KR20180029184A

KR20180029184A - 자동차 배터리 전압을 이용한 시동 상태 확인 시스템

Info

Publication number: KR20180029184A
Application number: KR1020160116880A
Authority: KR
Inventors: 김승진
Original assignee: (주)오토쓰루
Priority date: 2016-09-10
Filing date: 2016-09-10
Publication date: 2018-03-20

Abstract

본 발명은 자동차 OBD(On Board Diagnostic)장치에 있어 OBD의 MCU(Micro Controller Unit)가 자동차가 시동을 걸어 정상 운행 혹은 시동 상태인지 아니면 시동이 꺼진 정지 상태인지를 체크하여 정지 상태이면 OBD의 MCU가 슬립모드로 들어가 OBD장치 전력 소모를 최소화하고, 시동이 걸려 운행상태이면 MCU가 깨어(Wakeup) 정상 OBD작동 모드로 들어가기 위해 자동차 배터리 상태를 감지하는 인터페이스 및 시스템 구성 기술로 차량의 종류나 메이커 그리고 전장품의 시스템 구성에 관계없이 시동 감지에 호환성을 가진다.

Description

자동차 배터리 전압을 이용한 시동 상태 확인 시스템{Startup status check system using a car battery voltage}

본 발명은 자동차 OBD(On Board Diagnostic)장치에 있어 OBD의 MCU(Micro Controller Unit)가 자동차가 시동을 걸어 정상 운행 혹은 시동 상태인지 아니면 시동이 꺼진 정지 상태인지를 체크하여 정지 상태이면 OBD의 MCU가 슬립모드로 들어가 OBD장치 전력 소모를 최소화하고, 시동이 걸려 운행상태이면 MCU가 깨어(Wakeup) 정상 OBD작동 모드로 들어가기 위해 자동차 배터리 상태를 감지하는 인터페이스 및 시스템 구성 기술이다.

본 발명과 관련한 종래기술로 차량 시동 후 제너레이터가 동작 되는 시점에서 배터리 단자 전압이 12V에서 14V로 상승하며 이를 MCU에서 감지하여 시동이 걸렸다는 것을 감지하는 기술이 있으며 이 방법은 거의 모든 차량에서 사용할 수 있으나 제너레이터 동작 후 14V로 상승하기까지 수초 정도 소요됨으로 실제 차량 시동시간과 시동 인식시간 간의 오차가 있을 수 있다. 또 다른 방법의 하나로 차량 내부 CAN(Controller Area Network) 통신 채널 모니터링 방법으로 차량 시동 시에 발생하는 각종 센서들의 통신 메시지를 모니터링 하여 시동 온(On)인지 오프(Off)인지를 판단한다. 이 방식은 시동 감지 판단에 오차가 거의 없으나 CAN 통신이 적용되지 않은 차량에는 적용이 불가하며 CAN 통신이 적용된 차량이더라도 보안상의 이유로 CAN 통신을 막아 둔 경우 적용이 불가하다. 또한, 이러한 CAN 통신 데이터를 계속 모니터링해야 함으로 슬립(Sleep)모드 없이 OBD가 계속 작동함으로 배터리 전력 관리에 문제가 생길 수 있다. 이 외에 배터리 전압 하강 감지 방식이 있으며 이 방식은 차량 시동 시 배터리 전압이 12V에서 8V에서 9V까지 순간적으로 떨어지는 현상을 감지하여 시동이 걸린 것으로 감지하는 방식이다. 이 방식은 시동 감지가 빠른 등의 장점이 있으나 배터리가 2개 이상인 차량이나 하이브리드 차량에서는 이러한 순간 전압 강하현상이 없음으로 적용이 불가하다.

이와 같이 차량의 종류나 메이커 그리고 전장품의 시스템 구성에 따라 시동 감지에 호환성 부재로 모든 차량에 공통으로 도입할 수 있는 방법의 연구가 필요했고 본 발명에서는 상기 3가지 종래 기술의 요소 기술의 적합한 조합 구성과 인터페이스에 의해 대부분의 차량에 적용할 수 있는 시동 감지 시스템과 관련한 기술이다.

상기한 바와 같이 차량의 종류나 메이커 그리고 전장품의 시스템 구성에 관계없이 시동 감지에 호환성을 가지는 시스템 구조를 가지기 위해 10V 이하의 배터리 전압 강하와 13.5V 이상의 배터리 전압 상승을 감지하여 MCU의 인터럽트 입력으로 구성하여 MCU가 슬립모드에 있다가 깨어나 정상 동작하는 구조의 설계로 해결했다. 특히 이 두 가지의 검출방식을 둘 중에 하나의 입력만 들어와도 시동으로 인식하는 논리 합의 작동 구조를 가지게 설계한다.

