KR20210156521A - 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템에 있어서, 전기 특장 트럭 차량의 샤시, 보디, 전장품을 제어하는 차량 제어기, 상기 차량 제어기를 통해 차량이 제어되는 환경을 디스플레이하는 클러스터(1000), 상기 차량 제어기에 의해 제어되는 제어 전원을 통합하는 정션박스(2000), 및 상기 차량제어기, 클러스터, 정션박스를 연결하는 와이어링 하네스(3000), 및 차량 내부의 미세먼지를 감지하여 상기 차량 제어기에 인가하는 내부 미세먼지 감지센서와 차량 외부의 미세먼지를 감지하여 상기 차량 제어기에 인가하는 외부 미세먼지 감지센서 및 상기 차량 제어기의 제어에 따라 구동되는 공기청정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템을 제공한다.

Description

전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템{DIGITAL CLUSTER FOR ELECTRONIC VEHICLE}
본 발명은 미세먼지를 감지하여 차량내 공기 조절이 가능한 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템에 관한 것이다.
차량의 안전성, 편의성, 친환경성 등 다양한 요구에 따라 자동차의 전기전자시스템의 탑재 비율이 매년 빠르게 증가하면서 자동차의 전자화가 급속히 진행되는 중임. 이에 자동차 전체 제조 원가에서 전기전자시스템이 차지하는 비중이 증가하는 추세이다.
차량 내 전기전자시스템의 비중이 높아짐에 따라 전기전자시스템의 소프트웨어의 크기와 복잡도도 함께 증가하고 있다. 시스템의 복잡성 증가는 내재된 오류에 의한 자동차 결함 및 고장 발생으로 이어지고 있으며, 북미에서는 자동차 업계의 품질보증비용 중 약 40%가 전자 및 SW 문제에서 발생되는 것으로 알려지고 있다. 전기전자시스템이 복잡해짐에 따라 자동차업계는 시스템의 SW 간 호환성 및 재사용성 향상을 위해 차량용 표준 소프트웨어플랫폼 및 표준 규격 개발을 추진중에 있다. 유럽의 자동차 소트프웨어 업체들은 자동차용 실시간 운영체제를 출시하였고, 파워트레인부품 뿐만 아니라 샤시 및 바디 부품개발에서도 자동차용 실시간 운영체제가 적용된 전기전자시스템 개발이 진행되고 있다.
네비게이션, 오디오, 트립(Trip) 정보 표기를 위한 LCD를 적용한 디스플레이 방식의 계기판 및 하이브리드 자동차 및 전기자동차의 경우 표기할 데이터 증가에 따른 Flexible 도는 Secondary 디스플레이를 적용하고 있다.
전기자동차 및 제어시스템 사양 변경에 따른 전장품 신규 개발이 요구되고 있다. 모터, 고전압 배터리, 충전기 및 12V DC/DC 컨버터등으로 구성되는 전기동력 시스템의 변경에 따른 각각의 제어기 변경이 요구되고, ABS(Anti-Lock Brake Styatem), EPS (Electric Power Steering) 등 샤시제어시스템 신규 적용에 따른 제어기 추가가 요구되고, 후방 보행자 경보장치, 상하 조절식 시트 적용 등에 따른 바디 제어시스템 제어기 추가가 요구되고 있다.
도 1 은 전기 트럭(100)용 전장품을 나타낸 개략도이다. 전기 트럭용 전장품에는 각종 제어 장치로부터 발생하는 차량의 각종 상태정보를 표시하는 클러스터(1000), 정션박스(2000), 와이어링 하네스(3000)가 포함된다.
