KR20140072616A - 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전동식 제동 시스템에 있어서 휠 스피드 정보를 표현하는 캔(CAN) 통신을 이용한 제어 메시지의 크기를 최적화하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 대한 것이다.
본 발명은 중앙 ECU와 휠 ECU를 포함하는 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 중앙 ECU에서 캔(CAN) 통신을 이용하여 상기 휠 ECU로 휠 스피드 정보를 전달하되, 상기 휠 스피드의 속도 영역을 소정 기준치를 기준으로 구분하여 각 속도 영역에 대한 팩터를 설정하고 상기 휠 스피드 정보는 바이너리 데이터로 전달되어 상기 팩터와 상기 바이너리 데이터의 곱에 의해 상기 휠 스피드 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법을 제공한다.

Description

캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법 {Method for Controlling Electro-Mechanical Brake System Using CAN}
본 발명은 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 전동식 제동 시스템에 있어서 휠 스피드 정보를 표현하는 캔(CAN) 통신을 이용한 제어 메시지의 크기를 최적화하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 대한 것이다.
자동차 산업의 급격한 발전과 더불어 자동차의 안정성 향상 및 날로 강화되고 있는 자동차에 대한 환경 및 안전규제를 만족할 수 있는 기술 개발이 계속하여 이루어지고 있다.
특히, 차량의 안전도 관련 기술은 전자 및 제어분야의 기술 접목을 통해 능동안전 시스템(Active Safety Control System)으로 발전하고 있다. 자동차의 Brake 시스템과 관련하여 ABS(Antilock Brake System), EBD(Electronic Braking Force Distribution), TCS(Traction Control System) 및 ESP(Electronic Stability Program)과 같이 차량의 전자제어유닛(Electronic Control Unit : ECU)과 결합된 기술이 개발되어 왔다.
최근에는, 전자의 브레이크 페달 작동을 복수개의 센서로 감지하여 ECU가 각 바퀴에 최적의 제동력을 발생하도록 제어하는 방식의 Brake-by-Wire(BBW) 기술로 발전하고 있다.
도 1은 BBW 방식의 전동식 제동 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
전동식 제동 시스템(10)은 페달 시뮬레이터(12)와, 중앙 ECU(14)와, 차량의 각 휠에 구비된 전동식 브레이크를 작동시키는 액츄에이터(18)와, 상기 액츄에이터(18)를 제어하는 휠 ECU(16)를 포함한다.
페달 시뮬레이터(12)는 운전자의 제동의지를 측정하고 페달 반력을 형성하여 운전자에게 전달한다. 중앙 ECU(14)는 페달 시뮬레이터(12)에서 전달된 제동 신호 및 차량 상태에 따라 목표 제동력을 결정한다. 중앙 ECU(14)는 각 휠의 액츄에이터(18)의 작동을 제어하는 휠 ECU(16)로 제동 명령을 보내고, 휠 ECU(16)는 액츄에이터(18)를 작동시켜 제동을 수행한다.
한편, 상기 액츄에이터(18)로는 웨지(wedge)의 자기 배력 효과를 이용하여 제동을 수행하는 EWB(Electric Wedge Brake) 방식이 채용될 수 있다. EWB의 경우 자기배력 효과로 인해 작은 힘으로 큰 제동력을 얻을 수 있으나 재밍(jamming) 현상이 일어날 수 있다는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 EWB를 포함한 BBW 시스템에서는 차량이 저속 구간에서 제동할 때 웨지 액츄에이터를 후진시키는 소프트스탑(Softstop) 메커니즘을 사용한다. 소프트스탑 메커니즘을 적용하기 위해서는 각각의 휠 ECU(16)는 중앙 ECU(14)로부터 해당 휠의 휠 스피드(wheel speed) 정보를 전송 받아야 한다. 이 신호는 캔(CAN ; Controller Area Network) 통신을 이용하여 중앙 ECU(14)로부터 휠 ECU(16)로 전달된다.
그런데, 휠 스피드 정보를 캔 통신을 이용하여 전송함에 있어서는 휠 스피드 정보를 캔 통신에 필요한 메시지로 변화하기 위한 팩터(factor)값이라는 변수가 요구된다. 기존에는 가장 높은 정밀도를 요하는 구간을 기준으로 하나의 팩터값을 사용하였고 캔 메시지의 크기는 최소 2 bytes가 되었다.
