KR20220157683A - 차량용 공조장치 - Google Patents

차량용 공조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220157683A
KR20220157683A KR1020210065504A KR20210065504A KR20220157683A KR 20220157683 A KR20220157683 A KR 20220157683A KR 1020210065504 A KR1020210065504 A KR 1020210065504A KR 20210065504 A KR20210065504 A KR 20210065504A KR 20220157683 A KR20220157683 A KR 20220157683A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
vehicle
equation
temperature
interior
air
Prior art date
Application number
KR1020210065504A
Other languages
English (en)
Inventor
김철순
김탁준
유상준
정홍래
남궁준
류희진
이재우
정대엽
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to KR1020210065504A priority Critical patent/KR20220157683A/ko
Publication of KR20220157683A publication Critical patent/KR20220157683A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/00807—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being a specific way of measuring or calculating an air or coolant temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/0073—Control systems or circuits characterised by particular algorithms or computational models, e.g. fuzzy logic or dynamic models
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/0075—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being solar radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00735—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models
    • B60H1/00764—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being a vehicle driving condition, e.g. speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 인카센서 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있도록 구성함으로써, 인카센서의 고장과 오작동으로 인한 차실내 온도 감지오류와, 그로 인한 부정확한 차실내 온도제어를 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 각 센서들로부터 입력된 차실외 온도정보와, 공조정보와, 주행정보를 처리하여 최적의 공조 제어값을 산출하고, 산출된 공조 제어값에 따라 공조장치를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 제어부는, 차실내에 유입 및 전달되어 차실내 온도에 영향을 주는 적어도 하나 이상의 열원인자의 실시간 열량 정보를 근거로 차실내 온도를 추정하고, 추정한 차실내 온도에 의거하여 공조장치를 제어한다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인카센서 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있도록 구성함으로써, 인카센서의 고장과 오작동으로 인한 차실내 온도 감지오류와, 그로 인한 부정확한 차실내 온도제어를 방지할 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
최근 들어, 차량용 공조장치는 자동제어방식으로 개선되고 있다.
자동제어방식 공조장치(이하, "공조장치"라 약칭함)는, 외기센서와 인카센서(In-Car Sensor)와 일사센서와 토출공기온센서 등을 통해 외기온도와 내기온도와 일사량과 토출공기온 등을 감지하고, 감지된 각각의 데이터들을 처리하여 최적의 제어값을 산출한다.
그리고 산출된 최적의 제어값에 따라 에어컨과 히터와 각종 도어를 자동으로 제어한다.
따라서, 차실내로 공급되는 공기의 온도와 풍량과 토출방향 등을, 차실내외의 온도 조건에 맞춰 자동으로 조절한다. 이로써, 차실내의 온도를 항상 쾌적하게 유지시킨다.
여기서, 차실내 온도를 감지하는 인카센서는, 운전석 앞부분의 센터 페시아(Center Facia)의 내측에 설치되며, 이렇게 설치된 인카센서는, 흡기팬에 의해 흡입되는 차실내 공기와 접촉하면서 차실내의 온도를 감지하도록 구성된다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, 차실내 온도를 감지하는 인카센서가 특정 원인에 의해 고장나거나 오작동이 발생될 경우, 예를 들면, 단선, 흡기팬의 고장으로 인한 차실내 공기 흡입 부족 등의 원인에 의해 인카센서가 고장나거나 오작동이 발생될 경우, 정확한 차실내의 공기 온도를 감지할 수 없다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 부정확한 온도 데이터를 기준으로 공조장치가 제어될 수 밖에 없고, 그 결과, 정확한 차실내 온도 제어가 어려워 차실내의 쾌적성이 현저하게 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 인카센서의 감지정보 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 인카센서의 감지정보 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있도록 구성함으로써, 인카센서의 고장과 오작동으로 