자동차는 전기에 의해 작동하는 다수의 전장 부품들을 포함하고 있으며, 이들 부품들에 전원을 안정적으로 공급하고 분배하기 위하여 일반적으로 많은 수의 퓨즈와 릴레이가 장착된다. 복수의 퓨즈와 릴레이를 분산시켜 배치하면 구조가 복잡해지고 제어가 어려우므로, 자동차에는 이러한 퓨즈 및 릴레이를 하나의 박스에 모아서 배치하고 있으며, 이를 정션 박스 또는 정션 블록(junction block)이라 한다. 정션 박스는 모터, 에어컨, 등화장치, 경고 표시장치 등에 차량 전장 부품들의 과전류 및 과부하가 발생하는 것을 방지하기 위한 보호 장치로서 퓨즈, 릴레이, 다이오드 등을 포함하여 누전 및 전기적인 합선에 의한 화재로부터 배선 및 차량을 보호한다. 또한, 정션 박스는 램프, 전동 팬, 전원모드 등과 같은 회로를 구성하여 관련된 전장품을 컨트롤할 수 있도록 한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2002-0097370호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0107724호 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0057883호
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소형 전기 특장차에 적용할 수 있는 디지털 클러스터, 저전압 정션박스, 저전압 와이어링 하네스로 구성된 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템에 있어서,
전기 특장 트럭 차량의 샤시, 보디, 전장품을 제어하는 차량 제어기;
상기 차량 제어기를 통해 차량이 제어되는 환경을 디스플레이하는 클러스터(1000);
상기 차량 제어기에 의해 제어되는 제어 전원을 통합하는 정션박스(2000);
상기 차량제어기, 클러스터, 정션박스를 연결하는 와이어링 하네스(3000); 및
차량 내부의 미세먼지를 감지하여 상기 차량 제어기에 인가하는 내부 미세먼지 감지센서와 차량 외부의 미세먼지를 감지하여 상기 차량 제어기에 인가하는 외부 미세먼지 감지센서 및 상기 차량 제어기의 제어에 따라 구동되는 공기청정기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템을 제공한다.
상기 차량 제어기는 CAN 통신을 통해 상기 샤시 보디 전장품을 제어하고 상기 클러스터를 통해 상기 제어 정보를 디스플레이하도록 하는 것을 특징으로 하는 디지털 클러스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정션박스는 전기차량용 HVAC, 인버터, 충전기, 12V DC/DC등의 고전압 시스템과 상기 클러스터, 샤시제어, 보디제어, 전장품 및 제어 전원을 통합 하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 제어기는 상기 내부 미세먼지 감지 센서와 상기 외부 미세먼지 감지 센서의 감지 신호에 따라 차량 내의 공기 흐름을 제어하는 차량 공조 시스템을 내기모드 또는 외기 모드로 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기차의 제어시스템에 요구되는 동작을 위하여 정션 박스 및 와이어링 하네스의 무결성을 보장할 수 있다.
본 발명에 따르면 정션 박스의 소형화 및 경량화를 가능하게 하고, MCU를 통해 각종 고장 진단 및 감시 기능을 구비하여 차량의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 엔진구동방식에서 전기구동방식으로 변경하여 저소음 및 무공해 실현하는 다목적 소형 전기 트럭을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초소형 전기차량에 기존 안전 및 편의 장치 기술을 접목하여 경쟁력 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 미세먼지센서와 공기청정기를 포함하여 공기 질에 따라 차량의 공조시스템을 조정하고 공기청정기를 가동하여 차량 내부의 공기 질을 청정하게 유지할 수 있다.
도 1 은 전기 트럭(100)용 전장품을 나타낸 개략도이다.
도 2 는 클러스터(1000)를 나타낸 사시도이고, 도 3 및 4는 클러스터(1000)의 사시도이다.
도 5 는 전기 트럭용 전장 부품의 전체 구성을 나타낸 도면이다.
도 6 은 CAN 통신 프로토콜 정의를 나타낸 도면이다.
도 7 은 리모트 프레임을 나타낸 도면이다.
도 8은 Error Delimiter를 나타낸 도면이다.
도 9는 오버로드 프레임을 나타낸 도면이다.
도 10은 비트 스터핑을 나타내는 도면이다.
도 11은 저전압 정션 박스의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 정션 박스의 방열구조를 나타낸 도면이다.
도 13은 차량의 와이어링 하네스 경로 설계의 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 차량 와이어링 하네스 배치를 나타낸 도면이다.
도 15는 클러스터의 디스플레이를 나타낸 도면이다.
도 16은 터치 버튼의 작동을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 클러스터 CAN 프로토콜을 나타내는 표이다.
이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 구성 및 작용에 대해 설명한다.
도 2 는 클러스터(1000)를 나타낸 사시도이고, 도 3 및 4는 클러스터(1000)의 사시도이다. 클러스터(1000)는 전기자동차의 여러 정보를 CAN(controller area network) 통신을 이용하여 표시한다. 도 2의 화면에 게시되는 바와 같이, 리어 포그 라이트, 프론트 포그 라이트, 하이빔 헤드라이트, 로빔 헤드라이트, 방향표시등, 사이드라이트 인포메이션, 핸드프레이크 워닝, 12V 배터리 워닝, 충전 상태 표시등, 서비스 요청, 모드, 기어 위치, 모터 ROM 게이지, DTE 게이지, SOC 게이지, Odo 미터/트립 미터/볼트 미터/에러코드, 터치 버튼이 표시된다.