차량의 전장 부품이 증가하는 상황에서 캔 통신을 위한 대역폭은 제한적이므로 상기와 같이 휠 스피드 정보를 전송하기 위한 캔 메시지의 크기는 바람직하지 않다. 이에 따라 캔 메시지의 크기는 줄이면서 메시지에 포함된 정보는 동일하게 유지하기 위한 방법이 요구된다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 본 발명은 전동식 제동 시스템에 있어서 휠 스피드 정보를 표현하는 캔(CAN) 통신을 이용한 제어 메시지의 크기를 최적화하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 중앙 ECU와 휠 ECU를 포함하는 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 중앙 ECU에서 캔(CAN) 통신을 이용하여 상기 휠 ECU로 휠 스피드 정보를 전달하되, 상기 휠 스피드의 속도 영역을 소정 기준치를 기준으로 구분하여 각 속도 영역에 대한 팩터를 설정하고 상기 휠 스피드 정보는 바이너리 데이터로 전달되어 상기 팩터와 상기 바이너리 데이터의 곱에 의해 상기 휠 스피드 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 속도 영역은 상기 기준치보다 작은 제 1 속도 영역과 상기 소정 기준치 이상인 제 2 속도 영역으로 구분되고, 상기 팩터는 상기 제 1 속도 영역에 대한 제 1 팩터와 상기 제 2 속도 영역에 대한 제 2 팩터로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제 1 팩터는 상기 휠 스피드의 최소 측정 단위로 설정되고, 상기 제 2 팩터는 상기 제 1 속도 영역에 대한 속도 표현의 최대치의 배수로 설정될 수 있다.
바람직하게는, 상기 바이너리 데이터는 상기 제 1 속도 영역에 대한 정보와 상기 제 2 속도 영역에 대한 정보를 함께 포함하며, 상기 바이너리 데이터는 1 byte로 표현될 수 있다.
또한, 상기 휠 스피드는 상기 제 1 속도 영역에 대한 정보와 상기 제 1 팩터의 곱과 상기 제 2 속도 영역에 대한 정보와 상기 제 2 팩터의 곱을 합하여 산출될 수 있다.
본 발명에 따르면 EWB를 포함한 전동식 제동 시스템에 있어서 휠 스피드의 전송을 위한 캔 통신의 메시지 크기를 감소시킬 수 있어 차량의 캔 통신에 필요한 자원을 절약할 수 있다. 또한, 본 발명은 캔 메시지의 크기는 감소시키면서도기존과 동일한 성능을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 BBW 방식의 전동식 제동 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 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.
<BBW 시스템에서의 휠 스피드 정보 전달 과정>
먼저, 기존 방식에 따른 캔 통신을 이용한 BBW 시스템에서의 휠 스피드 정보 전달 과정을 설명하면 다음과 같다.
도 2는 캔 통신에서의 메시지 표현 방법을 나타낸 것으로서, (a)는 정수형 메시지, (b)는 실수형 메시지의 표현 방법을 나타낸다.
도 2의 (a)를 참조하면, Sign bit는 정수의 부호를 나타내며, 나머지 bit들은 10진수 정수를 단순 2진법으로 변환하여서 저장한다. 이와 같은 형식의 정수 데이터는 표현하고자 하는 데이터의 크기에 따라서 2bytes 크기의 정수, 4bytes 크기의 정수 등으로 나눌 수 있다.
도 2의 (b)를 참조하여 실수를 바이너리형태로 저장하는 방식을 설명하면 다음과 같다(IEEE 754기준). Sign bit는 실수의 부호를 나타내며, Exponent부분은 2의 지수부, Fraction은 가수부를 나타내어서 바이너리로 저장된 실수형 데이터를 표현한다. IEEE 754에서는 표현하고자 하는 실수의 정밀도에 따라서 4bytes크기의 single형과 8bytes크기의 double형 데이터 타입이 있다. Single형과 double형의 데이터 타입은 유효숫자가 각각 7, 15인 정밀도를 가지고 있다.
도 3은 기존 BBW 시스템에서 중앙 ECU와 휠 ECU간의 휠 스피드 정보의 전송 과정을 도시한 순서도이다.
중앙 ECU에서는 실수형의 휠 스피드 정보를 입력받고(S100), 휠 스피드 정보를 factor를 이용하여 정수형으로 표현한 후(S102), 변환된 휠 스피드 정보를 정수형 데이터 형태로 저장하고(S104), 캔 통신을 이용하여 변환된 휠 스피드 정보에 대한 메시지를 휠 ECU로 전송한다(S106).
이후, 휠 ECU 에서는 캔 통신을 이용하여 상기 메시지를 수신하고(S108), 수신받은 휠 스피드 정보를 정수형으로 저장한 후(S110), factor를 이용하여 실수형의 휠 스피드 정보를 얻어(S112), 실수형의 휠 스피드 정보를 사용하여 액츄에이터를 제어한다(S114).
그런데, 소프트스탑(Softstop)을 위해서 사용되는 휠 스피드는 Single형과 double형의 데이터 타입과 같은 정밀한 숫자 표현이 요구되는 것은 아니다. 따라서 본 발명에서는 실수형의 휠 스피드 신호를 정수형으로 표현하여 전송되는 메시지의 크기를 줄이는 것을 고려한다.
