KR20230103051A - 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스 - Google Patents

차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시뮬레이터를 활용하여 정션 박스 내부의 파워 스위치 각각에 흐르는 전류 측정치를 측정한 후 실제 흘려준 전류와의 오차를 보정한 보정 전류값을 정션 박스의 메모리에 저장시킨 정션 박스를 차량에 탑재시킬 수 있도록 함으로써 차량의 ECU가 정션 박스를 통하여 보정된 전류값을 수신할 수 있도록 한 "차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스"에 관한 것이다.
본 발명의 제 1 실시예인 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법은,
(a) 컴퓨터 단말, 상기 컴퓨터 단말에 의하여 제어되는 시뮬레이터, 일정 전류를 도전시키는 전자부하기 및 1~ n(n은 1보다 큰 자연수)개의 파워 스위치가 내장되어 있는 정션 박스를 준비하는 단계;
(b) 상기 시뮬레이터에 의하여 i(i는 1에서 n까지)번째 파워 스위치가 턴온되고 상기 i번째 파워 스위치를 상기 전자부하기에 직렬 연결시키는 단계;
(c) 전자부하기에 상이한 입력 전류값을 6번 순차적으로 입력시키는 단계;
(d) 상기 전자 부하기와 직력 연결되는 상기 i번째 파워 스위치에 흐르는 출력 전류값인 각 전류 측정치를 상기 컴퓨터로 전송하는 단계;
(e) 상기 컴퓨터 단말에서 소정의 전류 보정 함수식을 생성하여 상기 정션 박스의 메모리에 저장시키는 단계;
(e) 상기 단계 b 에서 단계 e 를 상기 n 개의 파워 스위치 각각에 대하여 반복하는 단계르 구비하며,
상기 전류 보정 함수식은
Figure pat00007
이며,
상기 전자부하기에 입력되는 6개의 입력 전류값 각각과 상기 파워 스위치에서 출력되는 6개의 전류 측정치 각각을 x, y좌표로 구성한 후, 상기 전류 함수식에 대입하여 상기 변수 a, b, c, d, e, 및 f를 구한 다음, 해당 전류 보정 함수식을 상기 정션 박스의 메모리에 저장시키는 것을 특징으로 한다
본 발명에서 제안하는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스를 실시하는 경우 정션 박스의 각 파워 스위치 각각에 대하여 보정 전류 함수식이 메모리에 저장되어 있으므로 파워 스위치의 제품별 전류 특성 차이에도 불구하고 차량 전압원에서 공급하는 실제 전류에 상응하는 전류값으로 보정된 전류값을 차량 ECU에 제공할 수 있기 때문에 안정적인 동작이 가능하다.

Description

차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스{Method of correcting current flowing through a plurality of power switches embedded in a vehicle junction box}
본 발명은 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스에 관한 것으로, 시뮬레이터를 활용하여 정션 박스 내부의 파워 스위치 각각에 흐르는 전류 측정치를 측정한 후 실제 흘려준 전류와의 오차를 보정한 보정 전류값을 정션 박스의 메모리에 저장시킨 정션 박스를 차량에 탑재시킬 수 있도록 함으로써 차량의 ECU가 정션 박스를 통하여 보정된 전류값을 수신할 수 있도록 한 "차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스"에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 전기장치는 전자제어장치용 컴퓨터(Electronic Control Unit: ECU)와 연결되고, ECU와 전기장치를 연결하는 중간 매개체로 정션박스(Junction Box)가 사용되고 있다.
일반적으로 차량의 엔진 룸과 차량 실내에 설치되는 정션박스(Junction Box)는, 다수의 전기장치들로 배터리 전원을 공급 및 분배하는 장치로서, 차량의 램프, 각종 전장 부품, 멀티미디어 기기, 모터 구동장치 등에 배터리의 전원을 공급하는 기능을 하며, 이러한 정션 박스에는 복수개의 파워 스위치가 내장되어 있다.
그런데 이들 파워 스위치 각각은 저항치가 미세하게 상이하게 때문에 동일한 전압원에 대하여 각기 다른 전류가 흐르는 경우가 많다.
