KR20110032521A - 상용차용 캔 버스 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상용차용 캔 버스 시스템에 관한 것으로서, 상용차용 제어유닛 간을 연결하는 제 1 캔 버스, 하이브리드 전기 자동차와 관련된 제어유닛 간을 연결하는 제 2 캔 버스, 상기 제 1 캔 버스와 제 2 캔 버스 간에 개재되어 캔 버스 시스템을 통해 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 수집하고, 상기 2개의 캔 버스 간에 통신이 필요한 경우 프로토콜 정합 및 메시지 변환 처리를 수행하는 게이트웨이 및 상기 게이트웨이를 통해 수집된 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 저장하는 차량정보 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상용차 CAN 네트워크인 J1939 캔 백본 외에 별도의 하이브리드 캔 백본 간의 포맷을 정합해주는 게이트웨이를 개재함으로써 CAN 네트워크를 분산, 트래픽 양을 감소시킴과 아울러 또한 현재 승용차에 적용중인 하이브리드 관련 ECU 및 승용 ECU들의 CAN ID와 데이터 포맷의 변경, 그리고 통신 알고리즘 및 프로토콜 수정 없이 J1939 CAN과 호환 가능한 효과가 있다.
Figure P1020090090057
자동차, 네트워크, CAN, 하이브리드, 게이트웨이.

Description

상용차용 캔 버스 시스템{CAN Bus System For Commercial Vehicle}
본 발명은 상용차용 캔 버스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존 상용차 CAN 네트워크인 J1939 캔 백본 외에 별도의 하이브리드 캔 백본을 두어 CAN 네트워크를 분산, 트래픽 양을 감소시켜 네트워크의 지연 및 병목 현상을 예방하며, 또한 현재 승용차에 적용중인 하이브리드 관련 ECU 및 승용 ECU들의 CAN ID와 데이터 포맷의 변경, 그리고 통신 알고리즘 및 프로토콜 수정 없이 J1939 CAN 과 호환될 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, CAN(Controller Area Network)은 개인용 컴퓨터(PC)들이 랜(LAN)에 연결되어 서로 통신하고 인터넷을 이용하는 것과 같이 차량 내부의 각 부품들을 CAN 네트워크로 모두 연결하여 서로 통신하도록 한 것이다. CAN은 ISO OSI 7 계층을 기반으로 한 네트워크 프로토콜을 응용한 형태로, 차량의 특성에 맞게 약간 변형된 CAN 프로토콜을 사용한다. 차량 내에서 CAN에 연결된 모든 부품들은 차량 내부 장치에 해당하는 노드(node)마다 물리 계층(Physical Layer)과 데이 터링크 계층(Data Link Layer), 트랜스포트 계층(Transport Layer), 노드 관리(Node Management), 네트워크 관리(Network Management), 상호작용 계층(Interaction Layer), 및 응용(Application) 계층이 프로토콜 계층들을 지원하여 서로간의 정보를 주고 받으며 통신을 수행한다.
한편, 근래 내연 엔진과 전기자동차의 배터리 엔진을 동시에 장착하여 기존의 일반 차량에 비해 연비(燃費) 및 유해가스 배출량을 획기적으로 줄인 차세대 자동차로서 하이브리드 전기 자동차가 개발되어 시판되고 있다.
하이브리드 전기자동차는 가솔린 또는 디젤엔진과 전기모터로 구성된 2개의 동력원으로 차량 정차시 전기모터와 엔진 스로틀 밸브에 의한 엔진정지, 차량가속시 전기모터에 의한 동력보조, 저속구간에서 모터만에 의한 차량구동, 정속 또는 감속 등의 경우 차량 잉여동력 및 운동에너지를 전기모터에 의해 회생하여 전기에너지로써 전기모터구동을 위한 고전압배터리를 충전하는 주행전략을 가지고 있다.
