KR101515546B1 - 에너지 효율을 향상시킨 차량용 전자 제어 장치 및 차량 네트워크 - Google Patents

에너지 효율을 향상시킨 차량용 전자 제어 장치 및 차량 네트워크 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 효율을 향상시킨 차량용 전자 제어 장치 및 차량 네트워크에 관한 것이다. 상기 차량용 ECU는 네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 연결된 파워 검출기를 더 구비하고, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 제공되는 웨이크업 신호 또는 Sleep 신호에 따라 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 동작 상태를 제어하는 것을 특징으로 한다. 상기 차량 네트워크는 파워 검출기를 갖는 ECU들로 구성하여, 일부 노드 또는 특정 노드만을 Wakeup 시킬 수 있는 지정된 신호 혹은 미리 정의된 프레임 메시지를 이용해서 개별 노드를 깨울 수 있도록 한 것을 특징으로 한다. 이로써, 차량내 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

Description

에너지 효율을 향상시킨 차량용 전자 제어 장치 및 차량 네트워크{Electronic control unit for vehicle having high energy efficiency and Network for vehicle}
본 발명은 차량용 전자 제어 장치 및 차량 네트워크에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 차량내 다수의 전자 제어 장치, 차량 네트워크들이 존재하는 차량에서의 에너지 효율을 향상시킨 차량용 전자 제어 장치 및 이들로 구성된 차량 네트워크에 관한 것이다.
차량에서의 IT융합에 따라 지능화, 첨단화되면서 차량내의 전장장치 비율이 지속적으로 증가하고 있으며, 차량내에 많이 사용되는 전자 제어 장치(ECU:Electronic Control Unit)들도 그 목적된 기능과 역할에 따라 차량내 분산되어 위치하고 있다. 차량내에서 ECU들의 기능이 유기적으로 제어되어야 하므로 ECU끼리는 서로 연속적인 통신을 하면서 상호 상태를 알고, 각 해당 ECU의 상태를 알려야한다. 이를 위해서 차량내의 수십여개의 ECU들은 네트워크와 연결되어 있다.
차량내에서의 네트워크는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnect Network), FlexRay, MOST(Media Oriented System Transport), IDB1394 등이 있다. 도 1은 일반적인 차량내에서의 네트워크들이 게이트웨이에 의해 연결된 상태를 도시한 구성도이다.
차량 내에서 ECU 기반의 전장 부분은 대략적으로 파워트레인, 차량 제어, 바디전기, 엔터테인먼트, 인스트루먼테이션 등으로 나눌 수 있다. 차량에서 전장화될수록 사용하는 ECU의 개수가 증가되고 있으며, 첨단화에 따라 고용량 멀티미디어를 사용으로 FlexRay, MOST, IDB1394 등 서로 다른 네트워크들을 사용하고 있다. 차량내에서 서로 다른 네트워크에서 정보를 주고받고 있으며, 이들 이기종 네트워크 접속을 위해서는 게이트웨이들도 필요하다.
최근에는 하이브리드, 전기 차량의 등장으로 차량내의 에너지 효율이 중요시 되고 있다. 업체에서도 차량 에너지 효율 설계가 새로운 기술로 부각되고 있다. 특히 전장구조에서 에너지효율 향상 설계가 중요시되고 있다. 이는 차량에서 에너지 소비는 이산화탄소 발생에 밀접한 관계가 있다. 이와 관련하여 차량내의 전장부분에서 에너지 효율향상이 차량 전체의 에너지효율 향상을 밀접하게 가져올 수 있다.
차량내에서 다수의 ECU, 전장장치, 센서류 등이 있으며, 각 장치의 고유의 기능을 가지며 특징에 따라 서로 다른 네트워크에 연결되어 있다. 예를 들면 CAN 네트워크는 Chassis와 Driver Assistance 장치들, High Speed CAN, LIN 네트워크는 Boby & Comfort 장비들, Flexray는 Powertrain, MOST는 인포테인먼트 장치들과 연결되어 있다. 각각의 전장장치 및 ECU들은 동작여부에 따라 동작하지 않을 경우 저전력모드인 standby 모드 또는 Sleep 모드를 유지하여 에너지를 절감하고 있다.
ECU들이 서로 다른 네트워크에 연결되어 있는 경우, ECU간에 정보 전달하기 위해서는 네트워크간에 게이트웨이가 필요하고 에너지관리를 위해서 네트워크 관리가 필요하다.
