KR20180108677A - 자동차 전기 시스템 및 자동차 전기 시스템의 격리 시스템 - Google Patents

자동차 전기 시스템 및 자동차 전기 시스템의 격리 시스템 Download PDF

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Abstract

자동차 전기 시스템에 있어서, 종래의 자동차 버스 시스템이 상이한 버스 모듈 간 통신 효율이 낮고 안전성이 낮은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, 상기 자동차 전기 시스템은 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 CAN 버스를 포함하며, 상기 CAN 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되고, 상기 자동차 전기 시스템은 ICAN 격리 버스를 더 포함하되, 상기 ICAN 격리 버스는 상기 CAN 버스들 중 적어도 두 개의 버스 사이에 마련되어, 일 CAN 버스 상의 모듈을 타 CAN 버스 상의 모듈에 연결시킨다. 또한 자동차 전기 시스템의 격리 시스템 및 자동차 전기 시스템의 격리 방법을 공개한다. 본 분야의 당업자는, 상이한 CAN 버스들 사이에 ICAN 격리 버스가 마련되므로, 상이한 버스들 상의 모듈은 ICAN 격리 버스를 통해 직접적으로 통신을 할 수 있고, 자신이 속하는 버스 및 게이트웨이를 통할 필요가 없으며, 통신 회로를 대폭으로 절약할 뿐만 아니라, CAN 버스 또는 게이트웨이 고장 등으로 초래되는 통신 누설 또는 통신 불능을 피할 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.

Description

자동차 전기 시스템 및 자동차 전기 시스템의 격리 시스템
본 발명은 자동차 회로에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자동차 전기 시스템 및 자동차 전기 시스템의 격리 시스템에 관한 것이다.
자동차 버스 시스템은 실질적으로 어떠한 통신 프로토콜(예를 들어 CAN 프로토콜)을 통해 자동차 내부의 각 ECU 노드를 연결함으로써, 자동차 내부의 근거리 통신망을 형성한다. 노드는 자신의 센서 정보 및 버스 상의 정보에 따라, 예를 들어 조명 온/오프, 전기 기계 온/오프 등 소정의 제어 기능 및 동작을 완성하고, 노드 사이의 통신은 버스를 통해 실현된다. 노드 각각은 통상적으로 MCU(또는 DSP 등), 인터페이스 회로, 버스 제어기, 버스 구동 장치 등으로 구성된다. 지금까지, 자동차에는 여러 종류의 버스 표준이 만들어졌고, 버스가 실현시키는 기능으로 분류하면 두 종류로 나눠질 수 있으며, 한 종류는 예를 들어 SAE의 J1850, 독일 폭스바겐의 ABUS, 보쉬의 CAN, ISO11898 및 ISO11519, 미국 IBM의 AutoCAN, ISO의 VAN, 마쓰다의 PALMNET 및 저속도 상황용 LIN 등인 제어 정책 기반 버스이고, 다른 한 종류는 예를 들어 IDB-C, IDB-1394, MOST, AMIC-C 등인 대용량 데이터 전송을 목적으로 하는 멀티미디어 버스이다.
종래 기술로써, CN101350756A는 CAN 버스 통신 시스템을 공개하였다. 상기 CAN 버스 통신 시스템은 CAN 버스 및 LIN 버스로 구성되며, 모두 5개의 네트워크 채널을 가지고, 각 네트워크 채널 사이에는 게이트웨이를 통해 연결되어 정보 공유를 실현한다. 하지만, 상기 종래 기술은 일부 문제를 가진다. 구체적으로는, 일 버스 상의 모듈이 타 버스 상의 모듈과 통신이 필요한 경우, 모두 먼저 자신이 속하는 버스를 통해 게이트웨이로 정보가 전송되어야 하고, 또한 게이트웨이를 통해 대상 모듈이 속하는 버스로 정보가 전송되어야 한다. 이러한 경우, 일 측면으로는 과도한 통신 회로를 점용해야 하고, 다른 측면으로는 보안 취약점이 있다. 더욱 구체적으로는, 어느 한 버스 또는 게이트웨이에 고장이 발생하거나 악의적인 침입이 있는 경우, 두 버스 상의 상이한 모듈간의 통신은 진행될 수 없거나 도용 또는 변조될 가능성이 있다.
