KR100974404B1 - 이중화 구조를 갖는 ｃａｎ용 ｉｅｅｅ 1451 기반 스마트 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서에 연결되어 있는 하나의 주 제어 노드로서 기능하는 IEEE 1451 기반 스마트 모듈 및 상기 센서에 연결되며 CAN 네트워크를 통하여 상기 주 제어 노드 통신함으로써 상기 주 제어 노드에 오류가 발생할 경우 보조 제어 노드로서 기능하는 또 다른 하나의 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 제공한다.

본 발명에 의하면, 이중화 구조의 특징에 의하여 하나의 통신 노드에서 고장이 발생하는 경우에도 보조 통신 노드가 효과적으로 백업을 수행하게 함으로써, X-by-wire 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

CAN, IEEE 1451, in-vehicle network, dual redundant module, 차량, 스마트 모듈, 센서

Description

이중화 구조를 갖는 ＣＡＮ용 ＩＥＥＥ 1451 기반 스마트 모듈{IEEE 1451 based Smart Module with redundant structure for Controller Area Network}

본 발명은 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 네트워크 시스템에서 생명에 직접 관련되고, 고속의 정보전송이 요구되는 부분에 통신오류를 방지하기 위하여 오류가 발생한 모듈을 대체할 수 있는 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈에 관한 것이다.

최근 들어, 승용차나 트럭, 산업용 차량, 군사용 차량 분야에서 지능화 차량(intelligent vehicle)에 대한 관심이 급속히 증대되어 가고 있다. 일반적으로, 지능화 차량이 구현되기 위해서는 차량의 위치나 속도와 같은 차량의 상태와 차량 외부의 환경이 실시간으로 인식될 수 있어야 할 뿐만 아니라, 차량이 반자동 또는 자동으로 제어될 수 있어야 한다.

이러한 이유로, 지능화 차량에서는 운전자의 편의를 위하여 차량 일부를 제어하는 운전자 보조 시스템(driver assistance system)이나 운전자에게 정보를 제 공하고 위험 상황을 경고하는 충돌 경고 시스템(collision warning system) 등과 같은 다양한 지능형 센싱 및 제어(intelligent sensing and control) 알고리즘이 요구된다. 현재, 이러한 지능화 차량은 지능형 교통 시스템(intelligent transportation system, ITS)의 구현에 있어서 매우 중요한 분야로서, 운전자의 안전성과 편의성을 향상시키는 데 있어서 필수적인 것으로 인식되고 있다.

특히, 차량의 지능화가 더욱 높은 수준으로 진행됨에 따라, 차량에서 사용되는 가속도 센서나 온도 센서, 레이더 센서, 각종 제어용 모터 등과 같은 전자 부품의 수는 급속도로 증가하게 되었다.

그러나, 전자 부품과 전자제어기(Electronic Control Unit, ECU)나 스위치(switch)를 전선(cable)을 이용하여 일대일로 연결하는 전통적인 배선 시스템(harness system) 체계에서는, 전자 부품의 증가는 전선이 기하급수적으로 증대되는 결과를 초래하고 있으며, 이에 따라 전선의 증가는 배선 체계를 더욱 복잡하게 함으로써 차량의 정비와 기능의 추가를 어렵게 하였을 뿐만 아니라, 차량 중량을 증가시켜 차량 성능을 약화시키는 결과를 초래하였다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 완성차 업계와 부품 업계는 전자 부품과 ECU 및 스위치를 한 가닥의 공유된 전선으로 연결하려는 차량 네트워크 시스템(in-vehicle networking system, IVN)을 개발하기 시작하였다. 이러한 결과, 윈도우 모 터나 윈도우 스위치 등과 같은 차량 제어용 프로토콜로 CAN(Controller Area Network : 이하 CAN이라 한다)과 J1850, LIN(Local Interconnect Network) 등이 개발되었으며, 대다수의 중대형 차량에 적용되어 가고 있는 추세이다.