도 2는 CAN 통신 네트워크의 버스를 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, CAN은 피어 투 피어(peer-to-peer) 네트워크로서, 개별 노드가 CAN 버스에서 다른 노드로 접근할 때 제어하는 마스터가 없다. CAN 네트워크의 노드가 데이터 전송 준비 완료되면, 버스의 준비 여부를 확인하고 그 후 CAN 프레임을 네트워크에 작성한다.
CAN 통신 네트워크에서 데이터 송수신 동작을 살펴보면, CAN 통신 데이터는 프레임 메시지 단위로 이루어져 통신을 수행하게 되며, 전장 장비에 탑재된 각 ECU는 여러 개의 메시지를 송신할 수 있으며, 각 프레임 메시지는 우선 순위 및 식별자 기능을 갖는 고유의 중재 ID와 데이터, 그 외에 통신에 필요한 ID, 제어비트를 구비한다. 각 ECU는 원하는 중재 ID가 통신 버스에 발생할 경우 메시지를 수신할 수 있으며, 중재 ID 번호는 낮을수록 우선순위가 높다.
CAN 통신은 다중 엑세스(CSMA/CA: Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance)방식으로 메시지 우선 순위에 의한 중재방식이다. 전송되는 CAN 프레임은 전송 노드나 수신 노드 중 어느 쪽의 주소도 포함하고 않고, 고유한 중재 ID를 구비하며, 중재 ID를 이용하여 네트워크에서 프레임을 분류한다. CAN 네트워크 상의 모든 노드는 CAN 프레임을 수신하며, 전송되는 프레임의 중재 ID에 따라 네트워크 상의 각 CAN 노드는 프레임 수용 여부를 결정한다. 다중 노드가 동시에 메시지를 CAN 버스로 전송하려는 경우 최우선 순위를 가진 노드, 즉 가장 낮은 중재 ID를 갖는 노드가 자동적으로 버스에 액세스된다. 최저 우선 순위를 가진 노드는 버스가 사용 가능할 때까지 반드시 대기해야 한다.
도 3은 FlexRay 통신 네트워크의 버스와 스타 네트워크의 구조를 도시한 구성도이다. 도 3을 참조하면, FlexRay 네트워크는 각각 하나 또는 두 개의 쌍으로 구성된 단일 및 듀얼 채널 구성을 지원하고 있다. FlexRay는 간단한 멀티드롭 수동 연결과 복합적인 네트워크를 위한 액티브 스타 연결을 지원하며, 중앙 활성 노드에 연결되는 개별 링크로 구성된 "스타" 구성이다.
멀티드롭 버스는 여러 ECU를 연결하는 단일 네트워크 케이블 길이를 갖춘 버스 구조이며, 스타 네트워크는 중앙 활성 노드에 연결되는 개별 링크로 구성된 버스 구조이다.
능동 스타 구성을 통해 장거리에서 FlexRay 네트워크의 실행이 가능하며, 또한 네트워크 분할이 가능하므로 네트워크 한 부분이 오작동할 경우에도 신뢰할 수 있다. 스타의 브랜치 중 하나가 절단되거나 짧아질 경우에도 다른 브랜치는 기능을 지속할 수 있는 특징이 있다.
FlexRay 프로토콜은 고유한 Time-trigger 프로토콜이며 시분할 다중 접속 구조로 여러 노드를 관리한다. 모든 FlexRay노드는 동일 클럭에 동기화되며 각 노드는 버스에 작성하는 순서를 기다린다. 이 프로토콜의 통신주기는 정적세그먼트, 동적세그먼트, 심볼윈도우, 네트워크 비동작시간 등이 있다.
