KR20130067453A - 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법 - Google Patents

차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 차량 내 환경에서 저비용, 경량화 및 임의설치가 가능한 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법은, 센서 노드가 차량 내외부의 진단대상장치의 기능 상태를 감지하여 차량의 운행 정보를 생성하고, 생성된 차량의 운행 정보를 다른 센서 노드 또는 릴레이 노드로 전송하는 단계; 릴레이 노드가 센서 노드 또는 다른 릴레이 노드로부터 차량의 운행 정보를 수집하고, 수집된 차량의 운행 정보를 베이스 스테이션으로 전송하는 단계; 베이스 스테이션이 센서 노드, 릴레이 노드 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 차량의 운행 정보를 수집하고, 수집된 차량의 운행 정보를 ECU로 전송하는 단계; ECU가 베이스 스테이션으로부터 차량의 운행 정보를 수집하는 단계; 및 ECU가 수집된 차량의 운행 정보를 분석하여 차량을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONNECTING WIRELESS NETWORK FOR SENSOR IN VEHICLE}
본 발명은 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 차량 내 환경에서 저비용, 경량화 및 임의설치가 가능한 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근, 전자제어기술의 비약적인 발전에 따라 근래의 자동차들은 복합적인 기계, 기구의 결합에 의한 물리적인 제어뿐만 아니라 다양한 첨단 전자제어기술이 복합적으로 결합되어 운전자에게 향상된 주행의 안정성, 효율성을 제공하고 있다. 이에 따라 차량의 구조가 복잡해지고 더욱이 전자 복합 제어장치가 모든 차량에 접목되어, 자동차의 시스템은 점차 고도화되고 최첨단화되어 가고 있다.
현재 시판되고 있는 대부분의 자동차에는 각종 센서로부터의 감지신호를 입력 받아 자동차의 각 동작을 제어하는 다수의 전자제어유닛(ECU: Electronic Control Unit)이 장착된다. 대표적인 전자제어유닛으로는 엔진의 동작을 제어하는 엔진 ECU(Engine ECU), 자동변속기의 동작을 제어하는 ATM ECU(Automatic Transmission ECU), 브레이크의 동작을 제어하는 ABS ECU(Anti-lock Brake System ECU) 등이 있다.
이러한 다수의 전자제어유닛들은 각각 자기진단 기능이 있어서, 진단대상장치에 부착된 각종 센서들로부터 기능 상태를 감지한 운행 정보를 입력받아 이를 분석하고 그에 대응하는 진단정보를 생성하여 내부의 메모리에 저장한다. 전자제어유닛에 저장된 진단정보는 센서로 전송됨으로써 센서 자체의 제어부에 의해 센서를 제어하기 위한 정보로 사용되거나 또는 다양한 방법에 의해 외부로 출력된다.
이와 관련하여, 일본공개공보 제2010-137728호 등에 개시되어 있는 바와 같은 기존의 센서와 ECU 간의 통신 네트워크는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect NetworkLIN), MOST(Media Oriented System Transport)등과 같은 차량 내 유선망을 통해 구축되거나, 블루투스(bluetooth) 등과 같은 무선망을 통해 구축된다.
그러나, CAN, LIN, MOST 통신방식 등을 지원하는 기존의 차량 내 유선망은 피복 구리선(Shielded copper wire)을 이용함에 따라 결선이 복잡하게 구성되고, 비용이 고가이며, 점차 차량 내 센서의 종류가 증가함에 따라 비용이 더욱 증대고 있다. 뿐만 아니라, 차량 내 유선 센서 네트워크를 위한 와이어링 하니스(wiring harness)의 무게는 40Kg을 이상이고, 그 길이 또한 4Km 이상으로 차량 연비를 감소시키는 요인이 되며, 그러한 유선망의 구축 및 변경에 따른 설계와 유지보수의 비용이 증대되는 단점이 있다. 그 결과 지능형 자동차의 경우 센서들이 차량의 다양한 위치 배치되어 실시간 차량 주행 상황을 제공해야 하지만 유선망 배치의 한계로 센서를 차량 내에 자유롭게 배치할 수 없어 자동차의 지능화를 더디게 하고 있다.
