KR20080057576A - 차량용 네트워크 시스템 - Google Patents

차량용 네트워크 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 내부에서 통신속도가 서로 다른 각 유니트를 네트워크로 연결하고, 연결된 네트워크 내부의 오류를 검출하도록 한 차량용네트워크시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 하이신호라인과 로우신호라인으로 연결된 복수개의 차량 유니트; 직류전원을 공급하고, 제어하는 전원제어회로; 서로 다른 통신속도를 가진 적어도 둘 이상의 트랜시버; 적어도 둘 이상의 제어채널을 가지며, 상기 트랜시버의 서로 다른속도를 변환하여 입력받거나 출력하는 하나의 마이크로컨트롤러를 포함하고; 상기 차량유니트중 일부는 상기 트랜시버중 상대적으로 고속인 트랜시버에 연결시키고, 상기 차량유니트중 일부를 제외한 다른 차량유니트는 상기 트랜시버중 상대적으로 고속인 트랜시버에 연결시키는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020060131032
차량용 네트워크 시스템

Description

차량용 네트워크 시스템{Network system for automobile}
도 1은 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이를 세부적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이에 탑재된 소프트웨어를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이와 임의의 유니트가 연결된 도면.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이중 제 4 트랜시버의 오류검출기능을 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 케이스 110 : 커넥터
120 : 전원제어회로 210 : 제 1 고속트랜시버
220 : 제 2 고속트랜시버 230 : 제 3 고속트랜시버
240 : 저속트랜시버 300 : 마이크로컨트롤러
310 : 제 1 제어채널 320 : 제 2 제어채널
330 : 제 3 제어채널 340 : 제 4 제어채널
본 발명은 차량용네트워크시스템에 관한 것으로, 특히 차량 내부에서 통신속도가 서로 다른 각 유니트를 네트워크로 연결하고, 연결된 네트워크 내부의 오류를 검출하도록 한 차량용네트워크시스템에 관한 것이다.
종래에는 네트워크의 적용이 일반적인 형태는 아니었으나 현재에는 시스템의 증가에 따라 와이어 사용의 제한이 불가피하게 되었고 동일한 네트워크라인을 이용하여 정보를 공유하고 송수신하게 되었다.
엔진의 구동과 제동을 포함하는 시스템을 위해 빠른 속도의 통신이 사용되고, 엔진이나 제동장치에 비해 비교적 덜 중요한 편의장치를 위해 낮은 속도의 통신이 사용된다.
종래에는 이러한 네트워크 사이에 정보를 공유하기 위하여 필요한 시스템과 정보를 공급시키는 시스템 사이에 별도의 와이어를 연결하거나 하나의 시스템에서 단순한 정보만을 상호간에 공유시키는 기능만이 사용되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 통신속도를 가진 각 유니트를 네트워크로 연결하고, 이를 모니터링하여 오류를 검출하도록 한 차량용 네트워크 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하이신호라인과 로우신호라인으로 연결된 복수개의 차량 유니트; 직류전원을 공급하고, 제어하는 전원제어회로; 서로 다른 통신속도를 가진 적어도 둘 이상의 트랜시버; 적어도 둘 이상의 제어채널을 가지며, 상기 트랜시버의 서로 다른속도를 변환하여 입력받거나 출력하는 하나의 마이크로컨트롤러를 포함하고; 상기 차량유니트중 일부는 상기 트랜시버중 상대적으로 고속인 트랜시버에 연결시키고, 상기 차량유니트중 일부를 제외한 다른 차량유니트는 상기 트랜시버중 상대적으로 고속인 트랜시버에 연결시키는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 트랜시버는 3개의 고속트랜시버와 1개의 저속트랜시버로 이루어진 것을 포함한다.
더 바람직한 실시예로서, 상기 마이크로컨트롤러에는 CAN(controller area network)통신을 수행하는 CAN 컨트롤러가 탑재된 것을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면으로서, 차량내부에는 수많은 유닛이 탑재되는데 예컨대, 엔진제어유닛(1), 구동제어유닛(2), 제동제어유닛(3), 조향제어유닛(4), 샤시제어유닛(5), 시트제어유닛(8), 공조제어유닛(9), 램프제어유닛(10), 도어제어유닛(11), 편의장치제어유닛(12) 등이 그것이다.
이러한 유닛들은 서로 다른 통신속도로 통신하는데, 상기 엔진제어유닛(1), 구동제어유닛(2), 제동제어유닛(3), 조향제어유닛(4), 샤시제어유닛(5)은 200~500K bps의 고속통신속도를 이용하고, 상기 시트제어유닛(8), 공조제어유닛(9), 램프제어유닛(10), 도어제어유닛(11), 편의장치제어유닛(12)은 30~125K bps의 저속통신속도를 이용하게 된다.
