1

In - Vehicle Networking

2

SAE Intelligent VehicleSAE Intelligent Vehicle

Basic vehicle functions

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Safety and security

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Information and entertainment

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• Point-to-point 방식

현재의 배선방식현재의 배선방식

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Hyundai Avante

Main wiring harness

Instrument, front and rear door, trunk wiring, etc.

Engine wiring harness

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• 생산 비용과 불량률의 증가

• 차량 중량의 증가와 이에 따른 연비의 악화

• 공간 부족으로 설계 및 설치 작업의 어려움

• 설계 수정에 대한 유연성 부족

• 전기 시스템의 고장 진단에 대한 검출곤란

현재 배선 방식의 문제점현재 배선 방식의 문제점

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In-Vehicle Networking 이란 ?In-Vehicle Networking 이란 ?

• 통신망을 차량에 적용

• digital + serial 통신

• 공유된 통신매체

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• Distribution box

가까운 미래의 배선방식가까운 미래의 배선방식

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먼 미래의 배선 방식먼 미래의 배선 방식

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• 차량 내 배선의 감소

• 전장시스템의 용이한 설치가 가능

• 전체 시스템의 신뢰성 향상

• 유연한 전장 시스템 설계 가능

• 용이한 유지 및 보수

• 배기가스 규제에서 요구되는 기능을 만족

In-Vehicle Networking의 장점In-Vehicle Networking의 장점

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• Daimler-Chrysler - CAN system을 최초로 engine management에 적용

- 대부분의 승용차와 트럭에 탑재

- Vario Research Car

* drive-by-wire

* 핸들과 페달을 제거

In-Vehicle Networking(IVN)의 적용사례In-Vehicle Networking(IVN)의 적용사례

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Volvo

S80 series- Red bus : 250Kbps CAN- ABS : Antilock Braking System- ECM : Engine Control Management- ETM : Electronic Transmission Management- SAS : Steering Angle Sensor- TCM : Throttle Control Management- CEM : Central Electronic Module( Gateway)- SWM : Steering Wheel Module- UEM : Upper Electronic Module

- Green bus : 125Kbps CAN- AUM : Audio Module- CCM : Climate Control Module- DOM/PDM : Driver/ Passenger Door Module- PHM : Phone Module- PSM : Power Seat Module- REM : Rear Electronics Module- RTI : Road Traffic Information- SRS : Safety Restraint system

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• Delphi Automotive

- Delphi사는 drive-by-wire의 전체 시스템을 개발 중

* Brake by wire

* Throttle by wire

* Damper by wire

* Roll by wire

* Front and Rear steer by wire

Electric Power steering system

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• 현대 자동차

- Equus

- NF sonata

- Trajet

• 쌍용 자동차

- Chairman

• 삼성 자동차

- SM5

- SM7

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Non-intelligent nodes and very short information

Distribution of “higher value” information

Real time critical information

IVN protocol의 분류IVN protocol의 분류

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• Overview

CAN (Controller Area Network)CAN (Controller Area Network)

11898J1939

18

CAN Specification, ISO 11898 Physical LayerData Link Layer

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network configurationbus topologyup to 64 stations

transmission speed and network length5 kbps for 10 km1 Mbps for 40 m

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Bit StuffingNRZ provides no edge for

resynchronization if transmitting consecutive bits with the same polarity

=> Bit Stuffing

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Nominal Bus LevelsRecessive bus condition if the voltage of

CAN_H is not higher than the voltage of CAN_L plus 0.5 VDominant bus condition if the voltage of

CAN_H is at least 0.9 V higher than CAN_L

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Electromagnetic Interference

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CAN 2.0A Message Frame

11 bit message identifier

24

CAN 2.0B Message Frame

29 bit message identifier11 bits for a CAN 2.0A messageExtra 18 bits for a CAN 2.0B message.

