KR101512401B1 - 차량 기기 제어 장치와 방법 및 상기 장치를 구비한 차량 기기 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 이더넷으로 연결된 부제어기들을 동기화시키고 이후 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 차량 기기 제어 장치와 방법 및 상기 장치를 구비하는 시스템을 제안한다. 본 발명에 따른 차량 기기 제어 장치는 이더넷으로 상호 연결되며 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들을 선택하는 부제어기 선택부; 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 부제어기들을 동기화시키는 동기화부; 및 부제어기들이 동기화되면 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 서브 제어부를 포함한다.

Description

차량 기기 제어 장치와 방법 및 상기 장치를 구비한 차량 기기 제어 시스템 {An apparatus and a method for controlling a ECU of a vehicle, and a system for controlling the ECU of the vehicle with the apparatus}

본 발명은 차량 내 ECU(Electronic Control Unit)들을 제어하는 장치와 방법 및 상기한 장치를 구비하는 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 바디 도메인이 이더넷(Ethernet)으로 구성될 경우 연결된 ECU들이 컴포넌트들을 제어하는 장치와 방법 및 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 차량 기능 제어 시스템의 개념도이다. 기존 차량 시스템에서는 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 ECU(110)가 복수개의 차량 내 컴포넌트들을 제어할 경우에는 와이어를 이용한 직구동 방식의 제어로 컴포넌트들 사이에 온-오프 타이밍 이슈가 거의 발생하지 않기 때문에 컴포넌트들의 동시 제어가 용이하다.

그러나 차량 내에 각종 전자 장치들이 증가하면서 하나의 ECU로 모든 전자 장치들을 제어하는 데에는 무리가 따른다. 그래서 최근 들어서는 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 지역 분산 제어의 E/E 아키텍처가 활용되고 있다.

그런데 차량의 통신을 하나의 이더넷으로 구성하고 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 아키텍처를 구성할 경우 차량의 동시 제어가 필요한 제어 분야의 제어시 타이밍 이슈가 발생한다.

도 1의 (b)를 참조하여 설명하면, 전방과 후방에 위치한 컴포넌트를 각각 제어하기 위한 전방 제어기(140)와 후방 제어기(150)를 배치시키고, 이더넷 스위치(130)를 통해 이 두 제어기(140, 150)를 제어하는 컨트롤러(120)를 배치시키고, 전방 제어기(140)와 후방 제어기(150)를 이용하여 전방과 후방의 전조등(Head lamp), 방향 지시등(Turn signal) 등을 각각 제어할 경우, 전방 제어기(140)와 후방 제어기(150) 사이에 데이터 처리 속도, 통신 지연 등이 상이하여 ON/OFF 타이밍이 일치되지 않는 문제점이 발생한다.

한국공개특허 제2011-0038197호는 이더넷을 이용한 차량용 통신 시스템에 대하여 제안하고 있다. 그러나 이 특허에서는 이더넷을 이용하여 많은 양의 데이터를 빠른 시간 내에 효율적으로 처리하기 위한 방법에 대하여 제안하고 있을 뿐, 이더넷 통신시 ECU별 처리 속도나 지연에 따른 타이밍 격차를 해소하기 위한 방법에 대해서는 제안하고 있지 않다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 이더넷으로 연결된 부제어기들의 시간을 동기화시키고 이후 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 차량 기기 제어 장치와 방법 및 상기 장치를 구비하는 시스템을 제안하는 것을 목적으로 한다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 이더넷으로 상호 연결되며 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들을 선택하는 부제어기 선택부; 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 동기화부; 및 상기 부제어기들이 동기화되면 상기 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 서브 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 장치를 제안한다.

바람직하게는, 상기 동기화부는, 이더넷 스위치로부터 상기 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 시간을 산출하는 제1 전송 시간 산출부; 상기 각 부제어기가 상기 데이터를 처리하는 데에 걸린 시간을 산출하는 처리 시간 산출부; 상기 전송하는 데에 걸린 시간과 상기 처리하는 데에 걸린 시간을 기초로 상기 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하는 제어 시간 산출부; 및 상기 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 제어 시간 활용부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 동기화부는, 상기 부제어기들이 하나의 이더넷 스위치에 모두 연결되어 있는지 여부를 판단하는 연결 상태 판단부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 동기화부는, 상기 부제어기들이 하나의 이더넷 스위치에 모두 연결되어 있지 않은 것으로 판단되면 상기 데이터를 입력받은 데이터 입력부로부터 상기 부제어기들이 연결된 각 이더넷 스위치까지 상기 데이터를 전달하는 데에 걸린 시간을 산출하는 제2 전송 시간 산출부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 전송 시간 산출부, 상기 처리 시간 산출부 및 상기 제2 전송 시간 산출부는 상기 데이터로 상기 부제어기들을 제어하기 위한 제어용 데이터를 이용한다.

