KR20240025906A - 전방차량 거리 기반 공기유량제어 방식 액티브에어플랩 시스템 - Google Patents

전방차량 거리 기반 공기유량제어 방식 액티브에어플랩 시스템 Download PDF

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KR20240025906A
KR20240025906A KR1020220104099A KR20220104099A KR20240025906A KR 20240025906 A KR20240025906 A KR 20240025906A KR 1020220104099 A KR1020220104099 A KR 1020220104099A KR 20220104099 A KR20220104099 A KR 20220104099A KR 20240025906 A KR20240025906 A KR 20240025906A
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김세준
김성현
김택수
이경민
황승환
이흥우
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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Abstract

본 발명의 AAF 시스템(1)은 차량(100) 전방에 위치한 전방 차량(200)과 갖는 전방차량과의 거리를 감지하는 센서입력부(20); 전방차량과의 거리와 함께 외기 온도/차량 속도/흡기온도/냉각수온도/냉매압력을 적용한 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터로부터 발생된 차량 작동 신호에 응답하여 구동부(30)를 작동시켜주는 제어부(40), 및 액티브에어플랩(10)을 작ㄷ옹시켜 주는 구동부(30)를 포함하고, 상기 제어부(40)가 전방차량 거리 기반 공기유량제어 방식으로 액티브에어플랩(10)의 개구부를 가변 제어함으로써 군집주행 시 엔진룸으로 유입되는 공기 유입량이 항상 최적화될 수 있고, 특히 액티브에어플랩(10)와 레이더 센서를 포함한 복수개 센서의 조합으로 공기유입량에 따른 부품 열해 방지와 차량 공력 감소의 트레이드 오프(trade-off)의 문제가 최적화된 공기유량제어로 해소되는 특징을 갖는다.

Description

전방차량 거리 기반 공기유량제어 방식 액티브에어플랩 시스템{AAF System based on Front Vehicle Distance Control}
본 발명은 액티브에어플랩 시스템에 관한 것으로, 특히 에어 플랩의 개폐에 전방차량 거리 기반의 AAF 제어를 적용하여 공기 유입량이 최적화되는 액티브에어플랩 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 능동형 공기제어장치인 액티브에어플랩 장치(Active Air Flap Device)는 엔진룸에 대한 공기 유입량을 저속 주행에선 증가시키는 반면 고속 주행에선 감소시키는 공기 유입량 조절로 차량의 공력성능과 연비를 개선시켜 준다.
일례로 상기 액티브에어플랩 장치는 프론트 엔드 모듈을 이용하여 차량 전면에 설치되어 라디에이터 그릴에서 공기 흐름을 안내하는 덕트, 덕트를 결합한 하우징에 장착된 액추에이터, 하우징에서 액추에이터로 회전되어 하우징의 공기 유입 통로를 개폐하는 에어 플랩 등으로 구성된다. 이 경우 상기 액추에이터의 동작은 제어기로 제어된다.
이로부터 상기 액티브에어플랩 장치는 그릴을 통해 유입되어 엔진 및 냉각시스템의 과열을 방지하도록 라디에이터와 콘덴서에서 열교환하는 공기의 유량을 제어하고, 연비 손실의 원인인 차량의 주행 저항이 감소되도록 공기 유량을 제어하여 차량의 연비를 개선시켜 준다.
국내공개특허 KR 10 2022 0037840 (2022.03.25)
하지만, 상기 액티브에어플랩 장치의 공기유량제어는 서로 트레이드 오프(trade-off) 관계를 갖는 부품 열해 방지와 차량 공력 감소를 동시에 충족시켜야 하는 문제이다.
일례로 상기 액티브에어플랩 장치의 공기유량 감소제어는 차량 공력 감소로 연비를 개선하는 반면 공력 개선은 라디에이터로 유입되는 공기 유량을 감소함으로써 열교환 성능이 저감된다.