최근에 들어서는, 차량용 네트워크에 대한 안정성과 신뢰도가 입증되어 차량용 네트워크가 일반화되어 감에 따라, 브레이크 시스템(brake system)이나 스티어링 시스템(steering system)과 같이 생명에 직접적인 영향을 줄 수 있는 부분에도 차량용 네트워크의 적용이 가능하다는 인식이 확산 되고 있다. 일반적으로, 비행기나 자동차와 같은 시스템에서 생명에 밀접히 관련되어 있으면서 고속의 정보 전송이 요구되는 부분에 적용된 네트워크 시스템을 X-by-wire로 정의하고 있다.

최근에는 전통적인 기계 링크 방식과 유압 방식으로 구동되던 부품 요소들이 전자 제어를 바탕으로 한 X-by-wire 방식으로 개발되어 가는 추세에 있다. 특히, 자동차에서도 쓰로틀 시스템(throttle system), 브레이크 시스템, 스티어링 시스템, 쉬프트 시스템(shift system) 등에서 X-by-wire의 적용으로 인하여, 추가적인 공간의 확보, 단위 부품의 모듈화로 인한 조립 공정의 단순화, 정비의 효율성 등 기존에는 이루기 어려웠던 일들이 가능해지게 되었다. 이를 지원하기 위하여,X-by-wire용 프로토콜로 TTP/C(Time Triggered Protocol/ Class C)와 TTCAN(Time Triggered CAN), FlexRay 등과 같은 프로토콜이 개발되고 있으며, CAN을 이용한 X-by-wire 시스템의 설계에 관한 연구도 진행되고 있는 중이다.

그러나, 기계적인 시스템과 달리 네트워크를 기반으로 작동하는 X-by-wire 시스템에서는 네트워크에서 발생 될 수 있는 통신 오류는 사람의 생명에 직접적인 영향을 줄 수 있을 정도로 심각한 문제가 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 차량 네트워크 시스템에서 생명에 직접 관련되고, 고속의 정보전송이 요구되는 부분에 통신오류를 방지하기 위하여 오류가 발생한 모듈을 대체할 수 있는 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈은 센서에 연결되어 있는 하나의 주 제어 노드로서 기능하는 IEEE 1451 기반 스마트 모듈 및 상기 센서에 연결되며 CAN 네트워크를 통하여 상기 주 제어 노드 통신함으로써 상기 주 제어 노드에 오류가 발생할 경우 보조 제어 노드로서 기능하는 또 다른 하나의 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 주 제어 노드 및 상기 보조 제어 노드는 각각 센서 신호를 처리하고, 상기 주 제어 노드와 보조 제어 노드간에 일정한 시간내에 상호 통신하여 상기 센서 신호에 대한 정보를 확인하는 경우 상기 주 제어 노드는 자신이 측정한 센서 신호을 기준으로 연산하여 제어하고자 하는 장치에 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 보조 제어 노드가 일정한 시간내에 상기 주 제어 노드와 통신이 이루어 지지 않는 경우 상기 보조 제어 노드는 주 제어 노드에 오류가 있다고 판단하고, 보조 제어 노드는 자신이 측정한 센서 신호을 기준으로 연산하여 제어하고자 하는 장치에 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 주 제어 노드 및 보조 제어 노드는 센서에서 받은 아날로그 신호를 필터링하고, A/D변환을 통하여 디지털 데이터로 변환하며 트랜스듀서의 종류나 보정데이터에 대한 정보를 저장하는 STIM 모듈과 상기 STIM 모듈으로부터 받은 데이터를 연산 처리한 후 네트워크를 통하여 전송하는 NCAP 모듈 및 상기 STIM 모듈과 NCAP 모듈사이의 디지털 전송을 위한 디지털 인터페이스인 TII를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 보조 제어 노드가 상기 제어신호를 전송하고 있는 중에 상기 주 제어노드가 리셋되어 정상동작을 하는 경우 보조 제어 노드는 제어권한을 상기 주 제어 노드에게 넘기고 대기상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이중화 구조를 갖는 CAN용 ＩＥＥＥ 1451 기반 스마트 모듈에 의하면, 스마트 모듈에 고장이 발생하는 경우 STIM 모듈만을 교체하면 되기 때문에, 네트워크 프로그램의 재설계 없이 스마트 모듈을 쉽게 교체할 수 있으며, 상대적으로 가격이 비싼 NCAP 모듈을 교체할 필요가 없으므로, 고장이 발생하였을 경 우 스마트 모듈의 교체 비용의 절감 된다.