바람직하게는, 상기 데이터 입력부는 상기 제어용 데이터와 더불어 멀티미디어 데이터가 입력되는 경우 상기 제어용 데이터를 먼저 전송하거나, 미리 할당된 대역 또는 라인을 통해 상기 제어용 데이터를 전송한다.

또한 본 발명은 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들; 및 이더넷으로 상호 연결되는 상기 부제어기들을 선택하는 부제어기 선택부; 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 동기화부; 및 상기 부제어기들이 동기화되면 상기 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 주제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 시스템을 제안한다.

바람직하게는, 상기 차량 기기 제어 시스템은 상기 부제어기들이 연결되는 적어도 하나의 이더넷 스위치; 또는 상기 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하기 위한 제어용 데이터를 입력받는 데이터 입력부를 더 포함한다.

또한 본 발명은 이더넷으로 상호 연결되며 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들을 선택하는 단계; 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 단계; 및 상기 부제어기들이 동기화되면 상기 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 방법을 제안한다.

바람직하게는, 상기 동기화시키는 단계는, 이더넷 스위치로부터 상기 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 제1 시간을 산출하는 단계; 상기 각 부제어기가 상기 데이터를 처리하는 데에 걸린 제2 시간을 산출하는 단계; 상기 전송하는 데에 걸린 시간과 상기 처리하는 데에 걸린 시간을 기초로 상기 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 제3 시간을 산출하는 단계; 및 상기 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 동기화시키는 단계는, 상기 부제어기들이 하나의 이더넷 스위치에 모두 연결되어 있는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함한다. 상기 판단하는 단계는 상기 제1 시간을 산출하는 단계 이전에 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 동기화시키는 단계는, 상기 부제어기들이 하나의 이더넷 스위치에 모두 연결되어 있지 않은 것으로 판단되면 상기 데이터를 입력받은 데이터 입력부로부터 상기 부제어기들이 연결된 각 이더넷 스위치까지 상기 데이터를 전달하는 데에 걸린 제4 시간을 산출하는 단계를 더 포함한다. 상기 제4 시간을 산출하는 단계는 상기 판단하는 단계와 상기 제1 시간을 산출하는 단계 사이에 수행될 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 시간을 산출하는 단계, 상기 제2 시간을 산출하는 단계 및 상기 제4 시간을 산출하는 단계는 상기 데이터로 상기 부제어기들을 제어하기 위한 제어용 데이터를 이용한다.

본 발명은 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 이더넷으로 연결된 부제어기들을 동기화시키고 이 부제어기들을 제어함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 부제어기들 간에 타이밍을 일치시킴으로써 부제어기들이 동시에 구동되도록 제어하는 것이 가능해진다.

둘째, 차량용 이더넷 적용과 시스템 아키텍처의 변화에 따른 최적의 시스템 구성이 용이하다.

셋째, 전 차량 도메인(Domain)에 이더넷 구성을 가능하게 함에 따라 차량의 전체 네트워크 구성을 고속으로 구성할 수 있고, 와이어링(Wiring)의 절감으로 차량 무게 절감을 달성할 수 있다.

도 1은 종래 차량 기능 제어 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 기능 제어 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이더넷 프레임의 구조를 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 기기 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 동기화부의 내부 구성을 구체적으로 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 기기 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 기기 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 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, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명은 이더넷 동기화 기술을 이용하여 차량의 각종 기능을 제어하는 장치 및 방법을 제안한다. 이를 위해 본 발명에 따른 차량 기능 제어 시스템은 이더넷 타임 동기화 프로토콜, 제어 데이터의 안정적인 대역폭 확보를 위한 대역폭 할당 프로토콜, 각 통신 노드별 지연 시간을 산출하는 프로토콜 등을 적용한다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 제어 메시지의 안정적인 송수신을 위한 대역폭 확보 알고리즘을 수행하여 대역폭을 할당하는 대역폭 할당부; 통합 제어기와 분산 제어기 간 네트워크 지연 시간을 산출하는 지연 시간 산출부; 이더넷 타임 동기화 기술과 네트워크 지연 시간을 기초로 각 제어기 간 출력을 동기화시키는 출력 동기화부; 및 각 제어기 간 출력 동기화를 기초로 차량의 기능을 제어하는 차량 기능 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이더넷 동기화를 이용한 차량 기능 제어 시스템을 제안한다.