이와 같이 본 발명은 차량의 종류나 출하시기, 메이커 그리고 내부 전장품의 시스템 구조에 상관없이 대부분의 차량에 시동 감지를 정확히 인지하여 본 고안의 OBD의 MCU가 깨어나 운행중에는 정상 작동을 하고 시동이 끈, 정지 상태에서는 OBD의 MCU가 시동이 꺼졌다는 것을 인지하여 슬립모드로 전환하여 OBD가 최소의 전력을 소모하게 되므로 자동차 진단/감지 시스템 즉 OBD의 안정적인 작동이 가능하게 되는 것이다.

도 1 본 발명의 시스템 구성도
도 2 본 발명의 배터리 전압 변화 그래프
도 3 본 발명의 플로어차트
도 4 본 발명의 실시 예
도 5 본 발명의 비교기 출력 그래프

도 1은 본 고안의 시스템 구성도를 나타내며 차량용 배터리 전압(21)과 노이즈 제거용 저역 통과 필터(22), 전압 분압기(23), 비교기(24, 25), 기준 전압(26) 그리고 MCU(27) 장치를 주요 구성으로 한다. 차량은 시동을 걸 경우에는 배터리 전압의 변동이 발생하며 차량의 종류에 따라 전압이 순간적으로 하강하기도 하고, 증가하여 계속 유지하는 경우도 있다. 이러한 전압 변동을 검출하여 본 발명의 OBD의 전압 검출회로가 시동 상태임을 인지하는 구조에 대한 시스템적 구조에 관한 것으로 도 1의 배터리 전압(21)은 노이즈 제거용 저역 통과 필터(22)에 의해 차량용 리모컨의 도어 락의 On/Off 혹은 기타 전원의 미세 변동분은 제거 혹은 억제되며 이렇게 노이즈가 제거된 배터리 전압은 저항 R1, R2, R3 직렬 구성의 전압 분배기(23)에 의해 비교기(24, 25) 입력으로 허용 가능한 전압 값으로 분배된다. 일반적으로 5V 이하의 전압으로 분배되며 저항 R1과 R2의 교점에는 전압 분배 식(23-1)에 의한 관계식으로 V1 값이 출력되며 저항 R2과 R3의 교점에는 전압 분배 식(23-2)에 의한 관계식으로 V2 값이 출력된다. 두 관계식에 의하면 V1 값이 V2 값 보다 높게 나옴을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서 배터리 전압(21)이 10V인 경우 V1 전압이 Vref(26)전압과 같은 전압이 되게 저항 R1, R2, R3 값을 설정하고 동시에 배터리 전압(21)이 13.5V인 경우 V2 전압이 Vref(26)전압과 같은 전압이 되게 저항 R1, R2, R3 값을 설정하면 하나의 직렬 구조의 3개의 저항 구조로 배터리 전압(21)의 기준 분배기 설계가 가능해 진다. 배터리 전압(21)이 10V 이하인 경우와 13.5V 이상인 경우의 세부적인 동작 구조를 보면 Vref(26)전압을 2.5V로 설정한 후 배터리 전압(21)이 10V인 경우 V1 전압이 Vref(26)전압과 같은 2.5V라면 V2 전압은 더 낮게 되며 배터리 전압(21)이 13.5V인 경우 V2 전압이 Vref(26)전압과 같은 2.5V라면 V1 전압은 더 높게 된다. 즉 비교기-I(24)는 10V 전압 검출용, 비교기-I(25)는 14V 전압 검출용으로 사용하면 두 비교기의 비교전압이 서로 겹치거나 혼선 없이 작동이 가능하다. 즉 비교기-I(24)는 배터리 전압(21)이 10V 이하인 경우 출력이 High -> Low로 에지 전압 변동이 일어나고 비교기-II(25)는 배터리 전압(21)이 13.5V 이상인 경우 출력이 High -> Low로 에지 전압 변동이 일어나게 회로 구성이 가능하게 된다. 물론 두 비교기의 출력은 각각 독립적으로 작동되며 이 두 출력은 MCU(27)의 인터럽트 단자(INT1, INT2)로 입력되어 두 입력 중 하나라도 하강 에지 전압이 들어가면 시동 상태로 MCU(27)가 인식하게 된다.이러한 비교기 회로의 구성은 비교기의 입력 단자(+)와 (-)와 검출 전압과 기준전압(26)의 연결 조합구조에 따라 비교기 출력의 상승 혹은 하강 에지를 선택적으로 설계할 수 있다.