또한 Flexray는 외부 동기화 클럭 신호 없이 네트워크에서 노드를 동기화하는 고유한 기능이 있다. 이를 위해 스타트업 프레임 및 동기 프레임의 두 가지 특수 프레임 유형을 사용한다. FlexRay 클러스터를 시작하기 위해 최소 2개의 다른 노드를 스타트업 프레임에 보내야 한다. FlexRay 버스를 시작하는 동작은 cold-start로 하며 스타트업 프레임을 보내는 노드는 cold-start 노드이다. 스타트업 프레임은 네트워크의 모든 노드가 시작하도록 지시하는 시작 트리거와 유사하다. 일단 네트워크가 시작되면 모든 노드는 네트워크의 매크로틱에 대해 반드시 내부 오실레이터를 동기화해야 한다. 이는 두 개 이상의 동기화 노드를 사용하여 진행된다. 이는 특수 동기화 프레임이 최초로 켜졌을 때 브로드캐스트하도록 미리 설계된 네트워크의 모든 두 개의 개별 노드가 될 수 있다. FlexRay는 통신 채널을 통해 클러스터를 대기모드에서 정상모드로 전환시키는 켜는 기능(즉, WakeUp)을 제공한다. 이 켜기(wake-up) 기능은 호스트 애플리케이션과의 상호 작용으로 수행된다. 따라서 Flexray는 버스 동작모드로서 정상 동작 모드 또는 Sleep 모드를 지원하고 있다. Sleep 모드에서는 Flexray 버스와 데이터 스트림을 송수신할 수 없으며 Wakeup 이벤트를 검출할 수 있다.
도 4는 LIN 통신 네트워크를 도시한 구성도이다. 도 4를 참조하면, LIN(Local Interconnect Network) 버스는 CAN의 대역폭과 다양한 기능이 필요하지 않은 어플리케이션에 효율적인 통신을 제공한다. LIN 버스는 LIN 마스터와 하나 이상의 LIN 슬레이브로 구성된 마스터/슬레이브 방식의 폴링된 버스를 사용한다. 메시지 헤더는 프레임의 시작을 파악할 때 사용되는 브레이크와 클럭 동기화를 위해 슬레이브 노드에서 사용되는 동기 필드로 구성된다.
MOST는 오디오, 비디오 및 제어 정보를 전송하는 네트워크로 동기화된 데이터 통신에 기반하고 있는 MOST는 다양한 기능과 향상된 성능의 멀티미디어 시스템을 위한 통신 매체로 적용되고 있다. 네트워크는 일반적으로 Ring Topology 형태를 갖추며, 최대 64개(1 Timing Master + 63 Slaves)의 MOST장치로 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 Star Topology도 가능하며, 안전상 중요한 어플리케이션 구현을 위하여 Double Ring Topology 구성도 사용 가능하다. 또한 플러그 앤 플레이가 가능하여 MOST 네트워크 상에 장치의 추가 및 제거가 용이하다.
네트워크 관리에서 Wakeup과 Sleep 모드로 들어가는 것을 관리하고 있다. Wakeup은 Sleep모드 상태에 있는 노드를 Wakeup 신호를 보내어 정상적인 상태로 전환을 시킨다. 모든 slave 노드들은 Wakeup 요청을 검출할 수 있으며 Master노드는 Wakeup시킬 수 있다. Sleep모드로 들어가는 것은 모든 slave 노드가 master노드의 Frame Identifier의 요청에 의해 Sleep 모드로 전환된다. LIN 버스가 비활성화이면 Slave 노드들은 자동적으로 Sleep 모드로 들어간다.
LIN 네트워크의 전원관리는 다음과 같다. 도 5는 LIN 네트워크의 전원 관리를 설명하기 위하여 도시한 블록도이다. 도 5를 참조하면, 전원절약은 ECU내에서의 마이크로컨트롤러가 자체적으로 전원 절약하는 기능들을 대부분 내장하고 있으며 차량내의 네트워크에서도 일부 기능들을 갖고 있다.
ECU자체에서 전원절약기능을 위해 정상 모드(Normal mode)와 Sleep 모드로 나눌 수 있다. 여기서, 정상 모드는 정상적으로 송수신하는 동작상태를 나타내며, Sleep 모드는 ECU가 동작을 중단한 상태로서, Wakeup을 통해서 정상 모드로 변환될 수 있는 상태를 나타낸다.
또한 네트워크에서 차량 전원 사용을 효율성을 높이기 위해서 네트워크 관리에서 Network WakeUp ↔ Network Active ↔ Network Sleep 모드의 상태 천이를 이용하여, 차량의 특정 기능이 사용될 때에만 네트워크를 사용하며 동작 기능이 종료되면 저전력 모드로 전환하도록 한다.