이 때문에, 파워 스위치와 연결되는 차량의 ECU에서는 파워 스위치의 전류 오차로 인하여 오류를 발생시키는 경우가 있다
따라서, 제품별 파워 스위치를 통하여 흐르는 전류가 상이한 것을 보정해 줄 필요가 있다
즉, 정션 박스에 내장되어 사용되는 파워 스위치들은 전류 측정 기능이 없거나, 포함되어 있더라도 오차 편차가 매우 큰 관계로 전류 측정 전용 IC를 추가로 장착하여 사용되는 전류 량을 정밀하게 측정하기도 한다.
그런데, 전류 측정 전용 IC를 추가로 장착하면, 제품 가격 경쟁력이 떨어진다.
즉, 정션 박스내에 파워 스위치 각각에 대하여 전류 측정 전용 IC를 추가한다면 PCB 재료비가 약 5 ~ 10% 상승하는 문제가 있다.
도 1은 정션 박스 내부에 내장되는 임의의 파워 스우치(예컨대 3개) 각각에 소정의 일정 전류를 입력하였을 경우 실제 파워 스위치 각각에 흐르는 전류를 측정한 예시를 보여주는 도면이다.
도 1에서, 가로축은 파워 스위치에 인가되는 전류값을 나타내고, 세로축은 파워 스위치 각각에 인가되는 전류 측정치를 보여주는 그래프이다.
예컨대, 입력 전류가뵤이 5A인 경우, 파워 스위치 각각에 흐르는 전류 측정치는 5A이어야 하지만, 그래프에서 알 수 있듯이, 예컨대, 6A, 4A정도로 측정될 수 있다.
1. 특허출원번호 10-2009-0000330, 발명의 명칭 : 자동차용 정션 박스 2. 특허출원번호 10-2018-0012328, 발명의 명칭 : 차량용 정션 박스
본 발명은 컴퓨터 단말과 시뮬레이터를 이용하여 정션 박스내의 파워 스위치 각각에 대하여 복수개의 전류를 흘려준 후 파워 스위치 각각에 실제 흐르는 전류 측정치를 컴퓨터 단말로 전송 받은 후 소정의 보정 함수식을 이용하여 보정한 후 이를 정션 박스의 메모리내에 저장시킨 정션 박스를 차량에 탑재할 수 있도록 하고자 한다.
즉, 본 발명에서는 시뮬레이터를 활용하여 정션 박스 내부의 파워 스위치 각각에 흐르는 전류 측정치를 측정한 후 실제 흘려준 전류와의 오차를 보정한 보정 전류값을 정션 박스의 메모리에 저장시킨 정션 박스를 차량에 탑재시킬 수 있도록 함으로써 차량의 ECU가 정션 박스를 통하여 보정된 전류값을 수신할 수 있도록 한 "차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스"를 제안하고자 한다.
본 발명의 제 1 실시예인 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법은,
(a) 컴퓨터 단말, 상기 컴퓨터 단말에 의하여 제어되는 시뮬레이터, 일정 전류를 도전시키는 전자부하기 및 1~ n(n은 1보다 큰 자연수)개의 파워 스위치가 내장되어 있는 정션 박스를 준비하는 단계;
(b) 상기 시뮬레이터에 의하여 i(i는 1에서 n까지)번째 파워 스위치가 턴온되고 상기 i번째 파워 스위치를 상기 전자부하기에 직렬 연결시키는 단계;
(c) 전자부하기에 상이한 입력 전류값을 6번 순차적으로 입력시키는 단계;
(d) 상기 전자 부하기와 직력 연결되는 상기 i번째 파워 스위치에 흐르는 출력 전류값인 각 전류 측정치를 상기 컴퓨터로 전송하는 단계;
(e) 상기 컴퓨터 단말에서 소정의 전류 보정 함수식을 생성하여 상기 정션 박스의 메모리에 저장시키는 단계;
(e) 상기 단계 b 에서 단계 e 를 상기 n 개의 파워 스위치 각각에 대하여 반복하는 단계르 구비하며,
상기 전류 보정 함수식은
Figure pat00001
이며,
상기 전자부하기에 입력되는 6개의 입력 전류값 각각과 상기 파워 스위치에서 출력되는 6개의 전류 측정치 각각을 x, y좌표로 구성한 후, 상기 전류 함수식에 대입하여 상기 변수 a, b, c, d, e, 및 f를 구한 다음, 해당 전류 보정 함수식을 상기 정션 박스의 메모리에 저장시키는 것을 특징으로 한다
본 발명의 제 2 실시예는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법에 따라 보정치가 저장된 상기 정션 박스가 상기 시뮬레이터에서 분리된 후 차량에 탑재되며, 상기 차량에 설치된 상기 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치 각각에 흐르는 전류가 상기 전류 측정치에 해당하는 경우 상기 메모리에 저장된 대응하는 보정치가 상기 차량의 ECU로 전송되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스를 실시하는 경우 정션 박스의 각 파워 스위치 각각에 대하여 보정 전류 함수식이 메모리에 저장되어 있으므로 파워 스위치의 제품별 전류 특성 차이에도 불구하고 차량 전압원에서 공급하는 실제 전류에 상응하는 전류값으로 보정된 전류값을 차량 ECU에 제공할 수 있기 때문에 안정적인 동작이 가능하다.