CAN은 제어용 실시간 네트워크에 대한 필요에 따라 1980년대에 자동차용 네트워크 프로토콜로 개발된 것으로, CAN의 높은 데이터 처리속도, 전기적 장애에 대한 강한 면역성 및 에러를 감지하고 교정하는 능력으로 자동차 뿐만 아니라 제조업, 항공, 철도 등의 여러 산업분야에도 널리 이용될 수 있는 체계이다.
클러스터(1000)는 TFT LCD를 기반으로 한 디지털 클러스터이다. 통합된 클러스터를 제공한다.
도 3 및 4에 도시되는 바와 같이, 클러스터(1000)는 마스크(1200), 프레임(1300), LCD 및 PCB 어셈블리(1100), 리어 커버(1400), 고정브라켓(1600)을 포함한다. 마스크(1200)는 LCD 및 PCB 어셈블리(1100)의 화면 가장자리를 전면에서 커버하고, 프레임(1300)은 LCD 및 PCB 어셈블리(1100)의 가장자리를 보호하도록 둘레에 결합하고, 고정브라켓(1600)은 클러스터(1000)를 차량 운전석 측 계기판 설치 위치에 용이하게 장착하면서도, 클러스터(100)의 LCD 및 PCB 어셈블리(1100)의 무게를 지지하도록 구성된다. 고정브라켓(1600)은 클러스터(1100)의 하단을 지지하는 할 수 있도록, 클러스터(1100)의 가로길이에 상응하는 길이의 플레이트 형상의 가로지지대(1610), 가로지지대(1610)의 양 단부에서 상측으로 연장되는 한쌍의 플레이트 형상의 결합부(1640,1650), 단부가 하방으로 연장되어 차량 내부의 프론트 보드에 결합되는 설치부(1620,1630)를 포함한다. 결합부(1640,1650)는 LCD 및 PCB 어셈블리(1100)의 디스플레이 화면의 배면인 후면 하단에 나사 결합할 수 있도록 결합공이 형성되는 것이 바람직하고, 결합부(1640,1650)가 LCD 및 PCB 어셈블리(1100)의 후면 즉, PCB 후면에 나사 결합하므로, 클러스터에서 가장 무게가 많이 나가는 LCD 및 PCB 어셈블리(1100)를 직접 지지할 수 있게 된다.
도 5 는 전기 트럭용 전장 부품의 전체 구성을 나타낸 도면이다. 차량의 제어를 위하여 차량 제어기가 CAN 통신을 통해 차량을 제어하고, 차량의 제어되는 환경을 클러스터를 통해 사용자에게 차량 정보를 전달한다. 클러스터, 샤시제어, 보디제어, 전장품 및 제어 전원을 통합하는 정션박스와 이들을 연결하는 와이어링하네스, 통합된 정보를 디스플레이하는 클러스터, 전기차량용 HVAC, 인버터, 충전기, 12V DC/DC등의 고전압 시스템을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 전기 트럭용 전장 부품은 클러스터(1000), 정션박스(2000), 및 와이어링 하네스(3000)를 포함하는 저전력 디스플레이 시스템을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전기 트럭용 전장 부품은 차량 제어기가 공기질 제어를 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 소형 차량은 미세먼지센서를 포함하여 미세먼지 센서의 센싱 값에 따라, 상기 차량 제어기는 차량 내의 공기 흐름을 제어하는 차량 공조 시스템을 내기모드 또는 외기 모드로 제어한다. 본 발명의 실시예에 따른 소형 차량은 공기청정기를 포함하여 차량제어기는 상기 미세먼지 센서의 센싱 값에 따라 공기청정기의 구동을 조정한다. 미세먼지센서는 차량 외부에 장창되는 외부 미세먼지 센서와 내부에 창착되는 내부 미세먼지센서를 포함한다. 차량제어기는 차량 외부의 미세먼지 농도가 낮고, 내부 미세먼지 농도가 낮을 경우 공기조절기는 차량 공조 시스템을 외기모드로 조정한다. 차량 외부의 미세먼지 농도가 높고, 내부 미세먼지 농도가 낮을 경우 차량제어기는 차량 공조 시스템을 내기 모드로 조정한다. 차량 외부의 미세먼지 농도가 높고 내부 미세먼지 농도가 높을 경우 차량 공조 시스템을 내기모드로 조정하고, 공기 청정기를 작동시켜, 차량 실내 공기 질을 청정하게 유지할 수 있게 된다. 차량 실내 공기질 상태는 디스플레이 시스템에 표시될 수 있다.
