KR20160024180A - 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 CAN 통신을 지원하는 차량 통신 네트워크 제공 장치는 상기 고속 CAN의 주선 버스로부터 신호가 수신되면, 상기 수신된 신호를 처리한 후 구비된 적어도 하나의 송신 포트를 통해 전송하는 제1 듀얼 CAN 리피터와 구비된 수신 포트를 통해 상기 처리된 신호가 수신되면 적어도 하나의 지선 버스 라인을 통해 상기 처리된 신호를 전송하는 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터에 의해 상기 고속 CAN의 주선 버스상에서 감쇄된 상기 신호가 복구는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 고속 CAN에서의 최적화된 네트워크 구성을 가능하게 하는 장점이 있다.

Description

차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치{Method and apparatus for providing vehicle communication network}

본 발명은 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게, 듀얼 CAN(Controller area network) 리피터 통해 고속 CAN 토폴로지를 최적화시키는 것이 가능한 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

자동차 기술이 발달됨에 따라, 최근 출시되는 차량에는 보다 다양하고 복잡한 계측 및 센싱 기능들이 제공되고 있다. 이러한 센싱 기능을 자동차의 전자 제어 장치 즉 ECU(Electronic Control Unit)에 의해 제어가 된다.

또한, 자동차는 차량 자가 진단 장치인 OBD(On Board Diagnostics)가 연결될 수 있는 표준화된 인터페이스 즉 OBD Connector가 제공되고 있으며, OBD가 자동차에 연결되면 소정의 제어 절차에 따라 각종 ECU에 의해 계측 및 센싱된 정보들-예를 들면, 차량 정보, 운행 기록, 배출 가스 정보, 오류 정보 등을 포함함-이 OBD에 전달된다.

특히, 차량의 고급화 및 소비자의 안전 및 편리함에 대한 지속적인 요구에 따라 더 많은 전자 제어 장치들이 차량에 탑재되고 있으며, 그에 따라 전자 제어 장치들간의 통신 선로가 복잡해지고 그에 따른 신호 지연 현상 및 신호 왜곡 현상이 발생될 수 있다.

일반적으로, 차량 내 전자 제어 장치를 제어하기 위한 통신 선로로 고속 계측 제어기 통신망-이하, 간단히 고속 CAN(Controller Area Network)이라 명함-이 사용된다. 고속 CAN은 메인 버스상에 다수의 ECU들이 지선으로 연결된 구조를 갖는다. 특히, 차량에 많은 ECU가 장착됨에 따라 지선의 길이는 길어지고 있으며, 그에 따른 신호 감쇄 및 노이즈(Noise)가 발생되는 문제점이 있다.

이를 위해, 종래에는 신호에 발생되는 노이즈 감소 및 지선 길이 연장을 위해 저항, 캐패시터, 비드 등을 사용한 CAN 필터가 주로 사용되었다.

하지만, CAN 필터는 수동 소자 회로로서 노이즈 감소에 의한 지선 길이 연장이 제한적-예를 들면, 최대 2m 이내-인 단점이 있었다. 또한, CAN 필터는 여전히 신호 감쇄 및 신호 지연이 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 최적화된 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 듀얼 CAN 리피터를 통해 고속 CAN에 최적화된 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 CAN 허브에서의 신호 감쇄 및 지연을 최소화시킴으로써, 지선 연장이 가능한 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 차량에 탑재되는 ECU 증가에 관계 없이, 고속 CAN 버스 설계를 용이하게 하는 CAN 허브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속 CAN 버스에 장착되는 커넥터(Connector)의 개수를 최소화시킴으로써, 비용 및 복잡도를 감소시키는 것이 가능한 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속 CAN상에서의 신호 감쇄 및 지연을 최소화시킴으로써, 안정적인 차량 내 통신을 가능하게 하는, 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고속 CAN 통신을 지원하는 차량 통신 네트워크 제공 장치는 상기 고속 CAN의 주선 버스로부터 신호가 수신되면, 상기 수신된 신호를 처리한 후 구비된 적어도 하나의 송신 포트를 통해 전송하는 제1 듀얼 CAN 리피터와 구비된 수신 포트를 통해 상기 처리된 신호가 수신되면 적어도 하나의 지선 버스 라인을 통해 상기 처리된 신호를 전송하는 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터에 의해 상기 고속 CAN의 주선 버스상에서 감쇄된 상기 신호가 복구는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 감쇄된 신호는 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터에 내장된 비교기에 의해 복구될 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터는 상기 지선 버스 라인을 통해 제어기에 연결되며, 상기 제어기로부터 수신된 신호가 상기 비교기에 의해 복구되어 상기 주선 버스로 전송될 수 있다.

