KR101206632B1 - 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템 - Google Patents

분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템 Download PDF

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KR101206632B1
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Abstract

본 발명은 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 분산 제어용 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템은, 메인 모듈에 대하여 직렬 연결되어 있는 복수의 제어 모듈, 그리고 각각의 제어 모듈에 연결되어 있는 부하를 포함하며, 제어 모듈은 직렬 통신을 통하여 제어 모듈과 부하와의 연결 상태 정보를 메인 모듈로 전달한다. 이와 같이 본 발명에 의하면, 메인 모듈에 복수의 제어 모듈을 시리얼 형태로 연결함으로써, 메인 모듈의 기능을 분산화시키고 와이어링 하니스 시스템을 단순화, 소형화 함으로써 고장 가능성을 최소한으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 제어 모듈의 점등 상태로부터 와이어링 하니스에 적용되는 와이어링 배선의 고장 여부 및 고장 원인, 제어 모듈과 부하와의 연결 상태를 용이하게 판단할 수 있어 즉각적인 후속 조치가 가능하다.

Description

분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템{LOAD SENSING SYSTEM OF WIRING HARNESS USING CONTROL MODULE FOR DISPERSION CONTROL}
본 발명은 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메인 모듈에 복수의 제어 모듈이 직렬로 연결되어 있고, 각각의 제어 모듈에 연결되는 부하의 연결 상태를 판단할 수 있는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 전기장치는 신경계통에 비유할 수 있으며 전기장치가 정상적으로 작동해야 비로소 자동차는 본래의 우수한 성능을 발휘할 수 있다. 자동차의 전기장치는 기관의 작동과 관련된 기관의 전기장치와 기관 이외의 차체 각부에 장치된 차체 전장부품으로 나눌 수 있으며, 오늘날 자동차의 전장부품은 일반 전기기기의 발달과 자동차 자체의 용도확대, 안전성, 거주성, 편리성 등의 향상이 요구됨에 따라 전기장치의 범위가 확대되고 있다.
전자산업의 발달에 따라 최근의 자동차에는 전자 제어기술을 응용하여 만든 새로운 기능을 갖는 각종 유압 및 전기 장치의 사용이 증대되고 있으며, 그에 따라 전원인 배터리로부터 이들 각종 장치에 전원을 공급하는 것으로서, 다수의 전선이 묶여 있는 와이어링 하니스(wiring harness)가 사용된다. 와이어링 하니스는 자동차 각 부분에 전원을 공급하는 전선 케이블 복합체로서, 스위치 및 휴즈 박스 등이 연결되어 있다. 자동차용 전기 배선 장치에 해당하는 와이어링 하니스에는 다수의 전선 다발이 포함되어 있으며, 최근에는 전력을 공급하는 전선뿐만 아니라 통신 기능을 수행하는 통신선이 포함될 수 있다.
CAN(Controller Area Network) 통신은 여러 개의 ECU(Electroinc Control Unit)를 병렬로 연결하여　데이터를 주고받는　통신을 말한다. 통신선은 2개의 버스를 가지며 통신선상에 데이터를 띄어놓고 필요한 테이터를 가져다　사용하는 방식이다. CAN통신은 두 개의 버스 전압차이로　데이터를 읽기 때문에 만약 두 개중 하나라도 단선이 된다면 통신이 불가하다,　
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 와이어링 하니스 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1a 및 도 1b에서 보는 바와 같이, 메인 모듈(10)을 중심으로 각종 센서, 모터, 스위치, 액츄에이터, 오디오 관련 소자 등과 같은 각종 부하(20)들이 전선 및 통신선을 통하여 연결되어 있다.
그러나 종래 기술에 따르면 메인 모듈에 모든 부하들이 각각 연결되어 있으므로, 와이어링 하니스의 거대화 및 복잡성 증가를 초래하게 된다. 이에 따라 와이어링 하니스의 배선이 곤란해지고 중량이 증가하며, 와이어링 하니스의 기능에 대한 신뢰성과 조립 생산성이 저하된다. 또한 와이어링 하니스의 고장 가능성이 증가하게 될 뿐만 아니라, 고장이 생기더라도 고장 원인을 즉각적으로 발견하기는 매우 어려운 문제점이 있다. 즉 하나의 메인 모듈에 모든 부하들이 집중이 되어 있으므로 특정 부하에 문제가 발생할 경우 문제가 생긴 부하와 그 고장 원인을 발견하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 와이어링 하니스를 단순화하고, 와이어링 하니스에 적용되는 와이어링 배선의 고장 여부 및 고장 원인뿐만 아니라 제어 모듈과 부하의 연결 상태를 용이하게 판단할 수 있는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템은, 메인 모듈에 대하여 직렬 연결되어 있는 복수의 제어 모듈, 그리고 각각의 상기 제어 모듈에 연결되어 있는 부하를 포함하며, 상기 제어 모듈은 직렬 통신을 통하여 상기 제어 모듈과 상기 부하와의 연결 상태 정보를 상기 메인 모듈로 전달한다.