따라서, 본 분야는 새로운 자동차 전기 시스템으로 이러한 문제를 해결할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 기존 기술의 상기 문제를 해결하는 것으로, 즉 종래 자동차 버스 시스템이 상이한 버스 상의 모듈들의 통신 효율이 낮고, 안전성이 낮은 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 이 목적을 위해서, 본 발명은 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 버스를 포함하며, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되는 자동차 전기 시스템에 있어서, 상기 자동차 전기 시스템은 격리 시스템을 더 포함하되, 상기 격리 시스템은 상기 버스들 중의 적어도 두 개의 버스 사이에 마련되어, 일 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템을 제공한다.
상기 자동차 전기 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 버스는 CAN 버스이며, 그리고/또는 상기 격리 시스템은 ICAN 격리 버스이다.
상기 자동차 전기 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 ICAN 격리 버스는 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스 중 적어도 2개의 버스 상의 모듈을 서로 연결시킨다.
상기 자동차 전기 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 동력 버스 상의 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 VCU 모듈, MCU 모듈 및 BMS 모듈 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 자동차 전기 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 차체 버스 상의 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 ESP 모듈을 포함한다.
상기 자동차 전기 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 ADAS 버스 상의 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 ADAS 모듈을 포함한다.
상기 자동차 전기 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 모듈 각각의 제어기에는 모두 CAN 송수신기가 마련된다.
본 발명의 다른 측면에 따라, 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 버스를 포함하며, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되는 자동차 전기 시스템의 격리 시스템에 있어서, 상기 버스들 중의 적어도 두 버스 사이에 마련되어 일 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템의 격리 시스템을 제공한다.
상기 격리 시스템의 바람직한 실시예에서, 상기 버스는 CAN 버스이며, 상기 격리 시스템은 ICAN 격리 버스이고, 상기 ICAN 격리 버스는 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스 중 적어도 2개의 버스 상의 모듈을 서로 연결시킨다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 CAN 버스를 포함하되, 상기 CAN 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되는 자동차 전기 시스템의 격리 방법에 있어서, ICAN 격리 버스를 통해 상기 CAN 버스 중의 일 버스 상의 모듈을 상기 CAN 버스의 타 버스 상의 모듈로 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템의 격리 방법을 제공한다.
본 분야의 당업자는, 상이한 CAN 버스 사이에는 ICAN 격리 버스가 마련되며, 상이한 버스 상의 모듈은 ICAN 격리 버스를 통해 직접적으로 통신을 할 수 있고, 자신이 속하는 버스 및 게이트웨이를 통할 필요가 없으며, 통신 회로를 대폭으로 절약했을 뿐만이 아니라, CAN 버스 또는 게이트웨이 고장 등으로 초래되는 통신 누설 또는 통신 불능을 피할 수 있으므로, 자동차 내부 통신의 안전성을 현저하게 높인다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 종래 기술의 자동차 버스 시스템의 위상도이다.
도 2는 본 발명의 자동차 버스 시스템의 위상도이다.
도 3은 본 발명의 자동차 버스 시스템의 모듈의 구조 설명도이다
도 4는 본 발명의 자동차 버스 시스템의 일부 확대도이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시 방식들을 도면을 통해 설명한다. 본 분야의 당업자는, 이러한 실시 방식들이 단지 본 발명의 기술 원리를 해석하기 위한 것으로, 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것이 아니다는 것을 당연히 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명은 자동차 버스 시스템을 결합하여 설명하는 것이지만, 본 분야의 당업자는, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 상황에서, 본 발명은 명백하게 다른 모든 유형의 차량 전기 시스템에 응용될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다.