인한 차실내 온도 감지오류와, 그로 인한 부정확한 차실내 온도제어를 방지할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 인카센서의 감지정보 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있도록 구성함으로써, 차실내 온도를 감지하기 위한 인카센서가 필요없는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 차실내 온도를 감지하기 위한 인카센서가 필요없으므로, 부품수를 줄일 수 있고, 이로써, 원가절감의 효과를 도모할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 공조장치는, 각 센서들로부터 입력된 차실외 온도정보와, 공조정보와, 주행정보를 처리하여 최적의 공조 제어값을 산출하고, 산출된 공조 제어값에 따라 공조장치를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 제어부는, 차실내에 유입 및 전달되어 차실내 온도에 영향을 주는 적어도 하나 이상의 열원인자의 실시간 열량 정보를 근거로 차실내 온도를 추정하고, 추정한 차실내 온도에 의거하여 공조장치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 차실내에 유입 및 전달되는 열원인자는, 외기온, 엔진열, 일사량, 공조장치의 공조풍, 내장재 방출열이며, 상기 제어부는, 각 센서에서 실시간으로 입력된 외기온 정보, 엔진냉각수온 정보, 토출공기온 정보, 차속 정보 및, 기설정된 차량의 제원 정보 중 하나 이상을 근거로, 상기 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피를 미리 내장된 연산식으로 각각 정의하고, 정의된 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 미리 내장된 미분방정식으로 연산 처리하여 차실내 온도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 외기온에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00001
)과, 엔진열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00002
)과, 내장재 방출열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00003
)과, 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내 엔탈피 변화량(
Figure pat00004
)을 미리 설정된 아래의 [식 1] 내지 [식 4]로 정의하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure pat00005
(
Figure pat00006
: 유리창 표면적(m2),
Figure pat00007
: 유리창 총괄열전달계수(W/m2K),
Figure pat00008
: 차실내를 둘러싼 차체 표면적(m2),
Figure pat00009
: 차체 총괄열전달계수(W/m2K),
Figure pat00010
: 외기온도(℃), T : 차실내 온도(℃))
[식 2]
Figure pat00011
(
Figure pat00012
: 엔진열이 전달되는 표면적(m2),
Figure pat00013
: 엔진열 총괄열전달계수(W/m2K),
Figure pat00014
: 엔진온도(℃), T : 차실내 온도(℃2))
[식 3]
Figure pat00015
(
Figure pat00016
: 내장재 표면적(m2),
Figure pat00017
: 내장재 대류열전달계수(W/m2K),
Figure pat00018
: 내장재 온도(℃), T : 차실내 온도(℃2))
[식 4]
Figure pat00019
=
Figure pat00020
(
Figure pat00021
: 차실내로 공급되고 배출되는 공조풍의 질량유량(Mass Flow)(kg/s),
Figure pat00022
: 공조장치의 차실내토출공기온(℃), T: 차실내 온도(℃2))
그리고 상기 제어부는, 상기 [식 1] 내지 [식 4]에 의해 정의된 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 미리 설정된 아래의 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]에 대입한 후, 상기 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]를 연립하여 차실내 온도(T)를 산출하는 것을 특징으로 한다.
[미분방정식 1]
Figure pat00023
(
Figure pat00024
: 외기온에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
Figure pat00025
: 엔진열에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
Figure pat00026
: 내장재 방출열에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
Figure pat00027
: 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내의 엔탈피 변화량(kj),
Figure pat00028
Figure pat00029
: 차실내 공기의 질량(㎏),
Figure pat00030
: 차실내 공기의 비열용량(kj/㎏K))
[미분방정식 2]
Figure pat00031
(
Figure pat00032
: 내장재 온도(℃),
Figure pat00033
: 내장재 표면적(m2),
Figure pat00034
: 내장재 대류열전달계수(W/m2K),
Figure pat00035
: 내장재 질량(㎏),
Figure pat00036
: 내장재 비열용량(kj/㎏K))