본 발명은 이더넷 시간 동기화 기술을 이용한 차량 기능 제어를 제안한 것이다. 특히 본 발명은 차량 이더넷의 시간 동기 기술을 이용한 차량 바디 기능 제어를 제안한 것이다.

최근 차량 내의 사용자 편의, 안전 주행의 요구 사항에 증대됨에 따라 다수의 전자 장치(ECU)가 추가되고 장치 간의 전달 데이터량도 점차 증가되고 있다.

기존 차량 네트워크(CAN, Flexray, MOST)는 그러한 요구 사항(대역폭 등)들을 충족하기 어렵고, 또한 Domain별로 별도의 네트워크로 구성되어진 네트워크에 전자 장치들을 추가할 구조가 복잡해지고, 때로는 별도의 네트워크 추가되고 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 차량 내의 기존 검증된 고속 네트워크 이더넷의 적용이 증가되고 있다.

우선적으로 적용되는 분야로는 전송 데이터가 큰 멀티미디어 도메인에서부터 점차적으로 확장을 하는 추세이고 나아가서는 차량의 전체 시스템을 이더넷 기반으로 구성하려고 검토되고 있다.

차량 바디 부분 제어 시스템은 이전의 한 개의 ECU(BCM)에서 로직과 전원 공급을 함께 하는 구조에서 와이어링 절감 및 에너지 효율 개선을 위하여 지역 분산 제어 시스템으로 변화하고 있다.

이를 해결하기 위하여 오디오, 비디오에서 적용되고 있는 이더넷 시간 동기화 기술을 이용하여 각 ECU 간의 네트워크 지연 시간을 고려하고 출력을 동기화하여 동시에 출력을 제어하여 해결한다.

주요 적용 기술로는 이더넷 타임 동기화 프로토콜, 제어 데이터의 안정적인 대역폭 확보를 위한 대역폭 할당 프로토콜, 각 통신 노드별 지연 시간을 산출하는 프로토콜 등을 적용한다.

주요 메시지에는 통합 제어기 메시지와 분산 제어기 메시지가 있다. 통합 제어 메시지는 주제어기(Master node)가 부제어기들(Slave nodes)로 보내는 메시지로서, 두 제어기들 간의 시간 지연 연산을 위한 Sync 메시지, Follow up 메시지 등이 있다. 분산 제어 메시지는 부제어기들이 주제어기에 보내는 메시지이다. 통합 제어기 메시지에는 송신 시간, 동작 시간, in/at flag 등이 포함된다. 분산 제어기 메시지에는 수신 시간, 동작 시간, 전송 지연 flag 등이 포함된다.

주요 프로토콜에는 제어 메시지 예약 프로토콜, 전송 지연 측정 프로토콜 등이 있다. 제어 메시지 예약 프로토콜은 제어 메시지의 안정적인 송수신을 위한 대역폭 확보 알고리즘을 수행하기 위한 것이다. 전송 지연 측정 프로토콜은 통합 제어기와 분산 제어기 간의 전송 지연 시간을 측정하기 위한 것이다.

이상 설명한 차량 기능 제어 시스템의 구성을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

대역폭 할당부는 제어 메시지의 안정적인 송수신을 위한 대역폭 확보 알고리즘을 수행하여 대역폭을 할당하는 기능을 수행한다.

지연 시간 산출부는 통합 제어기와 분산 제어기 간 네트워크 지연 시간을 산출하는 기능을 수행한다.

출력 동기화부는 이더넷 타임 동기화 기술과 네트워크 지연 시간을 기초로 각 제어기 간 출력을 동기화시키는 기능을 수행한다.

차량 기능 제어부는 각 제어기 간 출력 동기화를 기초로 차량의 기능을 제어하는 기능을 수행한다.

