KR101417097B1

KR101417097B1 - 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치

Info

Publication number: KR101417097B1
Application number: KR1020080078955A
Authority: KR
Inventors: 김정환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2014-07-09
Also published as: KR20100020253A

Abstract

본 발명은 차량의 양산 이전에 타임 아웃에 의한 메시지 에러 외에 메시지를 전송함에 있어서 대기 시간(latency time)을 초과하는 횟수를 카운트하여 각 메시지의 대기 상태를 관리함으로써 관리자가 각 메시지의 대기 상태를 근거로 차량 네트워크를 관리할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 통신 버스를 통해 복수의 전자제어장치(ECU)가 연결된 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치에 있어서, 상기 전자 제어장치는 상기 차량 네트워크에서 사용되는 각 메시지에 대해 미리 정의된 대기(latency) 시간정보를 저장하는 대기 시간 정보 저장부, 상기 각 메시지가 수신된 시간이 미리 정의된 대기 시간을 초과한 횟수를 카운팅하는 대기 카운터, 상기 대기 카운터의 카운터값을 근거로 각 메시지에 대한 대기 상태를 저장하는 메시지 상태 저장부 및 수신 메시지에 대해 상기 대기 시간 정보를 이용하여 상기 수신 메시지가 상기 미리 정의된 시간을 초과하는가를 판단하여 그 횟수가 상기 대기 카운터에 의해 카운팅되게 하고, 상기 대기 카운터의 카운터값에 따라 상기 수신 메시지의 대기 상태를 결정하여 상기 메시지 상태 저장부에 저장하는 메시지 관리부를 구비하여 구성된다.

Description

차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치{MONITORING APPARATUS FOR MESSAGE TRANSMISSION IN NETWORK FOR A VEHICLE}

본 발명은 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CAN(Control Area Network) 프로토콜을 이용하여 차량 내에 구비되는 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit)들간에 네트워킹을 제공하는 차량 네트워크에서 각 메시지에 대한 대기 시간 초과 상태를 근거로 메시지 전송 상태를 진단할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

차량이 고급화되면서 운전자에게 안락함과 편리함을 제공하기 위한 다양한 기능들이 제공되고 있다. 일반적으로, 차량에 제공되는 기능들의 수행을 위해서는 해당 기능을 수행하기 위한 전자제어장치(ECU)들이 장착되고, 서로 연동이 필요한 전자제어장치들은 전선(wire)을 통해 연결된다. 따라서, 전자제어장치가 증가함에 따라 불가피하게 전선 연결이 복잡해지고, 전선 연결이 복잡해짐에 따라 전체 전선량도 증가하게 된다. 이는 차량의 고장 진단시 고장 원인을 찾기가 어려워진다는 문제점과 차량의 전체 중량이 증가된다는 문제를 유발한다.

뿐만 아니라, 설계의 변경시에는 관련 하드웨어의 수정이 불가피하다는 점을 감안할 때 각 전자제어장치들이 전선으로 복잡하게 연결되어 있기 때문에 하드웨어 변경시 요구되는 전선의 신규 설치로 인해 설계상의 마진 확보가 어려워 설계 변경이 어렵다는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 통신 버스를 이용하여 각 전자제어장치들 간의 네트워킹을 실현하기 위한 차량 네트워크가 제안되었고, 차량 네트워크의 하나로 CAN(Controller Area Network) 통신이 이용되고 있다. CAN 통신에 따르면, 차량 내에 구성된 모든 전자제어장치들은 CAN 버스를 통해 연결된 상태에서 CAN 프로토콜을 이용하여 상호 네크워킹을 실현한다.

CAN 통신에 연결된 전자제어장치가 많지 않은 상태에서는 상기 전자제어장치 간에 주고 받는 데이터의 양이 적으므로 CAN 버스의 노드가 높지 않아 안정적인 통신환경을 제공할 수 있다. 그러나, 차량의 성능이 고급화됨에 따라 신규 기능을 구현하기 위한 전자제어장치들이 차량 네트워크에 연결되는 경우가 증가하고, 이로써 CAN 버스에 해당하는 통신 버스를 통해 송/수신되는 데이터가 증가하게 되었다.

일반적으로 네트워크의 이용도는 [수학식 1]에 의해 산출될 수 있으며, CAN 버스의 이용도는 사용 가능한 값의 최대 30% 이하가 되도록 제한하는 것이 바람직하다.

