WO2018062612A1 - 연비 디스플레이 기술을 융합한 스마트형 자동화클러치 제어 방법 - Google Patents

연비 디스플레이 기술을 융합한 스마트형 자동화클러치 제어 방법 Download PDF

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WO2018062612A1
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main controller
fuel economy
clutch control
fuel
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이동근
백병철
안경환
이성철
김성진
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원광이엔텍 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a smart automated clutch control method incorporating fuel economy display technology, and specifically, a configuration for connecting an interface of a display module and an ECU of a vehicle to an interface based on a main controller that controls an actuator. It relates to a smart type automated clutch control method having a fuel economy display function in the used state.
  • China's commercial vehicle market has grown rapidly from 320,000 units in 2001 to 10.7 million units in recent years, with an annual average of 10.6%, accounting for 40% of the global market. It is expected to grow to 5.3 million units in 2020, driven by the Chinese government-led urbanization and Western development policy.In the case of domestic Hyundai, it is expected to grow in the commercial vehicle market by securing economies of scale through Sichuan Hyundai. There is a trend.
  • the present invention is to solve the above problems, the smart controller having a fuel economy display function in the state using the configuration of connecting the ECU of the display module and the vehicle on the main controller centered on the main controller for controlling the actuator It is to provide a type automatic clutch control method.
  • Smart type automatic clutch control system for achieving the above object is the main controller 10, the actuator 30 is connected to the main controller 10, the display module is connected to the main controller 10 And a ECU 40 of the vehicle connected to the main controller 10 through a CAN communication interface, wherein the display module 20 includes an average fuel economy of the vehicle via a protocol in the ECU 40 of the vehicle. And fuel economy display and fuel savings by performing information calculation on instantaneous fuel economy.
  • a fuel reduction type clutch control device is mounted on the clutch to set an operation mode separated by the general driving conditions and the inertial driving conditions on the main controller 10 and measured from the ECU 40 of the vehicle.
  • the received vehicle speed and engine speed information are received by CAN communication, and the inertial driving condition is performed when the measured vehicle speed and engine speed are determined to be greater than or equal to the reference value set in the main controller 10.
  • the smart type automatic clutch control system further includes an inclination angle measuring sensor for measuring an inclination value of the vehicle, and the main controller 10 is configured to control the speed through a speed limit set to correspond to a sensing value measured by the inclination angle measuring sensor.
  • the smart type automated clutch control method according to the present invention as described above has a fuel economy display function in a state using a configuration of connecting the display module and the ECU of the vehicle as an interface on the main controller mainly on the main controller controlling the actuator. Have it.
  • FIG. 1 is a view showing a relation between a display module, an ECU of an automobile, and an actuator, centered on a main controller.
  • FIG. 2 is a view showing a control process having a fuel economy display function by performing information calculation on the average fuel economy and instantaneous fuel economy of a vehicle through a protocol according to the present invention.
  • FIG. 3 exemplarily shows a result of collecting data on a vehicle travel distance and a vehicle use fuel amount from a vehicle to calculate an average fuel efficiency.
  • 5 exemplarily shows a result of providing instantaneous fuel economy while driving a vehicle to calculate instantaneous fuel economy.
  • FIG. 7 illustrates a display screen considering a user through a display module circuit design using a graphic LCD.
  • the actuator on the smart automation clutch consists of a pneumatic cylinder mounted on the hydraulic line between the master cylinder and the release cylinder to transfer hydraulic pressure for clutch operation, a solenoid valve that controls the air supply and exhaust of the pneumatic cylinder, and a position sensor. .
  • the control module receives the output signal from the ECU of the vehicle through CAN communication and at the same time receives the sensor signal mounted on the actuator.
  • the control module controls the actuator by sending an output signal to the solenoid valve and configures the CAN communication interface of the SAE J1939 protocol to collect vehicle driving information. Through this, information about the vehicle speed, engine speed, clutch / brake / acceleration pedal operation is collected.
  • the present invention is a fusion of fuel economy display technology for the control and eco-driving of a smart automation clutch for fuel-saving driving of commercial vehicles.
  • a smart automated clutch control system will be described with reference to FIG. 1.
  • the smart type automatic clutch control system includes a main controller 10, an actuator 30 connected to the main controller 10 in a DIO manner, a display module 20 connected to the main controller 10 in an RS-422 manner, and a main controller.
  • ECU 10 of the vehicle connected to the CAN communication or sensor based interface on 10.
  • the main controller 10 collects the information of the vehicle by connecting the ECU 40 of the vehicle with a controller area network (CAN) communication or a sensor, and receives a signal through a position sensor to confirm the operation of the actuator 30. It is configured to control the solenoid valve for operation of the piston structure constituting the actuator (30).
  • CAN controller area network
  • the vehicle In the connection between the main controller 10 and the ECU 40, in the existing vehicles before 2008, the vehicle is equipped with a pedal sensor including an clutch, a brake, an accelerator, an RPM sensor, and a clutch control switch to acquire vehicle information, Since 2008, the vehicle includes all methods of acquiring data using CAN communication from the vehicle ECU.
  • the present invention functions as an integrated controller so that vehicle information of two types, such as the sensor-based method and the CAN communication method, can be obtained through the main controller 10 which is one controller.