본 발명의 기본적인 개념은 이상 설명한 바와 같다. 이하에서는 일실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량 기능 제어 시스템의 개념도이다. 도 2의 차량 기능 제어 시스템(200)은 부제어기가 2개인 경우의 예시이다.

도 2에 따르면, 차량 기능 제어 시스템(200)은 주제어기(210), 이더넷 스위치(Ethernet switch; 220), 부제어기 1(230), 부제어기 2(240) 및 입력부(250)를 포함한다. 주제어기(210), 부제어기 1(230) 및 부제어기 2(240)는 ECU(Electronic Control Unit)로 구현될 수 있다.

차량 기능 제어 시스템(200)은 이더넷 네트워크로 구성된 차량 시스템으로서, 지역 분산 (전/후방) 부하(260, 270) 제어를 위한 부제어기(230, 240)가 별도 구성된다.

차량 상태/입출력 신호에 따른 제어 판단은 주제어기(210)에 의해 수행되고, 이더넷을 통하여 전달된 제어 명령은 부제어기 1(230)과 부제어기 2(240)를 통해 수행된다.

부하 1(260)과 부하 2(270)는 동시에 ON/OFF되어야 한다. △B1은 이더넷 스위치(220)와 부제어기 1(230) 사이의 통신 지연 시간을 의미하고, △B2는 이더넷 스위치(220)와 부제어기 2(240) 사이의 통신 지연 시간을 의미한다. △B1과 △B2는 이더넷 스위치와 부제어기 사이의 연결 거리와 이더넷 스위치의 상태에 따라 서로 다른 값을 가질 수 있다. △C1은 부제어기 1(230)의 데이터 처리 지연 시간을 의미하고, △C2는 부제어기 2(240)의 데이터 처리 지연 시간을 의미한다. △C1과 △C2는 각 부제어기의 구조 및 처리 속도에 따라 상이한 값을 가질 수 있다.

도 2와 같이 시스템(200)이 구현되어 있을 경우, 일반 이더넷 적용시 부하 1(260)/부하 2(270) 제어에 대하여 통신 라인의 지연 차이(△B1과 △B2의 시간차), 제어기별 처리 속도의 차이(△C1과 △C2의 시간차) 등을 이유로 ON/OFF 시간이 다른 문제가 발생한다.

이의 해결을 위해 도 2의 각 구성은 다음과 같은 기능들을 수행한다.

입력부(250)는 부하 제어 명령을 입력받아 주제어기(210)로 전달한다.

주제어기(210)는 제어 판단 로직을 수행하여 제어 시그널을 이더넷 스위치(220)를 거쳐 각 부제어기(230, 240)로 전달한다. △A는 주제어기(210)와 이더넷 스위치(220) 사이의 지연 시간을 의미한다.

부제어기 1(230)은 제어 시그널을 주제어기(210)로부터 전달받아 부하 입출력을 제어하며, 부제어기 2(240)도 부제어기 1(230)과 동일한 기능을 수행한다. 부하 1(260)과 부하 2(270)는 제어 대상이 되는 램프, 모터 등 차량 부품을 의미한다.

본 발명에서는 시간 동기화 기술을 이용하여 차량의 특정 기능을 실시간 제어하는 것을 목적으로 한다. 보다 자세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는 시스템(200)을 이루는 제어기들의 시간을 동기화시키기 위해서 마스터(Master node; 주제어기)와 슬레이브(Slave node; 부제어기) 간의 메시지 교환 방식을 이용한다. 마스터와 슬레이브의 동기화 과정은 오프셋을 구하는 과정과 전송 지연을 구하는 과정으로 나눌 수 있다.

첫번째, 오프셋을 구하는 과정은 마스터가 슬레이브로 <Sync> 메시지를 보내는 것이다. 마스터가 <Sync> 메시지를 보내는 순간(TM1), 슬레이브가 <Sync> 메시지를 받는 순간(TS1)에 타임스탬프를 측정한다. 이후 마스터가 타임스탬프 값(TM1)을 포함한 <Follow_Up> 메시지를 슬레이브로 전달한다. 그러면 슬레이브는 전송받은 TM1 값과 TS1 값의 타임스탬프 차이를 이용하여 두 제어기 간의 오프셋를 추정하여 그 값을 슬레이브 클럭에 반영하고 두 제어기 간에 클럭 차이를 보정한다. 오프셋 측정식은 다음과 같다.