또한, 상기 주선 버스의 라인 및 상기 지선 버스 라인은 각각 CAN_HI 라인과 CAN_LO 라인을 포함하되, 상기 비교기가 상기 CAN_HI 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨과 CAN_LO 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨의 차이를 비교하여 상기 감쇄된 신호를 복구할 수 있다.

여기서, 상기 복구된 신호가 상기 지선 버스 라인에 연결된 제어기에 전달될 수 있다.

또한, 상기 제1 듀얼 CAN 리피터는 2개의 버스 라인을 포함하되, 상기 2개의 버스 라인은 각각 주선 버스 라인과 지선 버스 라인인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 듀얼 CAN 리피터는 구비된 2개의 송신 포트 및 2개의 수신 포트를 통해 상기 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터와 병렬로 연결되어 통신할 수 있다.

상기 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터는 각각 2개의 지선 버스 라인이 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터는 구비된 송신 포트, 수신 포트, 버스 라인 사이의 신호 전달을 제어하는 제어 로직이 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터의 동작에 필요한 기준 전압을 제공하는 전원부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고속 CAN의 주선 버스와 지선 버스를 연결하는 CAN 허브에서의 차량 통신 네트워크 제공 방법은 상기 주선 버스 및 상기 지선 버스를 통해 신호를 수신하는 단계와 상기 주선 버스 및 상기 지선 버스상에서 감쇄된 신호를 적어도 하나의 비교기를 이용하여 복원하는 단계와 상기 복원된 신호를 상기 주선 버스 또는 상기 지선 버스로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 CAN 허브 내부에 복수의 듀얼 CAN 리피터가 구비되되, 상기 복수의 듀얼 CAN 리피터가 내부 구비된 적어도 하나의 송신 포트 및 수신 포트를 통해 인접 듀얼 CAN 리피터와 병렬로 연결되어 통신할 수 있다.

또한, 상기 복수의 듀얼 CAN 리피터는 각각 2개의 버스를 제공하되, 상기 복수의 듀얼 CAN 리피터 중 어느 하나에 상기 주선 버스 신호가 수신될 수 있다.

또한, 상기 주선 버스 신호를 수신하는 제1 듀얼 CAN 리피터에 의해 상기 주선 버스 신호가 복원되어 상기 인접 듀얼 CAN 리피터에 전송될 수 있다.

또한, 상기 지선 버스를 통해 수신되는 제어기 신호가 상기 인접 듀얼 CAN 리피터에 의해 복원된 후, 상기 제1 듀얼 CAN 리피터를 통해 상기 주선 버스에 전달될 수 있다.

또한, 상기 주선 버스 및 상기 지선 버스는 각각 CAN_HI 라인과 CAN_LO 라인을 포함하되, 상기 비교기가 상기 CAN_HI 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨과 CAN_LO 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨의 차이를 비교하여 상기 감쇄된 신호가 복구될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고속 CAN의 주선 버스와 지선 버스를 연결하는 CAN 허브는 상기 주선 버스 및 상기 지선 버스를 통해 신호를 수신하는 수단과 상기 주선 버스 및 상기 지선 버스상에서 감쇄된 신호를 적어도 하나의 비교기를 이용하여 복원하는 수단과 상기 복원된 신호를 상기 주선 버스 또는 상기 지선 버스로 전달하는 수단을 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 듀얼 CAN 리피터를 통해 고속 CAN에 최적화된 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

둘째, 본 발명은 CAN 허브에서의 신호 감쇄 및 지연을 최소화시킴으로써, 지선 연장이 가능한 차량 통신 네트워크 제공 방법 및 장치를 제공하는 장점이 있다.