상기 제어 모듈은, 상기 제어 모듈에 전압이 정상적으로 공급되는지 여부 또는 과전류가 흐르는지 여부를 감지하는 전압 및 전류 상태 감지부, 상기 제어 모듈과 상기 부하와의 연결 상태를 감지하기 위한 부하 연결 상태 감지부, 그리고 상기 부하에 연결된 특정 노드의 전압을 감지하여 상기 제어 모듈과 부하와의 연결 상태를 판단하는 마이크로 콘트롤러를 포함할 수 있다.
상기 감지된 전압 및 전류 상태와 상기 감지된 제어 모듈과 및 부하의 연결 상태를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 전압 및 전류 상태 감지부는, 제1 전압을 공급하는 제1 전원, 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 공급하는 제2 전원, 상기 제1 전원에 애노드가 연결되고 상기 제2 전원에 캐소드가 연결된 제1 발광 다이오드, 상기 제1 전원에 제1 단이 연결되는 과전류 차단기, 상기 과전류 차단기의 제2단에 애노드가 연결되고, 상기 제2 전원에 캐소드가 연결된 제2 발광 다이오드, 그리고 상기 제1 전원에 애노드가 연결되고, 상기 과전류 차단기와 상기 제2 발광 다이오드의 접점에 캐소드가 연결된 제3 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 과전류 차단기에 일정 범위 보다 큰 전류가 흐르면, 상기 제1 발광 다이오드 및 상기 제3 발광 다이오드는 점등되고, 상기 제2 발광 다이오드는 소등될 수 있다.
상기 과전류 차단기는 폴리 스위치, 퓨즈 및 저항성 소자 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 부하 연결 상태 감지부는, 제1 전압을 공급하는 제1 전원과 제2 전압을 공급하는 제2 전원, 상기 제1 전원에 제1단이 연결되어 있는 제1 저항, 상기 제1항의 제2단에 제1단이 연결되고, 상기 제2 전원에 제2단이 연결되는 제2 저항, 그리고 상기 제1 저항의 제1단에 제1단이 연결되고, 상기 제1 저항의 제2단에 제2단이 연결되어 있는 상기 부하를 포함할 수 있다.
상기 마이크로 콘트롤러는, 상기 부하의 제2단의 전압을 센싱하여 기준 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 제어 모듈과 상기 부하의 연결 상태를 판단할 수 있다.
상기 직렬 통신은, 캔(CAN) 통신, RS485, LIN 및 flexRay 중에서 적어도 하나를 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 메인 모듈에 복수의 제어 모듈을 시리얼 형태로 연결함으로써, 메인 모듈의 기능을 분산화시키고 와이어링 하니스 시스템을 단순화, 소형화 함으로써 고장 가능성을 최소한으로 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 제어 모듈의 점등 상태로부터 와이어링 하니스에 적용되는 와이어링 배선의 고장 여부 및 고장 원인, 제어 모듈과 부하와의 연결 상태를 용이하게 판단할 수 있어 즉각적인 후속 조치가 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 와이어링 하니스 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈를 설명하기 위한 확대도이고, 도 3b는 도 3a에 따른 제어 모듈의 전체 외형을 나타낸 도면이며, 도 3c는 메인 모듈과 복수의 제어 모듈의 연결 관계를 설명하기 위한 실사도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 콘트롤러의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 및 전류 상태 감지부의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 부하 연결 상태 감지부의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 8a는 도 7a에 도시한 회로를 적용한 부하 연결 상태 감지부를 나타낸 도면이며, 도 8b는 도 7b에 도시한 회로를 적용한 부하 연결 상태 감지부를 나타낸 도면이며, 도 8c는 도 7a 및 도 7b에 도시한 회로를 적용한 부하 연결 상태 감지부를 나타낸 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그리고 명세서 전체에서 전압을 유지한다는 표현은 특정 2점간의 전위 차가 시간 경과에 따라 변화하여도 그 변화가 설계상 허용될 수 있는 범위 내이거나 변화의 원인이 당업자의 설계 관행에서는 무시되고 있는 기생 성분에 의한 경우를 포함한다. 또한 방전 전압에 비해 반도체 소자(트랜지스터, 발광 다이오드 등)의 문턱 전압이 매우 낮으므로 문턱 전압을 0V로 간주하고 근사 처리한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2a 및 도 2b에서 보는 바와 같이, 메인 모듈(100)에는 복수의 제어 모듈(200)들이 직렬 형태로 연결되어 있으며, 각각의 제어 모듈(200)에는 다양한 형태의 부하(300)들이 연결되어 있다.