<휠 스피드 정보 전송을 위한 메시지 형태>
본 발명에 따른 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서 휠 스피드 정보는 차량 속도에 따라 구분하여 표현된다.
본 발명에 있어서 상기 차량 속도는 상대적으로 높은 정밀도가 요구되는 저속 영역과 상대적으로 낮은 정밀도가 요구되는 고속 영역으로 구분된다. 상기 저속 영역과 상기 고속 영역은 소정 기준치(Vth)를 기준으로 나뉠 수 있으며, 일 실시예에 있어서, 상기 소정 기준치는 4.5 km/h이다.
한편, EWB의 소프트스탑 메커니즘을 위하여 저속 영역에서 요구되는 최소 측정 단위가 주어진다. 일 실시예에 있어서, 상기 최소 측정 단위는 0.3 km/h이다. 따라서, 휠 스피드 정보를 캔 통신의 정수형으로 표현함에 있어서 저속 영역에서 적용되는 factor값인 제 1 팩터는 상기 최소 측정 단위로 설정한다. 최소 측정 단위를 0.3으로 한 경우 저속 영역(0 ~ 4.5 km/h)의 속도 표현은 4 bits의 메모리 크기만으로 나타낼 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서 최소 측정 단위를 제 1 팩터로 적용하여 저속 영역의 휠 스피드를 표현한 것을 도시한다.
도 4를 참조하면, 제 1 팩터 0.3과 4bits의 바이너리 데이터를 이용하여 저속 영역(0 ~ 4.5 km/h)의 속도 표현이 가능함을 확인할 수 있다.
다음으로 고속 영역에서의 속도 표현 방법을 설명한다.
고속 영역에서의 휠 스피드 정보를 표현하기 위한 factor값인 제 2 팩터를 설정함에 있어서는, a)휠 스피드 정보가 표현하는 최소값 및 최대값과, b)고속 영역에서 설정되는 제 2 팩터는 저속 영역의 표현 최대치(본 설명에서는 4.5 km/h)의 배수로 설정하는 것을 고려하여야 한다. 상기 b)의 조건은 제 2 팩터가 저속 영역에서의 표현 최대치의 배수가 되지 않으면 동일한 수치의 휠 스피드 정보가 복수의 캔 메시지로 표현되는 경우가 발생하기 때문이다.
이를 고려할 때, 상기 실시예에 있어서 저속 영역의 표현 최대치가 4.5 km/h이었으므로 제 2 팩터는 9로 설정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서 제 2 팩터를 적용하여 고속 영역의 휠 스피드를 표현한 것을 도시한다.
도 5를 참조하면, 제 2 팩터 9와 4bits의 바이너리 데이터를 이용하여 고속 영역(0 ~ 135 km/h)의 속도 표현이 가능함을 확인할 수 있다.
이상의 내용을 고려하면, 총 데이터의 크기를 5 bits로 하고, 그 중 하나의 bit는 저속영역과 고속영역인지를 표시하고, 나머지 4 bits는 속도 정보를 나타내도록 할 수 있다. 예컨대, 5 bits 중 첫 번째 bit가 0인 경우에는 저속 영역에 해당하는 것으로 인식하고 첫 번째 bit가 1인 경우에는 고속 영역에 해당하는 것으로 인식한 후, 나머지 4개의 bit와 제 1 또는 제 2 팩터를 이용하여 휠 스피드 정보를 전송하도록 할 수 있다.
더 나아가, 총 데이터의 크기를 1 byte로 하여 좌측의 4개의 bits는 고속 영역의 정보를, 나머지 4개의 bits는 저속 영역의 정보를 나타내도록 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서 1 byte를 이용하여 휠 스피드의 속도 정보를 표시한 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 8 bits의 정보 중에서 좌측의 4개의 bits는 고속 영역의 정보를 표현하므로 제 2 팩터를 이용하여 속도 정보를 계산하고, 우측의 4개의 bits는 저속 영역의 정보를 표현하므로 제 1 팩터를 이용하여 속도 정보를 계산한다. 이후 고속 영역의 정보와 저속 영역의 정보를 합산하면 고속 영역(4.5 km/h 이상)에서도 최소 측정 단위(0.3 km/h)까지 휠 스피드 정보를 나타낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서 휠 스피드 정보를 생성하여 전송하는 과정을 도시한 순서도이다.
중앙 ECU(14)는 휠 스피드 정보를 입력 받는다(S200).
