KR100811090B1

KR100811090B1 - 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스

Info

Publication number: KR100811090B1
Application number: KR1020070053023A
Authority: KR
Inventors: 방순영; 권오민
Original assignee: 동해전장 주식회사
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-03-06

Abstract

본 발명은 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스에 관한 것으로, 차량용의 정션박스에 있어서, 차량용 배터리에서 출력되는 전원을 단속하는 다수의 퓨즈 소자; 상기 퓨즈 소자의 통전 여부를 감지하는 제 1 센싱 소자; 상기 배터리에서의 전원을 스위칭하여 차량내 부하에 전원을 인가하는 FET 스위칭 소자; 상기 FET 스위칭 소자의 스위칭 여부를 감지하는 제 2 센싱 소자; 차량내 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작 신호를 수신하여 상기 FET 스위칭 소자의 동작을 제어하며, 상기 제 1 및 제 2 센싱 소자로부터 퓨즈 소자 및 FET 스위칭 소자의 동작 기록을 수집하는 마이크로 컨트롤러; 및 상기 마이크로 컨트롤러로부터 수집되는 제 1 및 제 2 센싱 소자의 동작 기록을 저장하는 동작기록 메모리; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

정션박스

Description

고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스{SMART JUNCTION BOX}

도 1은 종래 기술이 적용된 버스바 타입의 정션박스를 나타내는 도면.

도 2는 종래 기술이 적용된 PCB 타입의 정션박스를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명이 적용된 스마트 정션박스를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명이 적용된 스마트 정션박스의 동작을 설명하기 위한 블록도.

도 5는 본 발명의 스마트 정션박스가 적용되는 차량내 통신 구조를 설명하기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 소자 모니터링 구조를 설명하기 위한 도면.

본 발명은 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정션박스내 퓨즈와 스위칭 소자의 동작 여부를 센싱하고 해당 동작 기록을 내부에 저장함으로써 차량 고장시 해당 동작 기록을 통해 즉시 고장 모듈을 추적할 수 있으며, 이러한 광범위한 동작 기록의 분석을 통해 복잡한 전장 부품에 대한 고장 원인을 찾아냄은 물론 고장 대응 방안을 마련할 수 있게 되는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스에 관한 것이다.

통상적으로 자동차의 전기장치는 신경계통에 비유할 수 있으며, 전기장치가 정상적으로 작동하여야만 비로소 자동차는 그 성능을 제대로 발휘할 수 있게 된다.

이와 같은 자동차의 전기장치는 기관측 전기장치와 차체측 전기장치로 나눌 수 있는데, 기관측 전기장치는 점화코일, 배전기 고압 케이블, 점화 플러그 등으로 이루어지는 점화장치 및 발전기, 조정기로 이루어지는 충전장치로 되어 있고, 차체측 전기장치는 축전지를 비롯하여 조명용, 표지용, 신호용으로 이루어지는 등화장치, 인스트루먼트 패널에 설치되는 계기류 경고 표시장치 및 냉/난방장치 등이 있다.

이러한 자동차의 전기장치들은 모두 와이어로 자동차의 엔진룸 내부에서 전자제어장치용 컴퓨터(Electronic Control Unit: ECU)와 연결되어 있는데, 이때 이들 와이어와 ECU를 서로 연결하는 중간 매개체로써 정션박스(Junction Box)가 사용된다.

도 1은 종래 기술이 적용된 버스바 타입의 정션박스를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 정션박스(1)는 미니퓨즈, 미디퓨즈 및 S/B 퓨즈 등의 각종 퓨즈류(6)와 릴레이(7)를 포함하는 각종 소자가 꽂아지는 어퍼 케이스(2)가 구비되고, 입출력 커넥터(5)가 꽂아지는 로워 케이스(3)가 외부 케이스로 구비되게 되며, 해당 어퍼 케이스(2)와 로워 케이스(3)의 사이에는 여러층의 회로기판(4)이 적층되어 삽입됨으로써 구성된다.

여기에서 해당 회로기판(4)은 하나의 절연판에 하나의 메탈버스 레이어(버스바)가 면결합하게 됨으로써 해당 절연판의 사이사이에 입력된 전류를 분배하게 되 며, 해당 케이스내에는 이러한 버스바 타입의 다수의 회로기판(4)이 여러층으로 적층되어 삽입되게 된다.

