목적 및 기대효과

High-speed CAN이 지원하는 비교적 넓은 대역폭(Bandwidth)은 Busload를 현저히 감소시키며, 이것은 Fault-tolerant CAN에서 발생할 수 있는 메시지 전송 지연 시간을 줄여준다. 또 현재 파워트레인과 새시 네트워크에 사용되고 있는 High-speed CAN을 바디 네트워크에 적용함으로써 네트워크 개발 및 검증 장비의 일원화를 가져온다. 다른 기대효과로는 High-speed CAN의 적용이 네트워크의 설계, 즉 Network Management및 Power Management의 최적화를 통한 비용 절감이 있다.
바디 네트워크에 High-speed CAN을 적용함으로써 기대할 수 있는 효과를 정리하면 다음과 같다.

- 통신 속도 상승에 따른 Busload의 감소
- 통신 속도 상승에 따른 메시지 전송 지연 시간의 감소
- 네트워크 설계의 최적화를 통한 전자 제어 장치의 비용 절감
- 개발 및 검증 환경의 일원화

이러한 배경 하에 High-speed CAN이 적용된 바디 네트워크를 구현했고, 다양한 네트워크 구조의 특성을 파악했다. 먼저 네트워크 아키텍처 및 Network Management의 컨셉에 대해 설명한 후, 실제 구현한 High-speed 바디 CAN 네트워크를 소개하도록 하겠다.

네트워크 아키텍처 컨셉

바디 네트워크를 구성하는 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit)는 동작 조건에 따라 2가지 종류로 구분될 수 있다.

1. 시동키가 켜진 상태(Ignition On)에서 동작하는 제어장치
2. 시동키가 꺼진 상태(Ignition Off)에서도 즉, 시동키와 상관없이 동작하는 제어장치

후자는 Door Lock/Unlock, Hazard Lamp On/Off 등 항시 작동이 요구되는 기능을 담당한다. ECU에는 표 1과 같은 동작모드가 있다. 이러한 동작에는 전원관리가 중요시 되며, ECU의 전원 관리에 있어 Transceiver가 중요한 역할을 한다.
네트워크 아키텍처를 소개하기에 앞서 CAN Transceiver의 개념을 표 2와 같이 정의한다.
다음은 Transceiver의 특성을 고려해 구성 가능한 네트워크 아키텍처를 소개한다.

1) SleepTRX 단일형 아키텍처
그림 1과 같이 현재 Fault-tolerant 바디 CAN 네트워크와 동일한 아키텍처이다. 마이크로컨트롤러와 Transceiver에 공급되는 Vcc 전원을 담당하는 전압 레귤레이터의 제어는 Transceiver가 담당한다.

2) SleepTRX & TRX 혼합형 아키텍처
기능분상화를 통해 시동키가 켜진 상태(Ignition On)에서 동작하는 기능과 시동키가 꺼진 상태(Ignition Off)에서 동작하는 기능을 구분해 ECU에 분포한다.
본 아키텍처에서 고려되는 사항은 Ignition Off 상태에서 동작이 필요한 기능을 SleepTRX가 적용된 ECU에 분산화 또는 집중화하는 것이다. 그리고 Ignition On 상태에서만 동작되는 ECU에는 TRX를 적용한다. 따라서 그림 2와 같은 아키텍처가 구현된다. TRX를 적용한 ECU의 경우 BAT전원이 공급되면 Ignition Off 상태에서 다소 많은 누설전류(암전류)가 발생되기 때문에 시동키 상태가 Ignition On 이상에서만 전원이 공급되도록 구현한다.

3) SleepTRX & StandbyTRX & TRX혼합형 아키텍처
본 아키텍처는 그림 3과 같이 SleepTRX & TRX 혼합형 아키텍처와 유사한 구조를 가진다. SleepTRX & TRX 혼합형 아키텍처와 다른 점은 Ignition Off 상태에서 기능 동작이 필요한 ECU들 중 현재 바디 네트워크의 기능인 리모트 키(스마트 키) 입력을 받기 위해 지속적으로 전원이 공급되어야 하는 ECU에 StandbyTRX를 적용하였다는 점이다. StandbyTRX가 적용된 ECU의 Local 이벤트에 대한 인식은 마이크로컨트롤러가 담당한다.

4) StandbyTRX & TRX 혼합형 아키텍처
그림 4와 같이 SleepTRX & TRX 혼합형 및 SleepTRX & StandbyTRX & TRX 혼합형 아키텍처와 유사한 구조를 가졌으며, 다른 점은 Ignition Off 상태에서 동작이 필요한 ECU는 모두 StandbyTRX를 적용했다는 점이다.
Ignition Off 상태에서 동작이 필요한 ECU는 Standby 모드에서 Normal 모드로 변환하기 위해 Local 이벤트에 대기하며, 이 Local 이벤트의 인식은 마이크로컨트롤러가 담당하게 된다.
StandbyTRX가 적용된 ECU의 경우 항상 전원이 공급돼야 하기 때문에 SleepTRX를 사용할 때보다 다소 많은 누설전류가 발생한다.
지금까지 소개된 4가지 네트워크 아키텍처의 특성 중 비용절감 효과 및 누설전류의 비교를 종합해 정리하면 표 3과 같다.

AEM_Automotive Electronics Magazine