  • the signal flows from the ECU 40 to the main controller 10 side only in one direction and does not reverse.
  • CAN communication is a standard communication specification designed to allow microcontrollers or devices to communicate with each other in a vehicle without a host computer. It is a message-based protocol.
  • the main controller 10 develops a control circuit in consideration of a poor environment in which a truck is operated, and designs a circuit for implementing a stable function even in an environment such as vibration and electromagnetic waves of a vehicle. Device-centric, design and debug considering EMI performance.
  • Data related to CAN communication are information on vehicle speed, engine speed, brake pedal, accelerator pedal, clutch pedal, engine brake, etc.
  • the sensor includes clutch control switch located at the gear knob, clutch pedal operation sensor, fuel supply flow sensor, and magnetic body. It includes a sensing module and the like.
  • vans are loaded with heavy cargo, so in order to increase fuel economy, they must be driven in consideration of the type, size, and weight of the cargo, and most vehicles are loaded with more than their own weight. Therefore, it may be effective to improve the fuel economy by selecting the inertial driving according to the characteristics of the road rather than maintaining a constant speed driving.
  • the present invention seeks to optimize the program through automatic control to reduce the fuel economy of the vehicle.
  • an operation mode divided into a general driving condition and an inertial driving condition is designed and applied.
  • the operation mode is a preset condition that may occur in the general driving conditions and the inertial driving conditions.
  • the vehicle information and the sensor to be collected can be selected through CAN communication, and the output thereof can be designed as a timing chart.
  • Inertial driving is a principle that minimizes fuel supply by temporarily disconnecting power transmission during driving.
  • releasing the accelerator pedal automatically disconnects power transmission from the clutch, disconnects power from the engine and runs at a minimum fuel supply. It is a method of saving fuel by running in the inertia of the vehicle in the state that only fuel is supplied according to the state of being stuck).
  • Fuel reduction clutch control method applied to the present invention is mounted on a commercial vehicle of more than 4.5 tons and legally stepping on the accelerator pedal and driving at 2,000 rpm while driving due to the speed limit, the automatic clutch is automatically released It operates to cut power from the engine and lower the engine's rotation speed to the basic RPM (500-600rpm) to run a certain distance with inertia while minimizing fuel supply. That's how it works. This has the effect of reducing the carbon dioxide emissions and improving the air emission environment through low RPM management as well as fuel savings.
  • the present invention by installing the supply hydraulic line of the booster cylinder and the clutch control unit to be used in common, when the clutch automatic control device is mounted, the line of the existing booster cylinder is closed, and if the existing clutch pedal is operated, the clutch control unit Is released and can be selected and used by the driver. Even if an error occurs in the operation of the clutch control device, since the existing clutch operation can be used as the first priority, it does not interfere with the driving and also does not need to change the vehicle structure.
  • the inclination sensor of the vehicle is received from the main controller using the inclination measurement sensor to prevent overspeed, for example, by setting a speed limit in a program.
  • the speed exceeds a certain speed, the inertial driving condition is released and the vehicle is switched to the normal driving condition to ensure safety.
  • the GPS, etc. mounted on the vehicle while driving the vehicle to identify the downhill unaccelerated driving section of the running vehicle to improve the fuel economy due to inertial driving on the downhill.
  • a certain downhill section on a road including a highway is set as a non-accelerated driving section, the non-accelerated driving section is sensed using a GPS or an inclination measuring sensor, and the driver is notified through a separate voice announcement. It improves driving efficiency and reduces fuel economy. This helps drivers avoid unnecessary fuel consumption by releasing the accelerator pedal when the vehicle passes down a non-accelerated driving section on the way and automatically recognizes it through voice guidance.
  • the location of a vehicle in operation is transmitted to a vehicle central server in which information about a plurality of vehicles is embedded through a data transmission module such as a modem.
  • the fuel efficiency and shift feeling are improved, and the automatic transmission and the manual transmission are provided with the advantages of the automatic transmission and at the same time, the installation is simple.
  • the clutch is controlled through the electronic switch to increase the convenience of gear shifting, and the automatic implementation of the semi-clutch state enables easy operation under a variety of operating conditions. Make it easy to drive.
  • the present invention applies fuel economy display technology for eco-driving while enabling fuel saving through inertial driving derived through the control of the smart type automation clutch.
  • the present invention can see the fuel saving effect of 10 to 25% through the inertial driving, smart automated clutch functions as an eco-driving system based on the inertial driving described above. In addition, it provides average fuel efficiency and instantaneous fuel economy information, CAN-based automated clutch module development and commercial vehicle loading technology used in the tuning market.
  • the actuator 30 may include a center module 310 having a linear sensor 315 installed therein, a sliding module 320 disposed to be movable within the center module 310, and a first cylinder disposed at one side of the center module 310.
  • the second cylinder module 340 is disposed on the other side of the module 330 and the center module 310.
  • the center module 310 is connected to one side of the linear sensor 315, the sliding block 320 and the sliding block 320, the movement of which is sensed by the linear sensor 315, and the first cylinder module 330 therein. And a piston rod 322 connected to the other side of the sliding block 320 and simultaneously connected to the second cylinder module 340.
  • the second cylinder module 340 may include a piston head 341 that moves along an axial direction therein, a spring 342 disposed between the piston head 341 and the center module 310, and a second cylinder module 340.