Offset = TS1 - TM1 - Delay

두번째, 전송 지연을 구하는 과정은 첫번째 오프셋를 맞추는 과정을 한번 실행하여 일차적인 클럭 차이를 보정한 다음 실행한다. 슬레이브가 <Delay_Request> 메시지를 마스터에게 보내는 순간(TS2), 마스터가 이 메시지를 받는 순간(TM2)에 타임스탬프를 측정한다. 슬레이브가 TS2를 포함한 <Delay_Request> 메시지를 보내면 마스터가 TM2를 포함한 <Delay Response> 메시지를 슬레이브로 전달하게 되고 이를 통해 전송 지연을 구할 수 있다. 슬레이브가 양방향 지연을 평균화하여 전송 지연만큼 클럭을 조정해서 마스터와 슬레이브가 모두 클럭이 동기화되도록 한다. 전송 지연 측정식은 다음과 같다.

Delay = (TS2 - TM2) / 2

본 발명에서는 위의 두 과정인 오프셋과 전송 지연을 수정하는 과정을 반복하여 각 제어기의 시간을 동기화하고, 개별적으로 차이나는 것을 방지한다. 그리하여 시간 동기를 위한 별도의 알고리즘을 사용하는 경우 Microsecond 이하의 동기 오차를 유지할 수 있다.

이상의 내용을 프로세스에 따라 부연 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시스템(200)의 Power ON시 이더넷 네트워크로 연결된 제어기들 즉 주제어기(210)와 부제어기 1, 2(230, 240)는 시간 동기화를 위하여 상술한 시간 동기화를 수행한다.

이후, 주제어기(210)는 네트워크의 Master Node로서 Slave Node 즉 부제어기 1(230)과 부제어기 2(240)의 네트워크 지연/처리 속도를 각각 저장하고, 각 제어기들은 Master Time을 기준으로 동기화된다. 이때의 부제어기 1(230)과 부제어기 2(240)의 지연/처리 속도는 서로 상이할 수 있다.

이후, 주제어기(210)는 외부의 Switch 혹은 타 ECU의 입력에 의하여 부하 1(260)과 부하 2(270)의 제어 조건을 수신하고 판단한다.

이후, 주제어기(210)가 판단한 제어 데이터는 부하 구동을 위해 각 부제어기(230, 240)에 전송된다. 이때 주제어기(210)는 부제어기 1(230)/ 부제어기 2(240)의 최대 지연 시간을 고려하여 출력 시간까지 정하여 전달한다.

이후, 주제어기(210)로부터 제어 명령을 수신받은 각 부제어기(230, 240)는 출력 시간 필드를 참조하여 부하 제어를 한다.

예컨대, 도 2에서 네트워크로 연결된 모든 제어기들은 주제어기(210)를 기준으로 Global Time이 설정되어 있고, ⓐ 경로(입력부(250) → 주제어기(210) → 이더넷 스위치(220) → 부제어기 1(230))의 지연 시간이 10ms이고, ⓑ 경로(입력부(250) → 주제어기(210) → 이더넷 스위치(220) → 부제어기 2(240))의 지연 시간이 20ms일 경우, 주제어기(210)는 부하 1(260)/부하 2(270)의 동시 제어를 위하여 최대 지연 시간인 ⓑ의 시간에 ON/OFF 명령을 Broadcast로 전송하고 이를 수신한 부제어기 1(230)은 10ms를 기다린 후 20ms에 부제어기 2(240)와 함께 부하를 제어한다.

한편 본 발명은 이더넷 타임 동기화 프로토콜 외 제어 데이터의 안정적인 대역폭 확보를 위한 대역폭 할당 프로토콜도 적용된다.

대역폭 할당 프로토콜은 차량 내의 시스템이 하나의 이더넷으로 구성될 경우에 해당하는 프로토콜이다. 동일 이더넷 네트워크로 멀티미디어 데이터(Stream data)와 제어용 데이터(Control data)가 함께 전송될 경우, 상대적으로 대역폭이 큰 멀티미디어 데이터가 네트워크를 점유하게 된다면 차량 내의 중요 제어 데이터에 대한 흐름이 지연이나 손실을 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 프레임 내의 멀티미디어와 컨트롤에 대한 구분 인자를 적용하여 제어 데이터에 대한 대역폭을 보장하기 위한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 이더넷 프레임의 구조를 도시한 개념도이다.