종래의 하이브리드 전기자동차는 하나의 캔 버스 통신을 통해 샤시 및 바디 제어기 인터페이스, 파워분배제어부, 전기모터제어부, 엔진 ECU, 배터리 ECU, BCU, MCU, EPS ECU, 고전압용 배터리 ECU 등의 제어 유닛들이 최상위 제어기인 HV ECU에 연결되어 운전자의 의지에 따라 차량이 제어되도록 구성된다.
그러나, 이러한 종래 하이브리드 전기 자동차의 캔 버스 시스템은 선발업체에서 채택하고 있는 방식으로서 후발업체에서는 채용하기가 어렵고, 특히 기존차량에 하이브리드 시스템을 추가하는 경우에는 적용할 수 없는 단점이 있다.
한국등록특허 제10-841693호에는 기존 차량 시스템의 변경을 최소화하면서 기존의 CAN 버스에 하이브리드 시스템을 추가했을 경우 발생할 수 있는 CAN 버스 오버로드를 방지하고, HCU를 통해 변경되지 않는 모든 메시지들은 HCU를 거치지 않고 기존에 설치된 CAN1 제어기들 간에 메시지를 주고받을 수 있는 한 하이브리드 전기자동차의 캔버스시스템이 제안되어 있다.
그러나, 상기 등록특허는 단지 일반 캔 버스와 하이브리드 캔 버스 간에 제어유닛들의 식별자가 다른 경우 해당 캔 버스에서 사용되는 식별자로 변경시켜주는 기능(예를 들면, ECU의 식별자가 CAN1에서는 11인데 CAN2에서는 15인 경우 CAN1에서 CAN2로 통신이 이루어지는 경우 식별자 부분을 15로 변경)만이 수행되므로 트럭 등의 상용차용 캔 버스 시스템 예를 들면, 도 1에 도시된 것과 같은 J1939 캔 백본을 이용하는 상용차의 캔 버스 시스템에서는 전혀 적용될 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상용차 CAN 네트워크인 J1939 캔 백본 외에 별도의 하이브리드 캔 백본 간의 포맷을 정합해주는 게이트웨이를 개재함으로써 CAN 네트워크를 분산, 트래픽 양을 감소시켜 네트워크의 지연 및 병목 현상을 예방함과 아울러 또한 현재 승용차에 적용중인 하이브리드 관련 ECU 및 승용 ECU들의 CAN ID와 데이터 포맷의 변경, 그리고 통신 알고리즘 및 프로토콜 수정 없이 J1939 CAN과 호환될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 게이트웨이에서 CAN 버스를 통해 각종 차량의 운행정보를 수집하여 관리하고, 차고지 등에 설치된 차량정보 수집 단말기로 해당 정보를 전송하여 효율적인 차량의 관리가 가능하도록 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차량의 경사도 정보를 수신하여 경사도가 기준치 이상인 경우 미리 결정된 부하장치의 출력을 제한하여 차량 엔진의 고부하를 감소시킬 수 있도록 하는 캔 버스 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 속도센서 외에 중력센서나 냉각수 온도 센서의 감지신호에 기초하여 차량의 공회전 제한 기능을 단속하여 차량의 안전 운행을 유도할 수 있도록 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 상용차용 제어유닛 간을 연결하는 제 1 캔 버스, 하이브리드 전기 자동차와 관련된 제어유닛 간을 연결하는 제 2 캔 버스, 상기 제 1 캔 버스와 제 2 캔 버스 간에 개재되어 캔 버스 시스템을 통해 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 수집하고, 상기 2개의 캔 버스 간에 통신이 필요한 경우 프로토콜 정합 및 메시지 변환 처리를 수행하는 게이트웨이 및 상기 게이트웨이를 통해 수집된 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 저장하는 차량정보 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 제 1 캔 버스는 J1939 캔 백본을 이용하는 상용차 캔 버스이다.