특히 라디에이터로 유입되는 공기의 양이 감소하면, 엔진 룸 내의 냉각 성능이 악화되어 부품 열해 또는 흡기온 증가로 연비를 악화시킬 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 액티브에어플랩의 에어 플랩 개폐를 전방차량 거리 기반으로 제어함으로써 공기 유입량이 항상 최적화될 수 있고, 특히 액티브에어플랩을 레이더(Radar)와 함께 복수개 센서의 조합 시스템으로 구성함으로써 부품 열해 방지와 차량 공력 감소에 영향을 주는 유입공기량의 많고 적음에 따른 트레이드 오프(trade-off)의 문제를 전방차량과 갖는 차량 간격에 맞춘 최적화된 공기유량제어로 해소할 수 있는 전방차량 거리 기반 공기유량제어 방식 액티브에어플랩 시스템의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액티브에어플랩 시스템은 전방 차량의 뒤쪽에서 주행하는 차량에 설치되고, 상기 전방차량과 거리에 기반 하여 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터를 생성하는 센서부; 상기 본 차량의 엔진룸으로 공기를 유입하는 개구부를 가변하도록 액티브에어플랩 를 작동시키는 구동부; 및 상기 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터로부터 발생된 차량 작동 신호에 응답하여 상기 액티브에어플랩의 개구부 열림 또는 닫힘 정도를 판단하는 제어부; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 전방차량과의 거리는 레이더 센서로 검출되어 상기 제어부로 제공되고, 상기 레이더 센서는 상기 차량의 전방에 설치된다.
바람직한 실시예로서, 상기 전방차량과의 거리는 커넥티비티(Connectivity)에 기반한 차량 간 통신으로부터 상기 제어부로 제공된다.
바람직한 실시예로서, 상기 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터는 상기 전방차량과의 거리를 포함하여 외기 온도, 차량 속도, 흡기온도, 냉각수온도 및 냉매압력 중 어느 하나 이상을 적용한다.
바람직한 실시예로서, 상기 외기 온도는 외기온도센서에 의한 외부 온도의 검출값이고, 상기 차량 속도는 차량속도센서에 의한 상기 차량의 주행 속도의 검출값이며, 상기 냉각수온도는 냉각수온도센서에 의한 상기 차량의 냉각시스템을 순환하는 엔진 냉각수 온도의 검출값이고, 상기 냉매압력은 냉매압력센서에 의한 상기 차량의 에어컨 시스템을 순환하는 냉매 압력의 검출값이며, 상기 흡기온도는 흡기온도센서에 의한 상기 차량의 흡기시스템을 흐르는 공기 온도의 검출값이고, 상기 외기온도센서, 상기 차량속도센서, 상기 냉각수온도센서, 상기 냉매압력센서, 및 상기 흡기온도센서는 상기 센서부를 구성한다.
바람직한 실시예로서, 상기 센서입력부에는 액티브에어플랩 작동센서를 포함하고, 상기 액티브에어플랩 작동센서는 상기 액티브에어플랩의 개구부 열림과 닫힘 정도를 상기 제어부로 전송한다.
바람직한 실시예로서, 상기 제어부는 차량 모니터링 중 상기 외기 온도, 상기 차량 속도 및 상기 전방차량과의 거리의 상하한 이내 조건으로 액티브에어플랩 레이더 모드를 판단하고, 상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 상한 조건으로 상기 액티브에어플랩의 개구부가 열리는 액티브에어플랩 열림 모드를 수행하며, 상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 하한 조건으로 상기 액티브에어플랩의 개구부가 닫히는 액티브에어플랩 닫힘 모드를 수행한다.
바람직한 실시예로서, 상기 액티브에어플랩 레이더 모드는 상기 외기 온도, 상기 차량 속도 및 상기 앞차와의 거리의 각각에 하한값과 상한값을 적용한 상기 상하한 이내 조건이 모두 만족된 경우에 수행된다.
바람직한 실시예로서, 상기 액티브에어플랩 레이더 모드에서 상기 제어부는 상기 상하한 이내 조건 중 어느 하나라도 만족되지 않으면, 상기 액티브에어플랩의 개구부 제어에 상기 전방차량과의 거리를 고려하지 않는 액티브에어플랩 노말 모드로 전환하며, 반면 상기 액티브에어플랩 레이더 모드에서 상기 제어부는 상기 액티브에어플랩 레이더 모드의 수행 시 경제운전 중임을 운전자에게 알려주고, 상기 경제운전은 알림부를 통해 상기 차량의 클러스터에 표시된다.
바람직한 실시예로서, 상기 액티브에어플랩 열림 모드는 상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 각각에 상한값을 적용한 상기 상한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족된 경우에 수행되고, 상기 액티브에어플랩 열림 모드에서 상기 제어부는 상기 상한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족되지 않으면, 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드로 전환한다.
바람직한 실시예로서, 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드는 상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 각각에 하한값을 적용한 상기 하한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족된 경우에 수행되며, 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드에서 상기 제어부는 상기 하한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족되지 않으면, 상기 차량 모니터링을 지속한다.
바람직한 실시예로서, 상기 제어부는 상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력을 상기 차량의 엔진룸 내 열해 부품 온도로 대체하고, 상기 열해 부품 온도로 상기 액티브에어플랩 열림 모드와 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드를 수행한다.