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 의하면, 차실내 온도에 영향을 주는 여러 열원인자들의 실시간 열량 정보를 기반으로 차실내 온도를 추정하는 구조이므로, 인카센서의 감지정보 없이도 정확한 차실내 온도 정보를 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인카센서의 감지정보 없이도 정확한 차실내 온도 정보를 확보할 수 있으므로, 인카센서의 고장과 오작동의 발생 시에, 인카센서의 감지정보를 대신하여, 차실내 전달 열량 정보를 기반으로 추정한 차실내 온도를 공조장치 제어에 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차실내 전달 열량 정보를 기반으로 추정한 차실내 온도를 공조장치 제어에 사용할 수 있으므로, 인카센서의 고장과 오작동으로 인한 차실내 온도 감지오류와, 그로 인한 부정확한 차실내 온도제어를 원천적으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인카센서의 감지정보 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있으므로, 상기 인카센서를 삭제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인카센서를 삭제할 수 있으므로, 부품수를 줄일 수 있고, 이로써, 원가절감의 효과를 도모할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 1을 참조하여 자동제어방식의 공조장치에 대해 간략하게 살펴본다.
자동제어방식의 공조장치는, 외기센서(10)와 일사센서(12)와 엔진냉각수온센서(14)와 토출공기온센서(16) 등을 통해 외기온도와 일사량과 엔진냉각수온도와 토출공기온 등이 감지되면, 감지된 각각의 데이터들을 제어부(20)가 처리하여 최적의 제어값을 산출한다.
그리고 산출된 최적의 제어값에 따라 에어컨(30)과 히터(32)와 템프도어(34)와 인테이크 도어(36)와 각 모드 도어(38) 및 블로어(39) 등을 자동으로 제어한다.
따라서, 차실내로 공급되는 공기의 온도와 풍량과 토출방향 등을, 차실내외의 온도 조건에 맞춰 자동으로 조절한다. 이로써, 차실내의 온도를 항상 쾌적하게 유지시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 공조장치는, 제어부(20)를 구비하되, 상기 제어부(20)는, 차실내 온도에 영향을 주는 적어도 하나 이상의 열원인자(熱源因子)의 실시간 열량 정보를 기반으로 차실내 온도를 추정하는 차실내온 추정부(22)를 포함한다.
차실내온 추정부(22)는, 일종의 연산 프로그램으로서, 차실내 온도에 영향을 주는 여러 열원인자, 예를 들면, 외기온, 엔진열, 일사량, 공조장치의 공조풍, 내장재 방출열의 각 열량 및 엔탈피(Enthalpy)들을 연산식으로 각각 정의한 다음, 정의된 각 열원인자별 열량 연산식을 미리 내장된 미분방정식으로 연산 처리하여 차실내의 온도를 산출하도록 구성된다.
이를 좀 더 상세하게 설명하면, 차실내의 온도는 상기한 여러 열원인자, 즉, 외기, 엔진열, 일사량, 공조장치의 공조풍, 내장재 방출열의 각 열량이 차실내로 유입, 전달됨에 따라 결정된다.
이때, 차실내온 추정부(22)는, 차량의 각 센서에서 실시간으로 입력된 외기온 정보, 엔진냉각수온 정보, 토출공기온 정보, 차속 정보 및, 기설정된 차량의 제원 정보 등을 근거로 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 아래의 [식 1] 내지 [식 4]과 같이 정의한다.
즉, 외기온에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00037
), 엔진열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00038
), 내장재 방출열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00039
), 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내 엔탈피 변화량(
Figure pat00040
)의 연산식을 아래의 [식 1] 내지 [식 4]과 같이 정의한다.
[식 1](외기온에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00041
))
Figure pat00042
(
Figure pat00043
: 유리창 표면적(m2),
Figure pat00044
: 유리창 총괄열전달계수(W/m2K),
Figure pat00045
: 차실내를 둘러싼 차체 표면적(m2),
Figure pat00046
: 차체 총괄열전달계수(W/m2K),
Figure pat00047
: 외기온도(℃), T : 차실내 온도(℃))
여기서, 유리창 표면적
Figure pat00048
, 차실내를 둘러싼 차체 표면적
Figure pat00049
, 은, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 외기온도
Figure pat00050
는 외기센서(10)로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터이다.
그리고 유리창 총괄열전달계수
Figure pat00051
와, 차체 총괄열전달계수
Figure pat00052
는, 아래의 [식 1-1]과 [식 1-2]를 통해 산출될 수 있다.
[식 1-1]
Figure pat00053
(
Figure pat00054
: 외기온의 대류 열전달 계수(W/m2K),
Figure pat00055
: 유리 열전도율(W/mK),
Figure pat00056
: 유리 두께(mm),
Figure pat00057
: 차량 내장재의 대류 열전달 계수(W/m2K))
유리 열전도율
Figure pat00058
, 유리 두께
Figure pat00059
는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 외기온의 대류 열전달 계수
Figure pat00060
, 차량 내장재의 대류 열전달 계수
Figure pat00061
는, 차속 정보와 블로어 회전단수 정보를 근거로 아래의 [식 1-1a]와 [식 1-1b]를 통해 산출될 수 있다.
[식 1-1a]
Figure pat00062
[식 1-1b]
Figure pat00063
[식 1-2]
Figure pat00064
(
Figure pat00065
: 외기온의 대류 열전달 계수(W/m2K),
Figure pat00066
: 차량 외벽 열전도율(W/mK),
Figure pat00067
: 차량 외벽 두께(mm),
Figure pat00068
: 차량 내장재의 대류 열전달 계수(W/m2K))
차량 외벽 열전도율
Figure pat00069
, 차량 외벽 두께
Figure pat00070
는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 외기온의 대류 열전달 계수
Figure pat00071