프리앰블(Preamble; 310)은 이더넷 MAC 프레임의 첫번째 필드로서, 0과 1을 반복하는 7바이트를 포함하고, 수신 ECU에 프레임 도착 사실을 알려준다. 또한 프리앰블(310)은 입력 타이밍에 수신 ECU이 동기화될 수 있도록 만든다.

목적지 주소 필드(Destination address field; 320)는 패킷을 수신하는 목적지 즉 수신 ECU의 물리(MAC) 주소가 들어있는 필드이다.

발신지 주소 필드(Source address field; 330)는 패킷 송신자 즉 송신 ECU의 물리(MAC) 주소가 들어있는 필드이다.

이더넷 타입 필드(Ethernet type field; 340)은 데이터 필드의 길이가 정의되어 있는 필드로서(ex. 필드값이 1,518보다 작을 때), 특정 조건일 때(필드값이 1,536보다 클 때) 프레임 안에 캡슐화되어 있는 PDU 패킷의 종류를 정의하기도 한다.

페이로드 필드(Payload field; 350)는 데이터가 삽입되는 필드이다. 페이로드 필드(350)에 ON/OFF TIME 정보(360)가 포함되며, 나머지에 해당하는 FCS(Frame Check Sequence)가 삽입된다.

CRC(Cyclic Redundancy Check) 필드(370)는 목적지 주소 필드(320), 발신지 주소 필드(330), 이더넷 타입 필드(340), 페이로드 필드(350) 등의 영역을 계산하여 에러를 판별하기 위한 필드이다. 송신 ECU가 데이터를 전송할 때에 해당 프레임에 CRC를 추가하여 보내면, 수신 ECU는 CRC를 체크하여 에러 프레임으로 판단되면 해당 프레임을 폐기한다.

이상 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명하였다. 이하 부제어기들의 개수가 3개 이상일 경우까지 참작하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 기기 제어 장치를 개략적으로 도시한 블록도이다. 차량 기기 제어 장치(400)는 차량에 장착되어 각종 기능을 수행하는 차량 기기들을 제어하는 장치이다.

도 4에 따르면, 차량 기기 제어 장치(400)는 부제어기 선택부(410), 동기화부(420), 서브 제어부(430), 전원부(450) 및 주제어부(460)를 포함한다.

전원부(450)는 차량 기기 제어 장치(400)를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 주제어부(460)는 차량 기기 제어 장치(400)를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 차량 기기 제어 장치(400)가 차량의 메인 ECU에 의해 제어될 수 있음을 고려할 때 전원부(450)와 주제어부(460)는 구비되지 않아도 무방하다.

부제어기 선택부(410)는 이더넷으로 상호 연결되는, 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들을 선택하는 기능을 수행한다.

동기화부(420)는 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 부제어기들을 동기화시키는 기능을 수행한다.

동기화부(420)는 도 5에 도시된 바와 같이 제1 전송 시간 산출부(421), 처리 시간 산출부(422), 제어 시간 산출부(423) 및 제어 시간 활용부(424)를 포함할 수 있다. 도 5는 도 4에 도시된 동기화부의 내부 구성을 구체적으로 도시한 블록도이다.

제1 전송 시간 산출부(421)는 이더넷 스위치로부터 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 시간을 산출하는 기능을 수행한다(도 2의 경우 △B1과 △B2).

처리 시간 산출부(422)는 각 부제어기가 데이터를 처리하는 데에 걸린 시간을 산출하는 기능을 수행한다(도 2의 경우 △C1과 △C2).

제어 시간 산출부(423)는 이더넷 스위치로부터 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 시간과 각 부제어기가 데이터를 처리하는 데에 걸린 시간을 기초로 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하는 기능을 수행한다.

제어 시간 활용부(424)는 제어 시간 산출부(423)에 의해 산출된 시간을 기초로 부제어기들을 동기화시키는 기능을 수행한다.

한편 제어 대상 부제어기들이 같은 이더넷 스위치에 연결될 수 있지만, 서로 다른 이더넷 스위치에 연결될 수도 있다. 본 실시예에서는 이 점을 참작하여 동기화부(420)가 연결 상태 판단부(425)를 더 포함할 수 있다.

연결 상태 판단부(425)는 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있는지 여부를 판단하는 기능을 수행한다.