  • An end cap 343 disposed at the edge of the end cap 343.
  • the present invention performs a linear motion of the sliding block 320 by adjusting the pneumatic pressure supplied by controlling a solenoid (not shown) connected to the actuator 30, the linear sensor displacement of the sliding block 320 Direct control via 315 to control the clutch.
  • FIG. 2 is a view showing a control process having a fuel economy display function by performing information calculation on the average fuel economy and instantaneous fuel economy of a vehicle through a protocol according to the present invention.
  • the ECU 40 of the vehicle shows a process of connecting to the CAN communication to collect the information of the vehicle. Specifically, the fuel economy information is checked in real time through information such as fuel amount, travel distance and instantaneous fuel economy used while driving the vehicle.
  • information on the average fuel economy and instantaneous fuel economy of the vehicle is calculated through a control program having a fuel economy display function of the J-1939 protocol.
  • the average fuel economy is obtained by dividing the vehicle fuel consumption by the vehicle travel distance, and collects data on the vehicle travel distance and vehicle fuel consumption from the vehicle to calculate the average fuel economy.
  • FIG. 3 exemplarily shows a result of collecting data on a vehicle travel distance and a vehicle use fuel amount from a vehicle to calculate an average fuel economy
  • FIG. 4 shows experimental data for calculating an average fuel economy.
  • SPN is an abbreviation of Suspect Parameter Number, a number assigned to data representing a specific value
  • SPN 244 data refers to a distance displayed on a trip computer
  • SPN 245 data refers to a total travel distance of a vehicle.
  • the SPNs of the data representing the vehicle moving distance are 244, 245, 917, 918, and the like, and the SPNs of the data representing the amount of fuel used are 96, 182, 183, 250, 1001, and the like.
  • FIG. 5 exemplarily shows a result of providing instantaneous fuel economy while driving a vehicle to calculate instantaneous fuel economy
  • FIG. 6 shows experimental data for calculating instantaneous fuel economy.
  • FIG. 5 it is exemplarily provided to provide fuel efficiency of an instant while driving a vehicle, and is J1939 protocol, ID 0x18FEF200.
  • FIG. 5 illustrates a value of data at each position in a packet (data bundle) having an ID of 0xFEF2 in CAN communication.
  • data bundle data bundle having an ID of 0xFEF2 in CAN communication.
  • data bundle data bundle having an ID of 0xFEF2 in CAN communication.
  • SPN 183 is the data indicating the fuel consumption of the engine and is located 1 and 2 in the packet with ID 0xFEF2
  • SPN 184 is 3 and 4 in the packet with the ID 0xFEF2 as the data for instantaneous fuel economy.
  • the rest of SPN 185 and SPN 51 are the same.
  • FIG. 7 illustrates a display screen considering a user through a display module circuit design using a graphic LCD.
  • the present invention provides a design friendly display circuit and a user program. Specifically, a display module circuit design using a graphic LCD and a screen considering a user are designed.
  • instantaneous fuel economy and average fuel economy may be displayed on the upper and lower ends, respectively, and a battery voltage may be displayed on the upper right side, and the current fuel economy may be displayed on the lower right side.
  • the driver can know in detail the fuel economy of the vehicle in real time, and at the same time can perform eco-driving through fuel economy reduction.
  • the smart type automated clutch control method provides a fuel economy display function in a state using a configuration of connecting a display module and an ECU of a vehicle as an interface on the main controller centering on a main controller controlling an actuator. Have it.

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Abstract

본 발명에 따른 스마트형 자동화 클러치 제어 시스템은 메인 컨트롤러(10), 상기 메인 컨트롤러(10)에 연결되는 액추에이터(30), 상기 메인 컨트롤러(10)에 연결되는 디스플레이 모듈(20) 및 CAN 통신 인터페이스로 상기 메인 컨트롤러(10)에 접속되는 차량의 ECU(40)를 포함하고, 상기 디스플레이 모듈(20)은, 상기 차량의 ECU(40)에서 프로토콜을 거쳐 차량의 평균연비 및 순간연비 등에 대한 정보 산출을 시행함으로써 연비 표시 및 연료 절감을 제어한다. 본 발명은 액추에이터를 제어하는 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 상기 메인 컨트롤러 상에 디스플레이 모듈 및 차량의 ECU를 인터페이스로 연결하는 구성을 이용한 상태에서 연비 디스플레이 기능을 갖게 한다.

Description

연비 디스플레이 기술을 융합한 스마트형 자동화클러치 제어 방법
본 발명은 연비 디스플레이 기술을 융합한 스마트형 자동화클러치 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 액추에이터를 제어하는 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 상기 메인 컨트롤러 상에 디스플레이 모듈 및 차량의 ECU를 인터페이스로 연결하는 구성을 이용한 상태에서 연비 디스플레이 기능을 갖는 스마트형 자동화 클러치 제어 방법에 관한 것이다.
세계 주요 선진국들은 교토의정서에서 정해진 온실가스 배출량 삭감 목표를 달성하기 위해 CO, 특히 자동차 CO₂배출량 규제에 적극 진행하고 있다. 교토의정서에서는 2008∼2012년에 선진국 전체의 CO₂배출량을 90년 대비 최소한 5% 삭감하는 것을 목표로 한 바 있다. 국내의 전체 자동차 등록대수는 지속적으로 증가하고 있으며, 그 중에서 상용차(화물차 및 특수차)는 276만대에서 326만대로 꾸준히 증가하며, 평균 20%의 비중을 차지하고 있다.