한국등록특허공보 제 10-0773076호 한국등록특허공보 제 10-1301078호 한국공개특허공보 제 10-2013-0108787호 한국공개특허공보 제 10-2013-0136852호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 차량에서 에너지효율을 향상시키기 위해서는 각 네트워크와 연결되어 있는 ECU 장치에 대해서 네트워크 또는 버스, 특성이 유사한 ECU들의 부분적인 동작모드와 저전력모드의 조절을 통하여 에너지를 최적화하는 차량용 전자 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 차량용 전자 제어 장치는, 입출력부에 연결된 센서나 기기의 제어를 처리하는 제어기; 네트워크 프로토콜을 해석하여 제어기의 통신을 제어하는 네트워크 컨트롤러; 네트워크 컨트롤러로부터 수신되는 신호를 네트워크 프로토콜에 따른 신호로 변환하여 네트워크 버스로 제공하거나, 네트워크 버스로부터 제공되는 신호를 검지하여 네트워크 컨트롤러에 디지털 신호로 전달하는 네트워크 트랜시버; 네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 연결되어, 네트워크 버스로부터 제공되는 웨이크업 신호 또는 Sleep 신호에 따라 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 동작 상태를 제어하는 파워 검출기;를 구비하여, 차량내 에너지 효율을 향상시킨다.
전술한 제1 특징에 따른 차량용 전자 제어 장치에 있어서, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되면 웨이크업되도록 구성되고, 상기 웨이크업된 파워 검출기가 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기를 웨이크업시키며, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되지 않으면 Sleep 모드로 들어가는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 차량용 전자 제어 장치에 있어서, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 수신된 프레임 메시지(Frame Message)를 모니터링하고, 상기 프레임 메시지가 해당 전자 제어 장치의 서비스와 관련된 것이면 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기로 웨이크업(Wakeup) 신호를 제공하는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 차량용 전자 제어 장치에 있어서, 상기 차량용 전자 제어 장치는, 네트워크 버스가 OFF 이면 파워검출기, 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기 모두가 Sleep 모드로 동작되고, 네트워크 버스가 ON 이면, 파워 검출기 및 네트워크 트랜시버는 정상 모드로 동작되고, 웨이크업 신호가 검출되면 네트워크 컨트롤러 및 제어기가 정상 모드로 동작되는 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 차량용 전자 제어 장치에 있어서, 상기 차량용 전자 제어 장치는 CAN 통신 네트워크, LIN 통신 네트워크, FlexRay 통신 네트워크 중 어느 하나의 통신 네트워크를 구성하는 노드들에 적용될 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 따른 다수 개의 노드들이 네트워크 버스를 통해 서로 연결된 이종 통신 네트워크들로 구성된 차량 네트워크에 있어서,
상기 노드들은 차량용 전자 제어 장치로 구성되고,
상기 차량용 전자 제어 장치는, 입출력부에 연결된 센서나 기기의 제어를 처리하는 제어기; 네트워크 프로토콜을 해석하여 제어기의 통신을 제어하는 네트워크 컨트롤러; 네트워크 컨트롤러로부터 수신되는 신호를 네트워크 프로토콜에 따른 신호로 변환하여 네트워크 버스로 제공하거나, 네트워크 버스로부터 제공되는 신호를 검지하여 네트워크 컨트롤러에 디지털 신호로 전달하는 네트워크 트랜시버; 네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 연결되어, 네트워크 버스로부터 제공되는 웨이크업 신호 또는 Sleep 신호에 따라 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 동작 상태를 제어하는 파워 검출기;를 구비하고,
네트워크 버스가 OFF 이면, 네트워크 버스에 연결된 모든 차량용 전자 제어 장치의 파워검출기, 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기를 Sleep 모드로 동작시키고, 네트워크 버스가 ON 이면, 네트워크 버스에 연결된 모든 차량용 전자 제어 장치의 파워 검출기 및 네트워크 트랜시버는 정상 모드로 동작되고, 웨이크업 신호가 검출되면 네트워크 버스에 연결된 모든 차량용 전자 제어 장치의 네트워크 컨트롤러 및 제어기가 정상 모드로 동작되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 차량용 전자 제어 장치는 네트워크 또는 동일 버스에서 선택적으로 Sleep 모드로 전환할 수 있으며, 수신되는 프레임에 따라 선택적으로 Wakeup 시킬 수 있게 되어, 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 차량 네트워크는 본 발명에 따른 차량용 전자 제어 장치들을 사용함으로써, 차량내 유사한 ECU 들끼리 모아서 클러스터링을 구성해서 클러스터링 단위로 Sleep 모드로 동작시키거나 Wakeup 시킴으로써, 에너지 효율을 증대시킬 수 있게 된다.