메인 모듈(100)은 차량에서 제반적인 동작을 총괄하여 수행하며, 특히 직렬로 연결된 복수의 제어 모듈(200)의 동작을 제어한다.
제어 모듈(200)은 부하의 동작을 제어하며, 특히 제어 모듈(200)은 전압 및 전류의 이상 여부뿐만 아니라, 부하와 제어 모듈 사이의 연결 상태가 정상인지 여부를 감지한다. 특히 유사한 기능을 담당하는 부하들은 하나의 제어 모듈(200)에 연결함으로써, 제어 모듈(200)의 부하 감지 성능을 향상시킬 수 있다.
부하(300)는 각종 센서 모듈 또는 액츄에이터 모듈 등과 같이 구동 장치를 포함하며, 그밖에 모터, 저항, 속도 조절, 스위치, 안전 장치, 오디오 관련 소자 등을 포함한다. 여기서, 센서 모듈은 가속도, 속도, 온도, 배기 등의 각종 센싱 기능을 담당하며, 액츄에이터 모듈은 구동과 관련된 각종 기능을 담당한다.
도 3a은 본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈를 설명하기 위한 확대도이고, 도 3b는 도 3a에 따른 제어 모듈의 전체 외형을 나타낸 도면이다. 도 3c는 메인 모듈과 복수의 제어 모듈의 연결 관계를 설명하기 위한 실사도이다.
도 3a에 나타낸 것과 같이 제어 모듈의 하단에 위치한 단자는 접지 전원(GND), 입력 전원(V(+)), CAN-L, CAN-H를 포함한다. 접지 전원(GND)과 입력 전원(V(+))에는 각각 0V 전압과 Vin 입력 전압이 인가되고, CAN-L 단자와 CAN-H 단자를 통해서는 각각 CAN-L의 캔 통신 신호와 CAN-H의 캔 통신 신호가 입력된다.
그리고, 도 3a와 같이, 접지 전원(GND), 입력 전원(V(+)), CAN-L, CAN-H는 각각 2개의 단자로 이루어지는데, 도 3b와 같이 각 단자로부터 나오는 두 가닥의 선은 각각 이웃하는 제어 모듈에 연결된다. 또한, 도 3a에 나타낸 것과 같이 제어 모듈의 상단에 위치한 단자는 각종 부하와 연결하기 위한 연결 단자이다. 그리고 도 3c와 같이 메인 모듈에는 도 3b에 나타낸 복수의 제어 모듈들이 직렬로 연결되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈의 구성을 나타낸 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈(200)은 마이크로 콘트롤러(210), 전압 및 전류 상태 감지부(220), 부하 연결 상태 감지부(230) 및 상태 표시부(240)를 포함한다.
마이크로 콘트롤러(210)는 제어 모듈(200)의 전반적인 동작을 제어하는 메인 콘트롤 유닛(Main Control Unit, MCU)로서, 부하 연결 상태 감지 회로부(230)에 포함된 부하(300)와 연결된 특정 노드의 전압을 감지하여 부하(300)와 제어 모듈(200) 사이의 연결 상태를 판단한다. 또한 마이크로 콘트롤러(210)는 CAN 통신을 통하여 부하(300)와 제어 모듈(200) 사이의 연결 상태 정보 또는 전압 및 전류 상태 정보를 메인 모듈(100)로 전송한다.
전압 및 전류 상태 감지부(220)는 제어 모듈(200)에 인가되는 전압이 정상적으로 공급되는지 여부와 제어 모듈(200)에 과전류가 흐르는지 여부 등을 감지한다.
부하 연결 상태 감지부(230)는 제어 모듈(200)과 부하(300)와의 연결 상태를 감지하기 위한 회로로 구성된다. 마이크로 콘트롤러(210)는 부하에 연결된 특정 노드의 전압을 센싱하며, 센싱된 전압을 통하여 제어 모듈(200)과 부하가 정상적으로 연결되어 있는지 여부를 감지할 수 있다.
상태 표시부(240)는 R, G, B 색상을 가지는 LED를 통하여 전원 및 전압 상태 또는 부하 연결 상태를 표시한다. 즉, 사용자는 상태 표시부(240)를 통하여 이상이 있는 제어 모듈 및 그 제어 모듈과 연결된 부하를 한 눈에 발견할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 콘트롤러의 구성을 나타낸 도면이다. 마이크로 콘트롤러(210)는 CAN 통신 인터페이스부(212), 입출력부(214), A/D 컨버터 채널부(216) 및 제어부(218)를 포함한다.
