바디 전장 시스템(2)

저자 소개
김민복 교수는 현대전자(주) 자동차 전장품 생산기술 과장을 거쳐 현대자동차 자동차 품질조사 고객지원 팀장을 역임했다. 그후 현대자동차 정비기술지원 하이테크팀에서 근무했으며, 현재 신흥대학교 자동차과 겸임 교수 겸 e-자동차 전기 연구원으로 활동하고 있다. 주요 저서로는 ‘최신 자동차 전기, 전자 제어 엔진’ 외 다수가 있다.
 

연재순서 1. 자동차의 전장품 분류  2. 시동장치 3. 충전장치  4. 점화장치 5. 등화장치  6. 계기장치 7. 자동차용 전선, 커넥터  8. 전자 제어 엔진(1) 9. 전자 제어 엔진(2)  10. 전자 제어 섀시(1) 11. 전자 제어 섀시(2)  12. 전자 제어 에어백 시스템 13. 차량용 냉방 장치 14. 전자제어 전기 15. 바디 전장 시스템

BCM 시스템의 개요

BCM 시스템은 기존의 MPS 시스템(Memory Power Seat System), STS(Steering Tilt System), BWS(Back Warning System)과 같은 독립 시스템을 통합 제어해 제어 효율성을 향상시킨다. 이 시스템이 적용하고 있는 정보 전송은 BCM ECU와 서브 ECU 간 CAN 통신을 통해 이뤄져 데이터 전송의 신뢰성을 향상시킨다.
또 BCM ECU와 서브 ECU, 그리고 주변 스위치 모듈 간 데이터 전송 등 비교적 전송 속도에 민감하지 않은 부문은 LIN 통신을 적용해 경제성을 높이고 있다. 시스템의 제어 기능은 일반적으로 ETACS 시스템과 같이 와이퍼 제어, 파워 윈도 제어, 미등, 오토 라이트 제어 기능 등을 포함한다. 또 방향 지시등 제어, 메모리 파워 시트 제어, 스티어링의 틸트 제어, 키-리스 엔트리 제어 기능 등을 갖고 있는 PIC(Personal Identification Card) 또는 IPM(Inter Panel Module) 제어, 도난 방지 기능 이모빌라이져(immobilizer) 제어, 전원 공급 제어의 PDM(Power Distribution Module) 기능 등을 실행할 수 있어 사용자의 편의성을 크게 향상시킨다.

BCM 시스템의 구성

BCM 시스템은 대개 그림 1, 2와 같이 BCM 또는 IPM(inter panel module) 메인 모듈 중심, 그리고 서브 ECU(서브 모듈)로 구성된다. 서브 ECU는 파워 시트 ECU, 전동 틸트 ECU, 파워 윈도 ECU 등이 있다. 차종 옵션에 따라 클러스터 ECU, BWS(Back Warning System) 시스템, Passive Entry 기능을 갖고 있는 PIC ECU, 또는 전원 제어 기능과 버튼식 시동 기능을 갖는 PDM 등도 있다. 서브 ECU 명칭은 제조사의 차종에 따라 다소 다르지만 그 기능은 크게 다르지 않다.

또 BCM 시스템에는 BCM 및 서브 ECU(서브 모듈)의 주 입력 신호원으로 사용되고 있는 스위치 모듈들이 구성돼 있다. BCM 시스템에 적용되는 스위치 모듈들에는 멀티 펑션 스위치 모듈(Multi Function Switch Module), 도어 스위치 모듈, 어시스트 도어 모듈,  MSL(Mechatronic Steering Lock) 실린더 ECU 또는 ESCL(Electronic Steering Column Lock) ECU가 있다.
멀티 펑션 스위치 모듈은 다기능 스위치의 여러 신호를 입력 받아 어떤 스위치의 데이터인지를 LIN 통신 라인을 통해 BCM으로 전송하는 역할을 한다. 도어 스위치 모듈은 도어의 록/언록 기능, 파워 윈도 기능, 폴딩 미러 기능 관련 모듈이다. 키-리스 엔트리 기능은 PIC ECU와 CAN 통신을, 파워 윈도와 폴딩 미러 기능은 도어 스위치 모듈의 스위치 신호를 입력 받아 어떤 스위치의 데이터인지를 LIN 통신 라인을 통해 BCM으로 전송하는 역할을 한다.

BCM 모듈은 ETACS 기능을 포함한 메인 모듈로 서브 ECU들과 CAN과 LIN 통신을 통해 명령을 실행 확인한다. BCM ECU는 PIC ECU, 파워 시트 ECU와 틸트 ECU, 파워 윈도 ECU, 파워 윈도 어시스트 ECU에서 CAN 통신을 수행하며, BCM과 멀티 펑션 스위치, PIC ECU, MSL ECU, 파워 윈도 ECU와 서브 도어 스위치 모듈 간 LIN 통신을 통해 명령을 실행할 수 있도록 한다.

CAN 통신은 전송 속도가 실제 real time control이 구현되도록 최대 1 Mbps로 전송이 가능하다. 버스 액세스 방식은 모든 노드가 동시에 수신될 수 있는 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식이다. 2개의 신호를 비교 체크할 수 있어 통신 신뢰성이 높다.
CAN은 현재 파워트레인, 새시(chassis), 바디 전장 계통 통신으로 널리 사용하고 있다. CSMA 방식은 노드가 idle 상태인지 busy 상태 인지를 판단해 통신이 busy 상태이면 송신 대기한다. 이때 모든 노드가 동시에 수신되지만 데이터 충돌이 일어나지 않도록 ID가 맞는 통신을 수신한다.