이러한 본 발명의 액티브에어플랩 시스템은 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 액티브에어플랩 시스템이 액티브에어플랩과 레이더(Radar) 기반의 복수개 센서의 조합으로 공기유량제어를 차량 간격에 맞춰 최적화할 수 있다. 둘째, 액티브에어플랩 시스템이 차량 간격에 맞춘 최적화된 공기유량제어가 이루어짐으로써 부품 열해 방지와 차량 공력 감소에 영향을 주는 유입공기량의 많고 적음에 따른 트레이드 오프(trade-off)의 문제가 해소된다. 셋째, 액티브에어플랩 시스템의 공기유량제어가 설정된 범위 내의 앞차와의 간격 유지, 후속 차량 속도, 외기 온도를 파라미터로 한 조건 만족을 통해 최적화됨으로써 공기유입량으로 공기 저항 감소와 함께 연비 저감 운전이 가능해지며, 특히 경제운전 중임을 고객에게 적극적으로 알려 경제운전을 유도할 수 있다. 넷째, 공기 저항 저감되나 엔진 룸의 공기 유입량 감소로 냉각수온도, 냉매압력, 흡기온의 상승으로 엔진 연비 및 성능의 열세 또는 부품의 열해가 우려되는 앞차와의 거리 유지 시 액티브에어플랩의 열림과 닫힘이 최적 제어를 통해 엔진 룸내 부품의 열해 및 흡기온의 상승을 억제시켜 줌으로써 연비 저감 운전이 가능해 진다.
도 1은 본 발명에 따른 전방차량 거리 기반 방식 액티브에어플랩 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액티브에어플랩 시스템에서 구현되는 전방차량 거리 기반 방식 액티브에어플랩 제어 방법의 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 액티브에어플랩 제어 방법이 갖는 차량 공력 개선 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 액티브에어플랩 시스템이 기준 차간거리에서 전방차량 거리 기반 방식으로 액티브에어플랩의 공기유량을 최적 제어하는 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 1을 참조하면, 능동형 공기제어장치 시스템(Active Air Flap System)(1)(이하 액티브에어플랩 시스템)은 복수개 센서로 이루어진 센서입력부(20)와 조합됨으로써 본 차량(100)(즉, 자차)이 전방차량(200)(즉, 선행 차량)과의 간격 유지, 후속 차량 속도, 외기 온도 조건을 설정 범위 내에서 동시에 만족하면 공기 저항이 감소되어 연비 저감 운전이 가능하도록 한다. 이 경우 상기 차량(100)(즉, 자차)은 액티브에어플랩이 장착된 PHEV(Plug In Hybrid Electric Vehicle), HEV(Hybrid Electric Vehicle), EV(Electric Vehicle) 차량와 함께 ICE(Inter City Express)를 포함한다.
따라서 상기 액티브에어플랩 시스템(1)은 전방차량(200)과 후속 차량(즉, 차량(100))이 일정 간격 유지로 추종 주행하는 후속 차량의 공기 저항 개선 효과를 공기유량제어에 반영함으로써 공기유량제어를 위한 액티브에어플랩(Active Air Flap)(10)의 개폐 동작이 최적화되어 엔진 룸내 부품 열해 및 흡기온 상승 억제와 함께 연비 저감 운전도 가능한 전방차량 거리 기반 방식 액티브에어플랩 시스템으로 특징된다.
이를 위해 상기 액티브에어플랩 시스템(1)은 액티브에어플랩(10), 센서입력부(20), 구동부(30), 제어부(40) 및 알림부(50)로 구성된다.
구체적으로 액티브에어플랩(10)은 단면 A-A와 같이, 차량(100)의 엔진룸 내 위치된 라디에이터(101)의 앞쪽에 위치되어 라디에이터 그릴을 통해 엔진룸으로 들어오는 공기 유량을 제어하고, 이를 위해 상기 액티브에어플랩(10)은 복수개의 에어 플랩(Air Flap)으로 이루어진다. 그러므로 상기 액티브에어플랩(10)은 액티브에어플랩 시스템(1)에 적용된 일반적인 구성요소이다.
구체적으로 상기 센서입력부(20)는 온도센서(21), 차량속도센서(23), 냉매압력센서(25) 및 레이더(Rader) 센서(27)를 포함한다.
일례로 상기 온도센서(21)는 차량(100)의 외부 온도를 검출하는 외기온도센서(21a), 라디에이터(101)에서 열교환되어 엔진을 순환하는 냉각시스템의 엔진 냉각수 온도를 검출하는 냉각수온도센서(21b) 및 흡기시스템의 공기 온도를 검출하는 흡기온도센서(21c)로 구성된다. 이 경우 상기 외기온도센서(21a)는 차량(100)의 외부에 설치되며, 상기 냉각수온도센서(21b) 및 상기 흡기온도센서(21c)는 차량(100)의 엔진룸 내에 설치된다.