CAN 통신 프로토콜은 ISO의 OSI 참조 모델에 의거하여 정의된 통신 단말기들간의 정보 교환 방식을 정하고 있는 데, OSI의 7개 계층 중에서 CAN의 아키텍처는 하위 두 개의 물리적 계층과 데이터 링크 제어 계층에 걸쳐 정의되어 있다. CAN은 버스 접근 우선 순위를 나타내는 식별자를 메시지 종류에 따라 고유하게 부여할 수 있다. 이때, 식별자의 숫자가 낮을수록 높은 우선 순위를 의미한다. 이 식별자에 의해 메시지의 충돌을 막을 수 있는 데, 비파괴 비트 방식이라는 중재 방식을 통해 충돌한 메시지 가운데 가장 높은 우선 순위의 메시지가 지연 시간없이 버스를 이용할 수 있어 실시간 데이터의 전송에 적합하다.
도 6 은 CAN 통신 프로토콜 정의를 나타낸 것으로 도시되는 바와 같은 Arbitration Field 구조를 가지고 있다. 도 7 은 리모트 프레임을 나타낸 것으로, Receiver가 transmitter에 data를 요청할 때 출력하는 frame이다. Arbitration field에는 transmitter의 ID가 포함되며 data field가 없는 것이 특징이다. 에러 프레임은 Error 상황을 알리기 위한 frame이다. Error를 감지한 node가 6 dominant bit를 출력하면, 다른 node는 이에 반응 (stuff error)하여 6 dominant bit를 출력한다. 6~12 dominant bits (Error Flag) + 8 recessive bits (Error delimiter)로 구성된다. Node들이 출력하는 error flag의 순서에 따라서 중첩될 수 있다. 도 8은 Error Delimiter를 나타낸 도면으로 Error frame의 종료를 나타낸다. 8 recessive bit로 구성된다. 도 9는 오버로드 프레임을 나타내는 것으로, Receiver의 내부 조건에 의해서 다음 data/remote frame 사이에 delay가 필요한 경우, 사이의 intermission의 Frame 1,2 bit가 dominant bit인 경우, Error delimiter 또는 overload delimiter의 마지막 bit가 dominant bit 인 경우, > 6 dominant bits (Overload Flag) + 8 recessive bits (Overload delimiter)로 구성된다. 도 10은 비트 스터핑을 나타내는 도면으로 전송할 내용이 같은 bit가 5개 연속이면 6번째 bit는 반대의 bit를 끼워넣는다. 비동기식 통신이므로 각 bit의 check 시점이 달라지는 오차를 줄이기 위한 방법이다. Transmitter에 의해 만들어지며, receiver는 이를 빼고 해석한다. Bit Stuff Area는 SOF, Arbitration Field, Control field, Data field, CRC field를 포함한다.
도 11은 저전압 정션 박스의 구성을 나타낸다. 본 발명에 따른 정션박스(2000)는 40℃에서 150℃까지 온도를 변화 시키면서 스위치 회로의 동작 확인하여 온도 검증이 이루어진다.
정션박스(2000)는 차체제어모듈(Body Control Module: BCM), 램, 클러스터, 각종 스위치 제어 기반의 시스템 등과 Controller Area Network(CAN) 통신을 이용하여 정보를 교환하고 부하 구동에 필요한 전원 배분 역할을 한다. 정션 박스의 구성요소인 퓨즈(Fuse), 릴레이(Relay)와 동일한 기능을 가지는 반도체 소자인 지능형 전력스위치(Intelligent Power Switch: IPS)를 사용하여 차량의 제어 정보를 주고 받으며, 제공된 정보를 사용자를 위해 디스플레이되도록 한다. 도 12는 정션 박스(2000) 구성요소의 방열구조를 나타낸 도면이다. 방열 면적을 증가시키고, 특히 방열핀은 aluminum으로 구성하고 칩 저면에 cooper 재질로 구성하여 냉각 성능을 향상시킨다. 방열 면적이 15% 향상하여 종래 176℃까지 상승하던 온도를 132℃로 저감시킬 수 있게 된다.
도 13은 와이어링 하네스 경로 설계의 예를 나타낸 도면이고 도 14는 차량 와이어링 하네스 배치를 위한 기초 분석을 나타낸 도면이다. 와이어링 하네스는 차량 구조 분석을 기반하여 설계한다. 배터리, 정션박스, 도어 등의 다양한 센서와의 연동이 가능하고, 최단거리의 와이어링 하네스 설계한다. A는 배터리 케이블을 나타내고, B는 엔진 메인 와이어를 나타내고, C는 엔진 와이어를 나타내고, D는 메인 와이어를 나타내고, E는 플로어 와이어, F는 충돌 패드 와이어, G/H는 루프 와이어, I/J는 프론트 도어 와이어, K/L은 리어 도어 와이어, M은 트렁크 와이어, N은 후방 센서 와이어를 나타낸다.