는, 위의 [식 1-1a]을 통해 산출되며, 차량 내장재의 대류 열전달 계수
Figure pat00072
는, 위의 [식 1-1b]를 통해 산출될 수 있다.
[식 2](엔진열에 의한 차실내 전달 열량(dot { Q _{ eng))
Figure pat00073
(
Figure pat00074
: 엔진열이 전달되는 표면적(m2),
Figure pat00075
: 엔진열 총괄열전달계수(W/m2K),
Figure pat00076
: 엔진온도(℃), T : 차실내 온도(℃2))
여기서, 엔진온도
Figure pat00077
는, 엔진온 센서(도시하지 않음)로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터이고, 엔진열이 전달되는 표면적
Figure pat00078
은, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있다.
그리고 엔진열 총괄열전달계수
Figure pat00079
는, 아래의 [식 2-1]을 통해 산출될 수 있다.
[식 2-1]
Figure pat00080
(
Figure pat00081
: 엔진열에 의한 열전달계수(W/m2K),
Figure pat00082
: 엔진과 차실내 사이의 벽두께(mm),
Figure pat00083
: 차량 내장재의 대류 열전달 계수(W/m2K))
차량 내장재의 대류 열전달 계수
Figure pat00084
는, 위의 [식 1-1b]를 통해 산출될 수 있고, 엔진과 차실내 사이의 벽두께
Figure pat00085
는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있으며, 엔진열에 의한 열전달계수
Figure pat00086
는, 아래의 [식 2-1a]을 통해 미리 정해진 값이다.
[식 2-1a]
Figure pat00087
[식 3](내장재 방출열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00088
))
Figure pat00089
(
Figure pat00090
: 내장재 표면적(m2),
Figure pat00091
: 내장재 대류열전달계수(W/m2K),
Figure pat00092
: 내장재 온도(℃), T : 차실내 온도(℃2))
여기서, 내장재 표면적
Figure pat00093
, 내장재 대류열전달계수
Figure pat00094
는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 내장재 온도
Figure pat00095
는, 내장재온 센서(도시하지 않음)로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터이다.
[식 4](공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내 엔탈피 변화량(
Figure pat00096
)
Figure pat00097
=
Figure pat00098
(
Figure pat00099
: 차실내로 공급되고 배출되는 공조풍의 질량유량(Mass Flow)(kg/s),
Figure pat00100
: 공조장치의 차실내토출공기온(℃), T: 차실내 온도(℃2))
여기서, 공조장치의 차실내토출공기온
Figure pat00101
는, 토출공기온센서(16)에서 입력된 센싱데이터이고, 차실내로 공급되고 배출되는 공조풍의 질량유량
Figure pat00102
은, 아래의 [식 4-1]을 통해 산출될 수 있다.
[식 4-1]
Figure pat00103
(
Figure pat00104
: 시간당 차실내 공급 공기량
Figure pat00105
: 공기밀도)
공기밀도
Figure pat00106
는, 미리 정해진 값으로서 미리 내장되어 있고, 시간당 차실내 공급 공기량
Figure pat00107
은, 공조장치의 제어정보, 예를 들면, 블로어 단수별 및 공기토출모드별로 시험하여 얻은 테이블값으로서 미리 저장되어 있으며, 현재의 공조토출모드와 블로어 단수에 대응하여 설정된다.
이상에서와 같이, 위의 [식 1], [식 2], [식 3], [식 4]를 통해서 차실내에 유입 및 전달되는 열원인자들의 각 열량 정보를 확보할 수 있다.
특히, 차실내에 유입 및 전달되면서 차실내의 온도를 결정하는 열원인자별 각 열량 및 엔탈피 정보들을 확보할 수 있다.
즉, 외기온에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00108
), 엔진열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00109
), 내장재 방출열에 의한 차실내 전달 열량(
Figure pat00110
), 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내 엔탈피 변화량(
Figure pat00111
)을 확보할 수 있다.
한편, 열원인자별 열량 및 엔탈피 정보를 확보한 차실내온 추정부(22)는, 확보한 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식 [식 1] 내지 [식 4]을, 미리 설정된 아래의 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]에 대입하고, [식 1] 내지 [식 4]이 대입된 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]를 연립하여 해(차실내 온도: T)를 최종적으로 산출한다.
[미분방정식 1]
Figure pat00112
(
Figure pat00113
: 외기온에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
Figure pat00114
: 엔진열에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
Figure pat00115
: 내장재 방출열에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
Figure pat00116
: 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내의 엔탈피 변화량(kj),
Figure pat00117
Figure pat00118
: 차실내 공기의 질량(㎏),
Figure pat00119
: 차실내 공기의 비열용량(kj/㎏K))
차실내 공기의 질량
Figure pat00120
Figure pat00121
, 차실내 공기의 비열용량
Figure pat00122