특히 상기 외기온도센서(21a)는 차량(100)이 주행하는 주변 공간의 외기 온도를 측정하여 액티브에어플랩 레이더 모드(AAF Radar mode)에서 액티브에어플랩(10)을 제어하기 위한 외기온도 범위 설정에 적용하며, 이는 엔진 룸내 열해 및 흡기온의 증가는 엔진의 성능을 악화시키고, 외기온도에 따라 더욱 가속화 될 수 있기 때문이다.
그리고 상기 냉각수온도센서(21b)는 차량(100)에서 액티브에어플랩(10)을 제어하기 위한 차량(100)의 기준 냉각수 온도로 설정된다. 상기 흡기온도센서(21c)는 차량(100)에서 액티브에어플랩(10)을 제어하기 위한 차량(100)의 기준 흡기 온도로 설정된다.
그러므로 상기 외기온도센서(21a)와 상기 냉각수온도센서(21b) 및 상기 흡기온도센서(21c)의 검출값은 차량(100)이 전방차량(200)과 군집 주행 시 상기 차량(100)에서 확인된다.
일례로 상기 차량속도센서(23)는 차량(100)의 휠에 장착되어 차량 속도를 모니터링하고, 검출된 차속이 공기저항 감소가 유효한 차량 속도인지를 확인함으로써 군집 주행시 연비 개선 효과가 나타나는 액티브에어플랩 레이더 모드(AAF Radar mode)에 적용되는 차속의 범위를 설정한다.
일례로 상기 냉매압력센서(25)는 에어컨 시스템의 냉매 압력을 모니터링 하고, 검출된 냉매 압력은 차량(100)에서 액티브에어플랩(10)을 제어하기 위한 차량(100)의 기준 냉매 압력으로 설정된다.
일례로 상기 레이더 센서(27)는 차량(100)의 전면에 설치되어 전방쪽으로 조사되는 레이더로 전방 차량(200)에 대한 전방차량과의 거리를 모니터링 하고, 전방차량과의 거리가 연비 개선 가능한 설정된 거리 내에 들어오는지 측정함으로써 액티브에어플랩 레이더 모드(AAF Radar mode)의 판단에 적용된다. 이 경우 상기 앞차와의 거리의 모니터링은 전방 차량(200)과의 간격 유지 시 군집주행과 같이 차량(100)의 공기저항 감소로 연비 개선이 이루어짐에 기반 한다.
특히 상기 레이더센서(27)는 차량 간 통신을 이용한 커넥티비티(Connectivity) 기술이 이용되어 앞차와의 거리를 측정하는 경우엔 사용되지 않을 수 있다.
일례로 상기 AAF 작동센서(29)는 액티브에어플랩(10)의 에어 플랩 부위에 설치되어 에어 플랩 동작을 검출함으로써 액티브에어플랩(10)의 정상작동 유무를 판단하는데 사용된다.
이와 같이 상기 센서입력부(20)는 차량(100)이 전방차량(200)에 대한 전방차량과의 거리를 설정된 범위 내 거리로 유지하면서 차량(100)의 차량 속도와 외기 온도 조건을 동시에 만족하면, 차량(100)의 설정 온도 범위에서 냉각수온도, 냉매압력 및 흡기온도 또는 열해 부품 온도의 검출 온도에 따라 액티브에어플랩(10)이 열리거나 닫히게끔 제어되도록 함으로써 엔진룸 내 부품의 열해 및 흡기온의 상승이 억제될 수 있도록 한다.
구체적으로 상기 구동부(30)는 액티브에어플랩(10)에 장착되어 공기가 차량 내부인 엔진룸으로 들어가는 개구부가 가변되도록 액티브에어플랩(10)의 에어 플랩을 작동시키며, 액추에이터 또는 모터로 구성된다.
구체적으로 상기 제어부(40)는 센서입력부(20)의 센서 신호를 수신하고, 전방 차량(200)과의 거리를 포함한 차량 작동 신호에 응답한 액티브에어플랩(10)의 제어로 개구부의 오픈 정도를 판단한다.