연결 상태 판단부(425)에 의해 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있는 것으로 판단되면, 주제어기로부터 이더넷 스위치까지 데이터를 전송하는 데에 걸리는 시간(도 2의 경우 △A)은 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간에 반영되지 않아도 된다.

그러나 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있지 않은 것으로 판단되면, 주제어기로부터 이더넷 스위치까지 데이터를 전송하는 데에 걸리는 시간(도 2의 경우 △A)은 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간에 반영되어야 한다.

따라서 이 점을 참작할 때 동기화부(420)는 제2 전송 시간 산출부(426)를 더 포함할 수 있다.

제2 전송 시간 산출부(426)는 상기와 같은 경우 데이터를 입력받은 데이터 입력부(440)로부터 부제어기들이 연결된 각 이더넷 스위치까지 데이터를 전달하는 데에 걸린 시간을 산출하는 기능을 수행한다. 제2 전송 시간 산출부(426)는 주제어기로부터 각 이더넷 스위치까지 데이터를 전달하는 데에 걸리는 시간을 산출하는 것도 가능하다.

제2 전송 시간 산출부(426)에 의해 데이터 입력부(440)로부터 각 이더넷 스위치까지 데이터를 전달하는 데에 걸린 시간이 산출되면, 제어 시간 산출부(423)는 이더넷 스위치로부터 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 시간, 각 부제어기가 데이터를 처리하는 데에 걸린 시간, 및 주제어기로부터 각 이더넷 스위치까지 데이터를 전달하는 데에 걸리는 시간을 기초로 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하는 기능을 수행한다.

다시 도 4를 참조하여 설명한다.

서브 제어부(430)는 부제어기들이 동기화되면 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 기능을 수행한다.

한편 제1 전송 시간 산출부(421), 처리 시간 산출부(422) 및 제2 전송 시간 산출부(426)는 데이터로 부제어기들을 제어하기 위한 제어용 데이터를 이용할 수 있다.

데이터 입력부(440)는 제어용 데이터와 더불어 멀티미디어 데이터가 입력되는 경우 제어용 데이터를 먼저 전송하거나, 미리 할당된 대역 또는 라인을 통해 제어용 데이터를 전송할 수 있다.

다음으로 차량 기기 제어 장치(400)를 구비하는 차량 기기 제어 시스템에 대하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 기기 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도 6에 따르면, 차량 기기 제어 시스템(600)은 데이터 입력부(610), 주제어기(620), 이더넷 스위치(630) 및 부제어기들(640a, 640b, … 640n)을 포함한다.

데이터 입력부(610)는 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하기 위한 제어용 데이터를 입력받는 기능을 수행한다. 데이터 입력부(610)는 도 4의 데이터 입력부(440)와 동일한 기능을 수행한다.

주제어기(620)는 도 4의 차량 기기 제어 장치(400)와 동일한 개념이다.

이더넷 스위치(630)는 부제어기들(640a, 640b, … 640n)이 연결되는 중계 스위칭 수단으로서, 적어도 하나 구비될 수 있다.

부제어기들(640a, 640b, … 640n)은 차량 내 각 기기를 제어하는 것으로서, 제1 부제어기(640a), 제2 부제어기(640b), …, 제n 부제어기(640n)가 구비될 수 있다.

다음으로 차량 기기 제어 장치(400)의 구동 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 기기 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 이하 설명은 도 4, 도 5 및 도 7을 참조한다.

먼저 부제어기 선택부(410)가 이더넷으로 상호 연결된 부제어기들을 선택한다(S710).

이후 동기화부(420)가 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 부제어기들을 동기화시킨다(S720).

S720 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 제1 전송 시간 산출부(421)가 이더넷 스위치로부터 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 제1 시간을 산출한다. 이후 처리 시간 산출부(422)가 각 부제어기에 의해 데이터가 처리되는 데에 걸린 제2 시간을 산출한다. 이후 제어 시간 산출부(423)가 제1 시간과 제2 시간을 기초로 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 제3 시간을 산출한다. 이후 제어 시간 활용부(424)가 제3 시간을 기초로 부제어기들을 동기화시킨다.

한편 제1 시간을 산출하기 전에, 연결 상태 판단부(425)가 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있는지 여부를 판단할 수 있다.

한편 상기 판단 이후 제1 시간을 산출하기 전에, 제2 전송 시간 산출부(426)가 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있지 않은 것으로 판단되면 데이터 입력부로부터 각 이더넷 스위치까지 데이터를 전달하는 데에 걸린 제4 시간을 산출할 수 있다.