하지만, 이러한 종래의 버스바 타입의 정션박스는 다수개의 층이 차지하는 부피가 크므로 차량에 장착되는 경우 공간을 많이 차지하며 제조시에 재료비가 상승하는 등의 문제점이 있었다.

이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 내부에 PCB 층(8)을 통해 다수의 버스바 회로기판(4)을 대체하게 되는 PCB 타입의 정션박스가 개발된 바 있다.

이러한 PCB 타입의 정션박스는 비록 PCB 층(8)의 채용을 통해 기존의 버스바 타입이 가지고 있던 문제점인 다층의 버스바 회로기판(4)들로 인한 부피 문제는 어느 정도 해결할 수 있지만, 릴레이(7)와 같은 아날로그 소자와의 결합을 위해 최상단에는 여전히 버스바 회로기판(4)을 채용하고 있어 큰 부피 감소로 이어지지 않았다.

특히, 이러한 PCB 타입의 정션박스에서도 여전히 아날로그 타입의 릴레이(7)를 스위칭소자로 활용하게 됨으로써 타 모듈과의 정보교환이 불가능해 최근 자동차 전장에서 요구되는 디지털 및 IT화에 대비할 수 없었다.

또한, 이러한 종래의 정션박스에는 정션박스의 내부 고장시 적절한 고장 파악을 위한 기능이 없어 잔고장시에도 원인 부품에 대한 분석이 불가능해 정션박스 자체를 교환해야만 하는 문제점이 있으며, 이러한 종래 방식의 정션박스를 통해서는 각 차량마다 상이한 주행환경과 승차환경을 나타내기 때문에 다양한 원인으로 발생하게 되는 전장부품 및 정션박스의 고장에 대한 진단 및 분석 기능을 전혀 마 련할 수 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 정션박스내 퓨즈와 스위칭 소자의 동작 여부를 센싱하고 해당 동작 기록을 내부에 저장함으로써 차량 고장시 해당 동작 기록을 통해 즉시 고장 모듈을 추적할 수 있으며, 이러한 광범위한 동작 기록의 분석을 통해 복잡한 전장 부품에 대한 고장 원인을 찾아냄은 물론 고장 대응 방안을 마련할 수 있게 되는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스는, 차량용의 정션박스에 있어서, 차량용 배터리에서 출력되는 전원을 단속하는 다수의 퓨즈 소자; 상기 퓨즈 소자의 통전 여부를 감지하는 제 1 센싱 소자; 상기 배터리에서의 전원을 스위칭하여 차량내 부하에 전원을 인가하는 FET 스위칭 소자; 상기 FET 스위칭 소자의 스위칭 여부를 감지하는 제 2 센싱 소자; 차량내 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작 신호를 수신하여 상기 FET 스위칭 소자의 동작을 제어하며, 상기 제 1 및 제 2 센싱 소자로부터 퓨즈 소자 및 FET 스위칭 소자의 동작 기록을 수집하는 마이크로 컨트롤러; 및 상기 마이크로 컨트롤러로부터 수집되는 제 1 및 제 2 센싱 소자의 동작 기록을 저장하는 동작기록 메모리; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 소정의 기준 시간을 출력하는 타이머를 더 포함하며, 상기 동 작기록 메모리에는 상기 퓨즈 소자 및 FET 스위칭 소자의 동작 기록과 그 동작 시간이 함께 저장되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 마이크로 컨트롤러는 차량내 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호를 수신한 기록을 그 수신시간과 함께 저장하고 또한 해당 동작신호를 실행시킨 기록을 그 실행시간과 함께 저장하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 동작기록 메모리에 저장된 정션박스의 동작과 관련된 기록은 외부 인터페이스를 통해 외부 출력이 가능한 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 센싱 소자는 션트 저항으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스를 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명이 적용된 스마트 정션박스(120)에는 다수의 퓨즈 소자(121)와 다수의 스위칭 소자(122)가 배치되게 된다.

해당 배치되는 퓨즈 소자(121)는 미니퓨즈, 미디퓨즈 및 S/B 퓨즈이다. 이러한 퓨즈 소자들의 역할은 쇼트나 역전류에 의한 기기 파손 방지를 담당하게 되는데, 즉 기기에 이상이 발생하였을 때 2차 불량, 예를 들어 제품 내에 쇼트로 인한 화재나 장시간 과전류로 인한 주변부품 불량 등을 막기 위해 설정된 전류보다 높은 전류가 흐를때 내부에서 발생되는 열로 중간을 끊어버리는 역활을 하게 된다.