이와같이 서로 다른 통신속도를 가진 유닛들을 네트웍으로 서로 연결해주고, 이러한 네트웍을 모니터링하여 오류를 검출해주는 기능을 수행하는 것이 게이트웨이(6)이다.
여기서, 게이트웨이의 일반적인 정의는 "구조가 서로 다른 두 개의 통신 네트워크를 연결하는 장치"이지만, 본 발명에 따른 네트워크도 서로 다른 통신속도를 가진 유닛들이 서로 연결되어 있으므로 이를 가능하게 해주는 소자를 '게이트웨이(6)'로 정의하도록 하고, 참고로 본 발명의 '게이트웨이(6)'는 다른 통신 네트워크와 연결되지 아니하는 스탠드 얼론(stand-alone)형태로 기능한다.
참조부호 7은 OBD커넥터로서 전기적 연결을 수행하는 구성요소이다.
상술한 게이트웨이를 좀더 자세히 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이를 세부적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명의 게이트웨이에는 외부로부터 내부 구성요소를 보호하기 위한 케이스(100), 전기적연결을 위한 커넥터(110), 전원을 공급하고 제어하기 위한 전원제어회로(120)가 구비되어 있다.
또한, 상대적으로 고속통신인 차량 내부 유닛의 데이터송수신을 수행하는 제 1 내지 제 3 고속트랜시버(210)(220)(230), 상대적으로 저속통신인 차량 내부 유닛 의 데이터송수신을 수행하는 저속트랜시버(240)가 구비된다.
그리고, 차량내부 네트워크를 전체적으로 연결하고, 모니터링하며, 제어하기 위한 마이크로컨트롤러(300), 차량 내부의 CAN통신을 수행하기 위한 제 1 내지 제 4 제어채널(310)(320)(330)(340)을 포함하여 구성된다.
여기서, 참조부호 a는 직류전압라인, b는 접지라인, c는 CAN통신 하이(high)라인, d는 CAN통신 로우(low)라인이다.
이러한 게이트웨이의 동작흐름을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 커넥터를 통해 전원이 전원제어회로에 인가되고 적절한 조절을 통해 제 1 내지 제 3 고속트랜시버 및 저속트랜시버와 마이크로컨트롤러에 공급됨으로써 동작된다. 마이크로컨트롤러에서 발생된 신호는 제 1 내지 제 3 고속트랜시버 및 저속트랜시버에 디지털형태로 전달되고, 제 1 내지 제 3 고속트랜시버 및 저속트랜시버는 정해진 토대로 디지털을 아나로그로 변환하여 외부로 출력하며, 이때 신호는 ISO11898에 의거하여 변환된다. 따라서, 커넥터를 통한 전원유입⇒ 전원제어회로⇒ 고속 및 저속트랜시버와 마이크로컨트롤러로 전원공급⇒ 마이크로컨트롤러의 신호발생⇒ 고속 및 저속 트랜시버의 아나로그변환⇒ 커넥터를 통한 신호출력 순(順)으로 진행된다. 외부로부터의 신호수신은 역순(逆順)으로 이루어진다.
또한, 참조부호 c를 통해서 고속의 아나로그신호가 입력되고, 이를 제 1 내지 제 3 고속트랜시버에서 디지털로 변환하여 마이크로컨트롤러로 전달하며, 마찬가지로 참조부호 d를 통해서 저속의 아나로그신호가 입력되며, 디지털로 변환하여 마이크로컨트롤러로 전달된다.
여기서, 마이크로컨트롤러는 내부에 미리 저장된 소프트웨어를 이용하여 수신내용 및 통신속도를 변환하여 저속트랜시버로 디지털신호를 전달하고, 이를 저속트랜시버는 아나로그로 변환하여 커넥터로 전달한다. 이때, 속도가 다른 신호가 입력되면 이를 에러로 처리하게 된다.
이러한 본 발명의 게이트웨이의 소프트웨어 구조를 더욱더 자세히 살펴보도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이에 탑재된 소프트웨어를 설명하기 위한 도면으로서, 통신을 제외한 시스템관리기능을 수행하는 애플리케이션 소프트웨어(1000)와, 고속통신과 저속통신 사이의 속도를 보정하는 감시및오류검출모듈(1100)와, 메시지에서 추출된 신호를 재조합하는 신호재조합모듈(1200)과, 진단메시지를 생성하는 진단모듈(diagnostic layer; 1300)과, 진단메시지 전송타이밍을 컨트롤하는 전송프로토콜모듈(2000)과, 메시지에서 신호를 추출하는 상호작용모듈(2100)과, 고속과 저속통신의 메시지를 생성하는 네트웍관리모듈(2200)과, CAN통신컨트롤러를 구동하기 위한 캔드라이버(2300)와, 차량바디를 위한 저속 CAN 네트웍 연결부인 저속바디CAN(3000)과, 진단을 위한 고속 CAN 네트웍 연결부인 고속진단CAN(3100)과, 파워트레인을 위한 고속 CAN 네트웍 연결부인 고속파워트레인CAN(3200)을 포함하여 구성된다.