그리고, 상기 게이트웨이는 차고지 등에 설치된 차량정보 수집 단말기로부터 차량정보 요청 신호가 수신되는 경우 상기 차량정보 저장부에 저장된 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 전송하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 게이트웨이는 차량의 일측에 설치된 중력센서의 출력 신호에 기초하여 상기 차량의 경사도를 측정하여 경사도가 기준치 이상인 경우 미리 결정된 부하장치의 출력을 제한하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 게이트웨이는 차량의 일측에 설치된 중력센서의 출력 신호에 기초하여 상기 차량의 가속도를 측정하여 속도센서 출력값이 0이나 가속도 값이 존재하는 경우 차량이 운행중인 것으로 판단하여 공회전 제한 기능을 해제하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 게이트웨이는 냉각수 온도 센서의 출력 신호에 기초하여 냉각수 온도가 기준치 이하인 경우 공회전 제한 기능을 해제하는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 상용차 CAN 네트워크인 J1939 캔 백본 외에 별도의 하이브리드 캔 백본 간의 포맷을 정합해주는 게이트웨이를 개재함으로써 CAN 네트워크를 분산, 트래픽 양을 감소시킴과 아울러 또한 현재 승용차에 적용중인 하이브리드 관련 ECU 및 승용 ECU들의 CAN ID와 데이터 포맷의 변경, 그리고 통신 알고리즘 및 프로토콜 수정 없이 J1939 CAN과 호환 가능한 효과가 있다.
또한, 상기 게이트웨이에서 CAN 버스를 통해 각종 차량의 운행정보를 수집하여 관리하고, 차고지 등에 설치된 차량정보 수집 단말기로 해당 정보를 전송하여 효율적인 차량의 관리가 가능한 효과가 있다.
또한, 차량의 경사도 정보를 수신하여 경사도가 기준치 이상인 경우 미리 결정된 부하장치의 출력을 제한하여 차량 엔진의 고부하를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 속도센서 외에 중력센서나 냉각수 온도 센서의 감지신호에 기초하여 차량의 공회전 제한 기능을 단속하여 차량의 안전 운행을 유도할 수 있는 효과도 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 상용차용 캔 버스 시스템의 구성을 도시한 것이고, 도 3은 게이트웨이의 세부 구성을 도시한 블록도, 도 4는 상용차용 캔의 데이터 포맷을 도시한 것, 도 5는 하이브리드 캔의 데이터 포맷을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상용차용 캔 버스 시스템은 기존의 상용차에 구비되어 있는 제어유닛(1)이 상용차 CAN 네트워크인 J1939 캔 백본의 캔 버스(CAN1)을 통해 제어유닛(1) 간에 통신이 가능하도록 연결되어 있고, 하이브리드 전기 자동차용 제어유닛(3) 즉, 에어컨 전기 모터, 모터 제어유닛 등이 하이브리드 캔 버스(CAN2)를 통해 연결되어 있으며, 2개의 이종 캔 버스 간에는 게이트웨이(5)가 개재되어 있다.
따라서, 상용차용 제어유닛(1) 간 및 하이브리드 전기 자동차용 제어유닛(3) 간에는 각각 상용차 캔 방식 및 하이브리드 캔 방식으로 통신이 이루어지고, 이종의 캔 간에 통신이 요구되는 경우에는 게이트웨이(5)에 의해 데이터 정합이 이루어지게 된다.
즉, 게이트웨이(5)는 예를 들어 상용차용 제어유닛(1)으로부터 하이브리드 전기 자동차용 제어유닛(3)로 데이터를 전송하는 경우 상용차 캔의 데이터 포맷을 하이브리드 캔의 데이터 포맷으로 변경하여 전송하게 된다.
상용차 캔은 확장 캔 2.0B의 명칭을 갖고 ISO 11898:1995의 표준을 가지며 250Kbps의 보우 레이트를 갖는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같은 데이터 포맷을 가지며, 제어유닛 식별을 위한 11비트의 식별자를 갖는다.