은, 미리 내장된 값이다.
[미분방정식 2]
Figure pat00123
(
Figure pat00124
: 내장재 온도(℃),
Figure pat00125
: 내장재 표면적(m2),
Figure pat00126
: 내장재 대류열전달계수(W/m2K),
Figure pat00127
: 내장재 질량(㎏),
Figure pat00128
: 내장재 비열용량(kj/㎏K))
내장재 표면적
Figure pat00129
, 내장재 대류열전달계수
Figure pat00130
, 내장재 질량
Figure pat00131
, 내장재 비열용량
Figure pat00132
은, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 내장재 온도
Figure pat00133
는, 내장재온 센서(도시하지 않음)로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터이다.
여기서, [미분방정식 1]은, 차실내 온도에 대한 방정식으로서, 차실내의 온도에 영향을 주는 여러 열원인자들, 즉, 외기, 엔진열, 일사량, 공조풍, 내장재 방출열의 각 열량과 차실내 온도 변화율 간의 관계를 나타낸다.
[미분방정식 2]는, 내장재 온도에 대한 방정식으로서, 차실내 온도와 내장재 온도 변화율 간의 관계를 나타낸다. 특히, 차실내 공기로부터 내장재로 전달되는 온도와의 관계를 나타낸다.
이들 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]를 연립하여 이미 공지된 방법으로 풀이하면, 미지수인 차실내 온도(T)를 산출할 수 있게 된다.
한편, 상기 차실내온 추정부(22)는, 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식이 [식 1] 내지 [식 4]과 같이 정의되면, 정의된 [식 1] 내지 [식 4]을 위의 [미분방정식 1]에 대입하고, [식 1] 내지 [식 4]이 대입된 [미분방정식 1]을 아래의 [식 5]로 처리하여 차실내 온도(Tn)를 산출할 수도 있다.
[식 5]
Figure pat00134
(
Figure pat00135
: 현재의 차실내 온도(℃),
Figure pat00136
: 각 센서들의 센싱값 입력 시간 간격인
Figure pat00137
시간 이전에 산출된 차실내 온도(℃))
위에서와 같이, [미분방정식 1]과 [식 5]을 통해, 차실내 온도를 산출할 경우, 상기와 같이, [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]의 연립방정식을 통한 차실내 온도 산출 로직에 비해 보다 간단한 방법으로 차실내 온도를 산출할 수 있게 된다.
다시, 도 1을 참조하면, 상기 제어부(20)는, 상기 차실내온 추정부(22)로부터 차실내 온도(T)가 산출되면, 산출된 차실내 온도를 근거로 공조장치를 제어한다.
특히, 각 센서(10, 12, 14, 16)들에서 입력된 각종 센싱정보, 예를 들면, 외기센서(10)의 외기온도, 일사센서(12)의 일사량, 엔진냉각수온센서(14)의 엔진냉각수온도, 토출공기온센서(16)의 토출공기온 데이터와, 상기 차실내온 추정부(22)에서 산출된 차실내 온도(T) 데이터를 미리 설정된 로직으로 처리하여 최적의 제어값을 산출한다.
그리고 산출된 최적의 제어값에 따라 에어컨(30)과 히터(32)와 템프도어(34)와 인테이크 도어(36)와 각 모드 도어(38) 및 블로어(39) 등을 자동으로 제어한다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 1과 도 2를 참고하여 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 공조장치가 온(ON)된 상태에서(S101), 각 센서(10, 12, 14, 16)들로부터 각종 센싱정보들이 입력된다(S103). 예를 들면, 외기온 정보, 엔진냉각수온 정보, 토출공기온 정보, 공조상태 정보, 차속 정보들이 입력된다.
이때, 상기 차실내온 추정부(22)는, 입력된 각종 센싱정보들과, 공조정보 및, 미리 내장된 차량의 제원 정보 등을 근거로 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 위의 [식 1] 내지 [식 4]으로 설정한다(S105).
그리고 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식이 [식 1] 내지 [식 4]으로 설정되면, 상기 제어부(20)는, 설정된 [식 1] 내지 [식 4]을 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]에 대입한 후, 이를 연립하여(S107), 최종적으로 차실내 온도를 산출한다(S109).
그리고 차실내 온도를 산출이 완료되면, 상기 제어부(20)는, 산출된 차실내 온도를 근거로 공조장치를 제어한다(S111).
이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 차실내 온도에 영향을 주는 여러 열원인자들의 실시간 열량 정보를 기반으로 차실내 온도를 추정하는 구조이므로, 인카센서의 감지정보 없이도 정확한 차실내 온도 정보를 확보할 수 있다.
또한, 인카센서의 감지정보 없이도 정확한 차실내 온도 정보를 확보할 수 있으므로, 인카센서의 고장과 오작동의 발생 시에, 인카센서의 감지정보를 대신하여, 차실내 전달 열량 정보를 기반으로 추정한 차실내 온도를 공조장치 제어에 사용할 수 있다.
또한, 차실내 전달 열량 정보를 기반으로 추정한 차실내 온도를 공조장치 제어에 사용할 수 있으므로, 인카센서의 고장과 오작동으로 인한 차실내 온도 감지오류와, 그로 인한 부정확한 차실내 온도제어를 원천적으로 방지할 수 있다.
또한, 인카센서의 감지정보 없이도 차실내 온도 정보를 확보할 수 있으므로, 상기 인카센서를 삭제할 수 있다.
또한, 인카센서를 삭제할 수 있으므로, 부품수를 줄일 수 있고, 이로써, 원가절감의 효과를 도모할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 외기센서(Sensor) 12: 인카센서(In-car Sensor)
14: 일사센서(Sensor) 16: 토출공기온센서(Sensor)
20: 제어부 22: 차실내온 추정부
22: 실내온 안정화 판단부 30: 에어컨(Aircon)
32: 히터(Heater) 34: 템프도어(Temp. Door)
36: 인테이크 도어(Intake Door) 38: 모드 도어(Mode Door)
39: 블로어(Blower)