셋째, 본 발명의 또 다른 목적은 차량에 탑재되는 ECU 증가에 관계 없이, 고속 CAN 버스 설계를 용이하게 하는 CAN 허브를 제공하는 장점이 있다.

넷째, 본 발명은 고속 CAN 버스에 장착되는 커넥터(Connector)의 개수를 최소화시킴으로써, 비용 및 복잡도를 감소시키는 효과를 기대할 수 있다.

다섯째, 본 발명은 고속 CAN상에서의 신호 감쇄 및 지연을 최소화시킴으로써, 안정적인 차량 내 통신 서비스를 제공할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 CAN 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 통신 네트워크의 도식적인 블록도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 고속 CAN 통신에 사용되는 CAN 허브의 내부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CAN 허브의 내부 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 CAN 리피터의 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)내에서의 신호 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)와 제어기 사이의 신호 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 기능 및 비용 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 일반적인 고속 CAN 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고속 CAN 네트워크는 크게 차량용 게이트웨이(Gateway, 100), 제1 내지 제n 제어기, CAN 버스(120), OBD(130), 텔레매틱스 단말(140) 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

차량용 게이트웨이(100)는 CAN 네트워크상에 연결된 제어기들에 대한 인증 절차를 통해 해당 제어기가 안전한 제어기인지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 차량용 게이트웨이(100)는 텔래매틱스 단말(140) 및 ODB(130)와 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.

특히, 차량용 게이트웨이(100)는 텔래매틱스 단말(140) 또는 ODB(130)로부터의 소정 제어 신호에 따라 차량에 탑재된 제어기-즉, ECU-들에 설치된 소프트웨어 버전 정보를 수집하고, 이를 텔래매틱스 단말(140) 또는 ODB(130)에 전송할 수 있다. 또한, 차량용 게이트웨이(100)는 텔래매틱스 단말(140) 또는 ODB(130)의 소프트웨어 업데이트 요청이 수신되면 해당 제어기를 위한 소프트웨어 파일을 텔래매틱스 단말(140) 또는 ODB(130)로부터 수신하여 해당 제어기에 설치할 수도 있다.

CAN 주선 버스(120)는 Twisted pair wire를 사용하며, 2개의 선은 서로 다른 신호(CAN_HI, CAN_LO)에 의해 구동된다. CAN 주선 버스의 양 종단에는 종단 저항(121)이 구비될 수 있다. CAN 주선 버스(120)상의 전송 속도는 버스의 길이-즉, 주선의 길이-에 따라 달라질 수 있다.

제1 내지 제N 제어기는 CAN 주선 버스(120)상의 소정의 CAN 조인트 컨넥터(Joint Connector) 또는 CAN 허브(Hub)-미도시-와 CAN 지선 버스(123)를 통해 연결될 수 있으며, 이론적으로 하나의 CAN 네트워크에 연결될 수 있는 최대 제어기의 개수는 2032이다. 또한, 하나의 CAN 허브에는 복수개의 제어기가 CAN 지선 버스(123)를 통해 연결될 수 있다.

이하에서는 도면 번호 110 내지 115를 참조하여 일반적인 CAN 네트워크에 연결되는 제어기의 구조를 살펴보기로 한다.

제1 제어기(110)는 CAN 드라이버(111), CAN 컨트롤러(113), 마이크로컨트롤러(Microcontroller, 115)로 구성될 수 있다.

CAN 드라이버(111)는 소정 CAN 컨넥터 또는 CAN 허브를 통해 CAN BUS(120)와 연결되며, 제어기의 물리 계층을 구성한다. CAN 드라이버(111)는 CAN BUS(120)의 장애를 감지하고 이를 관리하는 기능 및 메시지의 송수신 기능을 제공할 수 있다.