또한, 블루투스 등의 무선망은 데이터를 무선으로 전송할 수 있지만, 전원공급용 케이블이 필요하므로, 이는 차량 내 무선 센서 네트워크를 구축하기 위한 시스템의 설치 위치 상의 한계와 설계비용의 증대 등에 의해 무선망을 구축하는 장점이 희석화된다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 기존의 유무선망을 이용한 센서와 ECU 간의 통신 네트워크의 문제점을 해소할 수 있는 저비용, 경량화 및 임의설치가 가능한 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 기술을 제공하고자 함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법은, 센서 노드가 차량 내외부의 진단대상장치의 기능 상태를 감지하여 차량의 운행 정보를 생성하고, 상기 생성된 차량의 운행 정보를 다른 센서 노드 또는 릴레이 노드로 전송하는 단계; 릴레이 노드가 센서 노드 또는 다른 릴레이 노드로부터 상기 차량의 운행 정보를 수집하고, 상기 수집된 차량의 운행 정보를 베이스 스테이션으로 전송하는 단계; 베이스 스테이션이 센서 노드, 릴레이 노드 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 상기 차량의 운행 정보를 수집하고, 상기 수집된 차량의 운행 정보를 ECU로 전송하는 단계; ECU가 베이스 스테이션으로부터 상기 차량의 운행 정보를 수집하는 단계; 및 ECU가 수집된 상기 차량의 운행 정보를 분석하여 차량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 센서와 ECU 간의 통신 네트워크를 전원공급용 케이블이 필요없는 무선망으로 구축함으로써, 차량 내에서 무선 센서 네트워크를 구성하기 위한 설치 공간 상의 한계를 극복하고, 설계 및 구축 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 자동차 분야의 지능화 기술과 무선 센서 네트워크의 융복합 핵심 기술을 제공하여, 지능형 자동차에서의 관련 정보 처리 및 응용 서비스를 위한 기반 기술을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 센서 노드의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 릴레이 노드의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 베이스 스테이션의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템의 구성 및 그 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템은, 센서 노드(100, 100a, 100b), 릴레이 노드(200, 200a, 200b), 베이스 스테이션(300, 300a) 및 ECU(400)으로 구성된다. 센서 노드(100, 100a, 100b), 릴레이 노드(200, 200a, 200b), 베이스 스테이션(300, 300a) 및 ECU(400)는 각각 도 1에 도시된 구성 이외에도 추가적으로 복수개가 구비되어 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크를 구축할 수 있다.
각 센서 노드(100, 100a, 100b)는, 휠 상에 설치어 차량의 속도를 측정하기 위한 센서, 액셀 페달의 답입량을 검출하여 액셀의 개도를 측정하기 위한 센서 등과 같이, 차량 내 임의의 위치에 설치된 진단대상장치(미도시)에 부착되고 그 기능 상태를 감지하는 센서들이 탑재되어 센싱 데이터로부터 차량의 운행 정보를 생성하고, 이를 임의의 다른 센서 노드, 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송할 수 있다. 또한, 다른 센서 노드, 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로부터 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 수신할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 2를 참조하면, 센서 노드(100)는 진단대상장치에 부착된 센서들에 의해 그 기능 상태를 감지하고 그에 따른 센싱 데이터에서 차량의 운행 정보를 생성할 수 있는 센싱부(110), 상기 센싱부(110)에 의해 생성된 차량의 운행 정보를 분석하여 처리할 수 있는 분석 처리부(120), 상기 분석 처리부(120)에 의해 처리된 차량의 운행 정보 또는 상기 분석 처리부(120)에 의해 처리되지 않은 센싱부(110)로부터의 차량의 운행 정보를 임의의 다른 센서 노드(100a, 100b), 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송할 수 있는 송신부(130), ECU(400)에 의해 분석된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 다른 센서 노드(100a, 100b), 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로부터 수신할 수 있는 수신부(140), 센서 노드(100)의 각 구성요소들에 전원을 공급할 수 있는 전원부(150) 및 센서 노드(100)의 각 구성요소들을 제어할 수 있는 제어부(160)로 구성된다. 비록 도시되지 않았으나, 다른 센서 노드들(100a, 100b) 역시 도 2에 도시된 센서 노드(100)와 동일한 구성을 가질 수 있음은 당연하다.
여기서, 센서 노드(100)는, 센서 노드(100)가 부착되는 진단대상장치의 잦은 온도 변화 또는 충격을 고려하여 특별히 제작된 패키징으로 보호될 수 있고, 도 2애 도시되지 않았지만, 데이터 저장 모듈이 탑재될 수 있으며, 차량 내 환경에 적합한 에너지 자기유지 모듈을 포함할 수 있다.