CAN 통신 인터페이스부(212)는 CAN_H, CAN_L 신호와 같은 시리얼 캔 통신 신호가 입?출력되며, 인접하는 제어 모듈들을 통하여 메인 모듈(100)로 이상 여부 감지 데이터를 전송한다. 즉, CAN 통신 인터페이스부(212)는 차량 내 장착되는 다른 제어수단과 CAN_H 혹은 CAN_L 방식으로 데이터 정보의 송수신을 수행하여 상호 연관되는 제어 및 고장진단에 관련된 데이터의 송수신이 수행되도록 하고, 개발시 모니터링과 에뮬레이션(Emulation)이 가능하도록 한다.
입출력부(214)는 부하 측에 작동 제어 신호를 전송하거나 부하로부터 데이터를 수신한다. 또한, Vcc, 0V 전원뿐만 아니라, AH, AL, BH, BL와 같은 일반적인 목적을 위해 사용되는 전압을 공급하는 전원과 연결되어 전압을 공급받으며, 부하의 구동을 위해 필요한 전원을 부하 측에 전송한다.
또한 A/D 컨버터 채널부(216)는 부하 연결 상태 감지부(230)로부터 특정 노드의 전압(예를 들면, AV, AHV, BV, BHV 전압)을 센싱하여 제어부(218)로 전달한다.
제어부(218)는 A/D 컨버터 채널부(216)로부터 센싱 전압을 수신하여, 기준 전압과 비교하여 부하 연결 상태에 이상이 있는지를 판단한다. 만일 이상이 있는 것으로 판단되면 상태 표시부(240)를 통하여 이상 상태라는 것을 표시하도록 한다.
이와 같이 마이크로 콘트롤러(210)는 원칩 형태로 구현될 수 있으며, 경우에 따라 CAN 통신 인터페이스부(212)는 별도의 외장 칩 형태로 부착될 수 있다.
이하에서는 도 6을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 전압 및 전류 상태 감지부(220)의 구성과 전원 및 퓨즈 상태 감지 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전압 및 전류 상태 감지부의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 6에서 보는 바와 같이 전압 및 전류 상태 감지부(220)는 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13), 저항(R11, R12, R13), 전원(0V, Vin, VBfuse) 및 폴리스위치(F11)를 포함한다.
먼저 전원(Vin)은 저항(R11)의 제1단이 연결되고, 발광 다이오드(LD11)은 저항(R11)의 제2단과 접지 전원 사이에 연결된다. 그리고 전원(Vin)은 저항(R13)의 제1단이 연결되고, 발광 다이오드(LD13)은 저항(R13)의 제2단과 전원(VBfuse) 사이에 연결된다. 또한 폴리스위치(F11)는 전원(Vin)에 제1단이 연결되며, 제2단은 저항(R12)의 제1단에 연결된다. 발광 다이오드(LD12)는 저항(R12)의 제2단과 접지 전원 사이에 연결된다.
여기서, 폴리스위치(F11)는 PTC 특성을 가지고 있어 온도가 상승하면 저항 값도 상승한다. 써미스터(thermistor)와 같은 가변 저항의 경우에는 온도에 비례하여 저항 값도 서서히 상승하지만, 폴리스위치(F11)는 일정 순간부터 급격하게 저항 값이 상승하는 특징을 가진다. 폴리스위치(F11)는 퓨즈와 마찬가지로 과전류가 흐르면 발열 현상에 의하여 자체적으로 저항 값이 상승하면서 전류가 차단된다. 그러나, 일반적인 퓨즈와 달리 과전류가 흐르더라도 끊어지지 않고 사용할 수 있으며, 회로가 식으면 다시 저항 값이 낮아져서 회로가 도통되도록 한다.
따라서, 폴리스위치(F11)는 고장 원인을 제거하면 다시 사용이 가능한 영구적인 퓨즈다. 본 발명의 실시예에 따르면, 과전류 차단기로서 폴리스위치를 예로 들었으나, 과전류가 흐르면 전류의 흐름을 차단시키는 기능을 가지는 퓨즈, 각종 저항성 소자와 같은 다른 종류의 과전류 차단기로 대체할 수 있다.
발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)는 반도체에 전압을 가할 때 발광 현상을 일으키는 발광형 다이오드(LED, luminescent diode)로서, 본 발명의 실시예에 따르면 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)의 발광 상태로부터 제어 모듈의 고장 원인을 발견할 수 있다.