CAN 컨트롤러(113)는 CAN 프로토콜 메시지를 송수신하고 수신된 메시지에 대한 메시지 필터링 기능을 수행한다. 또는, CAN 컨트롤러(113)는 재전송 제어를 위한 메시지 버퍼 및 마이크로컨트롤러(115)와의 인터페이스 기능을 제공한다.

마이크로컨트롤러(115)는 CPU가 탑재될 수 있으며, 상위 계층 프로토콜을 제공하고 다양한 응용들을 제공할 수 있다.

상기한 도 1에는 도시되어 있지는 않으나, 제어기는 우선 순위 정보 및 설치된 소프트웨어 버전 정보, 센싱 정보 등이 기록된 소정 메모리를 포함할 수 있다.

여기서, 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장 매체를 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명이 적용되는 차량 통신 네트워크의 도식적인 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 차량 통신 네트워크는 하나의 차량용 게이트웨이에서 상이한 버스 통신 프로토콜을 지원하는 전자 제어 장치-이하, 간단히 ECU(Electronic Control Unit)라 명함-들간의 프로토콜 변환을 제공함으로써, 서로 통신이 가능하게 할 수 있다.

이하에서는 차량용 게이트웨이에 연결될 수 있는 버스 통신 프로토콜과 해당 버스 통신 프로토콜을 사용하는 ECU들에 대해 간단히 설명하기로 한다. 일 예로, 차량용 버스 통신 프로토콜은

(1) 차량 진단 전기 구성요소들을 위해 일반적으로 사용되는 J1850 및/또는 OBDII 버스;

(2) 엔진 제어, 변속기 제어, 실내 온도 제어(climate control)와 같은 다른 차량 시스템들을 위해 일반적으로 사용되고, 드라이브-바이-와이어(drive-by-wire) 전기 제어 유닛(ECU)을 위해서도 사용될 수 있는 인텔리버스(Intellibus);

(3) 브레이킹 시스템들 및 엔진 관리 시스템들을 위해 일반적으로 사용되는 고속(high-speed) 계측 제어기 통신망(CAN, controller area network);

(4) 안전 관련 전기 기기들을 위해 일반적으로 사용되는 분산 시스템 인터페이스(DSI, distributed system interface) 및/또는 보쉬-지멘스-테믹(BST, Bosch-Siemens-Temic);

(5) 안전 중요한 전기 기기 어플리케이션들을 위해 일반적으로 사용되는 바이트플라이트(byteflight);

(6) 인텔리전트(intelligent) 작동기들 및/또는 인텔리전트 센서들을 위해 일

반적으로 사용되는 로컬(local) 내부 연결 네트워크(LIN, local interconnect network);

(7) 창문들, 미러(mirror)들, 좌석들 및/또는 실내 온도 조절기와 같은 저속 전기 기기들을 위해 일반적으로 사용되는 저속 계측 제어기 통신망(CAN) 및/또는 모토로라 인터커넥터(MI, Motorola Interconnect);

(8) 오디오 헤드 유닛, 증폭기, CD 플레이어, DVD 플레이어, 셀룰러 연결, 블루투스(Bluetooth) 연결, 주변 컴퓨터 연결들, 뒷좌석 엔터테인먼트(rear seat entertainment) 유닛들, 라디오, 디지털 스토리지(storage), 및/또는 GPS 네비게이션 시스템과 같은 차량 내의 멀티미디어 전기 기기들을 지원하는데 일반적으로 사용되는 모바일 미디어 링크(MML, mobile media link), 도메스틱 디지털 데이터(domestic digital data, D2B), 스마트와이어X(smartwireX), IEBus(inter-equipment bus), 및/또는 모스트(MOST, media oriented systems transport);

(9) 천정형 영상표시기(heads up display), 기구 패널 디스플레이(instrument panel display)들, 다른 디지털 디스플레이들, 운전자 지원 디지털 비디오 카메라(driver assist digital video camera)들을 지원하기 위해 일반적으로 사용되는 저전압 차등 신호(LVDS, Low-Voltage Differential Signaling);

(10) 안전 중요 특성들 및/또는 바이-와이어(by-wire) 어플리케이션들을 위해 사용될 수 있는 플렉스레이(FlexRay);

(11) 기기와의 일대일 통신 연결을 통해 가용 대역폭에 대한 효율성이 높아 고장 진단 시스템(OBD, On-Board Diagnostics), 인포테인먼트 시스템 및 카메라를 이용한 서라운드 뷰와 같은 기능을 포함하는 운전자 지원 시스템(DAS, Driver Assistance System) 등과의 연동을 위해 사용되는 이더넷(Ethenet) 등을 포함할 수 있다.