Claims (13)

  1. 각 센서들로부터 입력된 차실외 온도정보와, 공조정보와, 주행정보를 처리하여 최적의 공조 제어값을 산출하고, 산출된 공조 제어값에 따라 공조장치를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 제어부는,
    차실내에 유입 및 전달되어 차실내 온도에 영향을 주는 적어도 하나 이상의 열원인자의 실시간 열량 정보를 근거로 차실내 온도를 추정하고, 추정한 차실내 온도에 의거하여 공조장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    차실내에 유입 및 전달되는 열원인자는, 외기온, 엔진열, 일사량, 공조장치의 공조풍, 내장재 방출열이며,
    상기 제어부는,
    각 센서에서 실시간으로 입력된 외기온 정보, 엔진냉각수온 정보, 토출공기온 정보, 차속 정보 및, 기설정된 차량의 제원 정보 중 하나 이상을 근거로, 상기 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피를 미리 내장된 연산식으로 각각 정의하고,
    정의된 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 미리 내장된 미분방정식으로 연산 처리하여 차실내 온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    외기온에 의한 차실내 전달 열량(
    Figure pat00138
    )과, 엔진열에 의한 차실내 전달 열량(
    Figure pat00139
    )과, 내장재 방출열에 의한 차실내 전달 열량(
    Figure pat00140
    )과, 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내 엔탈피 변화량(
    Figure pat00141
    )을 미리 설정된 아래의 [식 1] 내지 [식 4]로 정의하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 1]
    Figure pat00142