이하에서는 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)를 통하여 전원 및 퓨즈 상태를 감지하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
발광 다이오드(LD11)는 입력 전원으로부터 전압(Vin)이 정상적으로 입력되면 점등되므로, 발광 다이오드(LD11)의 점등 상태를 통하여 입력 전원의 이상 유무를 판단할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드(LD11)가 점등되면 전력이 정상적으로 공급되는 것으로 볼 수 있고, 발광 다이오드(LD11)가 소등되면 입력 전원을 통하여 전력이 정상적으로 공급되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
발광 다이오드(LD12)는 폴리스위치(F11)를 지나고 난 후의 전원 상태를 표시하며, 발광 다이오드(LD12)의 점등 상태를 통하여 폴리스위치(F11)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 폴리스위치(F11)에 과전류가 흘러 폴리스위치(F11)의 저항 값이 높아지면 폴리스위치(F11)는 턴오프되어, 전류는 폴리스위치(F11)가 아닌 발광 다이오드(LD13)를 통과하여 발광 다이오드(LD12) 방향으로 전달된다. 여기서, 발광 다이오드(LD13)를 통과하면서 전압 강하가 발생하므로 발광 다이오드(LD12)는 소등하게 된다.
이와 달리, 폴리 스위치(F11)에 정상적인 전류가 흐르게 되면 폴리스위치(P)는 턴온 상태가 되며, 폴리스위치(P)에 의해 전압 강하가 이루어지지 않기 때문에 발광 다이오드(LD12)는 점등하게 된다. 따라서, 발광 다이오드(LD12)의 점등 상태에 따라 폴리스위치(F11)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단할 수 있다.
그리고 발광 다이오드(LD12)와 마찬가지로, 발광 다이오드(LD13)의 점등 상태를 통하여 폴리스위치(F11)에 과전류가 흐르는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 폴리스위치(F11)에 과전류가 흘러 폴리스위치(F11)의 저항 값이 높아지면 폴리스위치(F11)는 턴오프되어, 전류는 폴리스위치(F11)가 아닌 발광 다이오드(LD13)를 통과하게 되므로 발광 다이오드(LD13)는 점등된다.
즉, 배선이나 모터 같은 액츄에이터 내부에 단락이 발생하면 과전류가 흐르게 되고, 이 때 폴리스위치(F11)의 저항 값이 매우 높아지게 되는데, 이 때 VBFUSE 전압은 크게 떨어지게 되므로, 폴리스위치(F11) 양단의 전압 차가 커지게 되어 발광 다이오드(LD13)가 점등하게 된다.
반면, 폴리스위치(F11)에 정상적으로 전류가 흐르는 경우에는 폴리스위치(F11) 양단의 전압 차가 거의 0V에 가깝기 때문에 발광 다이오드(LD13)가 소등된 상태가 된다.
따라서, 발광 다이오드(LD13)가 점등되면 폴리스위치(F11)에 과전류가 흐르는 것으로 볼 수 있고, 발광 다이오드(LD13)가 소등되면 폴리스위치(F11)에 정상적으로 전류가 흐르는 것으로 판단할 수 있다.
이하에서는 표 1을 통하여 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)의 점등 상태에 따라 회로의 고장 여부를 판단하는 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
LD11 LD12 LD13 회로 상태
OFF X X 입력 전원이 없음
ON OFF OFF - 폴리스위치가 완전히 끊어짐.
- 제어 모듈의 내부 배선 불량
ON OFF ON LD12에 연결된 회로에서 단락 발생으로 과전류가 흘러 폴리스위치가 스위치 OFF된 상태임.
과전류 원인을 해결해야 함.
ON ON OFF 정상적인 회로 상태
ON ON ON - 폴리스위치가 ON에서 OFF 또는 OFF에서 ON으로 바뀌는 중간 상태에서 잠깐 나타남.
- 제어 모듈의 내부 배선 불량
표 1에 나타난 것과 같이, 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)가 모두 소등(OFF)된 경우에는, 입력되는 전원(Vin)이 없는 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 발광 다이오드(LD11)는 점등(ON)되었으나, 발광 다이오드(LD12, LD13)가 소등(OFF)된 경우에는, 정상적으로 전원이 공급되고 있으나, 과전류 등의 이유로 폴리스위치(LD11)가 완전히 끊어졌거나 내부 배선이 불량하여 발광 다이오드(LD12, LD13)에 전원이 전혀 공급되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 발광 다이오드(LD11, LD13)는 점등(ON)되었으나, 발광 다이오드(LD12)가 소등(OFF)된 경우에는, 단락 현상에 의하여 과전류가 흘러 폴리스위치(F11)가 턴오프된 상태라는 것을 나타낸다. 즉, 폴리스위치(F11)에 일정 범위보다 큰 전류가 흐르게 되면 폴리스위치(F11)는 턴오프되므로 발광 다이오드(LD13)는 점등되고, 발광 다이오드(LD12)는 소등된다.