도 1은 정션 박스 내부에 내장되는 임의의 파워 스우치(예컨대 3개) 각각에 소정의 일정 전류를 입력하였을 경우 실제 파워 스위치 각각에 흐르는 전류를 측정한 예시를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법을 실시하기 위한 구성도이다.
도 3은 하나의 파워 스위치에 대하여 6개 입력 전류 대비 전류 측정치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 보정 전류 함수식의 변수를 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 파워 스위치의 입력 전류 대비 출력 전류의 보정전 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따라 보정 함수식이 적용된 보정 후 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에서 제안하는 기술적 사상인 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법을 실시하기 위한 구성도이다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명을 실시하기 위하여 캄퓨터 단말(PC)과 시뮬레이터를 준비한 후 테스트할 정션 박스(SJB: 스마트 정션 박스)를 시뮬레이터 및 컴퓨터 단말과 도면과 같이 연결시킨다.
본 발명에서 시물레이터는 제어부(CONTROL)와 디먹스((DeMUX)와 상기 디먹스와 연동되는 복수개의 릴레이(Relay1,...Relay12)와, 릴레이(Relay)를 구비한다.
정션 박스는 도시된 바와 같이, 복수개의 파워 스위치(IPS1,...IPS12)를 구비하며, 제어부(MCU), 및 메모리(MEMORY)를 구비한다.
한편, 본 발명의 실시를 위하여, 파워 서플라이(전압원) 및 전자부하기를 더 구비한다.
여기서 전자부하기란 원하는 부하를 사용하게 해주는 장비로 가변 저항과 유사하지만 AC, DC, 인덕터 부하, 캐패시터 부하 등, 다양한 부하 사용 가능한 장비로, 파워 서플라이에서 입력되는 전류와 동일한 전류가 흐르게 된다.
이하, 도 2를 참조하여 정션 박스내의 각 파워 스위치에 흐르는 전류값을 측정하고 이를 보정하는 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 컴퓨터 단말(PC)에서 시뮬레이터를 제어하여 릴레이(Relay) 및 디먹스(DeMUX)를 동작시킨다.
동작은 다음과 같이, OFF 상태를 릴레이(Relay)를 ON, OFF 상태의 릴레이(Relay 1)를 ON 시킨다.
릴레이(Relay)를 ON 시키는 이유는 파워 서플라이(전압원)를 정션 박스와 연결시키기 위함이고, 릴레이(Relay 1)을 ON시키는 이유는 정션 박스와 전자부하기를 연결시키기 위함이다.
다음, 컴퓨터 단말(PC)에서 정션 박스를 제어하여 OFF 상태의 특정 파워 스위치(예컨대 IPS1)를 ON 시킨다.
따라서, 파워 서플라이와 릴레이(Relay), 파워 스위치(IPS1), 릴레이(Relay 1) 및 전자부하기가 직렬로 연결된다.
다음, 컴퓨터 단말(PC)에서 전자 부하기를 제어하여 전자 부하기에 예컨대 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 및 11A 까지 순차적으로 전류가 흐르도록 한다.
직렬 연결된 상태이므로, 파워 스위치(IPS1)에서의 전류 측정치는 이상적으로는 1A, 2A, 3A, 6A, 10A, 및 11A가 되어야 하지만 실체 측정치는 오차가 발생하며 이렇게 오차가 발생한 실제 전류 측정치를 정션 박스의 제어부(MCU)가 컴퓨터 단말로 전송한다(CAN 통신).