또한 이중화 구조의 특징에 의하여 하나의 통신 노드에서 고장이 발생하는 경우에도 보조 통신 노드가 효과적으로 백업을 수행하게 함으로써, X-by-wire 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

먼저 본 발명의 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈에 대하여 살펴보기에 앞서 IEEE 1451 기반 스마트 모듈의 구조를 살펴보고 차량 내부 네트워크 중의 하나인 종래 스마트 CAN 모듈과 대비되는 IEEE 1451 기반의 스마트 CAN 모듈에 대하여 설명한다.

도 1은 EEE 1451 기반 스마트 모듈의 구조를 나타내는 블록구성도이다.

IEEE 1451은 공장 자동화 시스템에서 스마트 트랜스듀서의 개발을 위하여 제안되었다. 스마트 트랜스듀서를 구성하는 데 있어서 핵심적인 부분인 IEEE 1451은 도 1에서 보는 바와 같이 STIM(Standard Transducer Independent Module : 이하 STIM이라 한다)과 NCAP(Network Capable Application Processor : 이하 NCAP라 한 다)으로 구성되어 있다.

여기에서, STIM 모듈(10)은 트랜스듀서와의 인터페이스, 신호 변환 그리고 신호 처리 기능을 수행한다. 즉, 도 1에서 보는 바와 같이, STIM 모듈(10)은 트랜스듀서(XDCR)로부터 아날로그 신호를 측정하고, 측정된 아날로그 신호를 A/D 변환기(ADC)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하고, 이를 NCAP 모듈(20)로 전달한다. 그리고, NCAP 모듈(20)로부터 전달받은 디지털 데이터를 D/A 변환기(DAC)를 이용하여 아날로그 신호로 변환한 후 트랜스듀서에 전달하는 역할도 함께 수행한다.

NCAP 모듈(20)은 STIM 모듈(10)에서 받은 데이터를 연산 처리한 후 네트워크를 통하여 디지털의 형태로 전송하는 기능을 수행한다. 여기에서, NCAP 모듈(20)과 STIM 모듈(10)은 데이터 전송을 위한 디지털 인터페이스를 정의한 TII(30,Transducer Independent Interface : 이하 TII라 한다)를 이용하여 서로 통신을 수행한다.

특히, NCAP 모듈(20)은 초기화될 때, STIM 모듈(10) 내부에서 트랜스듀서의 종류나 보정 데이터와 같은 트랜스듀서에 관한 정보를 저장하고 있는 TEDS(Transducer Electronic Data Sheet : 이하 TEDS라 한다)를 통하여 트랜스듀서에 대한 정보를 읽어오게 된다.

이러한 방법에 의하여, IEEE 1451에서는 NCAP 모듈(20)을 초기화하거나 STIM 모듈(10)을 교체하더라도 NCAP 모듈(20)은 TEDS로부터 트랜스듀서에 대한 정보를 읽게 됨으로써, 관리자의 특별한 보정없이도 즉시 스마트 모듈의 사용이 가능하게 된다.

도 2는 종래의 CAN용 스마트 모듈 및 IEEE 1451을 적용한 CAN용 스마트 모듈을 나타내는 블록구성도이다.

도 2a는 종래의 CAN용 스마트 모듈을 나타낸 것으로, 상기 종래 CAN용 스마트 모듈에서는 트랜스듀서의 측정 기능과 A/D나 D/A와 같은 신호 변환 기능, 데이터 처리 및 전송 기능 등이 하나의 모듈에 통합되어 CAN 네트워크에 접속되어 있음을 알 수 있다.

