풍), 30 ~ 160 kph의 차속, 에어컨 압력(psa)을 공통변수로 하고, 각각 전기에너지를 소모하는 압축기(11-1)와 쿨링팬(13) 및 운동에너지를 감소시키는 AAF(15)를 제어변수로 하며, 차량(1)의 주행상태등에 따라 운동에너지와 전기에너지의 비중을 달리함으로써 공조연비 극대화를 위한 최적 제어방법으로 차량 에너지 소모 최소화가 이루어진다.

특히, 상기 제어기(20)는 에어컨(11)의 압력 상승에 따른 AAF OPEN 조건 진입 등을 리셋 조건(RESET CONDITION)으로 적용한다. 상기 AAF 맵(20-2)은 AAF 개방레벨(OPEN LEVEL)을 1단계 (CLOSE), 2단계 (25% OPEN), 3단계 (50% OPEN), 4단계 (75% OPEN), 5단계 (OPEN)로 구분하고, 상기 1에서 5단계 중 어느 한 단계를 초기 작동 값으로 하는 BASE 맵을 포함한다. 상기 쿨링팬 맵(20-1)은 1에서 8단의 냉방부하 별 매칭되는 0~100% PWM DUTY의 출력구간을 초기 작동 값으로 하는 BASE 맵을 포함한다.

이하 도 1의 공조연비개선 방법을 에너지 기반모드로 하고, 이에 대해 도 2 내지 도 7을 참조로 상세히 설명한다. 여기서, 제어 주체는 AAF 맵(20-1) 및 쿨링팬 맵(20-2)과 연계된 제어기(20)이고, 제어기(10)는 공조 시스템(10)의 공조 제어기일 수 있다. 그리고 제어 대상은 에어컨(11)의 가동 시 압축기(11-1)와 쿨링팬(13) 및 AAF(15)이다. 상기 에어컨(11)은 공조 시스템(10)으로 칭하고 20 ~ 50℃의 외기온과 30 ~ 160 kph의 차속에서 동작함으로 가정한다.

S10은 제어기(20)에 의해 공조 시스템(10)의 작동 신호(ON)가 검출되는 단계이고, S20은 제어기(20)에 의해 압축기(11-1)와 쿨링팬(13) 및 AAF(15)가 작동되는 단계이다. 이 경우 제어기(20)는 공조 시스템(10)을 쿨링팬(13)의 0~100% PWM DUTY 출력을 1에서 8단의 냉방부하 별 매칭된 BASE 맵의 초기 작동 값으로 작동시키고, AAF(15)의 플랩 개방을 1에서 5단계의 플랩 개방 별 매칭된 BASE 맵의 초기 작동 값으로 작동시켜 준다.

S30은 제어기(20)에 의해 차속(kph), 에어컨 압력(psa), 냉각수온(℃)을 제어변수로 검출하는 단계이고, S40은 제어기(20)에 의해 쿨링팬(13)과 AAF(15)의 초기 작동값이 변경되는 단계이다. 이 경우 제어기(20)는 차속(kph), 에어컨 압력(psa), 냉각수온(℃)의 검출 값으로 BASE 맵의 초기 작동 값을 적절하게 변경시켜 준다. 일례로, 쿨링팬(13)의 변경된 PWM DUTY 출력은 초기 작동 값 이상에서 100% 이하이고, AAF(15)의 변경된 플랩 개방은 초기 작동 단계 이상에서 5단계 이하이다.

S50은 제어기(20)에 의해 쿨링펜 DUTY 출력 및 AAF 개방단계의 조정으로 인한 운동 에너지와 전기에너지의 저감량 산출이 이루어지는 단계이고, S60은 제어기(20)에 의해 산출된 에너지 저감량의 시간 경과에 따른 에너지 저감량 평균화로 평균 에너지 저감량(E)이 산출되는 단계이다. 이 경우 제어기(20)는 압축기(11-1)와 쿨링펜(13)의 전기 에너지(W)와 AAF(15)의 운동 에너지(W)는 각각 하기의 식으로 계산한다.

전기 에너지(W) : W = Q * V

운동 에너지(W) : W = Cd x 0.5 x 밀도 x 차속

여기서 Q는 전하[C]이고, V는 전압[V]이며, Cd는 차량(1)의 공기저항을 나타내는 항력 계수이며, *와 x는 곱셈기호이다.