하이브리드 캔은 표준 캔 2.0A의 명칭을 갖고 ISO 11898:1993의 표준을 가지며 500Kbps의 보우 레이트를 갖는 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같은 데이터 포맷을 가지며, 제어유닛 식별을 위한 29비트의 식별자를 갖는다.
도 4 및 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 상용차 캔과 하이브리드 캔은 데이터 포맷과 데이터 전송 속도가 상이할 뿐 아니라 식별자의 비트 수도 상이함을 알 수 있다.
게이트웨이(5)의 핵심적인 기능은 2개의 캔 버스 간에 통신이 필요한 경우 프로토콜 정합 및 메시지 변환 처리를 수행하여 이종 캔 통신 방식을 갖는 제어 유닛들의 캔 ID, 데이터 포맷, 프로토콜, 통신 알고리즘 등을 변경하지 않아도 되도록 하는 것이다.
또한, 게이트웨이(5)는 캔 버스 시스템을 통해 각종 센서(7)에 연결되어 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보 수집, 차량 운행 관리, 연료 정보 관리 등의 통합 관리 기능을 수행하는데, 이에 대해 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 게이트웨이(5)는 데이터 정합부(10), 차량 정보 수집부(20), 차량운행 관리부(30) 및 연료 정보 관리부(40)를 포함하여 구성된다.
데이터 정합부(10)는 2개의 이종 프로토콜을 갖는 캔 버스 간에 데이터 포맷을 정합시켜 상용차 제어유닛(1)과 하이브리드 제어유닛(3) 간의 통신이 가능하도록 하는 것으로서, 2개의 상이한 프로토콜을 정합하기 위해 프로토콜을 변환하는 프로토콜 변환부(11)와 제어유닛을 식별하기 위한 식별자를 다른 캔 버스에서 사용하는 식별자로 변환하는 식별자 변환부(13)를 포함하여 구성된다.
차량 정보 수집부(20)는 2개의 캔 버스를 통해 각종 차량 정보를 수집하는 것으로서, 차량의 고장 이력, 배터리 상태 정보, 공회전 제한에 의한 연료 절감량 및 실시율, 운행정보, 하이브리드 관련 제어정보, 운전자의 성향정보, 각종 센서의 센싱 정보 등을 수집하여 차량정보 저장부(9)에 저장한다.
수집된 차량 정보는 차고지나 주유소(충전소) 등에 설치된 차량 정보 수집 단말기(미도시)로부터 차량정보 요청 신호가 수신되는 경우 차량정보 저장부에 저장된 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 블루투스 등의 무선 통신을 통해 차량 정보 수집 단말기로 전송하게 된다.
차량운행 관리부(30)는 속도 센서, 중력 센서, 냉각도 온도 센서 등에 연결되어 센서의 센싱 신호에 따라 차량의 운행을 제어하는 것으로서, 본 발명에서는 크게 부하장치의 출력 제한 기능과 공회전 제한 기능을 수행한다.
부하장치의 출력 제한 기능에 있어서, 차량운행 관리부(30)는 차량의 일측에 설치된 중력센서의 출력 신호에 기초하여 차량의 경사도를 측정하여 경사도가 기준치 이상인 경우에는 미리 결정된 부하장치의 출력을 제한하는 것이 특징이다.
즉, 차량운행 관리부(30)는 차량의 경사도를 측정하여 차량이 언덕길 주행을 하고 있는 경우 에어컨 컴프레서, 팬 클러치 등 고부하 장치의 출력을 제한하여 차량 엔진에 고부하가 걸리는 것을 방지하게 된다.
또한, 차량운행 관리부(30)는 중력센서의 순간적인 중력값 변화량을 측정하 여 전동식 시트벨트, 에어백 등의 안전제어 시스템과 연동하여 차량의 충돌로부터 운전자의 상해를 최소화하도록 하는 것도 가능하다.