또한, 발광 다이오드(LD11, LD12)는 점등(ON)되었으나, 발광 다이오드(LD13)가 소등(OFF)된 경우에는, 정상적으로 전류가 흐르는 상태를 나타낸다. 즉, 폴리스위치(F11)에 일정 범위 이내의 정상 전류가 흐르게 되면 폴리스위치(F11)는 턴온되므로 발광 다이오드(LD12)는 점등되고, 발광 다이오드(LD13)는 소등된다.
마지막으로 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)가 모두 점등(ON)된 경우에는, 폴리스위치(F11)가 턴온 상태에서 턴오프 상태로, 또는 턴오프 상태에서 턴온 상태로 스위칭되는 중간에 순간적으로 나타나며, 커넥터 내부에 배선이 불량한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 발광 다이오드(LD11, LD12, LD13)의 색상을 각각 녹색(G), 파란색(B), 빨간색(R)로 나누어서 표시함으로써 사용자로 하여금 쉽게 전압 및 전류 상태를 인식할 수 있도록 할 수 있다.
이하에서는 도 7a 및 도 7b를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 부하 연결 상태 감지부(230)의 구성과 부하 연결 상태 감지 방법에 대하여 설명한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 부하 연결 상태 감지부의 구성을 나타낸 회로도이다.
도 7a 및 도 7b에 나타낸 것과 같이, 부하 연결 상태 감지부(230)는 VBFUSE 전압을 공급하는 전원, 접지 전원, 저항(R1, R2)를 포함한다.
먼저, 도 7a에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 VBFUSE 전원과 접지 전원 사이에는 저항(R1, R2)가 직렬 연결되어 있다. 그리고, 저항(R1)의 양단에는 부하가 연결되어 있다.
여기서, 저항(R1, R2)의 크기가 같고, 부하가 정상적으로 연결된 경우에는 저항(R1)과 저항(R2)의 접점인 노드(A) 지점의 전압(VA)의 크기는 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010020598043-pat00001
즉, 저항(R1)과 부하가 병렬 연결되어 있으므로, 저항(R1)의 양단에 걸리는 저항의 크기는 저항(R1)이 가지는 최초 저항 값보다 낮아지며, 이에 따라 저항(R1)의 양단에 걸리는 전압은 저항(R2)의 양단에 걸리는 전압보다 낮다. 따라서, 저항(R1)을 통한 전압 강하가 적게 이루어지므로, 수학식 1과 같은 관계가 성립된다.
이때, 만일 저항(R1)과 부하 사이의 연결에 문제가 발생하여 점선으로 표시한 연결 부분이 끊기게 된 경우에는, 노드(A) 지점의 전압(VA)의 크기는 다음의 수학식 2과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010020598043-pat00002
즉, 두 저항(R1, R2)의 크기가 같다고 가정하면 저항(R1)과 저항(R2)에 각각 걸리는 전압의 크기는 동일하게 되므로, 노드(A) 지점의 전압(VA)의 크기는 VBFUSE 전압의 1/2가 된다.
따라서, A/D 컨버터 채널부(216)는 노드(A) 지점의 전압(VA)의 크기를 센싱하여 제어부(218)로 전달하고, 제어부(218)는 센싱된 VA 전압을 수학식 1에 나타낸 기준 전압과 비교한다. 그리고, 제어부(218)는 센싱된 VA 전압의 크기가 수학식 2와 같이 감소한 것으로 판단하면 제어 모듈과 부하 사이의 접속에 이상이 생긴 것으로 판단하고, 상태 표시부(240)를 통하여 이상 상태라는 것을 표시하도록 한다.
다음으로 도 7b에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 VBFUSE 전원과 접지 전원 사이에는 저항(R1, R2)가 직렬 연결되어 있으며, 도 7a와 달리 저항(R2)의 양단에 부하가 연결되어 있다.
여기서, 저항(R1, R2)의 크기가 같고, 부하가 정상적으로 연결된 경우에는 저항(R1)과 저항(R2)의 접점인 노드(B) 지점의 전압(VB)의 크기는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010020598043-pat00003
즉, 저항(R2)과 부하가 병렬 연결되어 있으므로, 저항(R2)의 양단에 걸리는 저항의 크기는 저항(R2)이 가지는 최초 저항 값보다 낮아지며, 이에 따라 저항(R2)의 양단에 걸리는 전압은 저항(R1)의 양단에 걸리는 전압보다 낮다. 따라서, 저항(R2)을 통한 전압 강하가 적게 이루어지므로, 수학식 3과 같은 관계가 성립된다.
이때, 만일 저항(R2)과 부하 사이의 연결에 문제가 발생하여 점선으로 표시한 연결 부분이 끊기게 된 경우에는, 노드(B) 지점의 전압(VB)의 크기는 다음의 수학식 4와 나타낼 수 있다.