본 발명에 따르면, 배터리, 정션박스, 도어 등의 다양한 센서와의 연동이 가능한 와이어링 하네스를 최단거리로 구현하게 된다.
한편, 도 15는 클러스터의 디스플레이를 나타낸 도면이다. 도 15의 화면을 참조하여 각 아이콘이 나타내는 것을 설명하면 다음과 같다. 1은 리어 포그 라이트, 2는 프론트 포그 라이트, 3은 하이빔 헤드라이트, 4는 로빔 헤드라이트, 5는 방향표시등, 6은 사이드라이트 인포메이션, 7은 핸드프레이크 워닝, 8은 12V 배터리 워닝, 9는 충전 상태 표시등, 10은 서비스 요청, 11은 모드, 12는 기어 위치, 13은 모터 ROM 게이지, 14는 DTE 게이지, 15는 SOC 게이지, 16은 Odo 미터/트립 미터/볼트 미터/에러코드, 17은 터치 버튼을 나타낸다. 터치 버튼은 버튼 누르는 press time으로 컨트롤 펑션을 구분할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 터치 버튼은 디스플레이 전환과 odo meter/trip meter 초기화 기능을 수행한다. 도 16은 터치버튼 동작의 흐름을 나타내는 흐름도이다. trip meter 상태에서 짧게 누르면 볼트 게이지, odo meter로 전환되고, trip meter 또는 odo meter 상태에서 길게 누르면 각각의 리셋 작용을 한다. 에러 코드가 발생하면 오른쪽 에러 코드 진행 루틴으로 자동 진입하고, 에러 코드 상태에서 짧게 누르면 에러 코드 자동 디스플레이가 해제된다.
한편, 도 17은 클러스터 CAN 프로토콜을 나타내는 표이다. 도시되는 바와 같이 VCU(Vehicle Control Unit)으로부터 CAN 통신을 이용하여 도 17에 정의된 프로토콜에 따라 신호를 받으면 해당하는 표지가 클러스터(100)에 디스플레이되도록 제어된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 전기차의 제어시스템에 요구되는 동작을 위하여 정션 박스 및 와이어링 하네스의 무결성을 보장할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 정션 박스의 소형화 및 경량화를 가능하게 하고, MCU를 통해 각종 고장 진단 및 감시 기능을 구비하여 차량의 안정성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 기존의 엔진구동방식에서 전기구동방식으로 변경하여 저소음 및 무공해 실현하는 다목적 소형 전기 트럭을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 초소형 전기차량에 기존 안전 및 편의 장치 기술을 접목하여 경쟁력 확보할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템에 있어서,
    전기 특장 트럭 차량의 샤시, 보디, 전장품을 제어하는 차량 제어기;
    상기 차량 제어기를 통해 차량이 제어되는 환경을 디스플레이하는 클러스터(1000);
    상기 차량 제어기에 의해 제어되는 제어 전원을 통합하는 정션박스(2000); 및
    상기 차량제어기, 클러스터, 정션박스를 연결하는 와이어링 하네스(3000); 및
    차량 내부의 미세먼지를 감지하여 상기 차량 제어기에 인가하는 내부 미세먼지 감지센서와 차량 외부의 미세먼지를 감지하여 상기 차량 제어기에 인가하는 외부 미세먼지 감지센서 및 상기 차량 제어기의 제어에 따라 구동되는 공기청정기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 클러스터를 포함하는 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 제어기는 CAN 통신을 통해 상기 샤시 보디 전장품을 제어하고 상기 클러스터를 통해 상기 제어 정보를 디스플레이하도록 하는 것을 특징으로 하는 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 제어기는 상기 내부 미세먼지 감지 센서와 상기 외부 미세먼지 감지 센서의 감지 신호에 따라 차량 내의 공기 흐름을 제어하는 차량 공조 시스템을 내기모드 또는 외기 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 전장품 정보 통합 기능이 적용된 디스플레이를 포함하는 전기차량 제어시스템.
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KR20020097370A (ko) 2001-06-20 2002-12-31 현대자동차주식회사 하이브리드 전기 자동차에서 ｃａｎ 통신을 이용한 표시장치 및 방법
KR20110107724A (ko) 2010-03-25 2011-10-04 한국전력공사 Ｃａｎ 통신을 이용한 프로토콜 메시지 전송 방법
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