따라서, 각각의 퓨즈 소자들은 사용제품의 정격전력보다 조금 높은 전류용량 을 사용하게 되며, 이러한 자신의 퓨즈용량을 사용자가 쉽게 알아볼 수 있도록 표면상에 시각적으로 드러내게 된다.

그리고 상기 스위칭 소자(122)들은 FET(field effect transistor) 소자로 구성된다. 이러한 스위칭 소자(122)들의 역할은 스위치로서, 하나의 회로(전압을 가한 회로)의 전류변동을 이용하여 다른 회로(스위치)의 통전상태를 원격조정하거나 자동제어하는 역활을 하게 된다.

이러한 FET 스위칭 소자(122)들과 퓨즈 소자(121)들은 해당 정션박스(120)내에 마련된 PCB 기판(129)의 미리 인쇄된 도전성 패턴과 연결되어 하부에서 차량에 마련된 입출력 커넥터와 전기적으로 접속되게 된다.

여기에서 이러한 FET 스위칭 소자(122)들은 바람직하게는 MOS형 FET 소자로서 고속의 스위칭 동작이 가능하게 되며, 기존의 릴레이를 대체하여 정션박스 내 마이크로 컨트롤러에서 간단하고 정확하게 그 스위칭 동작을 제어할 수 있어서 CAN(Controller Area Network) 통신과 같이 각종 전기신호와 센서 입출력의 제어가 필요한 차세대 통신 프로토콜에도 효과적으로 대응 가능하게 된다.

더군다나, 이러한 FET 스위칭 소자(122)를 릴레이를 대체하는 스위칭 소자로 채용함으로써 단순히 PCB 기판(129)으로 이룰 수 있는 정션박스의 소형화 이상의 소형화가 가능하게 된다. 즉, 기존의 스위칭용 릴레이는 그 부피가 대단히 크기 때문에 비록 PCB 기판(129)에 적용되더라도 정션박스의 전체적인 부피를 줄이는데 어려움이 많았지만, FET 스위칭 소자(122)는 그 스위칭 동작의 정확도와 함께 기존 릴레이의 크기에 비해 훨씬 작은 크기와 실장 부피를 차지하게 되므로 정션박스의 부피를 더욱 줄일 수 있게 된다.

이때, 해당 PCB 기판(129)은 2층으로 구성되는데, 1층은 고전압 부분을 담당하고 2층은 저전압 부분을 담당하게 된다. 실제 1층의 고전압 부분에서 열이 많이 발생하기 때문에 이와 같은 2층 구조는 발열에 유리하며 고전압 부분과 저전압 부분간의 간섭을 방지하게 된다.

이제, 해당 FET 스위칭 소자(122)가 PCB 기판(129)에 적용되는 본 발명의 정션박스에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.

해당 정션박스(120)는 차량의 각종 전장품에 전원을 공급하는 차량용 배터리(110)와 연결되어 해당 배터리(110)의 전원 공급을 단속해 차량내 각종 부하(130)으로의 전원 인가를 제어함으로써 차량내의 각 전자장치를 동작시키게 된다.

이때, 해당 정션박스(120)는 차량용 배터리(110)에서 출력되는 전원에서 과도한 전원의 흐름을 차단하기 위한 다수의 퓨즈 소자(121)와, 해당 퓨즈 소자(127)를 거친 전원을 스위칭하여 차량내 부하(130)에 전원을 인가하는 FET 스위칭 소자(122)와, 상기 FET 스위칭 소자(122)의 스위칭 동작을 제어하고 정션박스(120) 내 동작 기록을 수집하는 마이크로 콘트롤러(123)와, 상기 마이크로 콘트롤러(123)로부터 수집된 동작 기록을 저장하는 동작기록 메모리(125)로 구성된다.