버스 이용도 = 단위 시간당 최대 전송 비트/단위 시간당 전송 가능 비트

전체 네트워크의 최대 이용도를 30% 이하로 제한하는 것은 30% 이하의 이용도를 가지는 네트워크에서 중재(Arbitration)에 의하여 야기되는 메시지의 대기 시 간이 무시할 수 있을 정도로 작기 때문이다. 만약, 네트워크의 이용도가 30% 를 초과하게 되면 버스 점유를 위한 메시지 간의 잦은 충돌로 인하여 중재에 필요한 시간이 증가하게 된다. 이와 같은 경우 우선순위의 보장을 위하여 낮은 우선순위를 갖는 메시지는 높은 우선수위의 메시지에 대해 나중에 전송된다. 따라서, 낮은 우선순위의 메시지는 높은 우선순위의 메시지에 비해 더 많은 대기 시간을 가지게 된다. 상기와 같은 이유로 대기 시간이 증가되면, 전체 시스템의 시간 거동에 대한 예측 가능성이 낮아지기 때문에, 시스템의 정상 동작을 보장하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 차량 네트워크의 데이터 전송 효율과 신뢰도 향상을 위해서는 메시지의 전송 상태를 모니터링하고 진단하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.

도 1은 종래 타임 아웃에 의한 메시지 전송 관리 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 1을 통해 설명되는 차량 네트워크는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 전자제어장치(20 ~ 100, 이하 "ECU" 라 함)들이 CAN 버스(300)를 통해 연결되어 구성된다. 도 2에 도시된 차량 네트워크는 고속 CAN 통신 네트워크 토폴로지의 한 예이다.

차량 네트워크상의 ECU(20 ~ 100)들은 CAN 프로토콜 기반의 데이터를 송수신하는 기능을 수행하고, 상기 데이터의 수신과정 타임 아웃(Time out) 상태를 확인하여 에러상태를 판단하는 기능을 수행한다.

도 1을 참조하여 종래 타임 아웃에 의한 메시지 전송 에러 관리 방법을 상세 하게 설명한다.

각 ECU(20 ~ 100)는 대기상태에서(S2) 이그니션 온 시간이 경과되면(S4에서 Yes) 준비시간 경과로 판정하고(S6) 메시지별로 타이머를 카운트한다(S8).

ECU는 메시지별 타이머를 카운트하는 도중에 수신 인터럽트가 검출되면(S10에서 Yes) 해당 메시지의 타이머를 리셋하고 초기 상태로 복귀한다(S12). 여기서, 수신 인터럽트는 수신하고자 하는 메시지를 수신완료한 상태에서 발생하는 이벤트이다.

그러나 이와 달리 메시지별 타이머를 카운트하는 도중에 수신 인터럽트가 검출되지 않으면(S10에서 No) 타임 이웃시간의 경과 여부를 판단한다(S14).

S14 단계의 판단결과 타임 아웃기간의 경과가 확인되면(S14에서 Yes) 메시지 수신 실패로 판정하고(S16), 임시 고장으로 판정한 후(S18), 상기 임시 고장 판정 횟수가 완전 고장 판정 횟수에 도달하였는가를 판단한다(S20).

S20 단계의 판단결과 상기 임시 고장 판정 횟수가 상기 완전 고장 판정 횟수에 도달한 것으로 판단되면(S20에서 Yes) 상기 메시지를 타임 아웃 완전 고장으로 판정하고(S22), 이에 따른 진단코드(DTC, Diagnostic Trouble Code)를 저장 및 출력한다(S24).

한편, 70% 이상의 통신 버스 이용도를 가진 차량 네트워크에서는 통신 버스의 부하에 의해 각 ECU는 우선순위가 낮은 메시지에 대한 대기 시간(latency time)이 미리 정의된 시간보다 길어지는 경우가 빈번하게 발생할 수 있다. 메시지의 전송 지연 시간이 길어짐에 따라 차량 네트워크의 신뢰도가 낮아질 수 있음에도 불구 하고, 현재 차량 네트워크에서는 타임아웃에 해당하는 조건은 만족하면서 대기 시간 초과하는 데이터 전송 상태에 대해서는 관리가 어려운 실정이다.