화물차 및 특수차를 포함하고 있는 중대형 상용차량의 특징으로는 일반 소형 승용차와 비교하여 운행횟수가 많고 운행거리가 길어서 차량당 발생하는 온실가스의 배출량이 매우 높다는 문제가 있다. 또한, 탑승하는 인원수와 화물 적재량에 따라 차량에 가해지는 부하 변동량이 크고, 차량 시스템 및 요소 부품의 기술 특징이 승용차와 달라서 별도의 연비향상에 대한 노력이 요구되고 있다.
자동차 무단변속기(CVT)는 기술력의 발달로 인해 많은 완성차 제조업체가 추구하는 연비 개선과 자동차 경량화, 이산화탄소 배출량 감소 등이 기존 자동변속기에 비해 도움이 되기 때문에 도입률이 계속 높아지고 있다.
글로벌 자동차 부품업체의 변속 기술 개발 추세를 볼때, 최근에 무단변속기 시장의 미래는 매우 밝으며, 미국을 비롯하여 중국에서도 사용률이 증가하고 있기 때문에 무단변속기의 사용률은 연간 6~9%의 지속적인 성장이 예상된다.
한편, 변속이 자동으로 이루어지는 자동 변속기를 장착할 경우에는 운전 중 편리하고 승차감이 우수한 장점이 있으나, 초기 구입 비용이 증가하고, 주행 중 수동변속기에 비해 20~30% 정도의 연료소비가 많게 되는 단점이 있다.
중국의 상용차 시장은 지난 2001년 32만 대에서 최근에 107만 대로 연평균 10.6%로 빠르게 성장하면서 글로벌 시장에서 40% 비중을 차지하고 있다. 중국 정부가 주도하는 도시화와 서부 대개발 정책에 힘입어 오는 2020년 530만대까지 성장할 것으로 전망하며, 국내 현대 자동차의 경우에는 쓰촨 현대를 통한 규모의 경제까지 확보함으로써 향후 상용차 시장에서의 성장이 기대되고 있는 추세이다.
한편, 중국의 신에너지자동차 육성정책을 보면, 석유 에너지의 고갈과 온실가스의 배출이 기후 변화를 일으키는 이 시점에서 전 세계적인 범위 내 자동차 에너지 절약 업무의 중심은 승용차에서 중형 상용차로 이동하고 있다고 지적하고 있는바, 2012년 2월 1일부터 정식으로 중형 상용차 연료 소모량에 대한 관리 방안을 시행하고 있다.
따라서, 상용차에 장착되는 자동 변속기에 대한 에너지 절감 방안을 통해 연비를 높이게 하는 대책에 대한 연구개발이 절실한 상태이다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 액추에이터를 제어하는 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 상기 메인 컨트롤러 상에 디스플레이 모듈 및 차량의 ECU를 인터페이스로 연결하는 구성을 이용한 상태에서 연비 디스플레이 기능을 갖는 스마트형 자동화 클러치 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 스마트형 자동화 클러치 제어 시스템은 메인 컨트롤러(10), 상기 메인 컨트롤러(10)에 연결되는 액추에이터(30), 상기 메인 컨트롤러(10)에 연결되는 디스플레이 모듈(20) 및 CAN 통신 인터페이스로 상기 메인 컨트롤러(10)에 접속되는 차량의 ECU(40)를 포함하고, 상기 디스플레이 모듈(20)은, 상기 차량의 ECU(40)에서 프로토콜을 거쳐 차량의 평균연비 및 순간연비 등에 대한 정보 산출을 시행함으로써 연비 표시 및 연료 절감을 제어한다.
차량의 연비 절감을 위해 클러치 상에 연료 저감형 클러치 제어 장치를 부착하여 일반주행 조건 및 관성주행 조건으로 분리된 동작 모드를 메인 컨트롤러(10) 상에 설정하고, 상기 차량의 ECU(40)로부터 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수 정보를 CAN 통신으로 수신하여, 상기 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수가 상기 메인 컨트롤러(10)에 설정된 기준값 이상으로 판단되는 경우에 관성주행 조건을 수행한다.
상기 스마트형 자동화 클러치 제어 시스템은, 차량의 기울기 값을 측정하는 경사각 측정 센서를 더 포함하고, 상기 메인 컨트롤러(10)는 상기 경사각 측정 센서를 통해 측정된 센싱값에 대응하도록 설정된 제한 속도를 통해 경사진 도로를 주행하는 차량의 속도를 제어함으로써, 관성 주행으로 인한 차량의 과도한 가속을 방지한다.
GPS 또는 상기 경사도 측정 센서를 이용하여 내리막길 무가속 운전구간을 식별하여 음성 안내를 통해 차량 운전자에게 알림으로써 관성 주행 효율을 향상시키는 동시에 연비를 절감하게 하며, 운행 중인 차량의 위치를 데이터 전송 모듈을 통해 차량 중앙 서버 상으로 전송한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 스마트형 자동화 클러치 제어 방법은 액추에이터를 제어하는 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 상기 메인 컨트롤러 상에 디스플레이 모듈 및 차량의 ECU를 인터페이스로 연결하는 구성을 이용한 상태에서 연비 디스플레이 기능을 갖게 한다.