상기 마이크로 콘트롤러(123)는 도 5에 도시된 바와 같은 차량내 CAN 통신 네트워크의 하나의 노드(node)로서 작용하는 스마트 정션박스(120)의 전체적인 기능을 제어하여 타 노드(지역제어 ECU, 중앙제어 ECU)와 실시간 통신을 수행하고, 스마트 정션박스(120)의 하부에 위치하는 스마트 M/F(Multi Function) 스위치(140)에서 온/오프 신호를 입력받아 내부 FET 스위칭 소자(122)의 스위칭 동작을 제어하게 된다. 이때, 해당 스마트 정션박스(120)는 LIN(Local-Interconnect Network) 통신의 마스터가 되고 상기 스마트 M/F 스위치는 해당 LIN 통신의 슬래이브로서 동작하게 된다.

따라서, 해당 스마트 정션박스(120)는 CAN 통신과 LIN 통신의 마스터 기능을 수행하고, 상기 M/F 스위치는 해당 정션박스가 속한 LIN 통신의 슬래이브 기능을 수행하게 된다.

구체적으로, 상기 마이크로 콘트롤러(123)는 상기 스마트 M/F 스위치(140)로부터 LIN 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호와 상기 CAN 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호를 수신하여 상기 스위칭 소자(122)의 스위칭 동작을 제어하게 되는 것이다.

여기에서, 해당 마이크로 컨트롤러(123)는 상기 스마트 M/F 스위치(140)로부터 LIN 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호와 상기 CAN 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호를 상기 동작기록 메모리(125)에 저장하게 된다.

이때, 동작기록 메모리(125)에 전자장치에 대한 동작신호를 저장할 때, 해당 마이크로 컨트롤러(123)는 타이머(124)에서 기준시간을 체크하여 해당 동작신호 수신시간과 함께 해당 동작신호 수신 기록을 저장하며 또한 해당 동작신호 실행 기록을 그 시간과 함께 동작기록 메모리(125)에 저장하게 된다.

상기 타이머(124)의 기준시간은 차후 동작시간 해석이 용이하도록 일반 표준시간인 것이 바람직하나 정확한 해석을 위해 별도의 시간 기준이 적용되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 상기 퓨즈 소자(121)와 FET 스위칭 소자(122)에는 그 소자의 동작 여부를 모니터할 수 있는 제 1 센싱 소자(127) 및 제 2 센싱 소자(128)가 각각 구비된다.

즉, 해당 제 1 및 제 2 센싱 소자(127, 128)는 해당 퓨즈 소자(121)과 FET 스위칭 소자(122)에 이상이 발생했는지 여부를 진단할 수 있는 센싱 소자로서, 바람직하게는 션트(Shunt) 저항으로 간단히 구현될 수 있다.

일예로, 도 6에는 이러한 션트 저항을 이용한 전원 전달 및 소자 모니터링의 구성이 도시되어 있다.

즉, 구동시 스위칭 소자인 FET 스위칭 소자(122)의 스위칭을 통해 전원 소스인 배터리(110)로부터 부하(130)까지 전력을 공급하고, 그 전원공급 상태를 션트 저항으로 모니터링 및 센싱하는 간단한 구성을 통해 이러한 센싱 소자(127, 128)가 구성가능하다.

이때, 상기 퓨즈 소자(121)의 동작을 감지하는 제 1 센싱 소자(127)에 대하여 상기 마이크로 컨트롤러(123)는 그 통전 여부를 센싱하여 해당 통전 기록을 해당 통전시간과 함께 상기 동작기록 메모리(125)에 저장하게 된다.

마찬가지로, 상기 스위칭 소자(122)의 동작을 감지하는 제 2 센싱 소자(128)에 대하여 상기 마이크로 컨트롤러(123)는 그 스위칭 여부를 센싱하여 해당 스위칭 기록을 해당 통전시간과 함께 상기 동작기록 메모리(125)에 저장하게 된다.

결과적으로, 상기 동작기록 메모리(125)에는 해당 마이크로 컨트롤러(123)가 상기 스마트 M/F 스위치(140)로부터 LIN 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호와 상기 CAN 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호를 수신하여 상기 스위칭 소자(122)의 스위칭 동작을 제어하면서 발생되는 동작신호 수신 기록 및 동작신호 실행 기록과 그 시간이 저장되며, 또한 그 동작신호에 상응하는 상기 제 1 및 제 2 센싱 소자(127)의 통전 여부(스위칭 여부) 및 통전시간이 저장되게 된다.