도 1은 일반적인 차량내에서의 네트워크들이 게이트웨이에 의해 연결된 상태를 도시한 구성도이다.
도 2는 CAN 통신 네트워크의 버스를 도시한 구성도이다.
도 3은 FlexRay 통신 네트워크의 버스와 스타 네트워크의 구조를 도시한 구성도이다.
도 4는 LIN 통신 네트워크를 도시한 구성도이다.
도 5는 LIN 네트워크의 전원 관리를 설명하기 위하여 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량 네트워크의 구조를 도시한 것으로서, 각 노드에서의 정상 모드 및 Sleep 모드의 상태를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 있어서, 차량의 시동의 ON/OFF 에 따라 네트워크 활성화 영역과 비활성화 영역을 제어하는 상태를 도시한 구성도이다.
도 9는 차량용 전자 제어 장치의 미들 웨어가 지원하는 구조를 도시한 블록도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치를 CAN, FlexRay, LIN 통신 네트워크에 적용하기 위하여 구성된 것들을 각각 도시한 블록도들이다.
본 발명에 따른 차량용 전자 제어 장치는 네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 파워 검출기를 더 구비하여 네트워크 버스의 상태에 따라 ECU를 정상 모드 또는 Sleep 모드로 동작될 수 있도록 하여 차량의 에너지 효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 차량용 네트워크는 전술한 파워검출기를 구비한 ECU들로 구성하여, 가능한 많은 시간동안 ECU 및 네트워크 버스들이 Sleep모드로 전환되어 에너지를 절약할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치(60)는 제어기(600), 네트워크 컨트롤러(610), 네트워크 트랜시버(620) 및 파워 검출기(630)를 구비하여, 차량의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 한다. 전술한 구성을 갖는 차량용 전자 제어 장치는 네트워크 버스에 연결된다. 이하, 전술한 각 구성요소들에 대하여 구체적으로 설명한다.
차량네트워크에서 사용되는 ECU들은 CAN 네트워크를 연결하는 것이 가장 많다. 특히, CAN 네트워크에서 각 노드들을 선택적으로 Sleep 모드 또는 Wakeup 모드로 변환하기 위해서, 각 노드인 차량용 전자 제어 장치들에 대하여 추가적인 장치인 파워 검출기를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 차량용 ECU 들로 구성된 CAN 네트워크에 있어서 일부 노드 또는 어떤 그룹의 노드만 Wakeup 시키기 위해서는 지정된 신호 혹은 미리 정의된 프레임 메시지를 이용해서 개별 노드를 깨울 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 제어기(600)는 입출력부에 연결된 센서나 기기의 제어를 처리한다.
상기 네트워크 컨트롤러(610)는 네트워크 프로토콜을 해석하여 제어기의 통신을 제어한다.
상기 네트워크 트랜시버(620)는 네트워크 컨트롤러로부터 수신되는 디지털 신호를 네트워크 프로토콜에 따른 신호로 변환하여 네트워크 버스로 제공하거나, 네트워크 버스로부터 제공되는 신호를 검지하여 네트워크 컨트롤러에 디지털 신호로 전달하는 것으로서, 통신 네트워크 프로토콜에서의 물리층을 관리하게 된다.
상기 파워 검출기(630)는 네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 연결되어, 네트워크 버스로부터 제공되는 신호에 따라 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 상태를 제어한다. 즉, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 수신되는 웨이크업 신호 또는 Sleep 신호를 검출하고, 프레임 메시지를 모니터링하여, 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 상태를 제어한다. 이하, 파워 검출기의 동작을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되면 웨이크업되도록 구성되고, 상기 웨이크업된 파워 검출기가 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기를 웨이크업시키며, 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되지 않으면 Sleep 모드로 들어가게 된다.
상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되면, 네트워크 버스로부터 수신되는 프레임 메시지(Frame Message)를 모니터링하고, 상기 프레임 메시지가 해당 전자 제어 장치의 서비스와 관련된 것이면 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기로 웨이크업(Wakeup) 신호를 제공하여 정상 모드로 동작하게 하며, 상기 프레임 메시지가 해당 전자 제어 장치의 서비스와 관련이 없는 것이면 Sleep 모드로 동작하게 한다.