도 2는 본 발명의 배터리 전압 변화 그래프를 나타내며 시동이 걸리지 않은 상태에서의 차량용 배터리 전압은 12V가 되며 시동이 꺼진 상태에서도 리모컨 장치 등의 작동에 의해 전원 라인에 매우 짧은 주기의 노이즈(12)가 존재할 수 있으며 본 발명에서는 저역 통과 필터(22)로 이 노이즈를 제거한다. 시동을 걸면 차종에 따라서는 10V 이하로 순간적인 전압 강하가 생기는데 이때 본 발명은 10V 이하의 전압을 인지하여 OBD Wakeup-I(13) 상태가 되어 OBD의 MCU(27)가 정상동작하게 되며 또 다른 시동 인지 전압인 14V까지 전압이 상승할 경우에도 본 발명의 회로 구조에서 13.5V 이상임을 인지하여 OBD Wakeup-II(14)상태가 되어 MCU(27)가 정상동작하게 된다. 이렇게 두 가지 전압 변동 값 중 즉 10V 이하 혹은 13.5V 이상 어느 하나라도 검출되면 MCU(27)가 시동이 걸린 상태로 인지하여 정상 동작하게 되는 것이다. 차량 운행 후 시동이 꺼지면(5) 일정 시간(수분 후) 지난 후 OBD는 슬립 모드로 전환되어 OBD 장치의 자체가 최소 전력 소모 상태로 전환되어 차량용 배터리의 방전에 일으나지 않도록 한다.

도 3은 본 발명의 플로어차트로 차량용 배터리 전압을 체크(1) 하여 10V 이하인가를 체크(2)하여 Yes 이면 시동 상태 I(4)로 인식하여 MICOM이 깨어나(6) 정상 OBD작동을 하며 10V 이하인가를 체크(2)하여 No 이면 다시 13.5V 이상인가 체크(3)하여 Yes 이면 시동 상태 II(5)로 인식하여 MICOM이 깨어나(6) 정상 OBD작동을 한다. 그리고 13.5V 이상인가 체크(3)하여 No 이면 시동 Off 상태로 인지하여 MICOM은 슬립상태를 계속 유지하며 계속 배터리 전압을 체크(1)하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시 예로 배터리 전압(21)은 노이즈 제거용 저역 통과 필터(22)를 거쳐 저항 2개 직렬 구성의 전압 분배기(28)에서 5V 이하로 분배한 전압 V3가 전압 값 검출기(29)를 통해 두 가지 검출 전압(10V, 13.5V) 값인 경우 MCU(30)에 제어 신호를 입력하는 구조이다. 전압 분압 값 V3는 관계식(28-1)에 의한다.

도 5는 본 발명의 배터리 전압 변화에 대한 비교기 출력을 나타내는 것으로 배터리 전압이 10V 이하인 경우와 13.5V 이상 인 경우 그래프(5-1)는 각각 하강 에지 출력이 나오며 그래프(5-2)는 각각 상승 에지 출력이 나오는 실시 예 이다. 출려 전압 즉 MCU의 인터럽트 입력의 전압은 MCU의 작동전압이나 입력 전압 조건에 따라 변경이 될 수 있으며 본 실시예에서는 3.3V MCU를 적용한 경우이다.

OBD : On Board Diagnostic MCU : Micro Controller Unit
LPF : Low Pass Filter INT : Interrupt

Claims

차량용 진단/감지 시스템의 차량 시동 상태 검지 구조에 있어 차량용 배터리 전원 라인에 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 필터를 거쳐 저항을 이용한 전압 분배 구조의 전압 분배기와 전압 분배기의 하나 이상의 출력은 하나 이상의 비교장치에 입력되어 사전에 정의된 배터리 전압에 해당할 경우 하나 이상의 제어 신호를 출력하여 마이크로 프로세스에 인터럽트 단으로 입력되어 마이크로 프로세스가 슬립모드에서 깨어나 정상 동작하는 것을 특징으로 하는 자동차 배터리 전압을 이용한 시동 상태 확인 시스템
청구항 1항에 있어 비교기를 제외하고 전압분배기와 소 전력 프로세스를 이용한 아날로그-디지털 변환 방식의 전압 검출방식을 특징으로 하는 자동차 배터리 전압을 이용한 시동 상태 확인 시스템