우선 도 1을 참조하면, 해당 도면은 종래 기술의 자동차 버스 시스템의 위상도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 해당 자동차 버스 시스템은 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS(즉 첨단 운전자 보조 시스템, Advanced Driver Assistant System, 약칭은 ADAS이다) 버스, 즉 3 개의 버스를 포함한다. 3 개의 버스는 게이트웨이를 통해 연결되어 정보 공유를 실현한다. 배경 기술부분에서 설명한 바와 같이, 상기 시스템은 일부 문제가 존재한다. 예를 들어, 동력 버스 상의 VCU(차량 제어 유닛, Vehicle Control Unit) 모듈이 차체 버스 상의 ESP(전자식 안정 프로그램, Electronic Stability Program) 모듈과 통신이 필요한 경우, 먼저 자신이 속한 동력 버스를 통해 정보를 게이트웨이로 전송한 다음, 다시 게이트웨이를 통해 ESP 모듈이 속한 차체 버스로 전송해야 한다. 이 경우, 과도한 통신 회로를 점용했을 뿐만 아니라, 동력 버스와 차체 버스 중 어느 한 버스 또는 게이트웨이에 고장이 발생하거나 또는 악의적인 침입이 있는 경우, VCU 모듈과 ESP 모듈 사이의 통신은 진행될 수 없거나 도용 또는 변조될 가능성이 있다.
다음으로 도 2를 참조하면, 해당 도면은 본 발명의 자동차 버스 시스템의 위상도를 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 자동차 전기 시스템 또한 게이트웨이 및 게이트웨이에 병렬로 연결된 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스를 포함하며, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결된다. 도 2에서 도시하는 실시 방식에서, 동력 버스 상에는 VCU 모듈, MCU(마이크로제어 유닛, Microcontroller Unit) 모듈, BMS(배터리 관리 시스템, Battery Management System) 모듈, DCDC(직류-직류 컨버터, Direct Current to Direct Current converter) 모듈 및 충전기가 연결된다. VCU 모듈에는 DC 충전 스테이션이 더 연결된다. 차체 버스 상에는 ESP 모듈 및 EPB(전자식 주차, Electronic Parking Brake) 모듈이 연결된다. ADAS 버스 상에는 ADAS 모듈이 연결된다. 도 2에 도시된 모듈의 구체적인 내용 및 수량은 단지 예시적인 것으로, 본 분야의 당업자는 필요에 따라 상이한, 더욱 많은 또는 더욱 적은 모듈을 제공할 수 있음에 당연히 주목해야 한다.
계속하여 도 2를 참조하면, 본 발명의 자동차 전기 시스템은 ICAN 격리 버스(Isolation CAN Bus)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 예시로서, 도 2의 ICAN 격리 버스는 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스 사이에 마련되며, 일 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시킨다. 도 2의 예시적인 실시 방식에서, 상기 동력 버스 상의, 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 VCU 모듈, MCU 모듈 및 BMS 모듈을 포함하고, 상기 차체 버스 상의, 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 ESP 모듈이고, 상기 ADAS 버스 상의, 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 ADAS 모듈이다. ICAN 격리 모듈에 대해 주목해야 할 점은, 해당 버스를 "격리 버스"로 명명하는 것인데, 그 이유는, 상기 버스는 기타 버스 상의 모듈을 직접적으로 서로 연결시키며, 게이트웨이에 대해 이러한 모듈을 격리시키기 때문이다. 물론, 상기 ICAN 격리 버스는 게이트웨이를 통하지 않으며, 상이한 버스 상의 모듈을 직접적으로 서로 연결시키기 때문에 상기 ICAN 격리 버스를 "쇼트 서킷 버스(short circuit bus)"라고 명명할 수도 있다. 그 외, 도 2에 도시된 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈의 구체적인 내용 및 수량은 단지 예시적인 것으로, 본 분야의 당업자는 구체적인 응용 장소에 따라 상이한, 더욱 많은 또는 더욱 적은 모듈을 제공할 수 있다. 이는 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않으므로, 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.