도 1은 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 디스플레이 모듈, 차량의 ECU 및 액추에이터가 연결된 관계를 보이는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 프로토콜을 거쳐 차량의 평균연비 및 순간연비 등에 대한 정보 산출을 시행함으로써 연비 표시 기능을 갖는 제어 과정을 보이는 도면이다.
도 3은 평균연비를 산출하기 위해 차량으로부터 차량 이동거리 및 차량 사용 연료량에 데이터를 수집한 결과를 예시적으로 보인다.
도 4는 평균연비를 산출하기 위한 실험 데이터를 보인다.
도 5는 순간연비를 산출하기 위해 차량 운행 중에 순간의 연비를 제공한 결과를 예시적으로 보인다.
도 6은 순간연비를 산출하기 위한 실험 데이터를 보인다.
도 7은 그래픽 LCD를 적용한 Display module 회로설계를 통해 사용자를 고려한 디스플레이 화면을 도시한다.
도 8은 본 발명을 구성하는 액추에이터를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
먼저, 본 발명에 적용되는 스마트형 자동화 클러치의 구성을 보면 다음과 같다. 스마트형 자동화 클러치 상에서의 액추에이터는 마스터 실린더와 릴리스 실린더 사이의 유압라인에 장착되어 클러치 동작을 위한 유압을 전달하는 공압실린더, 공압실린더의 에어 공급 및 배기를 제어하는 솔레노이드 밸브, 및 위치센서로 구성된다.
제어 모듈은 차량의 ECU로부터 CAN 통신을 통해 출력신호를 받는 동시에 액추에이터에 장착된 센서신호를 입력받는다. 상기 제어 모듈은 솔레노이드 밸브로 출력신호를 보냄으로써 액추에이터를 제어하며 차량의 운행정보를 수집하기 위해서 SAE J1939 규약의 CAN 통신 인터페이스를 구성한다. 이를 통해, 차량의 속도, 엔진회전수, 클러치/브레이크/가속페달 동작에 대한 정보를 수집한다.
도 1은 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 디스플레이 모듈, 차량의 ECU 및 액추에이터가 연결된 관계를 보이는 도면이다. 본 발명은 상용차의 연료절감 운행을 위한 스마트형 자동화 클러치의 제어 및 에코드라이빙을 위한 연비 디스플레이 기술을 융합한 것이다.
도 1을 참조하여 스마트형 자동화 클러치 제어 시스템을 설명한다.
스마트형 자동화 클러치 제어 시스템은 메인 컨트롤러(10), 메인 컨트롤러(10)에 DIO 방식으로 연결되는 액추에이터(30), 메인 컨트롤러(10)에 RS-422 방식으로 연결되는 디스플레이 모듈(20) 및 메인 컨트롤러(10) 상에 CAN 통신 또는 센서 기반 인터페이스로 접속되는 차량의 ECU(40)를 포함한다.
메인 컨트롤러(10)는 차량의 ECU(40)와 CAN(Controller Area Network) 통신 또는 센서 기반으로 연결해 차량의 정보를 수집하고, 액추에이터(30)의 동작을 확인하기 위하여 위치센서를 통해 신호를 입력받으며, 액추에이터(30)를 구성하는 피스톤 구조체 동작을 위해 솔레노이드 밸브를 제어하도록 구성한다.
메인 컨트롤러(10)와 ECU(40) 간의 연결을 보면, 2008년 이전의 기존 차량에서는 클러치, 브레이크, 엑셀레이터를 포함하는 페달 센서, RPM 센서 및 클러치 제어 스위치 등에 센서를 장착하여 차량 정보를 취득하거나, 2008년 이후 차량에서는 차량 ECU로부터 CAN 통신을 이용하여 데이터를 취득하는 방안을 모두 포함한다.
즉, 본 발명은 하나의 컨트롤러인 메인 컨트롤러(10)를 통해 상기 센서 기반 방식 및 CAN 통신 방식 등 두가지 방식의 차량정보를 취득할 수 있도록 통합형 컨트롤러 기능을 한다. 여기에서, 신호 흐름은 상기 ECU(40)에서 메인 컨트롤러(10) 측으로 일방향으로만 진행하고 역방향은 진행하지 않는다.
또한, 페달 동작 센서 등을 통해서 운전자의 페달 작동 상태를 추가적으로 확인할 수 있다. CAN 통신은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격으로서, 메시지 기반 프로토콜이다.
상기 메인 컨트롤러(10)는 화물차가 운용되는 열악한 환경을 고려하여 제어 회로를 개발하게 되는데, 차량의 진동 및 전자파 등의 환경에서도 안정적인 기능을 구현하기 위한 회로설계를 하고, 진동 특성을 고려해 Dip 타입의 소자 중심으로 하며, EMI 성능을 고려한 설계 및 디버깅을 수행한다.
CAN 통신 관련 데이터는 차량 속도, 엔진 회전수, 브레이크 페달, 가속 페달, 클러치 페달, 엔진 브레이크 등에 대한 정보이며, 센서는 기어 노브에 위치한 클러치 제어스위치, 클러치 페달 동작센서, 연료공급 유량센서, 자력체를 갖는 감지 모듈 등을 포함한다.