이어 제어기(20)는 쿨링펜(13)과 AAF(15)가 각각 조정된 단계로 유지된 사간 경과를 체크하고, 상기 전기 에너지(W)와 상기 운동 에너지(W)를 합친 후 유지를 위한 경과시간으로 나누어 에너지 저감량이 평균된 평균 에너지 저감량(E)을 산출한다.

S70-1은 제어기(20)가 현재 차속(V)이 0 < 차속 ≤ A 인 경우 S80의 A 모드 수행으로 진입하는 경우이고, S70-2는 제어기(20)에 의해 현재 차속(V)이 A < 차속 ≤ B 인 경우 S90의 B 모드 수행으로 진입하는 경우이다. 여기서, "< "는 두 값의 크기가 크고 작음을 나타내고, "≤"는 두 값의 크기가 같거나 큼을 나타낸다. 그러므로 상기 평균 에너지 저감량(E)은 차량(1)의 현재 검출된 차속(V)을 기준으로 하여 S80의 A 모드(저속모드) 수행과 S90의 B 모드(고속모드) 수행으로 구분된다.

도 2 및 도 6은 S80의 A 모드(저속모드) 수행을 예시한다.

도 2를 참조하면, 상기 A 모드(저속모드) 수행은 S81의 평균 에너지 저감량(E)을 저속주행 최적에너지(E1)로 정의하는 단계, S82의 쿨링팬 DUTY DOWN(하향) 단계, S83의 에너지 저감량 재 산출단계, S84의 시간(T) 경과에 따른 저속주행 평균 에너지 저감량(E2)을 산출하는 단계, S85의 저속주행 최적에너지(E1)가 저속주행 평균 에너지 저감량(E2)보다 큰 값인 경우 쿨링팬 DUTY DOWN(하향)을 유지하는 단계, S86의 저속주행 최적에너지(E1)가 저속주행 평균 에너지 저감량(E2)보다 크지 않은 경우 쿨링팬 DUTY UP(상향) 단계, S87의 쿨링펜 DUTY UP(상향) 유지 및 AAF 개방단계 유지 단계로 구분된다.

도 6을 참조하면, 제어기(20)의 A 모드(저속모드) 수행은 평균 에너지 저감량(E)이 산출될 때 AFF(15)의 개방 단계를 그대로 유지한 반면 쿨링팬(13)의 PWM DUTY 출력(a)을 변화시켜준다. 상기 PWM DUTY 출력(a)의 변화는 S82의 경우 약 5% PWM DUTY DOWN(하향)이고 S86의 경우 약 5% PWM DUTY UP(상향)이다.

그러므로 제어기(20)가 쿨링팬(13)의 PWM DUTY 출력을 약 5% DOWN(하향)하는 경우엔 저속 주행의 속도증가로 AFF(15)에 의한 운동에너지 소모량 감소가 늘어나는 상태에서 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량을 줄여 주게 된다. 그 결과 AAF(15)의 운동에너지 소모량과 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량을 100%로 할 때 저속주행 평균 에너지 저감량(E2)은 AAF(15)의 운동에너지 소모량 대비 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량이 더 작아진다. 따라서 차량(1)은 운동 에너지 소모량이 늘어나는 저속 주행 시 전기에너지 소모량을 보다 작게 하여 총 에너지 소모량을 동일하게 유지함으로써 운동 에너지와 전기 에너지의 부조화에 따른 공조 연비 저하를 방지할 수 있다.

반면 제어기(20)가 쿨링팬(13)의 PWM DUTY 출력을 약 5% UP(상향)하는 경우엔 저속 주행의 속도저하로 AAF(15)에 의한 운동에너지 소모량이 줄어드는 상태에서 쿨링 팬(13)의 전기에너지 소모량을 증가시켜 주게 된다. 그 결과 AFF(15)의 운동에너지 소모량과 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량을 100%로 할 때 저속주행 평균 에너지 저감량(E2)은 AFF(15)의 운동에너지 소모량 대비 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량이 더 크게 된다. 따라서 차량(1)은 운동 에너지 소모량이 줄어드는 저속 주행 시 전기에너지 소모량을 보다 크게 하여 총 에너지 소모량을 동일하게 유지함으로써 냉방 성능을 향상하면서도 운동 에너지와 전기 에너지의 부조화에 따른 공조 연비 저하를 방지할 수 있다.