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Arbitration Field

26

Broadcast Communication

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Multiple Bus AccessCarrier Sense

Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority (CSMA/CD + AMP)Non-destructiveBit-wise

arbitration

28

Bit-wise Arbitration Method

29

Error Detection

< Error States of CAN Node >

Five error detection mechanismsThree at the message

levelCyclic Redundancy

Check (CRC)Frame checkAcknowledgment

error checkTwo at the bit levelBit monitoringBit stuffing

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31

CAN Implementation

Three componentsMicrocontrollerProtocol controllerTransceiver

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Two Choices

Stand-alone CAN controller

Integrated CAN controllerLow costEasy circuit designReduced CPU load

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Stand-Alone CAN Controller

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Integrated CAN Controller

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CAN-Based Body Control System

Objective: development of body control modules based on CAN communicationTasksAnalysis of vehicle electrical systemsHardware development of body control modulesMessage definition and software developmentOn-board test

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Layout of Electrical Systems

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Locations of Body Control Modules

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CAN Module Design트랜시버 칩

(PCA82C250)리셋 칩(7705)

오실레이터(8MHz)

마이크로컨트롤러(Motolora-

MC68HC912D60)

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Interface Board for Door Module

40

CAN Based Body Control System Testbed

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CAN Layout

CCU2

DDC

ADC PDRC

IMC

PDLC

RDCCCU1

CAN선

CAN connector

KEY

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Outside Mirror

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In-Vehicle Network Protocols

Contro lAV기기제어 CB R VBR(MPEG2)

정보Body

CAN(저 속)

비동 기 data 전 송 동 기 data 전 송

100M

10M

1M

100k

10k

전송

속도

(b

ps)

전 송 data의 종류

CAN(고속 )

J1850

BEANLIN

TTP

Byte flight

CAN(IDB -C)

IE-BUS(AVC-LAN)

D2B OpticalCARNET

HiQOS

MOST

MML

IEEE1394 광통신

전기통신

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응용 분야별 분류

응용 적용 시스템 ISO Classification SAE Classification

Body Control

LampPower WindowsDoor LocksPower Seats

Low Speed Class A (≤125Kbps)

Diagnostic Failure Diagnosis Low Speed Class B (≤250Kbps)

Powertrain&

Chassis Control

Engine ControlTransmission ControlBrake ControlSteering Control

High Speed Class C (>250Kbps)

Information & ITS

NavigationCD, DVD, Phone − IDB

(ITS Bus)

Safety Airbag Pretensioner − −

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전송 속도별 대표적인 프로토콜

속도 프로토콜 특성

저속LIN

보통 20 kbps스마트 센서와 액츄에이터 같은 단순한 온-오프 기기의 통신

중 • 저속 CAN최대 1 Mbps (High-speed CAN) ECU 간의통신. 제어 신호

제어기용 네트워크 표준으로 정립

고속MOST

현재 25 Mbps. MOST2는 150Mbps. 멀티미디어 버스

유럽을 중심으로 양산 중

IEEE 1394100 Mbps 이상. 멀티미디어 버스

미국을 중심으로 표준화 진행 중

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응용 분야 별 대표적 프로토콜

Body ControlLIN, BEAN, LS_CAN, SEA J1850, TTP/A

Real-time ControlHS_CAN, TTP/C, FlexRay

Infotainment or TelematicsMOST, D2B, IDB, IEEE 1394

Safety Safe-By-Wire, BST, DSI

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LIN ( Local Interconnect Network)유럽 자동차 업계 중심이 저가의 차량용 네트워크

차량 내 분산된 전자 시스템들을 위한 저비용, 단일유선 시리얼 통신 시스템

LIN의 통신 속도는 CAN의 1/12정도, MOST의 1/600 정도

Open/Close Power Window

Wiper

Rear Wiper

Rear Window Heater

Room Lanp

Seats Heater

Power Seats:Position Adjustment

Power Door Mirror:Door Mirror Angle Adjustment

Door Lock and Unlock

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MOST (Media Oriented Systems Transport)

고성능 멀티미디어 네트워크

25Mbps에서 향후 150Mbps까지 지원할 예정

MOST 네트워크의 목표

최대 25Mbps의 데이터 전송속도를 갖는 저비용의 솔루션 구현

POF (Plastic Optical Fiber) 이용을 통한 최적화

우수한 신뢰성을 가진 이용의 편리성

다양한 프로토콜 이용을 위한 개방형 프로토콜 인터페이스

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TTP (Time Triggered Protocol)