그러나, 도 2b에서 보는 바와 같이, IEEE 1451 기반 스마트 모듈에서는 신호 측정과 변환 기능은 STIM 모듈(10)에, 데이터 처리 및 전송 기능은 NCAP 모듈(20)로 분리되어 있으며, 두 개의 모듈은 TII(30)에 의하여 연결되어 있음을 알 수 있다. 이러한 방법에 의하여, STIM 모듈(10)을 포함하는 트랜스듀서는 NCAP 모듈(20)에 의하여 구현되는 네트워크 트랜시버에 관계없이 독립적인 운영이 가능하다.

도 3은 STIM 모듈의 동작 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

STIM 모듈은 센서에서 받은 아날로그 데이터를 필터링하고, A/D 변환을 거쳐 디지털 데이터로 변경하는 기능을 수행하는 모듈이다. 도 3에서 보듯이, STIM 모듈은 초기화 과정을 거친 후에, TII의 NIOE 신호선이 high 레벨(1의 값)인 경우, STIM 모듈은 데이터가 전송되고 있지 않다고 판단하고 트리거 명령을 수행하기 위하여 다음 단계로 진행한다.

다음으로 TII의 NTRIG 신호선이 low 레벨(0의 값)인 경우에는 트리거 명령을 수행하고, 그렇지 않은 경우에는 다시 NIOE의 값을 검사하기 위하여 앞 단계로 진행한다. 만약, NIOE 신호선이 low 레벨인 경우에는 데이터 전송이 이루어질 것임을 나타낸다.

마지막으로, STIM 모듈과 NCAP 모듈은 기능 주소(functional address)와 채널 주소(channel address) 및 데이터를 차례대로 교환한다.

도 4는 NCAP 모듈의 동작 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

NCAP 모듈은 스마트 모듈의 데이터 처리 기능과 데이터 전송 기능을 수행하는 모듈이다. 도 4에서 보듯이 NCAP 모듈은 I/O 포트와 CAN 포트를 초기화한 후에, STIM 모듈과 연결되어 있는지를 검사한다.

만약 NCAP 모듈과 STIM 모듈이 연결되어 있지 않은 경우에는 COMMON선과 연결되어 있는 TII의 NSDET선을 통하여 high 레벨의 신호가 들어오게 되므로, NCAP 모듈은 지속적으로 STIM 모듈과의 연결 상태를 검사한다.

반대로, NCAP 모듈과 STIM 모듈이 연결되어 있는 경우에는 NSDET선으로 low 레벨의 신호가 들어오게 되므로, NCAP 모듈은 STIM 모듈에 전원을 공급하고, TEDS가 안정화될 때까지 일정한 시간을 기다린다. 그리고 나서, NCAP 모듈은 TEDS를 읽기 위해 Read TEDS 메시지를 보내며, 이 신호를 받은 STIM 모듈는 내부 메모리에 저장되어 있는 TEDS 정보를 NCAP 모듈로 보내게 된다.

NCAP 모듈은 이렇게 받은 정보를 이용하여 STIM 모듈에 대한 초기화 과정을 거치게 되며, 현재 연결되어 있는 트랜스듀서의 종류나 보정값 등을 파악할 수 있게 된다.

마지막으로, NCAP 모듈은 STIM 모듈으로부터 트랜스듀스의 값을 얻기 위하여 주기적으로 데이터를 받아서 내부 메모리에 저장한 후 보정 함수를 수행하고 난 후, CAN 트랜시버를 이용하여 다른 노드로 전송한다.

이하 상기에서 설명한 IEEE 1451을 적용한 CAN용 스마트 모듈을 기본으로 본 발명의 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈이 개시된다.

본 발명의 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈은 센서에 연결되어 있는 하나의 주 제어 노드로서 기능하는 IEEE 1451 기반 스마트 모듈 및 상기 센서에 연결되며 CAN 네트워크를 통하여 상기 주 제어 노드 통신함으로써 상기 주 제어 노드에 오류가 발생할 경우 보조 제어 노드로서 기능하는 또 다른 하나의 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 포함한다. 이하 본 발명의 일실시예에서는 주 제어 노드는 페달 노드 1을 나타내며, 보조 제어 노드는 페달 노드 2를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일실시예로서 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈의 구조를 포함하는 brake-by-wire 시스템을 나타내는 블록구성도이다. 본 발명의 일실시예로, 도 5에서 보듯이 브레이크 페달 노드는 고장 여유 자유도(fault tolerance) 기능을 구현하기 위하여, STIM 모듈(10a,10b)과 NCAP 모듈(20a,20b)로 구성된 IEEE 1451 기반 이중화된 CAN 모듈(300)로 구성되어 있다. 또한, 각 통신 모듈들은 브레이크 페달에 연결되어 브레이크가 눌러지는 상태를 감지하는 하나의 포텐쇼미터과 연결되어 있다.