전술한 파워 검출기는 간단한 회로를 추가하여 구성되거나 네트워크 트랜시버와 결합하여 구성될 수 있다.
도 6에서, 파워 검출기, 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러, 제어기는 모두 별도로 동작하게 된다. 제일 먼저 파워 검출기가 정상 동작이 되고, 다음으로 네트워크 트랜시버가 동작되고, 마지막으로 제어기가 정상 모드로 동작하게 된다.
한편, 전술한 구성을 갖는 상기 차량용 전자 제어 장치들로 구성된 차량 네트워크에 있어서, 네트워크 버스가 OFF 이면 차량용 전자 제어 장치의 파워검출기, 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기 모두가 Sleep 모드로 동작되고, 네트워크 버스가 ON 이면, 차량용 전자 제어 장치의 파워 검출기 및 네트워크 트랜시버는 정상 모드로 동작되고, 웨이크업 신호가 검출되면 네트워크 컨트롤러 및 제어기가 정상 모드로 동작되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 전술한 구성을 갖는 상기 차량용 전자 제어 장치는 CAN 통신 네트워크, LIN 통신 네트워크, FlexRay 통신 네트워크 중 어느 하나의 통신 네트워크를 구성하는 노드들에 적용될 수 있다. 이런 구조에서는 동일 버스 또는 네트워크에서 선택적으로 ECU를 Sleep모드로 전환할 수 있다. 또한 유사한 ECU끼리 모아서 클러스터링을 구성해서 클러스터링 단위로 Sleep 또는 Wakeup을 제어할 수 있다. 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 전자 제어 장치를 CAN, FlexRay, LIN 통신 네트워크에 적용하기 위하여 구성된 것들을 각각 도시한 블록도들이다.
한편, 전술한 구성을 갖는 차량용 전자 제어 장치들로 구성된 차량 네트워크에 있어서, Bus_a, Bus_b, Bus_c 등이 존재하는 경우에 전원 전약을 위해서 다음과 같은 네트워크 및 버스를 관리하게 된다면 전원 절약을 가져올 수 있다. 도 7은 본 발명에 따른 차량 네트워크의 구조를 도시한 것으로서, 각 노드에서의 정상 모드 및 Sleep 모드의 상태를 도시한 것이다.
1) 모든 네트워크 상태가 Wakeup 또는 Sleep 모드상태
2) 일부버스 전체가 Wakeup 또는 Sleep 모드상태
3) 버스 중에서 일부 ECU만 Wakeup 또는 Sleep 모드상태
4) 특정 버스에서 ECU 하나만 Wakeup 또는 Sleep 모드상태
5) 네트워크 전체에서 ECU 하나만 Wakeup 또는 Sleep 모드상태
차량의 Ignition OFF 상태에서도 일부 ECU들은 정상적으로 동작을 해야 하는 기능이 있다. 이러한 기능 동작을 위해 CAN 네트워크 내의 모든 ECU에 정상적인 전원을 공급하게 되면 배터리 방전을 야기하게 된다. 따라서 ECU의 동작 또는 Sleep 모드 제어를 통한 전원 관리, 네트워크의 Shut-Down 등 관리가 필요하다. 차량에서 수많은 제어장치들, 센서들과 액츄에이터들 간 데이터 교환은 대부분 CAN 네트워크를 사용하고 있다.
도 8은 본 발명에 있어서, 차량의 시동의 ON/OFF 에 따라 네트워크 활성화 영역과 비활성화 영역을 제어하는 상태를 도시한 구성도이다.
자동차의 시동을 거는 동시에 전체 통신 네트워크는 활성화되고 CAN 버스가 통신을 하는 동안 개별 CAN 노드는 Sleep 상태에 있을 수 없다. 다른 노드가 버스 상에서 통신을 하는 동안에 하나의 ECU 또는 어떤 그룹의 ECU 모듈은 Sleep 상태를 유지한다면 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
CAN 네트워크는 CAN 메시지에 따라 CAN 네트워크 전체를 Wakeup하여 정상 모드로 동작시키거나 Sleep 모드로 전환이 가능하며, 부분적으로 특정 ECU만 Wakeup 또는 Sleep 모드로 전환이 불가능하다. LIN 네트워크는 네트워크 전체를 Wakeup 또는 Sleep 모드로 전환이 가능하며, 부분적으로 특정 ECU만 Wakeup 또는 Sleep 모드로 전환이 가능하다. Flexray 네트워크도 프로토콜의 지원으로 Wakeup 또는 Sleep 모드로 전환이 가능하다.