공회전 제한 기능에 있어서, 일반적으로 속도 센서의 출력값에 기초하여 차량이 정지한 것으로 판단된 경우 일정시간 이상의 공회전을 방지하게 되는데, 속도센서에 이상이 발생하거나 배선이 단락된 경우 차량의 정지로 판단하여 주행 중 연료를 차단하여 안전에 위협이 될 수 있는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 중력센서의 출력 신호에 기초하여 차량의 가속도를 측정하여 속도센서 출력값이 0이나 가속도 값이 존재하는 경우 차량이 운행중인 것으로 판단하여 공회전 제한 기능을 해제하도록 하였다.
또한, 차량운행 관리부(30)는 냉각수 온도 센서의 출력 신호에 기초하여 냉각수 온도가 기준치 이하인 경우 공회전 제한 기능을 해제하도록 하는 것이 보다 바람직하다. 냉각수 온도가 너무 낮은 경우에는 배터리 손상이 발생할 수 있으므로 냉각수가 기준치 이하인 경우에는 공회전 제한 기능을 해제하여 냉각수 온도를 상승시키게 된다.
연료 정보 관리부(40)는 차량 정보 수집부(20)로부터 수신된 연료량, 주행거리, 공회전 제한 후 엔진 정지 시간 등의 정보에 기초하여 연료 절감량 및 실시율 등을 산출하여 차량 정보 수집부(20)로 전송하며, 차량정보 수집부(20)는 산출된 연료 절감량 및 실시율 정보를 차고지 등에 설치된 차량 정보 수집 단말기로 전송하게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
도 1은 일반적인 상용차용 캔 버스 시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 상용차용 캔 버스 시스템의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 게이트웨이의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 상용차용 캔의 데이터 포맷을 도시한 것이다.
도 5는 하이브리드 캔의 데이터 포맷을 도시한 것이다.
<주요도면부호에 관한 설명>
1 : 상용차용 제어유닛 3 : 하이브리드 제어유닛
5 : 게이트웨이 7 : 센서
9 : 차량정보 저장부 10 : 데이터 정합부
11 : 프로토콜 변환부 13 : 식별자 변환부
20 : 차량정보 수집부 30 : 차량운행 관리부
40 : 연료정보 관리부

Claims (6)

  1. 상용차에 설치되는 캔 버스 시스템에 있어서,
    상용차용 제어유닛 간을 연결하는 제 1 캔 버스;
    하이브리드 전기 자동차와 관련된 제어유닛 간을 연결하는 제 2 캔 버스;
    상기 제 1 캔 버스와 제 2 캔 버스 간에 개재되어 캔 버스 시스템을 통해 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 수집하고, 상기 2개의 캔 버스 간에 통신이 필요한 경우 프로토콜 정합 및 메시지 변환 처리를 수행하는 게이트웨이; 및
    상기 게이트웨이를 통해 수집된 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 저장하는 차량정보 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 캔 버스는 J1939 캔 백본을 이용하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 차고지 등에 설치된 차량정보 수집 단말기로부터 차량정 보 요청 신호가 수신되는 경우 상기 차량정보 저장부에 저장된 차량의 운행 정보 및 하이브리드 관련 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 차량의 일측에 설치된 중력센서의 출력 신호에 기초하여 상기 차량의 경사도를 측정하여 경사도가 기준치 이상인 경우 미리 결정된 부하장치의 출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 차량의 일측에 설치된 중력센서의 출력 신호에 기초하여 상기 차량의 가속도를 측정하여 속도센서 출력값이 0이나 가속도 값이 존재하는 경우 차량이 운행중인 것으로 판단하여 공회전 제한 기능을 해제하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트웨이는 냉각수 온도 센서의 출력 신호에 기초하여 냉각수 온도가 기준치 이하인 경우 공회전 제한 기능을 해제하는 것을 특징으로 하는 상용차용 캔 버스 시스템.
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