현재 고급 차량 및 하이브리드 전기자동차(HEV: Hybrid Electronic Vehicle) 차량의 통신 버스 이용도가 대략 50% 이상이고, 향후 개발되는 차량의 버스 이용도가 50% 이상일 것으로 예상된다. 이러한 현실을 감안할 때, 안정성이 높은 차량 네트워크를 제공하기 위해서는 산발적으로 발생할 수 있는 메시지의 대기 시간 초과 전송 상태를 정확하게 모니터링하여 차량 네트워크의 신뢰성을 보장할 수 있는 방안의 연구가 필요하다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출되어진 것으로서, 차량의 양산 이전에 타임 아웃에 의한 메시지 에러 외에 메시지를 전송함에 있어서 대기 시간(latency time)을 초과하는 횟수를 카운트하여 각 메시지의 대기 상태를 관리함으로써 관리자가 각 메시지의 대기 상태를 근거로 차량 네트워크를 관리할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치는 통신 버스를 통해 복수의 전자제어장치(ECU)가 연결된 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치에 있어서, 상기 전자 제어장치는 상기 차량 네트워크에서 사용되는 각 메시지에 대해 미리 정의된 대기(latency) 시간정보를 저장하는 대기 시간 정보 저장부, 상기 각 메시지가 수신된 시간이 미리 정의된 대기 시간을 초과한 횟수를 카운팅하는 대기 카운터, 상기 대기 카운터의 카운터값을 근거로 각 메시지에 대한 대기 상태를 저장하는 메시지 상태 저장부 및 수신 메시지에 대해 상기 대기 시간 정보를 이용하여 상기 수신 메시지가 상기 미리 정의된 시간을 초과하는가를 판단하여 그 횟수가 상기 대기 카운터에 의해 카운팅되게 하고, 상기 대기 카운터의 카운터값에 따라 상기 수신 메시지의 대기 상태를 결정하여 상기 메시지 상태 저장부에 저장하는 메시지 관리부를 구비하여 구성된다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 메시지 관리부는 상기 수신 메시지의 대기 상태를 상기 카운터값이 제 1 기준보다 작은 제 1 상태, 상기 카운터값이 제 1 기준이상이면서 제 2 기준보다 작은 제 2 상태 및 상기 카운터값이 제 2 기준이상인 제 3 상태로 결정할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 메시지 관리부는 상기 수신 메시지가 제 3 상태로 분류되면 상기 수신메시지가 수신된 시점의 상기 통신 버스의 부하값을 상기 메시지 상태 저장부에 저장할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에서 상기 제 3 상태는 상기 수신 메시지에 대한 데이터 전송의 신뢰도 보장을 위해 상기 차량 네트워크의 재설계가 요구되는 상태일 수 있다.

본 발명에 따른 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치에 의하면, 차량의 양산 이전에 각 메시지의 대기 상태를 근거로 운용자가 차량 네트워크를 관리할 수 있게 됨으로써 차량의 양산시 안정적이고 신뢰성이 높은 차량 네트워크를 제공할 수 있다는 효과가 있다.

이하, 첨부되어진 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

본 발명이 적용되는 차량 네트워크는 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있고, 각 ECU(10, …, 100)는 수신 메시지에 대한 대기 시간 초과 상태를 관리하는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 ECU의 세부 블럭구성도이다.

ECU는 CAN 콘트롤러(32), 메시지 관리부(34), 대기시간 정보 저장부(36), 대기 카운터(38) 및 메시지 상태 저장부(40)를 구비한다.

CAN 콘트롤러(32)는 통신 버스를 통해 전송되는 CAN 프로토콜 기반의 메시지를 수신하여 에러 체크를 수행한 후 해당 수신 메시지를 메시지 관리부(34)로 전송한다. 공지된 바와 같이, CAN 프로토콜을 기반으로 하는 메시지는 ID(식별자)를 갖고, 각 ECU는 각 메시지의 ID를 근거로 메시지를 구분하고 해당 메시지의 우선순위를 결정한다. 각 메시지에 대해서는 CAN 프로토콜에 의해 약속된 대기 시간(Lerency Time)이 정의되고, 각 대기 시간에 대해서는 최소 시간(Min)/최대 시간(Max)이 정의된다. 따라서, 메시지는 통신 버스를 통해 해당 메시지에 대해 정의된 대기 시간 내에 수신측 ECU에 수신되어야 한다.

대기시간 정보 저장부(36)는 메시지의 ID별로 각 메시지에 대해 정의된 대기시간 정보가 저장된다. 본 발명에서 대기 시간 정보는 상기 대기 시간에 대한 최소 시간과 최대 시간에 대한 정보를 포함한다.