Figure 112010020598043-pat00004
즉, 두 저항(R1, R2)의 크기가 같다고 가정하면 저항(R1)과 저항(R2)에 각각 걸리는 전압의 크기는 동일하게 되므로, 노드(B) 지점의 전압(VB)의 크기는 VBFUSE 전압의 1/2가 된다.
따라서, A/D 컨버터 채널부(216)는 노드(B) 지점의 전압(VB)의 크기를 센싱하여 제어부(218)로 전달하고, 제어부(218)는 센싱된 VB 전압을 수학식 3에 나타낸 기준 전압과 비교한다. 그리고, 제어부(218)는 센싱된 VB 전압의 크기가 수학식 2와 같이 증가한 것으로 판단하면 제어 모듈과 부하 사이의 접속에 이상이 생긴 것으로 판단하고, 상태 표시부(240)를 통하여 이상 상태라는 것을 표시하도록 한다.
이와 같이 도 7a 및 도 7b와 같은 부하 연결 상태 감지부(230)로부터 감지된 전압을 토대로 하여 제어 모듈과 부하와의 접속 상태를 수시로 체크할 수 있다.
이하에서는 도 7a 또는 도 7b가 적용된 부하 연결 상태 감지부(230)를 통하여 제어 모듈과 부하와의 접속 상태를 판단하는 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 8a는 도 7a에 도시한 회로를 적용한 부하 연결 상태 감지부를 나타낸 도면이며, 도 8b는 도 7b에 도시한 회로를 적용한 부하 연결 상태 감지부를 나타낸 도면이며, 도 8c는 도 7a 및 도 7b에 도시한 회로를 적용한 부하 연결 상태 감지부를 나타낸 도면이다.
도 8a는 저항 또는 솔레노이드 부하 구동 및 연결 상태를 감지하기 위한 회로로서, 전압의 극성을 바꿀 필요가 없는 부하를 구동하는 회로이다. 도 8a에 서는 BH가 ‘1’이 되면 부하를 구동하며, 여기서 부하의 저항값은 대략 20Ω 이하로 가정한다. 부하를 구동하기 전, 즉 BH = 0V일 때, OutC의 전압이 부하의 연결 여부에 따라 달라지는데, A/D 컨버터 채널부(216)는 OutC의 전압을 센싱하면, 제어부(218)가 측정된 전압을 기준 전압과 비교하여 부하의 연결 상태 여부를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(218)는 센싱된 전압의 크기가 기준 전압보다 작은 경우에는 제어 모듈과 부하가 정상적으로 연결되지 않은 것으로 판단한다.
예를 들어, 도 8a에서 VBFUSE 전압이 12V 이라고 가정한다. 그러면 R55 저항은 3K Ω 이고, R56 저항은 1K Ω 이므로, 전압분배의 법칙에 따라서 R55 저항과 R56 저항의 접점에는 3V의 전압이 인가된다. 따라서, BH가 0V인 경우 부하가 연결되어 있으면 OutC의 전압이 12V 근처를 유지하고, 부하가 연결되어 있지 않으면 3V 근처를 유지한다.
도 8b는 저항 또는 솔레노이드 부하 구동 및 연결 상태를 감지하기 위한 회로로서, 도 8a와 같이 전압의 극성을 바꿀 필요가 없는 부하를 구동하는 회로이다. 도 8b에서는 BH가 ‘1’이 되면 부하를 구동하며, 여기서 부하의 저항값은 대략 20 Ω 이하로 가정한다. 부하를 구동하기 전, 즉 BL = 0V일 때, OutD의 전압이 부하의 연결 여부에 따라 달라지는데, A/D 컨버터 채널부(216)는 OutC의 전압을 센싱하면, 제어부(218)가 측정된 전압을 기준 전압과 비교하여 부하의 연결 상태 여부를 판단할 수 있다. 즉, 제어부(218)는 센싱된 전압의 크기가 기준 전압보다 큰 경우에는 제어 모듈과 부하가 정상적으로 연결되지 않은 것으로 판단한다.
예를 들어, 도 8b와 같은 회로에서는 BL = 0V 일 때, 부하가 연결되어 있으면 OutD의 전압이 0V 근처를 유지하고, 부하가 연결되어 있지 않으면 1V 근처를 유지한다.