도 3 및 도 7은 S90의 B 모드(고속모드) 수행을 각각 예시한다.

도 3을 참조하면, 상기 B 모드(고속모드) 수행은 S91의 평균 에너지 저감량(E)을 고속주행 최적에너지(E3)로 정의하는 단계, S92의 AAF 개방단계 DOWN(하향) 단계, S93의 에너지 저감량 재 산출단계, S94의 시간(T) 경과에 따른 고속주행 평균 에너지 저감량(E4)을 산출하는 단계, S95의 고속주행 최적에너지(E3)가 고속주행 평균 에너지 저감량(E4)보다 큰 값인 경우 AAF 개방단계 DOWN(하향)을 유지하는 단계, S96의 고속주행 최적에너지(E3)가 고속주행 평균 에너지 저감량(E4)보다 크지 않은 경우 AAF 개방단계 UP(상향) 단계, S87의 AAF 개방단계 UP(상향) 유지 및 쿨링 펜 DUTY유지 단계로 구분된다.

도 7을 참조하면, 제어기(20)의 B 모드(고속모드) 수행은 평균 에너지 저감량(E)이 산출될 때 쿨링팬(13)의 PWM DUTY 출력을 그대로 유지한 반면 AFF(15)의 개방 단계 변화를 위한 AAF 출력(b)을 변화시켜준다. 상기 AAF 출력(b)의 변화는 S92의 경우 1단계 DOWN(하향)이고 S86의 경우 1단계 UP(상향)이다.

그러므로 제어기(20)가 AAF(15)의 개방 단계를 1단계 DOWN(하향)하는 경우엔 고속 주행의 속도 저하로 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량이 유지되는 상태에서 AFF(15)에 의한 운동에너지 소모량이 감소하게 된다. 그 결과 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량과 AAF(15)의 운동에너지 소모량을 100%로 할 때 고속주행 평균 에너지 저감량(E4)은 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량 대비 AAF(15)의 운동에너지 소모량이 더 작아진다. 따라서 차량(1)은 운동 에너지 소모량이 크게 늘어나는 고속 주행의 속도 증가 시 AAF(15)의 1단계 DOWN(하향)으로 운동 에너지 소모량을 감소시켜 총 에너지 소모량을 동일하게 유지시켜줌으로써 고속주행에서 발생되는 운동 에너지와 전기 에너지의 부조화에 따른 공조 연비 저하를 방지할 수 있다.

반면 제어기(20)가 AFF(15)의 개방 단계를 1단계 UP(상향)하는 경우엔 고속 주행의 속도 증가로 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량이 유지되는 상태에서 AAF(15)에 의한 운동에너지 소모량이 늘어나게 된다. 그 결과 AAF(15)의 운동에너지 소모량과 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량을 100%로 할 때 고속주행 평균 에너지 저감량(E4)은 AAF(15)의 운동에너지 소모량 대비 쿨링팬(13)의 전기에너지 소모량이 더 크게 된다. 따라서 차량(1)은 운동 에너지 소모량이 줄어드는 고속 주행의 속도 저하 시 AAF(15)의 1단계 UP(하향)으로 운동 에너지 소모량을 증가시켜 총 에너지 소모량을 동일하게 유지시켜줌으로써 고속주행에서 발생되는 운동 에너지와 전기 에너지의 부조화에 따른 공조 연비 저하를 방지할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, S100-1은 제어기(20)에 의해 A 모드나 B 모드의 리셋(RESET)조건이 판단되는 단계이다. 이를 위해 제어기(20)는 냉각수온과 에어컨 압력을 검출하고, 상승된 냉각수온 이나 상승된 에어컨 압력이 설정 값에 도달된 경우를 AAF OPEN 조건 진입으로 판단하여 A 모드나 B 모드를 리셋(RESET)한다. 그 결과 AAF(15)는 A 모드나 B 모드와 관계없이 무조건 OPEN으로 개방됨으로써 엔진룸으로 유입되는 주행풍으로 냉각수 또는 냉매의 냉각효율을 높여주는 제어를 수행한다. 여기서, AAF(15)의 OPEN은 CLOSE의 1단계, 25% OPEN의 2단계, 50% OPEN의 3단계, 75% OPEN의 4단계에 이어진 100% OPEN을 의미한다.