메시지 관리부(34)는 수신 메시지에 대해 상기 수신 메시지의 전송 상태가 대기 시간을 만족하는가를 판단하여 그 판단 결과에 따라 각 수신 메시지의 대기 상태를 "액티브(active)", "패시브(passive)" 및 "미싱(missing)" 로 관리한다. 각 대기 상태는 해당 메시지가 미리 정의된 대기 시간을 만족하지 못한 횟수를 근거로 순차적으로 천이된다. 즉, 대기 기간을 만족하지 못한 횟수가 제 1 기준 예컨대 "128" 보다 적은 경우에는 "액티브" 상태로 천이되는데, "액티브" 상태의 메 시지는 데이터 전송이 양호한 상태에 해당한다. 또, 대기 기간을 만족하지 못한 횟수가 상기 제 1 기준을 초과하지만 제 2 기간보다는 적은 경우에는 "패시브" 상태로 천이되는데, "패시브" 상태의 메시지는 데이터 전송 중에 대기 시간 초과가 발생하고 있는 상태에 해당한다. 대기 기간을 만족하지 못한 횟수가 제 2 기준을 초과하는 경우에는 "미싱" 상태로 천이되는데, "미싱" 상태의 메시지는 데이터 전송 중에 심각한 대기 시간 초과가 발생하고 있는 상태에 해당한다. 특히, "미싱" 상태에서는 해당 메시지의 전송에 있어서 대기 시간의 초과가 심각한 수준이기 때문에 네트워크의 신뢰도에도 영향을 미칠 수 있는 상태에 해당한다. 따라서, "미싱" 상태에서는 해당 메시지에 대한 메시지 ID 할당, 메시지 맵핑 및 주기 등에 대한 재설계가 필요하다.

대기 카운터(38)는 메시지 관리부(34)의 제어하에 각 메시지 별(ID 별)로 대기 시간을 초과한 횟수를 카운트하고 그 결과에 해당하는 카운터 값을 저장한다.

메시지 상태 저장부(40)는 메시지 관리부(34)의 제어하에 각 메시지 별(ID 별)로 대기 시간의 초과 상태에 따라 결정된 메시지의 상태를 저장한다.

이하, 도 4에 도시된 플로우차트를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 방법을 설명한다.

각 ECU의 CAN 콘트롤러(32)는 CAN 프로토콜 기반의 메시지가 수신되면 상기 메시지에 대한 에러 체크를 수행한 후, 수신 메시지를 메시지 관리부(34)로 전송한다(S2).

메시지 관리부(34)는 대기시간 정보 저장부(36)에서 상기 수신된 메시지에 대한 대기 시간 정보를 로딩하고(S4), 로딩된 대기 시간 정보를 이용하여 상기 수신 메시지가 실제 수신된 시간이 미리 정의된 대기 시간의 범위에 속하는가를 판단한다(S6).

상기 판단결과, 상기 수신 메시지의 수신 시간이 상기 대기 시간의 범위 내에 속하는 것으로 판단되면(S6에서 Yes), 상기 수신메시지의 대기 상태를 "액티브" 상태로 유지시키고 S2 단계로 진행한다.

반면, S6의 판단결과 상기 수신 메시지의 수신 시간이 상기 대기 시간의 범위 내에 속하지 않는 것으로 판단되면(S6에서 No), 상기 수신 메시지에 해당하는 대기 카운터의 카운팅값을 "1" 증가시킨다(S10).

이어, 증가된 대기 카운터의 값이 제 1 기준 예컨대, "128" 인지를 판단하고(S12), S12 단계의 판단결과 상기 대기 카운터의 값이 제 1 기준인 "128"에 해당하면 상기 수신 메시지의 대기 상태를 "패시브" 상태로 천이시킨다(S14).

S12 단계의 판단결과 상기 대기 카운터의 값이 제 1 기준인 "128"에 해당하지 않으면(S12에서 No) 메시지 관리부(34)는 상기 수신 메시지에 대한 대기 카운터값이 제 1 기준인 "128"을 초과하는가를 판단하고(S16) 그 판단결과 상기 대기 카운터값이 "128"을 초과하지 않으면(S16) S2 단계로 진행하여 메시지 수신을 대기한다.

그러나, 이와 달리 S16 단계에서 대기 카운터값이 제 1 기준인 "128"을 초과하는 것으로 확인되면(S16에서 Yes) 메시지 관리부(34)는 대기 카운터값이 제 2 기준인 "256" 인지를 판단한다(S18).