이를 위해 상기 제어부(40)는 액티브에어플랩 작동맵(41)을 포함하고, 상기 액티브에어플랩 작동맵(41)은 액티브에어플랩 레이더 모드(AAF Radar mode)와 액티브에어플랩 노말 모드(AAF Normal mode)를 구비한다. 이 경우 상기 액티브에어플랩 레이더 모드는 설정된 앞차와의 거리, 설정된 차량 속도와 외기 온도 조건 및 설정된 냉각수온도와 냉매압력 및 흡기온도 또는 열해 부품 온도 등이 목록화 되어 액티브에어플랩(10)의 개폐제어에 매칭 되고, 상기 액티브에어플랩 노말 모드는 액티브에어플랩 레이더 모드 외 조건이 목록화 되어 액티브에어플랩(10)의 개폐제어에 매칭 된다.
그러므로 상기 제어부(40)는 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터에 의한 차량 작동 신호에 응답하여 작동시킨 액티브에어플랩(10)의 개구부 열림 또는 닫힘 정도를 판단하며, 상기 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터는 전방차량과의 거리, 차량 속도, 외기 온도 조건을 군집주행 파라미터로 적용하면서 냉각수온도, 냉매압력, 흡기온도 또는 열해 부품 온도를 액티브에어플랩을 열림 또는 닫힘 제어 파라미터로 적용하고, 액티브에어플랩 작동맵(41)과 연동하여 액티브에어플랩(10)을 개폐 제어하는 액티브에어플랩 구동신호(a) 및 알림부(50)를 작동시키는 운전자 알림신호(b)를 생성한다.
구체적으로 상기 알림부(50)는 액티브에어플랩 레이더 모드(AAF Radar mode)로 진입하면 경제운전하고 있음을 운전자에게 알려준다. 이를 위해 상기 알림부(50)는 차량(100)의 운전석 클러스터에 구비되고, 전구 또는 LED와 함께 “경제운전”의 문자 메세시를 표시하여 준다.
한편 도 2는 액티브에어플랩 제어 방법의 순서도이고, 이를 도 1 및 도 3,4와 함께 설명된다. 이 경우 제어주체는 제어부(40)이고, 제어대상은 구동부(30)와 알림부(50)이다. 그리고 차량(100)은 본 차량 또는 차량 B 또는 후속차량, 전방차량(200)은 차량 A 또는 앞차를 의미한다.
먼저 제어부(40)는 S10의 차량 모니터링을 시작하며, 상기 차량 모니터링은 전방차량(200)의 후방쪽에서 전방차량(200)과 군집 주행하는 본 차량(100)에서 이루어지는 동작이다.
그러면 제어부(40)는 S20의 군집주행 파라미터를 모니터링하며, 상기 군집주행 파라미터는 본 차량(100)과 전방차량(200)dl 갖는 전방차량과의 거리, 본 차량(100)의 차량 속도, 본 차량(100)의 외기 온도 조건을 적용하고, 이에 대해 아래의 액티브에어플랩 레이더 모드 진입 판단식이 적용된다.
액티브에어플랩 레이더 모드 진입 판단식
A < 외기온도 < B & C < 차량속도 <D & E < 전방차량과의 거리 <F
여기서 A는 외기온도 하한 값, B는 외기온도 상한 값, C는 차량속도 하한 값, D는 차량속도 상한 값, E는 전방차량과의 거리 하한 값, F는 전방차량과의 거리 상한 값이다. 특히 상기 외기온도에 대한 하한 값(A)과 상한 값(B), 상기 차량속도에 대한 하한 값(C)과 상한 값(D) 및 상기 전방차량과의 거리에 대한 하한 값(E)과 상한 값(F)은 제작사의 시험 결과 및 노하우를 이용하여 설정되는 값이므로 특정한 수치로 한정될 수 없다.
이로부터 제어부(40)는 외기온도가 하한 값(A)과 상한 값(B)의 설정된 범위 내에 들어오고, 차량속도가 하한 값(C)과 상한 값(D)의 설정된 범위 내에 들어오며, 앞차와의 거리가 하한 값(E)과 상한 값(F)의 설정된 범위 내에 들어오지 판단한다.
그 결과 외기온도, 차량속도 및 전방차량과의 거리 중 어느 하나라도 설정된 범위 내에 들어오지 않는 경우, 액티브에어플랩 레이더 모드 외 조건으로 군집주행의 효과를 발생하지 않는 S100의 액티브에어플랩 노말 모드로 구동부(30)를 작동시켜 액티브에어플랩(10)이 개폐 제어된다. 이 경우 상기 액티브에어플랩 노말 모드(S100)는 액티브에어플랩(10)의 개폐 제어 완료 후 S10의 차량 모니터링 단계로 복귀한다.
반면 외기온도, 차량속도 및 전방차량과의 거리 중 어느 하나라도 설정된 범위 내에 들어온 경우, 제어부(40)는 S30의 액티브에어플랩 레이더 모드로 진입한다.