상기한 예에서의 상이한 버스 통신 프로토콜들을 사용하는 ECU 또는 전자 부품들이 서로 통신할 수 있게 하기 위해서는 하나 이상의 차량용 게이트웨이들이 차량 네트워크에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 안전 관련된 이슈에 있어서, 브레이킹 ECU 및 엔진 제어 ECU 및/또는 변속기 제어 ECU가 서로 통신할 필요가 있을 수 있다. 이때, 게이트웨이는 상이한 통신 프로토콜을 지원하는 ECU들 간의 통신을 용이하게 하기 위해 프로토콜 변환 기능을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 게이트웨이는 소정 진단 통신 인터페이스(Diagnostics Communication Interface) 모듈이 구비될 수 있으며, 진단 통신 인터페이스 모듈을 통해 외부 진단기와 통신할 수 있다. 여기서, 진단 통신 인터페이스 모듈은 이더넷(Ethernet) 통신 기능, 블루투스(Bluetooth) 통신 기능, Wi-Fi 통신 기능, NFC(Near-Field Connection) 통신 기능. WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 통신 기능, LTE(Long Term Evolution) 통신 기능, LTE-Advanced 통신 기능 중 적어도 어느 하나의 기능을 제공할 수 있다.

도 3은 종래 기술에 따른 고속 CAN 통신에 사용되는 CAN 허브의 내부 구성도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 CAN 허브(300)는 CAN 주선을 통해 인입된 신호의 노이즈를 제거하기 위한 적어도 하나의 노이즈 필터(310)를 포함하여 구성될 수 있다.

노이즈 필터(310)는 CAN 주선의 CAN_HI(321) 신호 및 CAN_LO(322) 신호를 입력 받아, 노이즈를 제거한 후, CAN 지선의 CAN_HI(331) 및 CAN_LO(332)로 출력한다. 여기서, 노이즈 필터(310)는 저항, 캐패시터, 비드 등의 수동 소자들을 이용하여 구성된다. 하지만, 수동 소자로 구성된 노이즈 필터(310)는 노이즈를 감소시킬 수는 있으나, 그에 따른 지선 연장의 효과는 제한적인 단점이 있다. 예를 들면, 노이즈 필터(310) 사용시 최대 연장 가능한 지선의 길이는 2m 이하일 수 있다. 또한, 종래의 노이즈 필터(310)는 신호 레벨의 감소 및 신호 지연을 야기시킨다.

상기한 바와 같이, 노이즈 필터(310)를 이용한 CAN 허브(300)는 지선 연장이 제한적이므로, 고속 CAN 구성 시 많은 개수의 CAN 허브(300)가 요구되는 단점이 있다.