한편, 센싱부(110) 및 분석 처리부(120)는 이기종 센서의 탑재 및 운용이 가능한 센서 처리 모듈을 포함할 수 있다. 송신부(130) 및 수신부(140)는 차량 내 환경에서 안정적으로 동작하는 네트워킹 모듈이 탑재될 수 있으며, 특히 송신부(130)는 센싱 데이터의 우선순위에 따른 데이터 전송 모듈도 포함할 수 있다. 또한, 전원부(150)는 배터리를 내장하여 센서 노드(100)의 전원을 공급할 수 있으며, 경우에 따라서는 무선으로 외부 전원을 공급받아 센서 노드(100)의 전원을 공급할 수도 있다. 그리고, 제어부(160)에는 Always-On/Random/Reactive/Proactive duty-cycle 제어 모듈이 탑재될 수 있으며, Cold/Warm/Hot Start 제어 모듈 및 Short/Middle/Long range communication 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 제어부(160)에는 time-specific/event-specific data 처리 기능과 data loss 방지 기능을 위한 data analysis 모듈이 탑재될 수 있다.
각 릴레이 노드(200, 200a, 200b)는, 각 센서 노드(100, 100a, 100b) 또는 다른 릴레이 노드로부터 차량의 운행 정보를 수집하고, 이를 또 다른 릴레이 노드 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 중계하여 전송할 수 있다. 또한, 다른 릴레이 노드 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로부터 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 수신하여, 이를 또 다른 릴레이 노드 또는 각 센서 노드(100, 100a, 100b)로 중계하여 전송할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 릴레이 노드(200)는 각 센서 노드(100, 100a, 100b) 또는 다른 릴레이 노드로부터 차량의 운행 정보를 수신하거나 다른 릴레이 노드 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로부터 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 수신할 수 있는 수신부(210), 상기 수신부(210)에 의해 수신된 차량의 운행 정보를 또 다른 릴레이 노드 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 중계하여 전송하거나 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 각 센서 노드(100, 100a, 100b) 또는 또 다른 릴레이 노드로 중계하여 전송할 수 있는 송신부(220), 상기 수신부(210)에 의해 수신된 차량의 운행 정보 또는 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 분석하여 처리할 수 있는 분석 처리부(230), 릴레이 노드(200)의 각 구성요소들에 전원을 공급할 수 있는 전원부(240) 및 릴레이 노드(200)의 각 구성요소들을 제어할 수 있는 제어부(250)로 구성된다. 비록 도시되지 않았으나, 다른 릴레이 노드들(200a, 200b) 역시 도 3에 도시된 릴레이 노드(200)와 동일한 구성을 가질 수 있음은 당연하다.
각 베이스 스테이션(300, 300a)은, 각 센서 노드(100, 100a, 100b), 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 차량의 운행 정보를 수집하고, 이를 또 다른 베이스 스테이션 또는 ECU(400)로 중계하여 전송할 수 있다. 또한, 다른 베이스 스테이션 또는 ECU(400)로부터 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 수신하여, 이를 또 다른 베이스 스테이션, 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 각 센서 노드(100, 100a, 100b)로 중계하여 전송할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 베이스 스테이션(300)은 각 센서 노드(100, 100a, 100b), 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 차량의 운행 정보를 수신하거나 다른 베이스 스테이션 또는 ECU(400)로부터 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 수신할 수 있는 수신부(310), 상기 수신부(310)에 의해 수신된 차량의 운행 정보를 또 다른 베이스 스테이션 또는 ECU(400)로 중계하여 전송하거나 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 또 다른 베이스 스테이션, 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 각 센서 노드(100, 100a, 100b)로 중계하여 전송할 수 있는 송신부(320), 상기 수신부(310)에 의해 수신된 차량의 운행 정보 또는 ECU(400)에 의해 생성된 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보를 분석하여 처리할 수 있는 분석 처리부(330), 베이스 스테이션(300)의 각 구성요소들에 전원을 공급할 수 있는 전원부(340) 및 베이스 스테이션(300)의 각 구성요소들을 제어할 수 있는 제어부(350)로 구성된다. 비록 도시되지 않았으나, 다른 베이스 스테이션들(300a) 역시 도 4에 도시된 베이스 스테이션(300)와 동일한 구성을 가질 수 있음은 당연하다.