도 3을 참조하면, 상기 본 차량(100)이 전방차량(100)과 군집주행 상태를 예시한다.
일례로 차간거리 A,B,C 중 차간거리 A는 본 차량(100)이 전방차량(200)과 너무 가까운 경우이고, 차간거리 C는 본 차량(100)이 전방차량(200)과 너무 먼 경우이며, 차간거리 B는 본 차량(100)의 공력 감소로 연비가 개선될 수 있는 본 차량(100)이 전방차량(200)과 적절하게 유지된 경우이다.
이로부터 상기 본 차량(100)이 전방차량과의 거리를 차간거리 B로 유지하여 군집주행 상태를 유지함으로써 본 차량(100)의 공력을 개선함과 더불어 전방차량(200)의 공력도 개선되는 것을 보여주고 있다. 이 경우 상기 군집주행 상태는 장거리 화물트럭들의 주행에서 해석적으로 검증된 연구 예이다.
하지만 상기 본 차량(100)이 전방차량(200)과 갖는 전방차량과의 거리를 차간거리 B로 유지하는 경우, 본 차량(100)은 공력 감소로 연비 개선이 이루어지나 공력 개선은 라디에이터(101)로 유입되는 공기의 양을 감소시킴으로써 엔진 룸 내의 냉각 성능 악화로 엔진룸 내 부품 열해 또는 흡기온 증가로 연비 악화를 가져올 수 있고, 특히 AAF 시스템(1)은 적절한 시점에 제어가 되지 않으면 부품의 열해 또는 연비 악화가 더욱 가속화 될 수 있다.
그러므로 제어부(40)의 액티브에어플랩 레이더 모드(S30)는 본 차량(100)이 전방차량(200)과 갖는 전방차량과의 거리를 차간거리 B로 할 때 연비 개선에 의한 공력 개선과 함께 라디에이터(101)로 유입되는 공기의 양을 최적화함으로써 엔진룸 내 부품 열해 또는 흡기온 증가가 방지될 수 있도록 한다.
이어 제어부(40)는 액티브에어플랩 레이더 모드 진입(S30)하면서 S200의 경제운전 알림 단계를 수행하면서 S40의 액티브에어플랩 제어 파라미터를 모니터링 단계로 진행한다.
도 1을 참조하면, 상기 경제운전 알림(S200)은 제어부(40)가 운전자 알림신호(b)로 알림부(50)를 작동시킴으로써 본 차량(100)의 운전자에게 현재의 본 차량(100)이 액티브에어플랩 레이더 모드 상태임을 알 수 있게 한다. 이 경우 상기 알림부(50)에는 “경제운전” 중이라는 문자를 표시하여 준다.
계속해서 제어부(40)는 S40의 액티브에어플랩 열림 제어 파라미터를 모니터링하며, 상기 액티브에어플랩 열림 제어 파라미터는 본 차량(100)의 흡기온도, 본 차량(100)의 냉각수온도 및 차량(100)의 냉매압력 조건을 적용하고, 이에 대해 아래의 액티브에어플랩 열림 제어 판단식이 적용된다.
액티브에어플랩 열림 제어 판단식
흡기온도 > G 또는 냉각수온도 > H 또는 냉매압력 > I
여기서 G는 흡기온도 하한 값, H는 냉각수온도 하한 값, I는 냉매압력 하한 값이다. 특히 상기 흡기온도에 대한 하한 값(G)과 상기 냉각수온도에 대한 하한 값(H) 및 상기 냉매압력에 대한 하한 값(I)은 제작사의 시험 결과 및 노하우를 이용하여 설정되는 값이므로 특정한 수치로 한정될 수 없다.
이로부터 제어부(40)는 흡기온도가 하한 값(G) 보다 낮거나 또는 냉각수온도가 하한 값(H) 보다 낮거나 또는 냉매압력이 하한 값(I) 낮은 경우와 같이 어느 하나라도 설정 값(즉, 하한값 G,H,I)보다 낮으면, S70의 액티브에어플랩 닫힘 모드로 전환하여 액티브에어플랩(10)의 개구부를 닫힘 상태(Close)로 유지한다.
반면, 제어부(40)는 흡기온도가 하한 값(G) 보다 높거나 또는 냉각수온도가 하한 값(H) 보다 높거나 또는 냉매압력이 하한 값(I) 보다 높은 경우와 같이 어느 하나라도 설정 값(즉, 하한값 G,H,I)보다 높다면, S50의 액티브에어플랩 열림 모드로 진입하여 AAF(10)의 개구부를 열림 상태(Open)로 전환한다.