S18 단계의 판단결과 상기 대기 카운터값이 제 2 기준인 "256"과 일치하면(S18에서 Yes) 상기 수신 메시지의 대기 상태를 "미싱" 상태로 천이시키고(S20) S2 단계로 진행하여 메시지 수신을 대기한다.

한편, 메시지 관리부(34)는 S18 단계의 판단결과 상기 대기 카운터값이 제 2 기준인 "256"과 일치하지 않으면(S18에서 No) 상기 대기 카운터값이 제 2 기준인 "256"을 초과하는가를 판단한다(S24).

메시지 관리부(34)는 S22 단계의 판단결과, 상기 대기 카운터값이 "256"을 초과하면(S22에서 Yes) 상기 메시지의 수신 시점에 해당하는 통신 버스의 부하값을 메시지 상태 저장부(40)에 저장한다. 상기 통신 버스의 부하값은 별도의 측정 툴로부터 제공받을 수도 있고, 메시지 관리부(24)에 해당 측정 툴을 설치할 수도 있다.

이와 다르게, 메시지 관리부(34)는 S22 단계의 판단결과, 상기 대기 카운터값이 "256"을 초과하지 않으면(S22에서 No) S2 단계로 진행하여 메시지 수신을 대기한다.

상술한 과정을 통해 수신 메시지의 ID 별로 대기 상태와 "미싱" 상태에서의 통신 버스 부하값이 저장됨에 따라 관리자가 이를 근거로 ID를 재할당하거나 메시지 매핑 및 주기를 재설계할 수 있게 된다.

이와 반대도, 상술한 과정을 통해 수신 메시지가 "액티브"로 판단된다면 그 상태에서 각 메시지에 대해 대기 시간 분산도를 연산한 후, 현재 상태의 네트워크 설계 상태를 유지한다. 각 메시지에 대해 대기 시간 분산도를 연산하는 과정은 차 량 네트워크 설계 과정에서 공지된 기술에 해당하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같은 메시지 진단 과정을 통해 최적의 조건을 갖는 차량 네트워크의 설계가 가능해 짐으로써 차량 네트워크에서의 통신 효율성을 향상시키고 CAN 통신 버스의 강건성을 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 종래 타임 아웃에 의한 메시지 전송 관리 방법을 설명하기 위한 플로우차트.

도 2는 차량 네트워크 토폴로지 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량 네트워크에 적용되는 전자제어장치(ECU)의 세부 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치의 동작을 설명하기 위한 플로우차트.

Claims

통신 버스를 통해 복수의 전자제어장치(ECU)가 연결된 차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치에 있어서,

상기 전자 제어장치는

상기 차량 네트워크에서 사용되는 각 메시지에 대해 미리 정의된 대기(latency) 시간정보를 저장하는 대기 시간 정보 저장부;

상기 각 메시지가 수신된 시간이 미리 정의된 대기 시간을 초과한 횟수를 카운팅하는 대기 카운터;

상기 대기 카운터의 카운터값을 근거로 각 메시지에 대한 대기 상태를 저장하는 메시지 상태 저장부 및

수신 메시지에 대해 상기 대기 시간 정보를 이용하여 상기 수신 메시지가 상기 미리 정의된 시간을 초과하는가를 판단하여 그 횟수가 상기 대기 카운터에 의해 카운팅되게 하고, 상기 대기 카운터의 카운터값에 따라 상기 수신 메시지의 대기 상태를 결정하여 상기 메시지 상태 저장부에 저장하는 메시지 관리부를 구비하는

차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 메시지 관리부는

상기 수신 메시지의 대기 상태를 상기 카운터값이 제 1 기준보다 작은 제 1 상태, 상기 카운터값이 제 1 기준이상이면서 제 2 기준보다 작은 제 2 상태 및 상 기 카운터값이 제 2 기준이상인 제 3 상태로 결정하는

차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 메시지 관리부는

상기 수신 메시지가 제 3 상태로 분류되면 상기 수신메시지가 수신된 시점의 상기 통신 버스의 부하값을 상기 메시지 상태 저장부에 저장하는

차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 제 3 상태는

상기 수신 메시지에 대한 데이터 전송의 신뢰도 보장을 위해 메시지 ID 할당, 메시지 맵핑 및 주기에 대한 재설계가 요구되는 상태인

차량 네트워크에서의 메시지 전송 상태 진단 장치.