따라서, 이러한 동작 명령의 수신과 그 동작의 수행 여부가 시간 기록과 함께 상기 동작기록 메모리(125)에 저장되게 됨으로써, 차후 해당 기록을 통해 정션박스의 고장 여부를 체크할 수 있게 된다.

일예로, 와이퍼 구동에 대한 동작 명령을 수신한 기록과 이를 와이퍼 구동과 관련된 정션박스내 모듈(FET 스위칭 소자)에 전달한 시간이 기록되어 있는 상태에서 해당 와이퍼 구동과 관련된 정션박스내 모듈(퓨즈 소자 또는 FET 스위칭 소자)에서 관련된 전원의 흐름이 감지되지 않은 경우, 이는 정션박스내 전원 전달 모듈(퓨즈 소자 또는 FET 스위칭 소자)에 이상이 발생하였음을 쉽게 알 수 있다.

따라서, 이러한 동작기록 메모리(125)의 동작 관련 기록은 외부 인터페이스(126)를 통해 PC 등에 출력가능하며, 이를 통해 점검자가 차후 고장원인 분석, 잦은 고장에 따른 대책 마련, 고장 검증 과정 수립 등에 활용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 나타난 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스는, 버스바를 대체하는 PCB 기판으로 전원 및 신호선을 구성하고 릴레이를 대체하는 FET 스위칭 소자를 사용하여 전체적인 정션박스의 공간 활용도를 높임과 아울러 회로변경에 대한 대응성을 높이고 미래 CAN 통신과의 정보교환이 용이해 짐은 물론, 정션박스내 퓨즈와 스위칭 소자의 동작 여부를 센싱하고 해당 동작 기록을 내부에 저장함으로써 차량 고장시 해당 동작 기록을 통해 즉시 고장 모듈을 추적할 수 있으며, 이러한 광범위한 동작 기록의 분석을 통해 복잡한 전장 부품에 대한 고장 원인을 찾아냄은 물론 고장 대응 방안을 마련할 수 있게 되는 효과가 있다.

정션박스내 퓨즈와 스위칭 소자의 동작 여부는 물론, 해당 정션박스에 전달되는 동작제어 명령에 대한 수신과 그 동작의 수행 여부가 시간 기록과 함께 저장됨으로써 차후 PC 등을 통해 해당 기록을 분석해 점검자가 차후 고장원인 분석, 잦은 고장에 따른 대책 마련, 고장 검증 과정 수립 등에 활용할 수 있게 되는 효과도 있다.

Claims

차량용 정션박스에 있어서,

차량용 배터리에서 출력되는 전원을 단속하는 다수의 퓨즈 소자;

상기 퓨즈 소자의 통전 여부를 감지하는 제 1 센싱 소자;

상기 배터리에서의 전원을 스위칭하여 차량내 부하에 전원을 인가하는 FET 스위칭 소자;

상기 FET 스위칭 소자의 스위칭 여부를 감지하는 제 2 센싱 소자;

차량내 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작 신호를 수신하여 상기 FET 스위칭 소자의 동작을 제어하며, 상기 제 1 및 제 2 센싱 소자로부터 퓨즈 소자 및 FET 스위칭 소자의 동작 기록을 수집하는 마이크로 컨트롤러; 및

상기 마이크로 컨트롤러로부터 수집되는 제 1 및 제 2 센싱 소자의 동작 기록을 저장하는 동작기록 메모리; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스.
제 1항에 있어서,

소정의 기준 시간을 출력하는 타이머를 더 포함하며,

상기 동작기록 메모리에는 상기 퓨즈 소자 및 FET 스위칭 소자의 동작 기록과 그 동작 시간이 함께 저장되는 것을 특징으로 하는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스.
제 2항에 있어서,

상기 마이크로 컨트롤러는 차량내 통신을 통해 전달되는 각종 전자장치에 대한 동작신호를 수신한 기록을 그 수신시간과 함께 저장하고 또한 해당 동작신호를 실행시킨 기록을 그 실행시간과 함께 저장하는 것을 특징으로 하는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 동작기록 메모리에 저장된 정션박스의 동작과 관련된 기록은 외부 인터페이스를 통해 외부 출력이 가능한 것을 특징으로 하는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 센싱 소자는 션트 저항으로 구성되는 것을 특징으로 하는 고장 진단 기능을 갖춘 스마트 정션박스.