도 4를 참조하면, 상기 액티브에어플랩 열림 모드(S50)는 제어부(40)가 액티브에어플랩 구동신호(a) 중 ON 출력으로 구동부(30)를 작동시킴으로써 차량(100)과 전방차량(200)이 차간거리 B를 기준차간거리로 유지한 상태에서 구동부(30)에 의해 액티브에어플랩(10)이 열어지고, 이를 통해 라디에이터 그릴로 들어온 외부 공기가 액티브에어플랩(10)의 개구부 열림을 통해 라디에이터(101) 쪽으로 유입됨으로써 라디에이터(101)의 냉매 온도를 낮추면서 엔진룸 내 열해 부품 및 흡기온도를 낮춰 준다. 이 경우 액티브에어플랩 작동센서(27)는 액티브에어플랩(10)의 열림 상태를 제어부(40)로 전송함으로써 제어부(40)가 구동부(30)의 동작을 조정할 수 있도록 한다.
이어 제어부(40)는 액티브에어플랩 닫힘 제어 파라미터를 모니터링하며, 상기 액티브에어플랩 제어 파라미터는 액티브에어플랩(10)의 열림 후 본 차량(100)의 흡기온도, 차량(100)의 냉각수온도 및 본 차량(100)의 냉매압력 조건을 적용하고, 이에 대해 아래의 액티브에어플랩 닫힘 제어 판단식이 적용된다.
액티브에어플랩 닫힘 제어 판단식
흡기온도 < J 또는 냉각수온도 < K 또는 냉매압력 < L
여기서 J는 흡기온도 상한 값, K는 냉각수온도 상한 값, L은 냉매압력 상한 값이다. 특히 상기 흡기온도에 대한 상한 값(J)과 상기 냉각수온도에 대한 상한 값(K) 및 상기 냉매압력에 대한 상한 값(L)은 제작사의 시험 결과에 따른 히스테리시스로 설정되는 값이므로 특정한 수치로 한정될 수 없다.
이로부터 제어부(40)는 흡기온도가 상한 값(J) 보다 높거나 또는 냉각수온도가 상한 값(K) 보다 높거나 또는 냉매압력이 상한 값(L) 높은 경우와 같이 어느 하나라도 설정 값(즉, 상한값 J,K,L)보다 높다면, S10의 차량 모니터링 단계로 복귀한다.
반면, 제어부(40)는 흡기온도가 상한 값(J) 보다 낮거나 또는 냉각수온도가 상한 값(K) 보다 낮거나 또는 냉매압력이 상한 값(L) 보다 낮은 경우와 같이 어느 하나라도 설정 값(즉, 상한값 J,K,L)보다 낮다면, S70의 액티브에어플랩 닫힘 모드로 진입한다.
도 4를 참조하면, 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드(S70)는 제어부(40)가 액티브에어플랩 구동신호(a) 중 OFF 출력으로 구동부(30)를 정지시킴으로써 본 차량(100)과 전방차량(200)이 차간거리 B를 기준차간거리로 유지한 상태에서 구동부(30)에 의해 액티브에어플랩(10)이 닫혀지고, 이를 통해 라디에이터 그릴로 들어온 외부 공기가 액티브에어플랩(10)의 개구부 닫힘을 통해 액티브에어플랩(10)에서 차단됨으로써 라디에이터(101)를 거쳐 엔진룸으로 공기 유입 시 발생되는 공력 감소를 방지하여 연비 개선 상태가 지속되도록 한다. 이 경우 액티브에어플랩 작동센서(27)는 액티브에어플랩(10)의 닫힘 상태를 제어부(40)로 전송함으로써 제어부(40)가 구동부(30)의 동작을 조정할 수 있도록 한다.
계속해서 제어부(40)는 액티브에어플랩 닫힘 모드(S70)의 액티브에어플랩(10)의 개구부 닫힘 상태에서 S10의 차량 모니터링 단계로 복귀하여 차량(100)의 상태 변화를 계속 모니터링하고, 이는 S200의 액티브에어플랩 노말 모드 전환 시 중단한다.