다음, 컴퓨터 단말(PC)에서는 전자부하기에 흘려준 실제 전류 값과 파워 스위치(IPS1)에서 측정된 각 전류 값을 비교하여 전류 보정 함수식에 필요한 상수 값을 계산한다.
다음, 컴퓨터 단말(PC)에서 정션 박스(SJB)의 제어부(MCU)로 도출한 상수 값을 전송하며 이는 정션 박스의 메모리(MEMORY)에 저장된다.
이하에서는 컴퓨터 단말(PC)에서는 전자부하기에 흘려준 실제 전류 값과 파워 스위치(IPS1)에서 측정된 각 전류 값을 비교하여 오차 피드백 로직(Feedback Logic)에 필요한 상수 값을 계산하는 방법에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에서는 정션 박스 1대에 파워 스위치(파워 스위치 IC라고도 한다)가 12개가 들어가므로, 전자 부하기에 상이한 전류를 6번씩 설정하여 각 파워 스위치에 흐르는 6번의 전류를 측정한 후, 컴퓨터 단말에서 소정의 5차 방정식을 계산하여 전류 보정을 실시한다.
본 발명의 경우, 각 파워 스위치에 흐르는 모든 전류 값에 대한 전류 측정치를 도출하기 어려우므로, 6개의 입력 전류에 대한 출력 전류 값만 확인한 후에 5차 연립 방정식으로 임의 출력 전류 방정식을 구현하여 전류 보정 함수식을 적용하였다.
본 발명에서 실시한 5차 연립 방정식 계산 방법은 다음과 같다.
먼저, 컴퓨터 단말에서는 아래 방정식과 6개의 좌표를 이용하여 방정식의 미지수를 구한다.
Figure pat00002
계산은 행렬 방정식을 사용하여 미지수인 6개의 변수 a,b,c,d,e,및 f 를 계산할 수 있다.
참고로, 6개의 좌표는 임의 입력 전류가 인가되었을 때 파워 스위치의 전류 측정치를 좌표로 나타낸 것을 의미한다.
행렬 계산식은 XZ=Y -> Z=X'Y 이며 아래와 같다.
Figure pat00003
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 파워 스위치에 대하여 6개 입력 전류에 대한 출력 전류를 측정한다.
도 3의 그래프에 표시된 6개의 점으로 컴퓨터 단말은 5차 방정식을 구한다.
방정식은
Figure pat00004
이고, 좌표는 (1,0.84), (2,1.76), (3,2.73), (6,5.5), (10,10.5), 및 (11,11.5)이다.
다음, 6개의 좌표로 변수 a,b,c,d,e,및 f를 계산한다.
계산 방식은 도 3 및 4에 도시되어 있다.
즉, 본 발명의 상기 전류 보정 함수식은
Figure pat00005
이며,
상기 전자부하기에 입력되는 6개의 입력 전류값 각각과 상기 파워 스위치에서 출력되는 6개의 전류 측정치 각각을 x, y좌표로 구성한 후, 상기 전류 함수식에 대입하여 상기 변수 a, b, c, d, e, 및 f를 구한 다음, 해당 전류 보정 함수식을 상기 정션 박스의 메모리에 저장시킨다.
전술한 보정 함수식 구현 방법을 재차 설명하면 다음과 같다
1. 입력 전류 측정 : 전자 부하기를 사용하여 원하는 입력 전류를 흐르게 한다.
2. 출력 전류 측정 : 정션 박스의 각 파워 스위치에서 측정한 출력 전류 값인 전류 측정치를 컴퓨터 단말로 전송한다.
3. 컴퓨터 단말에서 전류 보정 함수식을 계산한다.
4. 컴퓨터 단말은 정션박스와의 통신을 통하여 전류 보정 함수식을 정션 박스의 메모리에 저장한다
5. 마지막으로, 정션 박스의 메모리에 적용된 전류 보정 함수식이 정상적으로 동작하는지 시뮬레이터를 사용하여 검증한다.
따라서, 본 발명의 정션 박스가 차량에 탑재되는 경우 정션 박스의 파워 스위치 각각에 소정의 전류가 흐르면 정션 박스의 메모리에서는 해당 전류에 대한 전류 보정 함수식을 이용하여 실제의 입력 전류값을 정확히 계산할 수 있다.