S100-2는 제어기(20)에 의해 에어컨 시스템 오프(OFF) 또는 시동 OFF가 검출되는 단계이다. 그러므로 제어기(20)는 에어컨 시스템 오프(OFF) 또는 시동 OFF인 경우 에너지 기반의 공조연비개선 제어를 중단하고 초기화시켜 준다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에너지 기반 공조연비개선 방법은 주행 상태인 차량에서 액티브 에어플랩(Active Air Flap)의 운동 에너지 소모량과 쿨링 팬(Cooling Fan)과 압축기(Compressor)의 전기 에너지 소모량이 제어기에 의해 산출되고, 상기 쿨링팬(Cooling Fan)의 PWM(Pulse Width Modulation) DUTY 출력의 하향(DOWN)으로 상기 전기 에너지 소모량을 낮추고 상향(UP)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높이거나 상기 액티브 에어플랩(Active Air Flap)의 개방 단계의 하향(DOWN)으로 상기 운동 에너지 소모량을 낮추고 상향(UP)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높여주는 에너지 기반모드가 포함됨으로써 차량의 운동에너지와 전기에너지이 균형화로 공조 시스템(Heating Ventilating and Air Conditioning System)의 가동 시 공조연비 저하를 방지한다.

1 : 차량
10 : 공조 시스템(Heating Ventilating and Air Conditioning System)
11 : 에어컨 11-1 : 압축기(Compressor)
13 : 쿨링팬(Cooling Fan) 15 : 액티브 에어플랩(Active Air Flap)
20 : 제어기 20-1 : AAF 맵(Active Air Flap Map)
20-2 : 쿨링팬 맵