CAN의 프레임 구조는 그림 3과 같다. 데이터 프레임은 데이터를 전송하기 위한 전송 포맷으로 7개 필드로 구성된다. 리모트 프레임은 특정 노드에 대해 특정 정보를 요구할 때 사용된다. 데이터 필드를 제외한 6개 필드로 구성된다. 이 밖에 CAN의 프레임은 error frame과 over load frame을 지닌다.

LIN 통신의 전송 속도는 최대 20 kbps로 비교적 느리다. 네트워크 액세스 방식은 싱글 마스터 방식으로 구조가 간단하다. CAN 통신에 비해 경제성이 높은 특징을 가지고 있어 주로 전후방 등화 장치, 도어 스위치 모듈, 에어컨 블로워 모터, 파워 시트, 미러 등과 같은 바디 전장계에 많이 사용된다. LIN의 마스터 슬레브 방식은 마스터가 순차적으로 통신 필요 유무를 물어 슬레이브 노드(slave node)가 반송 유효 신호일 때 송신하는 방식이다. LIN의 프레임 구조는 헤더(header)와 리스폰스(response) 프레임으로 돼있다. 마스터는 슬레이브에 헤더 프레임을 송신하면 슬레이브는 내용에 따라 리스폰스 프레임을 보낸다.

BES 시스템

BES(Button Engine Start) 시스템은 운전자가 기존에 실린더식 점화 키 스위치 대신 버튼식 스위치(Start & Stop Button, SSB)를 이용해 시동하는 스타트 시스템이다. BES 시스템의 구성은 그림 4의 예와 같다. IPM 모듈(또는 스마트 키 유닛)을 중심으로 RF 수신기, LF 안테나, 그리고 PDM 모듈을 중심으로 ESCL (Electronic  Steering Column Lock) 유닛, JB(Junction Box) 모듈로 구성된다.
또 IPM 모듈을 중심으로 PDM 모듈, EMS ECU, 클러스터, FAM, ADM, DDM, RAM 모듈들과 CAN 통신 라인을 통해 데이터를 전송한다. PDM 모듈과 ESCL 유닛은 LIN 통신 라인을 통해 데이터를 전송한다. 따라서 운전자가 특정한 조작없이 ESCL의 잠김과 해제를 할 수 있고 전원 OFF 상태에서 SSB 조작만으로 ACC 전원, IGN 전원 공급, 브레이크 패달, 점화 시동이 가능하다.

운전자가 브레이크 패달과 SSB를 누른다는 것은 IPM 모듈이 FOB(또는 스마트 키)의 인증 및 전송 상태가 충족되는지를 확인한다는 것이다. 이것은 스마트 키와 FOB 홀더 사이에 LF 트랜스폰더 통신에 의해 이모빌라이져 기능을 해제하는 것이다. IPM 모듈(스마트 유닛)은 SSB의 위치, 인히비터 스위치의 위치, ESCL의 잠김과 해제, 내외부 안테나 제어, 각 모듈로부터의 도어 열림 상태, 알람 상태 등의 정보를 수집한다. 또 FOB의 인증 코드를 확인해 EMS ECU에 이모빌라이져 기능을 해제하고, 시스템 이상시 경고 메시지를 표시한다. 즉 IPM 모듈은 BES 시스템에서 마스터 역할을 하는 셈이다.

PDM 모듈은 ESCL 유닛의 전원 공급 제어와 ACC, IGN1, IGN2, ST 전원 공급을 위한 외부 릴레이 제어 기능, IPM 모듈 이상시 림프 홈 모드(Limp Home Mode)로 전환하기 위한 시스템 모니터링 기능을 실행한다. 또 시스템에서는 PDM 모듈이 SSB의 조명과 시스템 상태 표시등의 제어 기능도 실행한다. PDM 모듈은 FOB 홀더에 FOB 삽입 여부와 차속, 그리고 ESCL 유닛의 잠김과 해제 상태, 외부 릴레이 작동 상태 확인과 외부 ECU로부터 CAN 라인 정보를 입력 받아 ESCL 유닛의 전원과 외부 릴레이의 제어를 한다.
FOB 홀더는 트랜스폰더(transponder)가 내장된 스마트 키나 FOB의 자동 인증이 실패한 경우 FOB 홀더에 FOB를 삽입하고 PDM 모듈을 통해 인증할 수 있도록 FOB 홀더에 전원을 공급 해 FOB를 인증할 수 있도록 한다.

림프 홈 모드는 BES 시스템 이상으로 시동을 걸 수 없을 시를 가정한 안전 모드다. 이상 상황은 브레이크 스위치 입력 신호가 차단된 경우, SSB 신호 라인이 단선된 경우, CAN 통신에 이상이 생긴 경우 등이다.
이와 같은 상태에서 SSB 버튼을 10초 이상 눌러 시동을 걸거나 10초 이내 버튼을 2번 눌러 전원 이동이 가능하도록 한다(차종에 따라 다소 다를 수 있음). BES 시스템은 스마트 키-리스 엔트리 기능과 스마트 시동 기능을 연계한 하나의 시스템으로 사용자의 편의성을 크게 증대시킨 시스템이다. <끝>

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