    (
    Figure pat00143
    : 유리창 표면적(m2),
    Figure pat00144
    : 유리창 총괄열전달계수(W/m2K),
    Figure pat00145
    : 차실내를 둘러싼 차체 표면적(m2),
    Figure pat00146
    : 차체 총괄열전달계수(W/m2K),
    Figure pat00147
    : 외기온도(℃), T : 차실내 온도(℃))
    [식 2]
    Figure pat00148

    (
    Figure pat00149
    : 엔진열이 전달되는 표면적(m2),
    Figure pat00150
    : 엔진열 총괄열전달계수(W/m2K),
    Figure pat00151
    : 엔진온도(℃), T : 차실내 온도(℃2))
    [식 3]
    Figure pat00152

    (
    Figure pat00153
    : 내장재 표면적(m2),
    Figure pat00154
    : 내장재 대류열전달계수(W/m2K),
    Figure pat00155
    : 내장재 온도(℃), T : 차실내 온도(℃2))
    [식 4]
    Figure pat00156
    =
    Figure pat00157

    (
    Figure pat00158
    : 차실내로 공급되고 배출되는 공조풍의 질량유량(Mass Flow)(kg/s),
    Figure pat00159
    : 공조장치의 차실내토출공기온(℃), T: 차실내 온도(℃2))
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 [식 1] 내지 [식 4]에 의해 정의된 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 미리 설정된 아래의 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]에 대입한 후, 상기 [미분방정식 1]과 [미분방정식 2]를 연립하여 차실내 온도(T)를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [미분방정식 1]
    Figure pat00160

    (
    Figure pat00161
    : 외기온에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
    Figure pat00162
    : 엔진열에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
    Figure pat00163
    : 내장재 방출열에 의한 차실내의 전달 열량(㎉),
    Figure pat00164
    : 공조풍의 차실내 유입과 배출에 의한 차실내의 엔탈피 변화량(kj),
    Figure pat00165
    Figure pat00166
    : 차실내 공기의 질량(㎏),
    Figure pat00167
    : 차실내 공기의 비열용량(kj/㎏K))
    [미분방정식 2]
    Figure pat00168

    (
    Figure pat00169
    : 내장재 온도(℃),
    Figure pat00170
    : 내장재 표면적(m2),
    Figure pat00171
    : 내장재 대류열전달계수(W/m2K),
    Figure pat00172
    : 내장재 질량(㎏),
    Figure pat00173
    : 내장재 비열용량(kj/㎏K))
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 [식 1] 내지 [식 4]에 의해 정의된 각 열원인자별 차실내 전달 열량 및 엔탈피 연산식을 미리 설정된 위의 [미분방정식 1]에 대입한 후, 미리 설정된 아래의 [식 5]로 연산 처리하여 차실내 온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 5]
    Figure pat00174

    (
    Figure pat00175
    : 현재의 차실내 온도(℃),
    Figure pat00176
    : 각 센서들의 센싱값 입력 시간 간격인
    Figure pat00177
    시간 이전에 산출된 차실내 온도(℃))
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 [식 1]의 유리창 표면적
    Figure pat00178
    , 차실내를 둘러싼 차체 표면적
    Figure pat00179
    , 은, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 외기온도
    Figure pat00180
    는 외기센서로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터이며,
    상기 유리창 총괄열전달계수
    Figure pat00181
    와, 차체 총괄열전달계수
    Figure pat00182
    는, 아래의 [식 1-1]과 [식 1-2]를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 1-1]
    Figure pat00183

    (
    Figure pat00184
    : 외기온의 대류 열전달 계수(W/m2K),
    Figure pat00185
    : 유리 열전도율(W/mK),
    Figure pat00186
    : 유리 두께(mm),
    Figure pat00187
    : 차량 내장재의 대류 열전달 계수(W/m2K))
    [식 1-2]
    Figure pat00188

    (
    Figure pat00189
    : 외기온의 대류 열전달 계수(W/m2K),
    Figure pat00190
    : 차량 외벽 열전도율(W/mK),
    Figure pat00191
    : 차량 외벽 두께(mm),
    Figure pat00192
    : 차량 내장재의 대류 열전달 계수(W/m2K))
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 [식 1-1]의 유리 열전도율
    Figure pat00193
    , 유리 두께
    Figure pat00194
    는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 외기온의 대류 열전달 계수
    Figure pat00195
    , 차량 내장재의 대류 열전달 계수
    Figure pat00196
    는, 차속 정보와 블로어 회전단수 정보를 근거로 아래의 [식 1-1a]와 [식 1-1b]를 통해 각각 산출되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 1-1a]
    Figure pat00197