화물차는 승용차와는 달리 무거운 화물을 싣고 주행하는 특징이 있어 화물차의 연비를 높이기 위해서는 화물의 종류와 크기, 무게 등의 특성을 감안해서 운전을 해야 하며, 대부분 차량이 차량 자체 무게 이상의 화물을 싣고 주행하므로 정속 주행을 유지하기보다는 도로의 특성에 따라 관성 주행을 선택하는 것이 연비 향상에 효과적일 수 있다.
본 발명은 차량의 연비 절감을 위해 자동 제어를 통한 프로그램의 최적화를 도모하는데, 구체적으로는 일반주행 조건과 관성 주행 조건으로 분리된 동작모드를 설계하여 적용한다. 동작 모드는 상기 일반주행 조건과 관성 주행 조건에서 발생할 수 있는 상황을 미리 설정한 것으로서, CAN 통신을 통해 수집하여야 할 차량 정보와 센서를 선정하고, 그에 대한 출력을 타이밍 차트로 설계할 수 있다.
관성 주행은 주행 중 동력 전달을 일시적으로 분리시켜 연료 공급을 최소화시키는 원리이다. 수동 변속기에서 일정 RPM 이상으로 주행할 때 가속 페달로부터 발을 떼면 자동적으로 클러치에서 동력전달을 분리시켜 엔진으로부터 동력을 차단시키고 최소한의 연료 공급으로 운행하게 되는데 이는 즉, 기본 RPM(정지 상태에서의 시동이 걸려 있는 상태) 유지에 따른 연료만 공급되는 상태에서 차량의 관성으로 운행하여 연료를 절감하는 방법이다.
본 발명에 적용되는 연료저감형 클러치 제어방법은 4.5ton 이상의 상용차에 장착되며 법적으로 속도 리미트로 인해 주행 중 가속 페달을 밟고 2,000 rpm으로 주행을 하다가 가속페달에서 발을 떼게 되면, 자동적으로 자동화클러치가 작동되면서 엔진으로부터 동력을 차단시키고 엔진의 회전속도를 기본 RPM(500-600rpm)으로 낮추어 연료 공급이 최소화된 상태로 일정거리를 관성주행으로 운행하고 이러한 관성주행을 목적지까지 반복적으로 수행함으로서 연비가 절감되는 방식이다. 이는 연료절감 뿐만 아니라 저 RPM 관리를 통해 이산화탄소 배출량 저감 및 대기배출 환경을 개선하는 효과가 있다.
본 발명에서는 부스터 실린더와 클러치 제어장치의 공급유압라인을 공용으로 사용할 수 있게 설치함으로서 장착된 클러치 자동제어장치를 사용할 때는 기존 부스터 실린더의 라인이 폐쇄되고, 기존의 클러치 페달을 작동시키면 본 클러치 제어장치가 해제되어 운전자가 선택하여 사용할 수 있다. 본 클러치 제어장치의 작동 상에 에러가 발생할 경우에도 기존 클러치 작동이 최우선적으로 사용될 수 있는 구조이기 때문에 운행에 지장을 주지 않을 뿐더러 차량 구조 변경도 필요 없다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에서는 경사도가 심한 내리막 길에서 관성 주행으로 인해 과도한 가속이 발생하기 때문에 과속 방지를 위해 경사도 측정 센서를 이용하여 차량의 기울기 값을 메인 컨트롤러에서 받고 프로그램 상에서 제한속도 설정을 통해 예를 들어 110km/h 인 경우와 같이, 일정 속도 초과 시에 관성 주행 조건이 해제되고 일반 주행 조건으로 전환되어 안전성을 확보한다.
또한, 차량 주행 중에 차량에 장착된 GPS 등을 이용하여 운행 중인 차량의 내리막길 무가속 운전구간을 식별하게 함으로써 내리막 길에서 관성 주행으로 인한 연비를 향상하게 한다. 구체적으로는, 고속도로를 포함한 도로 상에서 일정한 내리막길 구간을 무가속 운전구간으로 설정하고, 상기 무가속 운전구간을 GPS 또는 경사도 측정 센서를 이용하여 감지하고 별도의 음성 안내 멘트를 통해 운전자에게 알려줌으로서 관성 주행의 효율을 향상시키고 연비를 절감하게 한다. 이를 통해 운전자들은 내리막길 무가속 운전구간을 지나는 경우에 자동으로 음성안내를 통해 인지한 상태에서 가속페달에서 발을 뗌으로써 불필요한 연료 소모를 방지할 수 있다.
한편, 복수의 차량을 운행하는 사업자 입장에서는 각각의 차량이 운행하는 구간에 따라 예상되는 연료 소모량을 산정할 필요가 있게 된다. 이를 토대로 실제 연료 소모량과의 비교를 통해서 연료의 효율적인 사용 유무를 파악할 수 있게 된다. 상기 내용의 구현을 위해서는 운행 중인 차량의 위치를 모뎀과 같은 데이터 전송 모듈을 통해 복수의 차량에 대한 정보가 내장된 차량 중앙 서버 상으로 전송한다.