그러나 네트워크 및 버스 구성하는 구조는 각 네트워크마다 차이가 있다. 예를 들어 Flexray는 스타 네트워크, LIN은 멀티버스구조가 아닌 폴링 버스 구조이다. 따라서, 각 통신 네트워크의 종류에 따라 Wakeup에 따른 정상 모드와 Sleep 모드로의 상태 변환은 아래와 같다.
1) 모든 네트워크 상태가 정상 모드 또는 Sleep 모드 상태로의 변환은 CAN과 Flexray 네트워크는 가능하다.
2) 일부 버스 전체가 정상 모드 또는 Sleep 모드 상태로의 변환은 CAN과 LIN 네트워크는 가능하며 Flexray는 부분적으로 지원한다.
3) 버스 중에서 일부 ECU만 Wakeup 또는 Sleep 모드상태 변환은 LIN 네트워크만 지원한다.
4) CAN과 Flexray는 프로토콜에서 지원하지 않는다.
5) 특정 버스에서 ECU 하나만 Wakeup 또는 Sleep 모드 상태 변환과, 네트워크 전체에서 ECU 하나만 Wakeup 또는 Sleep 모드상태 변환은 일부 네트워크만 지원한다.
특히, 차량 네트워크에서 CAN, LIN, FLexray는 BUS Global Wake기능을 갖고 있으며, 부분적 또는 선택적인 Wake 기능은 없다. 하지만, 네트워크에서 에너지 절약을 위해서 네트워크 및 ECU들을 가능한 많이 Sleep 모드로의 상태 변환이 필요하다. 그러나 네트워크에서 지원하지 않는 일부 ECU만 Sleep 모드 변환 등은 어렵다. 따라서 주기적으로 네트워크내에서 메시지를 전송이 필요하다. 이 메시지 전송은 물론 그 네트워크의 프로토콜을 준수해서 신호를 발생시켜야 한다.
이런 네트워크를 관리하고 메시지전송을 관리하는 모니터링하는 것은 미들웨어에서도 가능하다. 도 9는 차량용 전자 제어 장치의 미들 웨어가 지원하는 구조를 도시한 블록도이다.
CAN 네트워크인 경우, CAN 트랜시버(Transceiver)라는 드라이버를 각 CAN 트랜시버 하드웨어와 연결된 인터페이스를 채널로 구분하고, 각 채널별로 상태 머신을 두어 CAN 트랜시버를 관리한다. 각 채널의 상태는 크게 NOT_ACTIVE와 ACTIVE상태로 나뉘며 ACTIVE는 SLEEP, NORMAL동작 모드로 구분된다. 경우에 따라서는 Standby 모드를 둘 수 있다. NOT_ACTIVE는 CAN 트랜시버 드라이버가 초기화되지 않은 상태를, ACTIVE는 초기화가 정상적으로 이루어진 상태를 의미한다. NORMAL은 정상적으로 CAN송수신이 가능한 상태이고, STANDBY는 통신이 중단된 상태로 마이크로컨트롤러는 정상적으로 동작하고 있어 Wakeup에 의해 NORMAL모드로 변환된다.
SLEEP 모드는 마이크로컨트롤러와 트랜시버 둘 다 통신이 중단된 상태로 Local Event 또는 Wakeup에 의해 정상 모드로 변환된다. 이 트랜시버 드라이버는 CAN 트랜시버 드라이버 소프트웨어 상태 중 하나의 임시적인 상태처럼 관리한다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 차량용 ECU 및 차량 네트워크는 차량의 통신 네트워크로 사용될 수 있다.