도 8c는 모터 정/역 구동 회로 및 모터 연결 상태를 감지하기 위한 회로로서, AH 와 BL 이 ‘1’이 되면 정회전이 되고, AL과 BH가 ‘1’이 되면 역회전이 된다. 여기서, 모터(M)를 구동하기 전에 AL만을 이용하여 ‘1’로 전환해보면, Vb의 전압이 모터의 연결 여부에 따라 달라지는데, A/D 컨버터 채널부(216)는 Vb의 전압을 센싱하면, 제어부(218)가 측정된 전압을 기준 전압과 비교하여 모터의 연결 상태 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 도 8c와 같은 회로에서는 BH = 0V, BL = 0V, AH = 0V, AL = 5V일 때, 모터가 연결되어 있으면 Va 전압은 0V이고 Vb 전압은 0.2V로 측정된다. 반대로, 같은 조건에서 모터가 연결되어 있지 않으면 Va 전압은 0V이고 Vb 전압은 4.8V로 측정된다.
본 발명의 실시예에 따른 제어 모듈을 포함하는 와이어링 하니스 시스템은 자동차뿐만 아니라 전력 또는 통신 신호를 전달하는 각종 전기 장치에 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 캔 통신을 예를 들어 설명하였으나, RS485, LIN, flexRay 등의 다른 직렬 통신 방법을 사용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 메인 모듈에 복수의 제어 모듈을 시리얼 형태로 연결함으로써, 메인 모듈의 기능을 분산화시키고 와이어링 하니스 시스템을 단순화, 소형화 함으로써 고장 가능성을 최소한으로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 제어 모듈의 점등 상태로부터 와이어링 하니스에 적용되는 와이어링 배선의 고장 여부 및 고장 원인, 제어 모듈과 부하와의 연결 상태를 용이하게 판단할 수 있어 즉각적인 후속 조치가 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10, 100: 메인 모듈, 20, 300: 부하,
200: 제어 모듈, 210: 마이크로 콘트롤러,
220: 전압 및 전류 상태 감지부, 230: 부하 연결 상태 감지부,
240: 상태 표시부

Claims (9)

  1. 메인 모듈에 대하여 직렬 연결되어 있는 복수의 제어 모듈, 그리고
    각각의 상기 제어 모듈에 연결되어 있는 부하를 포함하며,
    상기 제어 모듈은 직렬 통신을 통하여 상기 제어 모듈과 상기 부하와의 연결 상태 정보를 상기 메인 모듈로 전달하며,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제어 모듈과 상기 부하와의 연결 상태를 감지하기 위한 부하 연결 상태 감지부를 포함하며,
    상기 부하 연결 상태 감지부는,
    제1 전압을 공급하는 제1 전원과 제2 전압을 공급하는 제2 전원,
    상기 제1 전원에 제1단이 연결되어 있는 제1 저항,
    상기 제1 저항의 제2단에 제1단이 연결되고, 상기 제2 전원에 제2단이 연결되는 제2 저항, 그리고
    상기 제1 저항의 제1단에 제1단이 연결되고, 상기 제1 저항의 제2단에 제2단이 연결되어 있는 상기 부하를 포함하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 모듈은,
    상기 제어 모듈에 전압이 정상적으로 공급되는지 여부 또는 과전류가 흐르는지 여부를 감지하는 전압 및 전류 상태 감지부, 그리고
    상기 부하에 연결된 특정 노드의 전압을 감지하여 상기 제어 모듈과 부하와의 연결 상태를 판단하는 마이크로 콘트롤러를 더 포함하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감지된 전압 및 전류 상태와 상기 감지된 제어 모듈과 및 부하의 연결 상태를 표시하는 표시부를 더 포함하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전압 및 전류 상태 감지부는,
    제1 전압을 공급하는 제1 전원,
    상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압을 공급하는 제2 전원,
    상기 제1 전원에 애노드가 연결되고 상기 제2 전원에 캐소드가 연결된 제1 발광 다이오드,
    상기 제1 전원에 제1 단이 연결되는 과전류 차단기,
    상기 과전류 차단기의 제2단에 애노드가 연결되고, 상기 제2 전원에 캐소드가 연결된 제2 발광 다이오드, 그리고
    상기 제1 전원에 애노드가 연결되고, 상기 과전류 차단기와 상기 제2 발광 다이오드의 접점에 캐소드가 연결된 제3 발광 다이오드를 포함하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 과전류 차단기에 일정 범위 보다 큰 전류가 흐르면, 상기 제1 발광 다이오드 및 상기 제3 발광 다이오드는 점등되고, 상기 제2 발광 다이오드는 소등되는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 과전류 차단기는 폴리 스위치, 퓨즈 및 저항성 소자 중에서 적어도 하나를 포함하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로 콘트롤러는,
    상기 부하의 제2단의 전압을 센싱하여 기준 전압과 비교하고, 비교 결과에 따라 상기 제어 모듈과 상기 부하의 연결 상태를 판단하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 직렬 통신은,
    캔(CAN) 통신, RS485, LIN 및 flexRay 중에서 적어도 하나를 이용하는 분산 제어용 제어 모듈을 이용한 와이어링 하니스의 부하 감지 시스템.


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