이와 같이 S30의 액티브에어플랩 레이더 모드로 전방차량(200)과의 간격 유지로 주행하는 본 차량(100)의 공기 저항 저감시 엔진룸에 대한 공기 유입 감소로 냉각수온도, 냉매압력, 흡기온이 상승하여 엔진 연비 및 성능의 열세, 또는 부품의 열해가 우려될 때, S50의 액티브에어플랩 열림 모드 및 S70의 액티브에어플랩 닫힘 모드를 교대로 하는 최적의 구동부(30) 제어로 액티브에어플랩(10)이 열리거나 닫히게끔 제어함으로써 엔진룸 내 부품의 열해 및 흡기온의 상승을 억제하면서 연비 저감 운전도 가능하다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 액티브에어플랩 시스템(1)은 차량(100) 전방에 위치한 전방 차량(200)과 갖는 전방차량과의 거리를 감지하는 센서입력부(20); 전방차량과의 거리와 함께 외기 온도/차량 속도/흡기온도/냉각수온도/냉매압력을 적용한 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터로부터 발생된 차량 작동 신호에 응답하여 구동부(30)를 작동시켜주는 제어부(40), 및 액티브에어플랩(10)을 작동시켜 주는 구동부(30)를 포함하고, 상기 제어부(40)가 전방차량 거리 기반 공기유량제어 방식으로 액티브에어플랩(10)의 개구부를 가변 제어함으로써 군집주행 시 엔진룸으로 유입되는 공기 유입량이 항상 최적화될 수 있고, 특히 액티브에어플랩(10)과 레이더 센서를 포함한 복수개 센서의 조합으로 공기유입량에 따른 부품 열해 방지와 차량 공력 감소의 트레이드 오프(trade-off)의 문제가 최적화된 공기유량제어로 해소된다.
1 : 능동형 공기제어장치 시스템(Active Air Flap System)
10 : 액티브에어플랩(Active Air Flap) 20 : 센서입력부
21 : 온도센서 21a : 외기온도센서
21b : 냉각수온도센서 21c : 흡기온도센서
23 : 차량속도센서 25 : 냉매압력센서
27 : 레이더(Rader)센서 29 : 액티브에어플랩 작동센서
30 : 구동부 40 : 제어부
41 : 액티브에어플랩 작동맵 50 : 알림부
100 : 차량 101 : 라디에이터
200 : 전방 차량

Claims (13)

  1. 차량에서 전방의 물체와의 이격거리에 기반 하여 액티브에어플랩 최적 제어 파라미터를 생성하는 센서입력부;
    상기 차량의 내부로 공기를 유입하는 개구부를 가변하도록 액티브에어플랩을 작동시키는 구동부; 및
    상기 센서입력부로부터 발생된 차량 작동 신호에 응답하여 상기 액티브에어플랩의 개구부 열림 또는 닫힘 정도를 판단하는 제어부;
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전방의 물체와의 거리는 레이더 센서로 검출되어 상기 제어부로 제공되고,
    상기 레이더 센서는 상기 차량의 전방에 설치되며,
    상기 전방의 물체와의 거리는 차량 간 통신으로부터 상기 제어부로 제공되는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 센서입력부는
    전방차량과의 거리를 포함하여 외기 온도, 차량 속도, 흡기온도, 냉각수온도 및 냉매압력 중 어느 하나 이상을 적용하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는
    차량 모니터링 중 상기 외기 온도, 상기 차량 속도 및 상기 전방의 물체와의 거리의 상하한 이내 조건으로 액티브에어플랩 레이더 모드를 판단하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 액티브에어플랩 레이더 모드는
    상기 외기 온도, 상기 차량 속도 및 상기 전방차량과의 거리의 각각에 하한값과 상한값을 적용하여 설정된 상기 상하한 이내 조건이 모두 만족된 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 액티브에어플랩 레이더 모드에서 상기 제어부는
    상기 상하한 이내 조건 중 어느 하나의 조건이 만족되지 않으면, 상기 액티브에어플랩의 개구부 제어에 상기 전방차량과의 거리를 고려하지 않는 액티브에어플랩 노말 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는
    상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 상한 조건으로 상기 액티브에어플랩의 개구부가 열리는 액티브에어플랩 열림 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 액티브에어플랩 열림 모드는
    상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 각각에 상한값을 적용한 상기 상한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족된 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 액티브에어플랩 열림 모드에서 상기 제어부는
    상기 상한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족되지 않으면, 액티브에어플랩 닫힘 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  10. 청구항 3에 있어서, 상기 제어부는
    상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 하한 조건으로 상기 액티브에어플랩의 개구부가 닫히는 액티브에어플랩 닫힘 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드는
    상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력의 각각에 하한값을 적용한 상기 하한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족된 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드에서 상기 제어부는
    상기 하한 조건 중 어느 하나의 조건이 만족되지 않으면, 차량 모니터링을 지속하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
  13. 청구항 7 또는 청구항 10에 있어서, 상기 제어부는
    상기 흡기온도, 상기 냉각수온도 및 상기 냉매압력을 상기 차량의 엔진룸 내 열해 부품 온도로 대체하고,
    상기 열해 부품 온도로 상기 액티브에어플랩 열림 모드와 상기 액티브에어플랩 닫힘 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 능동형 공기제어장치 시스템.
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