Claims

주행 상태인 차량에서 액티브 에어플랩(Active Air Flap)의 운동 에너지 소모량과 쿨링팬(Cooling Fan)과 압축기(Compressor)의 전기 에너지 소모량이 제어기에 의해 산출되고, 상기 쿨링팬의 PWM(Pulse Width Modulation) DUTY 출력의 DOWN(하향)으로 상기 전기 에너지 소모량을 낮추고 UP(상향)으로 상기 전기 에너지 소모량을 높이거나 상기 액티브 에어플랩의 AAF 개방 단계의 DOWN(하향)으로 상기 운동 에너지 소모량을 낮추고 UP(상향)으로 상기 운동 에너지 소모량을 높여주는 에너지 기반모드;
가 포함된 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 쿨링팬과 상기 액티브 에어플랩의 각 제어는 상기 차량의 차속으로 구분되고, 상기 액티브 에어플랩은 상기 쿨링팬보다 높은 차속에서 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 에너지 기반모드는, (A) 공조 시스템의 ON으로 상기 쿨링 팬과 상기 액티브 에어플랩의 각각이 초기 작동 값으로 작동되는 단계, (B) 차속, 에어컨 압력, 냉각수온을 검출하고, 상기 쿨링팬의 PWM DUTY 출력 조정에 의한 전기 에너지소모량과 상기 액티브 에어플랩의 개방 단계 조정에 의한 운동 에너지 소모량이 산출되는 단계, (C) 상기 전기 에너지소모량과 상기 운동 에너지 소모량의 합이 평균 에너지 저감량으로 산출되는 단계, (D) 검출된 차속을 저속구간과 고속구간으로 구분하는 단계, (E) 상기 저속구간에서 상기 쿨링팬을 상기 하향(DOWN)과 상기 상향(UP)으로 제어하는 A 모드 수행 단계, (F)상기 고속구간에서 상기 액티브 에어플랩을 상기 하향(DOWN)과 상기 상향(UP)으로 제어하는 B 모드 수행 단계, (G) 검출된 냉각수온과 에어컨 압력이 리셋(RESET)조건인 경우 상기 저속구간의 상기 쿨링팬 제어와 상기 고속구간의 상기 액티브 에어플랩 제어를 중단하고, 상기 액티브 에어플랩을 OPEN으로 전환하는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 평균 에너지 저감량은 시간 경과로 평균화되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 A 모드 수행 단계는, (e-1) 상기 평균 에너지 저감량을 저속주행 최적에너지로 정의하는 단계, (e-2) 상기 쿨링팬이 상기 DOWN(하향)된 후 상기 쿨링팬의 전기 에너지소모량과 상기 액티브 에어플랩의 운동 에너지 소모량이 재계산되어 저속주행 평균 에너지 저감량(E2)으로 산출되는 단계, (e-3) 상기 저속주행 최적에너지가 상기 저속주행 평균 에너지 저감량보다 크지 않은 경우 상기 쿨링팬이 상기 UP(상향)되는 단계, (e-4) 상기 쿨링팬과 상기 액티브 에어플랩의 작동상태를 유지시키는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 저속주행 평균 에너지 저감량은 시간 경과로 평균화되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 쿨링팬의 상기 DOWN(하향)은 PWM DUTY를 5% 감소시키는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 쿨링팬의 상기 UP(상향)은 PWM DUTY를 5% 증가시키는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 A 모드 수행 단계는, (e-5) 상기 저속주행 최적에너지가 상기 저속주행 평균 에너지 저감량보다 큰 값인 경우 상기 쿨링팬의 상기 DOWN(하향)을 유지하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 B 모드 수행 단계는, (f-1) 상기 평균 에너지 저감량을 고속주행 최적에너지로 정의하는 단계, (f-2) 상기 액티브 에어플랩이 상기 DOWN(하향)된 후 상기 액티브 에어플랩의 운동 에너지소모량과 상기 쿨링팬의 전기 에너지 소모량이 재계산되어 고속주행 평균 에너지 저감량으로 산출되는 단계, (f-3) 상기 고속주행 최적에너지가 상기 고속주행 평균 에너지 저감량보다 크지 않은 경우 상기 액티브 에어플랩이 상기 UP(상향)되는 단계, (e-4) 상기 액티브 에어플랩과 상기 쿨링팬의 작동상태를 유지시키는 단계
로 구분되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 고속주행 평균 에너지 저감량은 시간 경과로 평균화되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 액티브 에어플랩의 상기 DOWN(하향)은 주행풍의 엔진룸 유입이 감소되는 AAF 개방단계의 1단계 낮춤인 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 액티브 에어플랩의 상기 UP(상향)은 주행풍의 엔진룸 유입이 증가되는 AAF 개방단계의 1단계 올림인 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 B 모드 수행 단계는, (e-5) 상기 고속주행 최적에너지가 상기 고속주행 평균 에너지 저감량보다 큰 값인 경우 상기 액티브 에어플랩의 상기 DOWN(하향)을 유지하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 에너지 기반모드는 에어컨 시스템 OFF 또는 시동 OFF 시 중지되는 것을 특징으로 하는 에너지 기반 공조연비개선 방법.
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 의한 에너지 기반 공조연비개선 방법이 수행되는 공조제어기;
상기 공조 제어기로 제어되고, 에어컨을 구비한 공조 시스템(Heating Ventilating and Air Conditioning System);
이 포함된 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 16에 있어서, 상기 공조 제어기는 AAF 맵(20-1)과 쿨링팬 맵(20-2)을 구비하고, 상기 AAF 맵은 상기 에어컨 ON 시 액티브 에어플랩의 1~5단계 중 어느 한 단계를 초기 작동 값으로 하는 BASE 맵을 포함하며, 상기 쿨링팬 맵은 0~100%의 PWM(Pulse Width Modulation) DUTY 출력구간 중 어느 한 구간을 초기 작동 값으로 하는 BASE 맵을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 17에 있어서, 상기 1단계는 상기 액티브 에어플랩의 CLOSE이고, 5단계 상기 액티브 에어플랩의 OPEN이고, 상기 2단계는 상기 액티브 에어플랩의 25% OPEN, 상기 3단계는 상기 액티브 에어플랩의 50% OPEN, 상기 4단계는 상기 액티브 에어플랩의 75% OPEN인 것을 특징으로 하는 차량.