페달 노드 1은 주 제어 노드(100)로서, brake-by-wire 시스템에서 브레이크를 제어하기 위하여 사용되는 브레이크 액츄에이터를 구동하는 기능을 수행한다. 반면, 페달 노드 2는 보조 제어 노드(200)로서, 주 제어 노드(100)가 고장 나면 페달 노드 1의 기능을 대체하는 기능을 가지고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈의 동작을 나타내는 상태도이다.

도 6a에서 보는 바와 같이, 주 제어 노드인 페달 노드 1은 페달 센서로부터 센서가 눌러진 정도를 측정하고(S10), 이를 CAN 메시지에 포함시켜 보조 제어 노드인 페달 노드 2로 전송한다(S20).

이때, 만약 보조 제어 노드가 주 제어 노드로부터 정해진 시간 내에 CAN 메시지를 수신하는 경우, 주 제어 노드가 정상이라고 판단하고 자신이 측정한 센서 값을 CAN 메시지에 포함시켜 주 제어 노드로 전송한다(S30).

이를 수신한 주 제어 노드는 보조 제어 노드가 정상적이라고 판단하고, 측정된 페달 센서 값을 이용하여 각 브레이크의 제어 값을 계산하여 CAN 메시지에 포함시켜 바퀴 노드로 전송한다(S40).

그러나 도 6b에서 보는 바와 같이 만약 보조 제어 노드인 페달 노드 2가 정해진 시간 내에 주 제어 노드로부터 CAN 메시지를 수신하지 못하는 경우(S50), 주 제어 노드인 페달 노드 1이 고장이라고 판단하고, 보조 제어 노드는 자신이 측정한 센서 값을 이용하여 브레이크 제어 값을 계산하고 나서 바퀴 노드로 전송한다(S60).

그리고, 페달 노드 2가 전송을 하고 있는 중에 페달 노드 1이 회복되는 경우, 페달 노드 2는 페달 노드 1에게 제어 권한을 넘겨주고, 보조 페달 노드로서의 역할로 들어간다(S70).

따라서 도 6a 및 도 6b에서 보듯이 주 제어 노드 또는 보조 제어 노드로부터 브레이크 제어 값을 수신한 바퀴 노드들은 브레이크를 제어하기 위하여 액츄에이터를 구동시키고, 액츄에이터로부터 엔코딩 신호를 측정하여 CAN 메시지에 포함시켜 페달 노드로 차례대로 전송한다(S80).

이하 본 발명의 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈의 성능을 평가하기 위하여 테스트 베드를 구성하였다. 각각의 바퀴 노드에는 브레이크를 제어하기 위하여 사용되는 DC 모터가 연결되어 있으며, 페달 노드에는 브레이크 페달로부터 페달이 눌러지는 정도를 파악하기 위하여 모사된 페달 센서가 연결되어 있다. 또한, CAN 버스에서의 데이터 상태를 관찰하기 위하여 네트워크 모니터링 툴인 CANoe를 연결하였다. 마지막으로, CAN의 전송 속도는 500Kbps로 설정되었다.

STIM 모듈을 구현하기 위하여 마이크로칩사의 PIC16F877 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 여기에서, PIC16F 시리즈는 SPI 포트를 지원하고 플래시 메모리 타입의 프로그램 메모리를 가지고 있으며, 내부에 256바이트의 EEPROM을 가지고 있다. STIM 모듈 모듈에서 센서 입력을 위해서는 A/D 포트를 사용하고, 액추에이터 출력을 위해서는 PWM 포트를 사용한다. 또한, TEDS는 읽기 쓰기가 가능한 EEPROM을 이용하여 설계하였다.