본 발명에 따른 스마트형 자동화클러치 제어 방법을 적용하는 경우에는 연료효율 및 변속감을 향상시키고, 자동변속기와 수동변속기의 장점을 구비함과 동시에 간편 설치 가능하게 한다. 또한, 전자식 스위치를 통해 클러치의 단속이 이루어져 기어변속의 편의성이 증대되고, 반클러치 상태의 자동 구현으로 다양한 운전조건에서도 손쉬운 운전이 가능하며, 악조건시에 강한 반클러치를 임의로 조작할 수 있어 초보자도 쉽게 운전할 수 있게 한다.
또한, 본 발명을 적용하는 경우에는 운전 중을 포함한 상시적인 전원 단속을 통해서 기존 클러치 페달으로의 사용 전환을 용이하게 하고, 클러치를 사용하지 않으므로 초보 운전자들도 쉽게 조작할 수 있으며, 직업 운전자들의 허리와 무릎을 편안하게 한다.
상기와 같이 본 발명은 스마트형 자동화 클러치의 제어를 통해 도출되는 관성 주행을 통한 연료절감을 가능하게 하는 동시에 에코 드라이빙을 위한 연비 디스플레이 기술을 적용한다.
본 발명은 관성 주행을 통해 10~25%의 연료절감 효과를 볼 수 있으며, 스마트형 자동화클러치는 상기한 관성 주행에 기반한 에코드라이빙 시스템으로서 기능한다. 또한, 튜닝시장에서 사용하는 평균연비 및 순간연비 정보, CAN 기반의 자동화 클러치모듈 개발 및 상용차량 탑재기술을 제공한다.
도 8을 참조하여 본 발명을 구성하는 액추에이터(30)를 설명한다.
액추에이터(30)는 리니어 센서(315)가 내장된 중심 모듈(310), 중심 모듈(310) 내에서 이동 가능하게 배치되는 슬라이딩 모듈(320), 중심 모듈(310)의 일측에 배치되는 제1 실린더 모듈(330) 및 중심 모듈(310)의 타측에 배치되는 제2 실린더 모듈(340)을 포함한다.
중심 모듈(310)은 그 내부에 리니어 센서(315), 리니어 센서(315)에 의해 그 이동이 감지되는 슬라이딩 블럭(320), 슬라이딩 블럭(320)의 일측에 연결되는 동시에 제1 실린더 모듈(330)에 접속되는 매스터 푸시 로드(321), 슬라이딩 블럭(320)의 타측에 연결되는 동시에 제2 실린더 모듈(340)에 접속되는 피스톤 로드(322)를 포함한다.
제2 실린더 모듈(340)는 그 내부에서 축방향을 따라 운동하는 피스톤 헤드(341), 피스톤 헤드(341)와 중심 모듈(310) 사이에 배치되는 스프링(342), 제2 실린더 모듈(340)의 가장자리에 배치되는 엔드 캡(343)을 포함한다.
본 발명은 액추에이터(30)에 연결된 솔레노이드(미도시)를 제어함에 따라 공급되는 공압을 조절함으로써 슬라이딩 블럭(320)의 직선 운동을 수행하게 되는데, 슬라이딩 블럭(320)의 직선 운동 변위를 리니어 센서(315)를 통해 직접 측정하여 클러치를 제어하는 것에 있다.
도 2는 본 발명에 따라 프로토콜을 거쳐 차량의 평균연비 및 순간연비 등에 대한 정보 산출을 시행함으로써 연비 표시 기능을 갖는 제어 과정을 보이는 도면이다.
도 2를 참조하면, 차량의 ECU(40)에서 CAN 통신으로 연결해 차량의 정보를 수집하는 과정을 보인다. 구체적으로는, 차량 주행 중에 사용되는 연료량, 이동 거리 및 순간 연비 등의 정보를 통해 실시간으로 연비 정보를 점검한다.
즉, 일 실시예로서 J-1939 프로토콜의 연비 표시 기능을 가지는 제어 프로그램을 통해 차량의 평균연비 및 순간연비에 대한 정보를 산출한다.
평균연비는 차량 사용 연료량을 차량 이동거리로 나누는 과정을 통해 획득되는데, 평균 연비를 산출하기 위해서 차량으로부터 차량 이동거리 및 차량 사용 연료량에 데이터를 수집한다.
도 3은 평균연비를 산출하기 위해 차량으로부터 차량 이동거리 및 차량 사용 연료량에 데이터를 수집한 결과를 예시적으로 보이고, 도 4는 평균연비를 산출하기 위한 실험 데이터를 보인다.
도 3에서 SPN은 Suspect Parameter Number의 약자로 특정 값을 의미하는 데이터에 매겨진 번호이고, SPN 244 데이터는 트립 컴퓨터에 표시되는 거리를 의미하고, SPN 245 데이터는 차량의 총 이동거리를 의미한다.
차량이동거리를 의미하는 데이터의 SPN은 244, 245, 917, 918 등이 있고, 차량 사용연료량을 의미하는 데이터의 SPN은 96, 182, 183, 250, 1001 등이 있다. 상기의 데이터를 통해서 연비[km/L] = (차량 이동거리 / 차량 사용연료량)의 식에 대입하여 연비를 산출할 수 있다.