이러한 소프트웨어구조를 살펴보면 아래와 같다.
소프트웨어 메인 구조는 전원이나 클럭펄스 등의 시스템 고유 기능을 조정하는 프로그램인 애플리케이션 소프트웨어(1000)와 통신을 수행하기 위해 각각의 기 능을 제어하는 프로그램인 상호작용모듈(2100), 네트웍관리모듈(2200), 진단모듈(1300), 전송프로토콜모듈(2000)과 제 1 내지 제 3 고속트랜시버 및 저속트랜시버를 구동시키는 드라이버인 캔드라이버(CAN Driver; 2300)로 구성된다.
저속바디CAN(3000)과, 고속진단CAN(3100)과, 고속파워트레인CAN(3200)은 외부의 네트웍을 의미하고, 각각의 네트웍에는 CAN통신을 수행하는 유니트들이 연결된다.
특히, 네트웍에서는 메시지단위로 통신이 이루어지고, 이는 식별자로 구분되며, 통신규약은 ISO11898에 의거한다.
예를 들어, 저속바디CAN(3000)를 통해 메시지가 입력되면 이를 속도만 보정할 것인지 내용을 가공할 것인지 여부를 결정하여 속도보정시에는 감시및오류검출모듈(1100), 내용을 가공시에는 상호작용모듈(2100)이 이를 세부적으로 신호단위로 추출하고 감시및오류검출모듈(1100)에서 가공 및 속도보정을 수행한다.
진단모듈(1300), 전송프로토콜모듈(2000)은 ISO15765에 의거한 동작을 수행하지만, 본 고안의 관점에서는 상호작용모듈(2100)의 기능을 확장한 것에 해당한다고 볼 수 있다.
네트웍관리모듈(2200)은 통신에 관련된 부분의 시작과 끝에 해당된다고 할 수 있는데, 게이트웨이에 연결된 네트웍 상의 모든 유니트가 동시에 통신을 시작하고 동시에 통신을 종료하며, 통신에 사용되는 메시지를 정의하는 데이터베이스에 네트웍관리모듈(2200)에서 사용되는 네트웍관리메시지 즉, Network Management(NM) 메시지를 정의하고 이를 송수신하는 역활을 네트웍관리모듈(2200)에서 수행한다.
한편, 게이트웨이의 오류검출기능은 대부분 애플리케이션 소프트웨어에서 처리되는데, 이를 자세히 살펴보도록 한다.
1)Message Routing failure on GW / Signal Routing failure on GW
;이것은 애플리케이션 소프트웨어에서 상호작용모듈과 연결된 알고리즘에서 감시및오류검출모듈과 신호재조합모듈의 기능이 정상적으로 수행하지 못하는 것을 발견하여 처리한다.
2)Each Network failure / Message timeout / Wrong cycle time / Wrong message IDs
;이는 네트웍상에서 주고받는 메시지를 정의한 데이터베이스를 게이트웨이에 저장하고 정의된 시간에 메시지가 인식되지 않으면 정상기능이 수행되지 않는다고 판단한다
3)Wrong cycle time / Wrong message IDs
;이는 네트웍상에서 주고받는 메시지를 정의한 데이터베이스를 게이트웨이에 저장하고 정의된 주기에 메시지가 인식되지 않거나 정의되지 않은 식별자가 인식될 경우 정상기능이 수행되지 않는다고 판단한다.
4)Detection of unregistered ECU / Detecting of missing ECU
;이는 네트웍 상에서 주고받는 메시지를 정의한 데이터베이스를 게이트웨이에 저장하고 네트웍관리모듈에서 NM 메시지를 이용하여 송수신하는 동안 약속된 시간 내에 네트웍 상의 유니트들 중에 수신되지 않는 경우 네트웍관리모듈의 알고리즘과는 별도로 애플리케이션소프트웨어에서 네트웍상의 유니트가 사라짐을 의미한 다. 만약 약속되지 않은 즉, 정의되지 않은 NM메시지가 수신된 경우에 이를 unregistered 에러로 판단한다.