    [식 1-1b]
    Figure pat00198
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 [식 1-2]의 차량 외벽 열전도율
    Figure pat00199
    , 차량 외벽 두께
    Figure pat00200
    는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 외기온의 대류 열전달 계수
    Figure pat00201
    는, 상기 [식 1-1a]을 통해 산출되며, 차량 내장재의 대류 열전달 계수
    Figure pat00202
    는, 상기 [식 1-1b]를 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 [식 2]의 엔진온도
    Figure pat00203
    는, 엔진온 센서로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터이고, 엔진열이 전달되는 표면적
    Figure pat00204
    은, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있으며, 엔진열 총괄열전달계수
    Figure pat00205
    는, 아래의 [식 2-1]을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 2-1]
    Figure pat00206

    (
    Figure pat00207
    : 엔진열에 의한 열전달계수(W/m2K),
    Figure pat00208
    : 엔진과 차실내 사이의 벽두께(mm),
    Figure pat00209
    : 차량 내장재의 대류 열전달 계수(W/m2K))
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 [식 2-1]의 차량 내장재의 대류 열전달 계수
    Figure pat00210
    는, 상기 [식 1-1b]를 통해 산출되고, 엔진과 차실내 사이의 벽두께
    Figure pat00211
    는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있으며, 엔진열에 의한 열전달계수
    Figure pat00212
    는, 아래의 [식 2-1a]을 통해 미리 정해진 값인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 2-1a]
    Figure pat00213
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 [식 3]의 내장재 표면적
    Figure pat00214
    , 내장재 대류열전달계수
    Figure pat00215
    는, 차량의 제원 정보를 통해 미리 저장되어 있고, 내장재 온도
    Figure pat00216
    는, 내장재온 센서로부터 실시간으로 입력된 센싱데이터인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 [식 4]의 차실내토출공기온
    Figure pat00217
    는, 토출공기온센서에서 입력된 센싱데이터이고, 차실내로 공급되고 배출되는 공조풍의 질량유량
    Figure pat00218
    은, 아래의 [식 4-1]을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
    [식 4-1]
    Figure pat00219

    (
    Figure pat00220
    : 시간당 차실내 공급 공기량
    Figure pat00221
    : 공기밀도)
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 [식 4-1]의 공기밀도
    Figure pat00222
    는, 미리 정해진 값으로서 미리 내장되어 있고, 시간당 차실내 공급 공기량
    Figure pat00223
    은, 블로어 단수별 및 공기토출모드별로 시험하여 얻은 테이블값으로 미리 저장되어 있으며, 현재의 공조토출모드와 블로어 단수에 대응하여 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
KR1020210065504A 2021-05-21 2021-05-21 차량용 공조장치 KR20220157683A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210065504A KR20220157683A (ko) 2021-05-21 2021-05-21 차량용 공조장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210065504A KR20220157683A (ko) 2021-05-21 2021-05-21 차량용 공조장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220157683A true KR20220157683A (ko) 2022-11-29

Family

ID=84235426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210065504A KR20220157683A (ko) 2021-05-21 2021-05-21 차량용 공조장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220157683A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7275379B2 (en) Automotive HVAC system and method of operating same utilizing enthalpy-based control
CN107571713B (zh) 基于内置温度检测单元的汽车自动空调控制方法及控制器
US20070033953A1 (en) Method and system for controlling a climate control system
WO2018012098A1 (ja) 車両用粉塵計測システム及び車両用空調装置
JP4457922B2 (ja) 車両用空調装置
US7328852B2 (en) Method and device for estimating the air discharge temperature of a heat exchanger
KR20220157683A (ko) 차량용 공조장치
JP2010023695A (ja) 車両用空調装置
US20220048364A1 (en) Abnormality diagnosis device for blower system
US6712280B2 (en) Deep mass compensation for a vehicle automatic climate control
JP4066508B2 (ja) 車両用空調装置
KR102536310B1 (ko) 차량용 공조장치
JP3826549B2 (ja) 空調装置
JP3627580B2 (ja) 車両用空調装置
JP4613942B2 (ja) 車両用空調装置
JPH10138742A (ja) 自動車用空気調和装置
JP2000247127A (ja) 車両用空調装置の制御装置
JP2023148764A (ja) 車両用空調制御装置
JPH0732864A (ja) バス車両用空調装置
JPH05185826A (ja) 車両用空調装置
JPH0550832A (ja) 自動車用外気温度検出装置
JPS6226244Y2 (ko)
JP3026014B2 (ja) 自動車用空調制御装置
JP2721545B2 (ja) 車両用空調制御装置
KR20230049377A (ko) 차량용 공조장치