60 : 차량용 전자 제어 장치
600 : 제어기
610 : 네트워크 컨트롤러
620 : 네트워크 트랜시버
630 : 파워 검출기

Claims (8)

  1. 입출력부에 연결된 센서나 기기의 제어를 처리하는 제어기;
    네트워크 프로토콜을 해석하여 제어기의 통신을 제어하는 네트워크 컨트롤러;
    네트워크 컨트롤러로부터 수신되는 신호를 네트워크 프로토콜에 따른 신호로 변환하여 네트워크 버스로 제공하거나, 네트워크 버스로부터 제공되는 신호를 검지하여 네트워크 컨트롤러에 디지털 신호로 전달하는 네트워크 트랜시버;
    네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 연결되어, 네트워크 버스로부터 제공되는 웨이크업 신호 또는 Sleep 신호에 따라 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 동작 상태를 제어하는 파워 검출기;
    를 구비하여, 차량내 에너지 효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되면 웨이크업되도록 구성되고, 상기 웨이크업된 파워 검출기가 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기를 웨이크업시키며,
    상기 파워 검출기는 네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되지 않으면 Sleep 모드로 들어가는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파워 검출기는
    네트워크 버스로부터 수신된 프레임 메시지(Frame Message)를 모니터링하고, 상기 프레임 메시지가 해당 전자 제어 장치의 서비스와 관련된 것이면 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기로 웨이크업(Wakeup) 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 차량용 전자 제어 장치는,
    네트워크 버스가 OFF 이면 파워검출기, 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기 모두가 Sleep 모드로 동작되고,
    네트워크 버스가 ON 이면, 파워 검출기 및 네트워크 트랜시버는 정상 모드로 동작되고, 웨이크업 신호가 검출되면 네트워크 컨트롤러 및 제어기가 정상 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 차량용 전자 제어 장치는 CAN 통신 네트워크, LIN 통신 네트워크, FlexRay 통신 네트워크 중 어느 하나의 통신 네트워크를 구성하는 노드들에 적용된 것을 특징으로 하는 차량용 전자 제어 장치.
  6. 다수 개의 노드들이 네트워크 버스를 통해 서로 연결된 이종 통신 네트워크들 및 이들을 연결시키는 게이트웨이로 구성된 차량 네트워크에 있어서,
    상기 노드들은 차량용 전자 제어 장치로 구성되고,
    상기 차량용 전자 제어 장치는,
    입출력부에 연결된 센서나 기기의 제어를 처리하는 제어기;
    네트워크 프로토콜을 해석하여 제어기의 통신을 제어하는 네트워크 컨트롤러;
    네트워크 컨트롤러로부터 수신되는 신호를 네트워크 프로토콜에 따른 신호로 변환하여 네트워크 버스로 제공하거나, 네트워크 버스로부터 제공되는 신호를 검지하여 네트워크 컨트롤러에 디지털 신호로 전달하는 네트워크 트랜시버;
    네트워크 트랜시버와 네트워크 버스와의 사이에 연결되어, 네트워크 버스로부터 제공되는 웨이크업 신호 또는 Sleep 신호에 따라 네트워크 컨트롤러, 네트워크 트랜시버 및 제어기의 동작 상태를 제어하는 파워 검출기;
    를 구비하고,
    상기 게이트웨이는 네트워크 버스를 선택적으로 ON 또는 OFF 시키며,
    네트워크 버스가 OFF 이면, 네트워크 버스에 연결된 모든 차량용 전자 제어 장치의 파워검출기, 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기를 Sleep 모드로 동작시키고,
    네트워크 버스가 ON 이면, 네트워크 버스에 연결된 모든 차량용 전자 제어 장치의 파워 검출기 및 네트워크 트랜시버는 정상 모드로 동작되고, 웨이크업 신호가 검출되면 네트워크 버스에 연결된 모든 차량용 전자 제어 장치의 네트워크 컨트롤러 및 제어기가 정상 모드로 동작되는 것을 특징으로 하는 차량내 에너지 효율을 향상시킨 차량 네트워크.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차량용 전자 제어 장치의 파워 검출기는,
    네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되면 웨이크업되도록 구성되고, 상기 웨이크업된 파워 검출기가 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기를 웨이크업시키며,
    네트워크 버스로부터 웨이크업 신호가 수신되지 않으면 Sleep 모드로 들어가는 것을 특징으로 하는 차량내 에너지 효율을 향상시킨 차량 네트워크.
  8. 제6항에 있어서, 상기 차량용 전자 제어 장치의 파워 검출기는,
    네트워크 버스로부터 수신된 프레임 메시지(Frame Message)를 모니터링하고, 상기 프레임 메시지가 해당 전자 제어 장치의 서비스와 관련된 것이면 네트워크 트랜시버, 네트워크 컨트롤러 및 제어기로 웨이크업(Wakeup) 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 차량내 에너지 효율을 향상시킨 차량 네트워크.



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