도 2를 바탕으로, 본 발명은 자동차 버스 시스템의 격리 시스템을 더 제공하며, 상기 자동차 버스 시스템은 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스를 포함하되, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결된다. 상기 격리 시스템은 상기 버스들 중의 적어도 두 버스 사이에 마련되어, 일 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 상기 버스는 CAN 버스이며, 상기 격리 시스템은 ICAN 격리 버스이고, 상기 ICAN 격리 버스는 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스 중 적어도 두 버스 상의 모듈을 서로 연결시킨다. 그 외, 본 발명은 자동차 버스 시스템의 격리 방법을 더 제공하며, 상기 자동차 버스 시스템은 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스를 포함하되, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결된다. 상기 방법은: ICAN 격리 버스를 통해 상기 3 개의 버스 중의 하나의 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 분야의 당업자는 다음 사항들을 이해할 것이다. 본 발명의 격리 시스템은 자동차 버스 시스템에 이중 보호를 하는 것으로, 만약 게이트웨이에 악의적인 침입이 있으면, 버스(동력 버스, 차체 버스 또는 ADAS 버스) 상의 정보는 수정될 수 있으며, 오류 및 의도하지 않은 조작이 초래된다. 일부 모듈에 오류 정보가 검출되는 경우, 기설정된 안전 행동을 취한다. 만약 이러한 오류 또는 조작이 전기 기계 제어 시스템 전후에서 발생되면, 제어기는 전기 기계 출력을 종료함으로써 의외의 발생을 방지할 수 있다. 이러한 의도하지 않은 조작은 운전자의 안전 위험을 초래할 수 있으며, 이때 격리 시스템은 중요 정보 전달 시 중요 정보를 보호할 수 있다. 중요한 모듈을 상기 ICAN 격리 버스에 연결함으로써, 중요 정보가 영향을 받지 않으며 비사용자(해커)가 모듈을 제어하는 것을 방지할 수 있고, 일부 모듈에 대한 제어 및 조작은 필히 상기 CAN 통신 프로토콜의 측위가 있어야만 각 모듈에 정확한 명령 및 제어를 할 수 있다.
그 외, CAN 통신에 정보 전송의 우선 순위를 설정한다. 기설정된 우선 수치는 변경될 수 없으며, 수치가 작을수록 더욱 높은 우선 순위를 가지고, 중요한 모듈을 상기 ICAN 격리 버스에 연결시켜 동력 버스, 차체 버스 또는 ADAS 버스의 부하율을 분담할 수 있고, 동시에 정보가 게이트웨이를 통해 지정 모듈에 전송되는 지연율을 낮출 수 있다. 또한, 상기 ICAN 격리 버스는 시스템의 안정성을 높일 수 있으며, 일부 모듈의 동작을 지정할 수 있고, 기타 모듈을 절전 모드에 진입시켜, 전체 시스템이 에너지를 더욱 절약하도록 한다. 예를 들어, DC 충전 스테이션은 VCU 모듈만 온 시키고, 기타 모듈은 수면 상태를 유지시킬 수 있다.
계속하여 도 3을 참조하면, 해당 도면은 본 발명의 자동차 버스 시스템의 모듈의 구조 설명도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상이한 버스 상의 모듈을 독립적으로 통신시키기 위해, 본 발명의 각 모듈의 제어기에는 모두 CAN 송수신기가 마련된다. 독립적인 CAN 제어기의 모듈을 마련하는 것과 비교하여, 본 발명의 이러한 설정은 상이한 버스 상의 모듈이 상기 ICAN 격리 버스를 통해 통신을 할 수 있고, 출력 입력 포트의 자원을 절약할 수 있으며, 회로 구조를 간략화 할 수 있다.