5)Frequency jitter /Bit suffering errors /Arbitration faults / Bus-off
;이는 네트웍상에서 주고받는 메시지를 정의한 데이터베이스와 ISO 11898의 내용을 게이트웨이에 저장하고 이에 맞지 않는 형태의 메시지를 수신할 경우에 에러로 인식한다.
6)Wrong recovery behavior after Bus-off / No bus sleep
;이는 네트웍상에서 주고받는 메시지를 정의한 데이터베이스와 ISO 11898의 내용을 게이트웨이에 저장하고 네트웍관리모듈에 저장된 알고리즘중에 네트워크상의 통신중단 후에 다시 전송하지 않는 경우와 동시 중단하지 않는 경우에 에러로 인식한다.
7)CAN Communication Bus shorted to battery & GND
; 이는 네트웍상에서 주고받는 메시지를 정의한 데이터베이스와 ISO 11898의 내용을 게이트웨이에 저장하고 애플리케이션 소프트웨어에서 ISO 11898에 정의된 내용을 인식하는 경우 에러로 인식한다.
8)CAN Communication Bus open
; CAN 버스 오픈 오류에 대한 검출은 다음에서 자세히 살펴보도록 한다.
상술한 게이트웨이의 제 4 트랜시버(240)에는 에러핀(NERR)이 존재하여 오류검출기능을 수행할 수가 있는데, 이를 좀더 자세히 살펴본다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이가 각 유닛과 연결된 상태에서 오류검출기능을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 네트워크 시스템의 게이트웨이중 제 4 트랜시버에 구비된 오류검출기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 제 4 트랜시버(240)에는 에러핀이 구비되어있고, 게이트웨이(5000)에 메시지가 수신될 경우 CAN버스 하이라인과 로우라인에 정상적인 전압이 걸리지 않으면 High신호 대신 Low신호를 출력하게 된다.
예를 들어, 유니트1(5100)이 신호를 보내는 경우 다시말하면, 게이트웨이(5000)이 유니트1으로부터 신호를 수신받는 경우 에러검증IC(240)에 정상적인 파형이 입력된다면 NERR핀은 하이신호를 출력하지만, 유니트2(5200)의 경우 하나의 라인이 끊어져 있는 경우 에러검증IC(240)의 CANHigh와 CANLow중 한쪽만 정상적인 파형이 입력될 것이고 이때 NERR핀은 로우를 출력한다. 따라서, 게이트웨이는 송신메시지가 어느 유니트에서 보냈는지를 기억하면 어느 부분의 라인에 문제가 발생되었는지 여부를 알 수 있다.
따라서, 물리적오류의 검출은 표 1과 같은 형태로 검출할 수 있다.
수신메시지 NERR 핀상태 와이어상태
메시지1 High 정상
메시지2 High 정상
메시지3 High 정상
메시지1 Low 1 또는 2
메시지2 Low 3
메시지3 Low 5
메시지1, 메시지2 Low 4
메시지1, 메시지3 Low 1(2) & 5
메시지2, 메시지3 Low 3 & 5
메시지1, 메시지2, 메시지3 Low 6
전술한 바와 같은 본 실시예의 바람직한 양태에 따르면, 수많은 라인을 두개의 선으로 줄일 수 있기 때문에 자동차디자인의 효율을 증대시키고, 고속과 저속으로 구성된 통신속도로 인해서 내부통신의 효율을 증대시킬 수 있으며, 주기적인 모니터링과 오류검출로 인해서 내부 통신의 안정성과 고품질을 더욱더 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 하이신호라인과 로우신호라인으로 연결된 복수개의 차량 유니트;
    직류전원을 공급하고, 제어하는 전원제어회로;
    서로 다른 통신속도를 가진 적어도 둘 이상의 트랜시버;
    적어도 둘 이상의 제어채널을 가지며, 상기 트랜시버의 서로 다른속도를 변환하여 입력받거나 출력하는 하나의 마이크로컨트롤러를 포함하고,
    상기 차량유니트중 일부는 상기 트랜시버중 상대적으로 고속인 트랜시버에 연결시키고, 상기 차량유니트중 일부를 제외한 다른 차량유니트는 상기 트랜시버중 상대적으로 고속인 트랜시버에 연결시키는 것을 특징으로 하는 차량용네트워크시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜시버는 3개의 고속트랜시버와 1개의 저속트랜시버로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용네트워크시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로컨트롤러에는 CAN(controller area network)통신을 수행하는 CAN 컨트롤러가 탑재된 것을 특징으로 하는 차량용네트워크시스템.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101384639B1 (ko) * 2012-05-25 2014-04-14 주식회사 브이앤아이 복수의 버스라인을 연계운용하는 캔 통신 시스템
GB2571302A (en) * 2018-02-23 2019-08-28 Grey Orange Pte Ltd Hybrid can bus system

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