자동차 액세스 자동 주소 지정 체계 비교

Bluetooth Low Energy를 사용하는 자동차 액세스 시스템에는 일반적으로 CAN(컨트롤러 영역 네트워크) 버스 또는 LIN(로컬 상호 연결 네트워크) 버스를 통해 통신하는 중앙 모듈과 다중 위성 모듈/노드가 있습니다. 위성 모듈은 블루투스 통신 범위를 향상시키기 위해 차량 주변에 물리적으로 분산됩니다.

시스템 설계자는 동일한 소프트웨어로 하나의 PCB를 설계하여 위성 모듈의 제조 가능성을 개선하여 차량에 설치하는 것이 Bluetooth 노드의 위치에 구애받지 않도록 하고자 합니다. 그러나 각 위성 노드의 설치 시점의 하드웨어와 소프트웨어가 동일하기 때문에 차량에 모듈을 장착한 후 중앙 모듈이 각 위성 노드에 고유한 CAN 또는 LIN 주소를 할당할 수 있도록 하는 방식이 필요합니다.

한 가지 옵션은 전용 LIN 데이지 체인 네트워크를 사용하여 제조 중에 CAN ID를 모듈과 공유하는 것입니다. 이 시나리오에서 중앙 모듈은 LIN 인터페이스를 사용하여 각 위성 모듈을 처리하지만 LIN 인터페이스는 차량 수명 동안 다시 사용되지 않습니다. 또 다른 옵션은 BOM(Bill of Material) 비용을 줄이는 개별 구현으로 전용 LIN 버스를 대체하는 것입니다. 시스템 비용을 추가로 줄이기 위해 추가 하드웨어 없이 Bluetooth만 사용하는 진정한 무선 옵션은 모듈을 처리하기 위해 노드에서 이미 사용 가능한 Bluetooth 인프라의 용도를 변경합니다.

궁극적으로 무선 방식은 BOM, 시스템 배선 및 이제는 필요하지 않은 구성 요소의 보관, 관리 및 조립 비용을 줄입니다. 이 문서에서는 무선 방식에 대해 더 자세히 살펴보기 전에 유선 자동 주소 지정 방식에 대한 개요를 제공합니다.

자동차 차량 액세스 시스템은 키로서의 전화(phone-as-a-key) 또는 기타 디지털 키 기능에 Bluetooth 저에너지를 사용하는 경향이 있습니다. 이 시스템은 수동 입력 수동 시동 시스템과 유사하게 작동하지만 운전자의 스마트폰을 키로 사용할 수 있는 기능이 추가되어 기존의 열쇠 고리를 대체합니다. PaaS(Phone-as-a-Key) 호환 차량은 중앙 모듈 또는 스마트 키 모듈과 여러 위성 모듈을 구현하며, 각각은 스마트폰 또는 열쇠 고리에서 Bluetooth 신호를 수신할 수 있습니다. 일반적인 시스템에는 중앙 모듈 외에 6~12개의 위성 모듈이 있을 수 있습니다(그림 1).

그림 1. 이 다이어그램은 Bluetooth 위성 모듈이 차량 전체에 배포될 수 있는 위치를 보여줍니다.

소비자는 언제 전화나 열쇠 고리가 차량의 잠금 해제 영역 내에 있는지 결정할 수 있는 열쇠로서의 전화 시스템이 필요합니다. 스마트폰이나 열쇠 고리의 위치를 ​​대략적으로 파악하기 위해 시스템은 다양한 위성 모듈에서 수신한 신호를 삼각 측량합니다. 이 신호는 조수석 도어, 로커 패널, 트렁크 또는 범퍼와 같은 장소에서 차량 전체에 분산됩니다.

차량의 중앙 모듈은 CAN 버스 또는 LIN 버스와 같은 통신 인터페이스를 사용하여 위성 모듈과 통신합니다. 중앙 모듈은 각 위성 모듈에서 수신한 데이터를 사용하여 스마트폰 또는 열쇠 고리의 위치를 ​​삼각 측량한 다음 차량에 대한 진입 액세스를 허용할지 여부를 결정합니다. 그림 2는 CAN 버스가 중앙 모듈과 위성 모듈 간의 주요 통신 네트워크로 사용되는 방법을 보여줍니다.

그림 2. CAN 버스는 Bluetooth 자동차 액세스 시스템 네트워크에서 중앙 모듈과 위성 모듈 간의 주요 통신 네트워크로 가정할 수 있습니다.

위성 모듈의 CAN 버스 주소를 통해 중앙 모듈은 데이터를 수신하는 위성 모듈을 결정할 수 있습니다. 중앙 모듈은 고유한 CAN ID 또는 주소를 전체 시스템 설계에 의해 결정된 각 특정 위성 모듈의 위치와 연결합니다. 버스 주소가 유선 또는 하드 코딩된 각 위성 모듈에 대해 고유한 PCB를 갖는 것보다 모든 위성 모듈에 대해 단일 버전의 펌웨어를 실행하는 단일 PCB 설계를 갖는 것이 유리할 것입니다. 이렇게 하면 6개, 8개 또는 그 이상의 거의 동일한 장치의 제조 및 재고 관리와 관련된 추가 비용 및 물류 문제를 피할 수 있습니다. 단일 디자인은 또한 차량의 어느 곳에서나 동일한 위성 모듈을 설치할 수 있도록 하여 제조를 단순화합니다.