Fault-tolerant, Time-Triggered Communication Protocol 이 필요

TTA (Time-Triggered Architecture) GroupVolkswagen, Audi, PSA

Peugeot Citroen, Delphi, Honeywell, NEC, Oki

항공, 자동차 분야

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FlexRay GroupGM, DaimlerChrysler, BMW, Philips, MotorolaDynamic Part : event-driven / Static Part : time-

triggered2004년 말 양산 계획 : Philips

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Keyword protocol 2000Keyword protocol 2000

• 차량의 진단을 위해 개발된 직렬 통신 방식

• 국제 규격 ISO 14230• 미국의 배기규제 OBD-II(On Board Diagnosis)에서

필수적으로 사용(ISO 9141-2 와 SAE J1978 )• OBD-II

- 차량 배기가스에 영향을 줄 수 있는 모든 시스템의

제어기에 별도 자기진단기능 구현

- 전용 진단장비를 통하여 어느 부분이 언제 고장을

일으켰는지를 알림

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Fmt Tgt Src Len SId Data CS

Header Data bytes Checksum

Max. 4byte Max. 255byte 1byte

- Header : 메시지의 형식결정

* Format byte와 target, source address byte, length byte- Data bytes- Checksum (8bit)

• 구조

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차량 진단 시스템의 구조

• Communication services- Start Communication service- Stop Communication service - Access Timing Parameter service- Send Data service

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•The Connector of OBD-II-Pin 2 - J1850 Bus+-Pin 4 - Chassis Ground-Pin 5 - Signal Ground-Pin 6 - CAN High (J-2284)-Pin 7 - ISO 9141-2 K Line-Pin 10 - J1850 Bus-Pin 14 - CAN Low (J-2284)-Pin 15 - ISO 9141-2 L Line-Pin 16 - Battery Power

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- 자동차 관련 업계, 학계의 연구와 협력

- 국제 규격

* ISO 11519 - 3 (physical interface)- Open standard- 최대 전송속도 1Mbit/s - 12bit의 메시지 ID, 28byte의 data field- Broadcast or 1:1 통신

- Multi master/slaver 구조와 이를 혼합한 구조를 가짐

VAN (vehicular area network)VAN (vehicular area network)

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SAE J1850

Standards- J1850-SCP : Ford developed version- J1850-DLC : GM/Delco developed version- ISO11519-4 : Low speed J1850

( not compatible above two version) Class A(10.4Kbps) and Class B(41.6Kbps) Characteristics- Similar to CAN

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Networking for Occupant Interface

Multimedia network

- Large amount of data

- Higher data rate

Vehicle control, navigation and entertainment

- Voice activated control for many functions and internet access

- Text to speech E-mail reading while you ‘drive and listen’

- Auto-route planner with real-time updates using the traffic reports

- Advanced interactive digital audio and video features

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AMIC

Automotive Multimedia Interface Collaboration

Founded in 1998

Toyota, GM, Ford, Daimler-Chrysler and Renault

Standardization of the vehicle multimedia architecture

Plug-and-play ‘infotainment’ specification

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In-Vehicle Multimedia Network Protocols

MML (Mobile Media Link)

- Developed by Delphi automotive systems

- Max speed : 100Mbps

- Plug and play capability

MOST(Media Oriented Systems Transport)

- Developed by Oasis silicon systems

- Synchronous/Asynchronous bandwidth

- Virtual network management embedded in the systemMobile Media Link

60

D2B (Domestic Digital Bus)- Developed by Optical Chip Consortium- Using fiber-optic media- Used in new Mercedes S-Class

IDB-C (ITS Data Bus – CAN)- Based on CAN’s physical and data link layer- Using optical fiber media- SAE Standard D2B example

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Protocols Comparison

Protocol Affiliation Application Media Bit encoding

Media access

Data field length

Max bit rate

D2B Optical Chip Consortium

Audio/Video

Fiber Optic PWM Contention n/a 12

Mbps

MML Delphi Multimedia Fiber Optic NRZ Master/

Slave2048

bit10

Mbps

MOST MOST Co-op

Multimedia Fiber Optic n/a Master/

Slaven/a 25

Mbps

• Comparison of multimedia protocols