이후, 휠 스피드 정보는 설정된 제 1 팩터와 제 2 팩터를 이용하여 고속 영역과 저속 영역으로 구분하여 표현된다(S202). 예컨대, 제 1 팩터가 0.3이고 제 2 팩터가 9로 설정된 경우, 휠 스피드 정보가 4.2 km/h라면 8 bits로 표현되는 휠 스피드 정보는 "00001110"이 될 것이다((0×9)+(14×0.3)=4.2 km/h). 만약 휠 스피드 정보가 20.4 km/h라면 8 bits로 표현되는 휠 스피드 정보는 "00101000"이 된다((2×9)+(8×0.3)=4.2 km/h).
중앙 ECU(14)는 고속 영역과 저속 영역으로 구분되어 표현된 휠 스피드 데이터를 저장하고(S204), 캔 통신을 통해 휠 ECU(16)로 휠 스피드 데이터에 대한 메시지를 전송한다.
휠 ECU(16)는 캔 통신을 통해 휠 스피드 데이터에 대한 메시지를 수신한다(S206).
휠 ECU(16)는 수신된 휠 스피드 데이터를 고속 영역과 저속 영역으로 구분한다(S210).
휠 ECU(16)는 저속 영역 정보에 제 1 팩터를 곱하고, 고속 영역 정보에 제 2 팩터를 곱하여 이를 합산함으로써 휠 스피드를 산출하고(S212), 산출된 휠 스피드 정보를 이용하여 액츄에이터를 제어한다(S214).
이상의 설명에서는 휠 스피드의 속도 영역을 저속 영역과 고속 영역의 2가지로 구분하고 1 byte로 저속 영역의 정보와 고속 영역의 정보를 표현하는 것을 예시하였다. 그러나, 정보의 표현에 있어서 1 byte가 아니라 10 bits 또는 12 bits로 저속 영역과 고속 영역의 정보를 표현하는 것도 가능하다. 또한, 도 6과 같이 고속 영역과 저속 영역의 bit 수를 동일하게 할당하지 않고 고속 영역에는 5 bits를 할당하고 저속 영역에는 3 bits를 할당하는 것과 같이 균등하지 않게 bit 수를 할당하는 것도 가능하다.
또한, 휠 스피드의 속도 영역을 2개가 아니라 3개 이상으로 구분하는 것도 가능하다. 예컨대, 제 1 속도 영역은 '0~2.1 km/h', 제 2 속도 영역은 '2.1~31.5 km/h', 제 3 속도 영역은 '31.5 km/h 이상'으로 설정하고, 제 1 속도 영역에 대한 제 1 팩터는 0.3, 제 2 속도 영역에 대한 제 2 팩터는 4.2, 제 3 팩터는 63으로 설정하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우 8 bits의 메시지 크기를 사용하여 좌측으로부터 2자리까지는 제 3 속도 영역의 정보를 표시하고, 그 다음 3자리는 제 2 속도 영역의 정보를, 나머지 3자리는 제 1 속도 영역의 정보를 표시하도록 설정할 수 있다. 이에 따라 만약 중앙 ECU(14)에서 생성된 데이터가 "01100111"이라면, 이는 "01/100/111"로 구분되어 휠 스피드는 "(1×63)+(4×4.2)+(7×0.3)=81.9 km/h"가 될 것이다.
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 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 전동식 제동 시스템
12 : 페달 시뮬레이터
14 : 중앙 ECU
16 : 휠 ECU
18 : 액츄에이터

Claims (7)

  1. 중앙 ECU와 휠 ECU를 포함하는 전동식 제동 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 중앙 ECU에서 캔(CAN) 통신을 이용하여 상기 휠 ECU로 휠 스피드 정보를 전달하되,
    상기 휠 스피드의 속도 영역을 소정 기준치를 기준으로 구분하여 각 속도 영역에 대한 팩터를 설정하고 상기 휠 스피드 정보는 바이너리 데이터로 전달되어 상기 팩터와 상기 바이너리 데이터의 곱에 의해 상기 휠 스피드 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 속도 영역은 상기 기준치보다 작은 제 1 속도 영역과 상기 소정 기준치 이상인 제 2 속도 영역으로 구분되고, 상기 팩터는 상기 제 1 속도 영역에 대한 제 1 팩터와 상기 제 2 속도 영역에 대한 제 2 팩터로 설정되는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 팩터는 상기 휠 스피드의 최소 측정 단위로 설정되는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 팩터는 상기 제 1 속도 영역에 대한 속도 표현의 최대치의 배수로 설정되는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이너리 데이터는 상기 제 1 속도 영역에 대한 정보와 상기 제 2 속도 영역에 대한 정보를 함께 포함하는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 바이너리 데이터는 1 byte로 표현되는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 휠 스피드는 상기 제 1 속도 영역에 대한 정보와 상기 제 1 팩터의 곱과 상기 제 2 속도 영역에 대한 정보와 상기 제 2 팩터의 곱을 합하여 산출되는 것을 특징으로 하는 캔 통신을 이용한 전동식 제동 시스템 제어 방법.
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