또한, 노이즈 필터(310)에서의 신호 레벨 감소 및 신호 지연으로 인해 통신 신뢰성이 떨어지는 단점이 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CAN 허브의 내부 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 CAN 허브(400)는 CAN 허브(400)에 안정적인 전원을 공급하기 위한 IC 회로가 구비된 전원부(410)와 CAN 주선에 통해 인입된 CAN_HI(401) 신호 및 CAN_LO(402) 신호를 증폭시킨 후, 증폭된 신호를 CAN 지선을 통해 제어기에 전송하는 듀얼 CAN 리피터 모듈(420)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 듀얼 CAN 리피터 모듈(420)은 복수의 듀얼 CAN 리피터가 병렬 형태로 구성된다. 이때, 각각의 듀얼 CAN 리피터는 2개의 버스 라인을 구성하기 위한 2개의 CAN_HI 포트와 2개의 CAN_LO 포트가 구비될 수 있다. 또한, 각각의 듀얼 CAN 리피터는 2개의 TXD 포트와 2개의 RXD 포트가 구비될 수 있다. 듀얼 CAN 리피터는 TXD 포트와 RXD 포트를 통해 다른 듀얼 CAN 리피터와 연결되고, 2개의 버스 라인으로 두개의 지선을 구성할 수 있다. 즉, 하나의 듀얼 CAN 리피터는 최대 2개의 제어기에 연결될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, CAN 주선 버스의 CAN_HI(401) 신호 및 CAN_LO(402) 신호를 수신한 제1 듀얼 CAN 리피터(421)는 내부 증폭된 신호를 구비된 제1 TX 포트-도면상에 "TXD-1"으로 표기됨-를 통해 병렬 연결된 제2듀얼 CAN 리피터(423)에 전달하고, 제2 TX 포트-도면상에 "TXD-2"로 표기됨-를 통해 제3 듀얼 CAN 리피터(425)에 전달한다.

연이어, 제2 듀얼 CAN 리피터(423) 및 제3 듀얼 CAN 리피터(426)는 제1 듀얼 CAN 리피터(421)로부터 수신된 신호를 구비된 2개의 지선 버스 라인(430)을 통해 해당 제어기에 전송한다. 반면, 제1 듀얼 CAN 리피터(421)는 하나의 지선 버스 라인(430)을 통해 해당 제어기에 증폭된 신호를 전송할 수 있다.

또한, 제1 듀얼 CAN 리피터(421)는 구비된 2개의 RXD 포트를 통해 제어기로부터 수신된 신호를 수신할 수 있다. 이때, 수신된 신호는 내부 증폭된 후, CAN 주선에 연결된 버스 라인을 통해 전송될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 CAN 리피터의 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)는 2개의 버스 라인(501 내지 502), 각각 2개의 입력 및 출력 포트(503 내지 504), 제1 내지 제4 비교기(510 내지 513), 제어 로직(520)을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 입력 및 출력 포트(503 및 504)는 다른 듀얼 CAN 리피터와의 통신에 사용되는 포트이고, 2개의 버스 라인(501 내지 502)은 CAN 지선으로 연결된 제어기와의 통신에 사용되는 포트이다. 단, CAN 주선 버스 라인에 연결된 듀얼 CAN 리피터의 경우, 나머지 한 개의 버스 라인만 제어기와의 통신에 사용될 수 있다.

일반적으로, CAN 허브에 연결된 지선의 수 및 길이가 증가됨에 따라 CAN 신호의 전압 레벨이 하강할 수 있다. 상세하게, CAN 신호의 전압 레벨 하강은 자선 와이어링의 저항, 지선의 수, 종단 저항 값에 비례하여 증가할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)는 상기 하강된 전압 레벨을 복구하기 위한 비교기(510 내지 513)가 포함되어 구성된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)는 전압 레벨 하강에 따라 지선 길이가 제한되지 않는다. 여기서, 비교기(510 내지 513)는 두개의 입력 신호를 비교하는 회로로서, 일 예로, 두 입력은 기준 전압인 Vref와 입력 신호인 Vin라고 가정하자. 이때, Vin이 Vref보다 커지는 경우에는 비교기의 출력 값은 High가 되고, Vin이 Vref보다 작아지는 경우에는 비교기의 출력 값은 Low로 출력될 수 있다. 상기한 비교기의 설명은 하나의 실시예에 불과하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 비교기는 입력 신호의 세기를 증폭시키는 증폭기의 용도로도 사용될 수 있다.

제어 로직(520)은 외부 입/출력되는 CAN 신호의 흐름을 듀얼 CAN 리피터(500) 내부에서 제어하는 기능을 수행한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)내에서의 신호 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)는 CAN 신호 지연에 의해 지선의 길이가 제한될 수 있다. 이때, 최대 연장 가능한 지선의 길이는 듀얼 CAN 리피터(500) 내부 지연 시간에 기반하여 결정될 수 있다.