ECU(400)는, 각 베이스 스테이션(300, 300a)으로부터 각 센서 노드(100, 100a, 100b)에 의해 생성된 차량의 운행 정보를 수신하고 이를 분석하여 차량을 제어하거나, 차량의 운행 정보를 분석한 결과에 따른 정보를 각 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송한다. 이때, 각 베이스 스테이션(300, 300a)과 ECU(400)는 무선 통신망뿐만 아니라 CAN, LIN, MOST 통신방식 등을 지원하는 기존의 차량 내 유선망으로도 연결될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법에 대하여 설명하도록 한다. 앞서, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 시스템의 동작과 일부 중복되는 부분은 생략하여 설명하기로 한다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법에서 차량의 운행 정보가 수집되는 과정은, 먼저 각 센서 노드(100, 100a, 100b)가 진단대상장치에 상태를 감지한 센싱 데이터로부터 차량의 운행 정보를 생성하고, 이를 임의의 다른 센서 노드, 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송한다(S100). 이 때, 각 센서 노드(100, 100a, 100b)는 생성된 차량의 운행 정보를 분석 및 처리하여 임의의 다른 센서 노드, 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송할 수 있다.
그 다음으로, 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b)는 각 센서 노드(100, 100a, 100b) 또는 다른 릴레이 노드로부터 차량의 운행 정보를 수집하고, 이를 또 다른 릴레이 노드 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송한다(S110). 이 때, 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b)는 수집된 차량의 운행 정보를 분석 및 처리하여 또 다른 릴레이 노드 또는 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송할 수 있다.
그 다음으로, 각 베이스 스테이션(300, 300a)은 각 센서 노드(100, 100a, 100b), 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 차량의 운행 정보를 수집하고, 이를 또 다른 베이스 스테이션 또는 ECU(400)로 전송한다(S120). 이 때, 각 베이스 스테이션(300, 300a)은 수집된 차량의 운행 정보를 분석 및 처리하여 또 다른 베이스 스테이션 또는 ECU(400)로 전송할 수 있다.
마지막으로, 각 ECU(400)는 각 베이스 스테이션(300, 300a)으로부터 차량의 운행 정보를 수집하고(S130), 수집된 차량의 운행 정보를 분석하여 차량을 제어한다(S140).
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법에서 차량의 운행 정보에 대한 분석 결과 정보가 전송되는 과정은, 먼저 ECU(400)가 수집된 차량의 운행 정보를 분석하여 각 센서 노드(100, 100a, 100b)로 전달하고자 하는 분석 결과 정보를 생성하고, 이를 베이스 스테이션(300, 300a)으로 전송한다(S200).
그 다음으로, 각 베이스 스테이션(300, 300a)은 ECU(400) 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 분석 결과 정보를 수신하고, 이를 또 다른 베이스 스테이션, 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 센서 노드(100, 100a, 100b)로 전송한다(S210). 이 때, 각 베이스 스테이션(300, 300a)은 수신한 분석 결과 정보를 재분석 및 처리하여 또 다른 베이스 스테이션, 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 센서 노드(100, 100a, 100b)로 전송할 수 있다.
그 다음으로, 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b)는 베이스 스테이션(300, 300a) 또는 다른 릴레이 노드로부터 분석 결과 정보를 수신하고, 이를 또 다른 릴레이 노드 또는 센서 노드(100, 100a, 100b)로 전송한다(S220). 이 때, 각 릴레이 노드(200, 200a, 200b)는 수신한 분석 결과 정보를 재분석 및 처리하여 또 다른 릴레이 노드 또는 센서 노드(100, 100a, 100b)로 전송할 수 있다.
마지막으로, 각 센서 노드(100, 100a, 100b)는 베이스 스테이션(300, 300a), 릴레이 노드(200, 200a, 200b) 또는 다른 센서 노드로부터 차량의 운행 정보를 수신한다(S230). 이 때, 각 센서 노드(100, 100a, 100b)는 수신한 분석 결과 정보를 재분석 및 처리할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 센서 노드
200: 릴레이 노드
300: 베이스 스테이션
400: ECU

Claims (1)

  1. 센서 노드가 차량 내외부의 진단대상장치의 기능 상태를 감지하여 차량의 운행 정보를 생성하고, 상기 생성된 차량의 운행 정보를 다른 센서 노드 또는 릴레이 노드로 전송하는 단계;
    릴레이 노드가 센서 노드 또는 다른 릴레이 노드로부터 상기 차량의 운행 정보를 수집하고, 상기 수집된 차량의 운행 정보를 베이스 스테이션으로 전송하는 단계;
    베이스 스테이션이 센서 노드, 릴레이 노드 또는 다른 베이스 스테이션으로부터 상기 차량의 운행 정보를 수집하고, 상기 수집된 차량의 운행 정보를 ECU로 전송하는 단계;
    ECU가 베이스 스테이션으로부터 상기 차량의 운행 정보를 수집하는 단계; 및
    ECU가 수집된 상기 차량의 운행 정보를 분석하여 차량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량 내 센서에 대한 무선 네트워크 연결 방법.
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