또한, NCAP 모듈을 구현하기 위하여, CAN 통신 기능을 수행하는 msCAN 컨트롤러가 내장된 모토롤라사의 MC68HC912D60 마이크로컨트롤러를 사용하였다. 그리고, STIM 모듈과의 통신선인 TII는 MC68HC912D60 마이크로컨트롤러의 9개의 디지털 I/O 포트를 이용하여 구성하였다. 마지막으로, CAN 통신을 위하여 CANRX와 CANTX의 CAN 포트가 사용되었으며, CAN 트랜시버로는 필립스사의 PCA82C250이 사용되었다.

CAN에서 전송되는 메시지의 ID는 아래 표 1과 같다. 표1에서 모든 메시지는 DC 모터의 샘풀링 주기인 4ms 주기로 CAN 버스를 통하여 순서대로 전송된다.

표에서, 페달 노드 1의 페달 센서 값은 0x12의 ID를 가지며, 페달 노드 2의 페달 센서 값은 0x13의 값을 가지도록 하였다. 그리고 나서, 주 제어 노드의 브레이크 제어 값은 0x11의 ID를 가지도록 하여, 가장 우선적으로 전송될 수 있도록 하였다. 마지막으로, 각 바퀴 노드에서 측정된 엔코더 값은 0x14, 0x15, 0x16, 0x17의 ID를 가지도록 하였다.

특히, 바퀴 노드는 페달 노드로부터 메시지를 받은 후 PWM 값으로 변환한 다음 DC 서보 모터를 구동하도록 하였다. 주 제어 노드에서 보내는 브레이크 제어 데이터는 8byte의 길이로 구성되어 있으며, 각 바퀴마다 2byte 씩 할당되어 해당 바퀴는 각 제어 메시지 내의 2byte를 읽어 들여 자신의 제어값으로 받아들이게 된다.

[표 1]

ID value	transmitter	length	message name
0x11	Pedal 1	8byte	brake control value all pedal node
0x12	Pedal 1	2byte	sensor value of pedal node 1
0x13	Pedal 2	2byte	sensor value of pedal node 2
0x14	FL wheel	2byte	FL motor speed
0x15	FR wheel	2byte	FR motor speed
0x16	RL wheel	2byte	RL motor speed
0x17	RR wheel	2byte	RR motor speed

Brake-by-wire 시스템에서 발생할 수 있는 고장에 대하여 중복 모듈의 성능을 평가하기 위하여, 페달 노드에 고장을 의미하는 조작을 가하여 네트워크 메시지의 변화와 모터의 속도 변화를 CANoe를 통하여 관찰하였다.

먼저, 외부의 물리적인 충격으로 인하여 전원의 공급 중단이나 통신 모듈의 작동 중단을 모사하기 위하여 통신 모듈의 전원을 끄는 방법을 사용하여 제어 신호와 엔코더 신호의 변화를 관찰하였다.

도 7은 페달 노드 1의 전원이 꺼질 때 제어 신호와 엔코더 신호를 나타내는 신호도이다. x축은 시간을 초 단위로 나타내고 있으며, y축은 엔코더에 입력되는 펄스 값이다. 이중화 모듈로 구성되어 있는 페달 노드 1과 2는 항상 같은 일을 수행하며 둘 중 하나만 작동하여야 한다. 따라서, 시스템이 시작되면 페달 노드 1은 바퀴 노드로 제어 신호를 보내고 있다. 이때, 만약 131.8sec에 페달 노드 1의 전원을 끄면, 페달 노드 1에서는 더 이상 제어 신호가 전송되지 못하고, 약 8msec 후 페달 노드 2에서는 페달 노드 1에서 문제가 발생했다고 판단하고 제어 신호를 보내게 된다.

다음으로, 통신 노드의 내부 프로그램 오류로 인하여, 통신 노드가 재시동되는 것을 모사하기 위하여, 통신 노드를 리셋 버튼을 사용한 경우의 watchdog 타이머의 타임아웃을 모사하기 위해 보드의 리셋 버튼을 사용하여 제어 신호와 엔코더 신호의 변화를 관찰하였다. 도 8은 페달 노드 1을 리셋시킨 경우 제어 신호와 엔코더 신호를 나타내는 신호도이다.