다음, 본 발명에 따라 보정된 정션 박스의 파워 스위치 특성에 대하여 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 파워 스위치의 입력 전류 대비 출력 전류의 보정전 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따라 보정 함수식이 적용된 보정 후 그래프이다.
도 5 및 도 6으로부터, 각 파워 스위치에 대하여 6개의 좌표로 전류 측정이 필요한 전 구간에 대한 방정식을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 정션 박스의 각 파워 스위치에서 측정한 전류 측정치를 방정식에 대입하여 입력 전류 값을 역산하여 정확히 계산할 수 있다.
이상에서 알 수 있듯이, 본 발명에서는 파워 스위치에서 출력 되는 전류 측정치를 각각 측정하여 방정식으로 구현한 다음, 방정식에 따라 입력 전류 대비 출력 전류 오차 값을 보정한 함수식을 정션 박스의 메모리에 저장시켜 놓음으로써 차량에 탑재된 상태에서 정상 동작시 각 파워 스위치에서 측정한 전류 측정치를 방정식에 대입하여 입력 전류 값을 역산하여 정확히 계산하여 차량 ECU에 전송할 수 있다.
본 발명의 경우, 정션 박스내의 파워 스위치가 12개 이므로 각 파워 스위치에 상이한 전류를 6번씩 인가하면 72번의 전류 측정이 이루어지며, 이는 컴퓨터 단말이 시뮬테이터 등을 제어하여 자동적으로 이루어진다.
이상에서 설명한 본 발명에서 제안하는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법 및 이를 이용한 정션 박스를 실시하는 경우 정션 박스의 각 파워 스위치 각각에 대하여 보정 전류 함수식이 메모리에 저장되어 있으므로 파워 스위치의 제품별 전류 특성 차이에도 불구하고 차량 전압원에서 공급하는 실제 전류에 상응하는 전류값으로 보정된 전류값을 차량 ECU에 제공할 수 있기 때문에 안정적인 동작이 가능하다.

Claims (2)

  1. 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법으로서,
    (a) 컴퓨터 단말, 상기 컴퓨터 단말에 의하여 제어되는 시뮬레이터, 일정 전류를 도전시키는 전자부하기 및 1~ n(n은 1보다 큰 자연수)개의 파워 스위치가 내장되어 있는 정션 박스를 준비하는 단계;
    (b) 상기 시뮬레이터에 의하여 i(i는 1에서 n까지)번째 파워 스위치가 턴온되고 상기 i번째 파워 스위치를 상기 전자부하기에 직렬 연결시키는 단계;
    (c) 전자부하기에 상이한 입력 전류값을 6번 순차적으로 입력시키는 단계;
    (d) 상기 전자 부하기와 직력 연결되는 상기 i번째 파워 스위치에 흐르는 출력 전류값인 각 전류 측정치를 상기 컴퓨터로 전송하는 단계;
    (e) 상기 컴퓨터 단말에서 소정의 전류 보정 함수식을 생성하여 상기 정션 박스의 메모리에 저장시키는 단계;
    (e) 상기 단계 b 에서 단계 e 를 상기 n 개의 파워 스위치 각각에 대하여 반복하는 단계르 구비하며,
    상기 전류 보정 함수식은
    Figure pat00006
    이며,
    상기 전자부하기에 입력되는 6개의 입력 전류값 각각과 상기 파워 스위치에서 출력되는 6개의 전류 측정치 각각을 x, y좌표로 구성한 후, 상기 전류 함수식에 대입하여 상기 변수 a, b, c, d, e, 및 f를 구한 다음, 해당 전류 보정 함수식을 상기 정션 박스의 메모리에 저장시키는 것을 특징으로 하는 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법.
  2. 제 1 항에 따른 차량용 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치에 흐르는 전류 보정 방법에 따라 보정치가 저장된 상기 정션 박스가 상기 시뮬레이터에서 분리된 후 차량에 탑재되며, 상기 차량에 설치된 상기 정션 박스에 내장된 복수개의 파워 스위치 각각에 흐르는 전류가 상기 전류 측정치에 해당하는 경우 상기 메모리에 저장된 대응하는 보정치가 상기 차량의 ECU로 전송되는 것을 특징으로 하는 정션 박스.
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