일 예로, BUS1에서 BUS2까지의 CAN 신호 지연은 tdRxD1(501)+tdTxD2(502)이고, BUS2에서 BUS1까지의 CAN 신호 지연은 tdRxD2(503)+tdTxD1(504)로 계산될 수 있다.

도 7은 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 CAN 리피터(500)와 제어기 사이의 신호 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.

만약, BUS1이 주선 버스이고 BUS2가 지선 버스인 경우, 주선 버스와 BUS2에 연결된 제어기 사이의 왕복(loop) 신호 지연은 tdRxD1(701)+tdTxD2(702)+ tdTxBus2(703)+ tdRxBus2(704)+ tdRxD2(705)+tdTxD1(706)일 수 있다.

여기서, tdRxD1(701)+tdTxD2(702)과 tdRxD2(705)+tdTxD1(706)의 값이 동일하고, tdTxBus2(703)과 tdRxBus2(704)의 값이 동일할 수 있다.

결과적으로, 주선 버스에서 제어기(710)까지의 왕복 신호 지연 시간은 2(tdRxD1(701)+tdTxD2(702)+ tdTxBus2(703))로 계산될 수 있다.

일 예로, 고속 CAN에서 허용 가능한 최대 왕복 지연 시간이 495ns라고 가정하자. 실험에 의해 계산된 tdRxD1(701)+tdTxD2(702)의 값이 245ns이고 지선 1m당 5ns의 지연 시간이 발생되는 경우, 최대 지선 연장 길이(T)는 하기의 수식 1)에 의해 산출될 수 있다.

수식 1) 2x245ns+2*0.5ns*T=495ns

이때, 최대 지선 연장 길이(T)의 값은 5m이다.

최대 지선 연장 길이 5m는 대부분의 차량 내 통신 네트워크를 설계하기에 용이하므로, 고속 CAN 통신 경로를 최적화시킬 수 있다.

또한, 최대 지선 연장 길이의 증가는 고속 CAN 구축 시 CAN 허브의 개수를 감소시킬 수 있으므로, 네트워크 회로의 복잡도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 그에 따라 비용이 절감될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 기능 및 비용 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.

도면 번호 810에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되기 이전에는 특정 차량에 적용된 CAN 허브의 개수가 10개 인 것을 보여준다. 반면, 도면 번호 820를 참조하면, 동일 차량에 대해 본 발명이 적용되면, 4개의 듀얼 CAN 리피터를 적용하여 차량 내 통신 네트워크를 구축할 수 있다.

실험 결과에 따르면, 본 발명이 적용되면 차량에서의 고속 CAN 구축에 필요한 비용이 절감될 뿐만 아니라 차량의 중량, 복잡도, 요구되는 총 회선-CAN 주선 및 CAN 지선 포함-의 길이 등이 절감될 수 있다.

일 예로, 도면 번호 830을 참조하면, 본 발명의 적용에 따라 최대 지선 연장 길이가 1m에서 5m로 증가된 경우, 원가는 5113원 감소하고, 중량은 86g 절감되며, 회로 수와 선장(mm)도 각각 14, 10,280mm 만큼 감소됨을 알 수 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

120: CAN 주선 버스 121: CAN 지선 버스
400: CAN 허브 420: 듀얼 CAN 리피터 모듈
500: 듀얼 CAN 리피터 510 내지 513: 비교기
710: 제어기

Claims (17)