도 8에서, 55.8초에 시스템 리셋이 발생하였다고 하면, 페달 노드 1은 제어 신호를 보내지 못하게 되고, 약 8msec 이후에 페달 노드 2가 제어 신호를 보내게 된다. 그리고, 페달 노드 1이 내부 리셋 과정을 거쳐 정상적으로 기능을 수행하게 되면(57.2초), 페달 노드 1에서 다시 제어 신호를 보내고 되고, 페달 노드 2는 대기 상태에 들어가게 된다.

상기의 테스트 결과로부터 brake-by-wire 시스템에서 본 발명의 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 운영하게 되면, 하나의 통신 노드에서 고장이 발생하는 경우에도 보조 통신 노드가 효과적으로 백업을 수행하게 됨으로써, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 EEE 1451 기반 스마트 모듈의 구조를 나타내는 블록구성도이다.

도 2는 종래의 CAN용 스마트 모듈 및 IEEE 1451을 적용한 CAN용 스마트 모듈을 나타내는 블록구성도이다.

도 3은 STIM 모듈의 동작 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

도 4는 NCAP 모듈의 동작 알고리즘을 나타내는 순서도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예로서 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈의 구조를 포함하는 brake-by-wire 시스템을 나타내는 블록구성도이다.

도 6은 본 발명에 따른 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈의 동작을 나타내는 상태도이다.

도 7은 페달 노드 1의 전원이 꺼질 때 제어 신호와 엔코더 신호를 나타내는 신호도이다.

도 8은 페달 노드 1을 리셋시킨 경우 제어 신호와 엔코더 신호를 나타내는 신호도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:STIM 모듈 20:NCAP 모듈

30:TII 100:주 제어 노드

200:보조 제어 노드

300:이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈

Claims (5)

1. 센서에 연결되어 있는 하나의 주 제어 노드로서 기능하는 IEEE 1451 기반 스마트 모듈, 및

   상기 센서에 연결되며 CAN 네트워크를 통하여 상기 주 제어 노드 통신함으로써 상기 주 제어 노드에 오류가 발생할 경우 보조 제어 노드로서 기능하는 또 다른 하나의 IEEE 1451 기반 스마트 모듈을 포함하여 이루어지되,

   상기 주 제어 노드 및 상기 보조 제어 노드는 각각 센서 신호를 처리하고, 상기 주 제어 노드와 보조 제어 노드 간에 일정한 시간 내에 상호 통신하여 상기 센서 신호에 대한 정보를 확인하는 경우 상기 주 제어 노드는 자신이 측정한 센서 신호를 기준으로 연산하여 제어하고자 하는 장치에 제어신호를 전송하며,

   상기 보조 제어 노드가 상기 제어신호를 전송하고 있는 중에 상기 주 제어 노드가 리셋되어 정상동작을 하는 경우 보조 제어 노드는 제어권한을 상기 주 제어 노드에게 넘기고 대기상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 보조 제어 노드가 일정한 시간내에 상기 주 제어 노드와 통신이 이루어 지지 않는 경우 상기 보조 제어 노드는 주 제어 노드에 오류가 있다고 판단하고, 보조 제어 노드는 자신이 측정한 센서 신호을 기준으로 연산하여 제어하고자 하는 장치에 제어신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈.
4. 삭제
5. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 주 제어 노드 및 보조 제어 노드는 센서에서 받은 아날로그 신호를 필터링하고, A/D변환을 통하여 디지털 데이터로 변환하며 트랜스듀서의 종류나 보정데이터에 대한 정보를 저장하는 STIM 모듈,

   상기 STIM 모듈으로부터 받은 데이터를 연산 처리한 후 네트워크를 통하여 전송하는 NCAP 모듈, 및

   상기 STIM 모듈과 NCAP 모듈사이의 디지털 전송을 위한 디지털 인터페이스인 TII를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중화 구조를 갖는 CAN용 IEEE 1451 기반 스마트 모듈.

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