S720 단계 이후, 서브 제어부(430)가 부제어기들이 동기화되면 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어한다(S730).

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

1. 이더넷으로 상호 연결되며 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들을 선택하는 부제어기 선택부;
   각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 것으로서, 이더넷 스위치로부터 상기 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 시간을 산출하는 제1 전송 시간 산출부; 상기 각 부제어기가 상기 데이터를 처리하는 데에 걸린 시간을 산출하는 처리 시간 산출부; 상기 전송하는 데에 걸린 시간과 상기 처리하는 데에 걸린 시간을 기초로 상기 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하는 제어 시간 산출부; 및 상기 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 제어 시간 활용부를 포함하는 동기화부; 및
   상기 부제어기들이 동기화되면 상기 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 서브 제어부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 동기화부는,
   상기 부제어기들이 같은 이더넷 스위치에 연결되어 있는지 여부를 판단하는 연결 상태 판단부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 동기화부는,
   상기 부제어기들이 같은 이더넷 스위치에 연결되어 있지 않은 것으로 판단되면 상기 데이터를 입력받은 데이터 입력부로부터 상기 부제어기들이 연결된 각 이더넷 스위치까지 상기 데이터를 전달하는 데에 걸린 시간을 산출하는 제2 전송 시간 산출부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1 전송 시간 산출부, 상기 처리 시간 산출부 및 상기 제2 전송 시간 산출부는 상기 데이터로 상기 부제어기들을 제어하기 위한 제어용 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 데이터 입력부는 상기 제어용 데이터와 더불어 멀티미디어 데이터가 입력되는 경우 상기 제어용 데이터를 먼저 전송하거나, 미리 할당된 대역 또는 라인을 통해 상기 제어용 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 장치.
7. 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들; 및
   이더넷으로 상호 연결되는 상기 부제어기들을 선택하는 부제어기 선택부; 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 것으로서, 이더넷 스위치로부터 상기 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 시간을 산출하는 제1 전송 시간 산출부; 상기 각 부제어기가 상기 데이터를 처리하는 데에 걸린 시간을 산출하는 처리 시간 산출부; 상기 전송하는 데에 걸린 시간과 상기 처리하는 데에 걸린 시간을 기초로 상기 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하는 제어 시간 산출부; 및 상기 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 제어 시간 활용부를 포함하는 동기화부; 및 상기 부제어기들이 동기화되면 상기 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 주제어기
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 부제어기들이 연결되는 적어도 하나의 이더넷 스위치; 또는
   상기 제어하기까지 걸리는 시간을 산출하기 위한 제어용 데이터를 입력받는 데이터 입력부
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 시스템.
9. 이더넷으로 상호 연결되며 차량 내 각 기기를 제어하는 부제어기들을 선택하는 단계;
   각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 단계로서, 이더넷 스위치로부터 상기 각 부제어기까지 데이터를 전송하는 데에 걸린 제1 시간을 산출하는 단계; 상기 각 부제어기가 상기 데이터를 처리하는 데에 걸린 제2 시간을 산출하는 단계; 상기 전송하는 데에 걸린 시간과 상기 처리하는 데에 걸린 시간을 기초로 상기 각 부제어기를 제어하기까지 걸리는 제3 시간을 산출하는 단계; 및 상기 제어하기까지 걸리는 시간을 기초로 상기 부제어기들을 동기화시키는 단계를 포함하는 단계; 및
   상기 부제어기들이 동기화되면 상기 부제어기들을 동시에 구동되도록 제어하는 단계
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 방법.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 동기화시키는 단계는,
    상기 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있는지 여부를 판단하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 동기화시키는 단계는,
    상기 부제어기들이 동일한 이더넷 스위치에 연결되어 있지 않은 것으로 판단되면 상기 데이터를 입력받은 데이터 입력부로부터 상기 부제어기들이 연결된 각 이더넷 스위치까지 상기 데이터를 전달하는 데에 걸린 제4 시간을 산출하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1 시간을 산출하는 단계, 상기 제2 시간을 산출하는 단계 및 상기 제4 시간을 산출하는 단계는 상기 데이터로 상기 부제어기들을 제어하기 위한 제어용 데이터를 이용하는 것을 특징으로 하는 차량 기기 제어 방법.

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