마지막으로 도 4를 참조하면, 해당 도면은 본 발명의 자동차 버스 시스템의 부분 확대도이다. 도 4에 도시된 바처럼, 본 발명의 기술 방안에 따라, 상하류 신호는 모두 CAN 통신 프로토콜에 따라서 각각 보정되고, 상류 정보는 ID2를, 하류 정보는 ID1을 가지고, 두 정보는 모두 CAN 버스 상에서 최고의 우선 값을 가지며, 더욱 높은 우선 값의 신호가 CAN 버스를 점용함으로써 통신 불능을 초래하지 않고, 양측은 중요 정보를 동시에 전송할 수 있고, 버스 부하 및 지연율을 낮출 수 있다. 또한, 지연율은 CAN 통신의 오류 프레임에 의해 초래될 수 있으며, 정보 전송 에러 시, 시스템은 에러 카운팅 프로세스에 진입하고, 해당 모듈이 오프(Bus Off)되며, Bus Off 전에 특정 버스가 계속해서 점용 당해 기타 모듈을 사용할 수 없는 것을 초래할 때까지, 전송 에러 카운터는 증분된다. 하지만, 본 발명의 기술 방안에 따라, 만약 동력 버스가 에러 카운팅에 점용 당하면, 자동차 제어 유닛(VCU)은 상기 ICAN 격리 버스를 통해 긴급 고장 명령을 전달할 수 있고, 운전자의 안전을 보장한다.
지금까지는 이미 도면에 도시된 바람직한 실시 방식을 참조하여 본 발명의 기술 방안을 설명하였지만, 본 분야의 당업자는, 본 발명의 보호 범위가 명백하게 이러한 구체적인 실시 방식에 국한되지 않음을 이해할 것이다. 본 발명의 원리를 벗어나지 않는 전제하에, 본 분야의 당업자는 관련 기술 특징에 동일한 보정 또는 대체를 할 수 있고, 이러한 보정 또는 대체 후의 기술 방안은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (10)

  1. 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 버스를 포함하며, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되는 자동차 전기 시스템에 있어서, 상기 버스들 중의 적어도 두 버스 사이에 마련되어, 일 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 격리 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버스는 CAN 버스이며, 그리고/또는 상기 격리 시스템은 ICAN 격리 버스인 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 ICAN 격리 버스는 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스 중 적어도 두 버스 상의 모듈을 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동력 버스 상의, 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 VCU 모듈, MCU 모듈 및 BMS 모듈 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 차체 버스 상의, 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 ESP 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 ADAS 버스 상의, 상기 ICAN 격리 버스로 연결된 모듈은 ADAS 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 모듈 각각의 제어기에는 모두 CAN 송수신기가 마련되는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템.
  8. 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 버스를 포함하며, 상기 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되는 자동차 전기 시스템의 격리 시스템에 있어서, 상기 버스들 중 적어도 두 버스 사이에 마련되어 일 버스 상의 모듈을 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템의 격리 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 버스는 CAN 버스이며, 상기 격리 시스템은 ICAN 격리 버스이고, 상기 ICAN 격리 버스는 동력 버스, 차체 버스 및 ADAS 버스 중 적어도 두 버스 상의 모듈을 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템의 격리 시스템.
  10. 게이트웨이 및 상기 게이트웨이에 병렬로 연결된 다수의 CAN 버스를 포함하며, 상기 CAN 버스 각각에는 적어도 하나의 모듈이 병렬로 연결되는 자동차 전기 시스템의 격리 방법에 있어서, ICAN 격리 버스를 통해 상기 CAN 버스 중 일 버스 상의 모듈을 상기 CAN 버스 중 타 버스 상의 모듈에 연결시키는 것을 특징으로 하는 자동차 전기 시스템의 격리 방법.
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