위성 노드의 하드웨어와 소프트웨어는 설치 당시 모두 동일하고 주소가 지정되지 않았기 때문에 중앙 모듈이 자동차에 설치한 후 각 위성 모듈에 고유한 CAN ID 또는 주소를 할당할 수 있도록 하는 방식이 필요합니다.

유선 자동 주소 지정:LIN 데이지 체인 방식

현재 자동차의 위성 모듈에 CAN 버스 주소를 할당하는 것은 버스에서 데이지 체인으로 연결된 위성과 함께 별도의 통신 네트워크(예:LIN)를 사용하여 수행됩니다(그림 3). 중앙 모듈은 CAN 버스 네트워크 주소를 LIN 버스를 통해 첫 번째 위성 노드로 보냅니다. 완료되면 첫 번째 위성 노드는 LIN 버스를 사용하여 중앙 모듈에서 수신한 다음 주소를 두 번째 위성으로 보냅니다. 이 프로세스는 모든 위성이 고유한 CAN 주소를 수신할 때까지 계속됩니다.

그림 3. 이 자동 주소 지정 아키텍처는 고유한 CAN ID를 위성으로 보내기 위해 LIN 데이지 체인을 사용합니다.

이 방식은 모듈당 2개의 LIN 물리 계층(PHY)이 필요합니다. 하나는 데이터 수신용이고 다른 하나는 데이터 전송용입니다. LIN PHY는 자동 주소 지정 작업 중에만 사용됩니다. 위성이 프로그래밍되면 모든 표준 데이터 통신은 차량 액세스 CAN 버스를 통해 수행됩니다. 일반적인 자동차에는 6~12개의 위성 모듈이 있을 수 있습니다. 즉, 일회성 자동 주소 지정 작업을 지원하려면 14~26개의 LIN PHY가 필요하므로 차량의 PCB BOM, 시스템 비용 및 복잡성이 크게 증가합니다.

유선 자동 주소 지정:단일 배선 방식

Texas Instruments는 전용 자동 주소 지정 LIN PHY를 MOSFET 및 몇 개의 저항으로 교체하여 각 모듈의 BOM 비용을 줄이는 대체 방법을 개발했습니다. 이 체계의 자동 주소 지정 소프트웨어의 주요 차이점은 모든 위성 모듈이 P_IN 라인에서 웨이크 신호가 수신될 때까지 CAN 버스를 무시하도록 Bluetooth SoC(시스템 오브 칩)에 대해 프로그래밍되어 있다는 것입니다. 그림 4는 블록 다이어그램을 보여줍니다.

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그림 4. 단일 와이어 자동 주소 지정 방법은 LIN PHY를 MOSFET 및 몇 개의 저항으로 대체합니다.

중앙 모듈은 전계 효과 트랜지스터 Q1을 사용하여 P_IN1 라인에서 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 전송하여 자동 주소 지정 프로세스를 시작합니다. 전압 분배기를 통해 첫 번째 위성 모듈은 배터리 수준 깨우기 신호 P_IN1을 수신하여 Bluetooth MCU에 CAN 버스를 "듣도록" 신호를 보냅니다. 동시에 중앙 모듈은 CAN 버스에서 첫 번째 위성 모듈 CAN ID를 지속적으로 전송하기 시작합니다. 첫 번째 위성 모듈은 CAN ID 메시지를 수신하면 주소의 적절한 수신을 확인하기 위해 확인 메시지를 중앙 모듈로 다시 보냅니다. 확인 메시지를 보낸 후 첫 번째 위성 모듈은 PWM 깨우기 신호를 두 번째 위성 모듈에 전송하여 해당 모듈이 CAN 버스 수신을 시작하고 새 CAN ID를 수신하도록 신호를 보냅니다. 중앙 모듈이 첫 번째 위성 모듈로부터 확인 메시지를 수신한 후 CAN 버스는 두 번째 위성 모듈에서 확인 메시지를 수신할 때까지 두 번째 위성 모듈의 CAN ID 메시지를 지속적으로 전송합니다.

요약하면, 각 위성 모듈은 하나씩 CAN 버스에서 CAN ID를 수신하기 위해 다음 모듈을 깨웁니다. 중앙 모듈은 모든 모듈이 주소 지정될 때까지 주소 지정된 위성 모듈로부터 확인 메시지를 수신한 후 전송되는 다음 CAN ID를 증가시킵니다*.

개선되었지만 이 구현은 여전히 ​​그림 5와 같이 중앙 모듈과 각 위성 모듈 사이에 배선이 필요합니다.

그림 5. 단일 와이어 자동 주소 지정 아키텍처는 여전히 중앙 모듈과 위성 모듈 사이에 배선이 필요합니다.

무선 자동 주소 지정/케이블 교체

Texas Instruments는 Bluetooth 지역화 기술을 사용하는 자동 주소 지정 방법도 개발했습니다. 이러한 기술을 사용하면 제조 중 및 모듈 교체 후 Bluetooth 위성 모듈에 중앙 모듈의 CAN 주소를 할당할 수 있습니다. 모듈 어드레싱 프로세스는 중앙 모듈에 가장 가까운 것으로 결정된 모듈에서 시작하여 가장 먼 모듈이 어드레싱될 때까지 가장 먼 거리에서 가장 가까운 순서로 계속됩니다. 모듈의 배치, 측정 기술 및 모듈 환경에 따라 측정 거리가 결정되므로 실제 위치는 필요하지 않습니다. 거리 dn은 측정된 거리(Bluetooth 수신 신호 강도 표시[RSSI]로부터)를 나타내며 이상적으로는 다음과 같습니다.

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