1. 고속 CAN 통신을 지원하는 차량 통신 네트워크 제공 장치에 있어서,
   상기 고속 CAN의 주선 버스로부터 신호가 수신되면, 상기 수신된 신호를 처리한 후 구비된 적어도 하나의 송신 포트를 통해 전송하는 제1 듀얼 CAN 리피터; 및
   구비된 수신 포트를 통해 상기 처리된 신호가 수신되면 적어도 하나의 지선 버스 라인을 통해 상기 처리된 신호를 전송하는 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터
   를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터에 의해 상기 고속 CAN의 주선 버스상에서 감쇄된 상기 신호가 복구는 것을 특징으로 하는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감쇄된 신호는 상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터에 내장된 비교기에 의해 복구되는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터는 상기 지선 버스 라인을 통해 제어기에 연결되며, 상기 제어기로부터 수신된 신호가 상기 비교기에 의해 복구되어 상기 주선 버스로 전송되는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 주선 버스의 라인 및 상기 지선 버스 라인은 각각 CAN_HI 라인과 CAN_LO 라인을 포함하되, 상기 비교기가 상기 CAN_HI 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨과 CAN_LO 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨의 차이를 비교하여 상기 감쇄된 신호를 복구하는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 복구된 신호가 상기 지선 버스 라인에 연결된 제어기에 전달되는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 듀얼 CAN 리피터는 2개의 버스 라인을 포함하되, 상기 2개의 버스 라인은 각각 주선 버스 라인과 지선 버스 라인인 것을 특징으로 하는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 듀얼 CAN 리피터는 구비된 2개의 송신 포트 및 2개의 수신 포트를 통해 상기 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터와 병렬로 연결되어 통신하는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제2 내지 제3 듀얼 CAN 리피터는 각각 2개의 지선 버스 라인이 구비되는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터는 구비된 송신 포트, 수신 포트, 버스 라인 사이의 신호 전달을 제어하는 제어 로직이 구비되는. 차량 통신 네트워크 제공 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 듀얼 CAN 리피터의 동작에 필요한 기준 전압을 제공하는 전원부를 더 포함하는, 차량 통신 네트워크 제공 장치.
11. 고속 CAN의 주선 버스와 지선 버스를 연결하는 CAN 허브에서의 차량 통신 네트워크 제공 방법에 있어서,
    상기 주선 버스 및 상기 지선 버스를 통해 신호를 수신하는 단계;
    상기 주선 버스 및 상기 지선 버스상에서 감쇄된 신호를 적어도 하나의 비교기를 이용하여 복원하는 단계; 및
    상기 복원된 신호를 상기 주선 버스 또는 상기 지선 버스로 전달하는 단계
    를 포함하는, 차량 통신 네트워크 제공 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 CAN 허브 내부에 복수의 듀얼 CAN 리피터가 구비되되, 상기 복수의 듀얼 CAN 리피터가 내부 구비된 적어도 하나의 송신 포트 및 수신 포트를 통해 인접 듀얼 CAN 리피터와 병렬로 연결되어 통신하는, 차량 통신 네트워크 제공 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 듀얼 CAN 리피터는 각각 2개의 버스를 제공하되, 상기 복수의 듀얼 CAN 리피터 중 어느 하나에 상기 주선 버스 신호가 수신되는, 차량 통신 네트워크 제공 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 주선 버스 신호를 수신하는 제1 듀얼 CAN 리피터에 의해 상기 주선 버스 신호가 복원되어 상기 인접 듀얼 CAN 리피터에 전송되는, 차량 통신 네트워크 제공 방법.
15. 제13항에 있어서,
    상기 지선 버스를 통해 수신되는 제어기 신호가 상기 인접 듀얼 CAN 리피터에 의해 복원된 후, 상기 제1 듀얼 CAN 리피터를 통해 상기 주선 버스에 전달되는, 차량 통신 네트워크 제공 방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 주선 버스 및 상기 지선 버스는 각각 CAN_HI 라인과 CAN_LO 라인을 포함하되, 상기 비교기가 상기 CAN_HI 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨과 CAN_LO 라인을 통해 수신된 신호의 전압 레벨의 차이를 비교하여 상기 감쇄된 신호를 복구하는, 차량 통신 네트워크 제공 방법.
17. 고속 CAN의 주선 버스와 지선 버스를 연결하는 CAN 허브에 있어서,
    상기 주선 버스 및 상기 지선 버스를 통해 신호를 수신하는 수단;
    상기 주선 버스 및 상기 지선 버스상에서 감쇄된 신호를 적어도 하나의 비교기를 이용하여 복원하는 수단; 및
    상기 복원된 신호를 상기 주선 버스 또는 상기 지선 버스로 전달하는 수단을
    포함하는, CAN 허브.

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