평균 연비 산출식은 평균 연비[km/L]={이동거리[km]/사용연료량[L]} 으로써, 이동거리는 속력의 데이터를 적분해서 구하고, 사용연료량 데이터는 연료 사용량의 데이터를 적분해서 구한다. 적분되어 얻어진 두 데이터를 통하여 평균연비 데이터를 얻는다.
도 5는 순간연비를 산출하기 위해 차량 운행 중에 순간의 연비를 제공한 결과를 예시적으로 보이고, 도 6은 순간연비를 산출하기 위한 실험 데이터를 보인다. 도 5를 참조하면, 차량 운행 중의 순간 순간의 연비를 제공하는 것을 예시적으로 나타내며, J1939 프로토콜, ID 0x18FEF200 이다.
도 5는 CAN 통신의 ID가 0xFEF2 인 패킷(데이터 묶음)에서 각 위치의 데이터가 의미하는 값을 설명한다. 예를 들어, 하기 표 1의 패킷이 들어오면 1번과 2번의 데이터는 엔진의 연료 사용량, 3번과 4번은 순간연비, 5번과 6번 데이터는 평균연비, 7번은 엔진 스로틀 밸브 위치 값을 의미한다. SPN 183은 엔진의 연료 사용량을 의미하는 데이터로 ID 0xFEF2인 패킷에서 1번과 2번에 위치하고, SPN 184는 순간연비를 의미하는 데이터로 ID 0xFEF2인 패킷에서 3번과 4번에 위치한다. 나머지 SPN 185와 SPN 51도 동일하다.
위치 1 2 3 4 5 6 7
데이터 Engine Fuel Rate Engine Fuel Rate Engine Instantaneous Fuel Economy Engine Instantaneous Fuel Economy Engine Average Fuel Economy Engine Average Fuel Economy Engine Throttle Position
도 7은 그래픽 LCD를 적용한 Display module 회로설계를 통해 사용자를 고려한 디스플레이 화면을 도시한다. 도 7을 참조하면, 본 발명은 디자인 친화형 디스플레이 회로 및 사용자 프로그램을 제공한다. 구체적으로는, 그래픽 LCD를 적용한 Display module 회로설계 및 사용자를 고려한 화면을 설계한다.
예시적인 디스플레이 화면을 보면, 상하단 상에 각각 순간 연비 및 평균 연비 등을 나타내고, 상단 우측에는 배터리 전압을 표시하는 동시에 하단 우측에는 현재의 연비 상태를 표시하는 것일 수 있다. 상기 디스플레이 상태를 통해서, 운전자는 실시간으로 차량의 연비 상태를 구체적으로 알 수 있는 것과 동시에 연비 절감을 통한 에코 드라이빙을 실천할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 스마트형 자동화 클러치 제어 방법은 액추에이터를 제어하는 메인 컨트롤러를 중심으로 하여 상기 메인 컨트롤러 상에 디스플레이 모듈 및 차량의 ECU를 인터페이스로 연결하는 구성을 이용한 상태에서 연비 디스플레이 기능을 갖게 한다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 메인 컨트롤러(10), 상기 메인 컨트롤러(10)에 연결되는 액추에이터(30), 상기 메인 컨트롤러(10)에 연결되는 디스플레이 모듈(20) 및 CAN 통신 인터페이스로 상기 메인 컨트롤러(10)에 접속되는 차량의 ECU(40)를 포함하는 스마트형 자동화 클러치 제어 시스템에서,
    상기 디스플레이 모듈(20)은,
    상기 차량의 ECU(40)에서 프로토콜을 거쳐 차량의 평균연비 및 순간연비 등에 대한 정보 산출을 시행함으로써 연비 표시 및 연료 절감을 제어하는,
    스마트형 자동화 클러치 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    차량의 연비 절감을 위해 클러치 상에 연료 저감형 클러치 제어 장치를 부착하여 일반주행 조건 및 관성 주행 조건으로 분리된 동작 모드를 메인 컨트롤러(10) 상에 설정하고, 상기 차량의 ECU(40)로부터 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수 정보를 CAN 통신으로 수신하여, 상기 측정된 차량 속도 및 엔진 회전수가 상기 메인 컨트롤러(10)에 설정된 기준값 이상으로 판단되는 경우에 관성 주행 조건을 수행하는,
    스마트형 자동화 클러치 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스마트형 자동화 클러치 제어 시스템은,
    차량의 기울기 값을 측정하는 경사도 측정 센서를 더 포함하고,
    상기 메인 컨트롤러(10)는 상기 경사도 측정 센서를 통해 측정된 센싱값에 대응하도록 설정된 제한 속도를 통해 경사진 도로를 주행하는 차량의 속도를 제어함으로써, 관성 주행 모드를 해제함으로써 관성 주행으로 인한 차량의 과도한 가속을 방지하는,
    스마트형 자동화 클러치 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    GPS 또는 상기 경사도 측정 센서를 이용하여 내리막길 무가속 운전구간을 식별하여 음성 안내를 통해 차량 운전자에게 알림으로써 관성 주행 효율을 향상시키는 동시에 연비를 절감하게 하며, 운행 중인 차량의 위치를 데이터 전송 모듈을 통해 차량 중앙 서버 상으로 전송하는,
    스마트형 자동화 클러치 제어 시스템
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