스마트폰 연동 차량의 온보드 고장진단 기능 구현과 근거리 무선통신 호환성 시험에 관한 연구 A Study on the Implementation of the On-Board Diagnostic Function on the Smart Phone and the Compatibility Test for Short-Range Wireless Communications원문보기
최근 차량에 블루투스와 와이파이 등 근거리 통신기능을 부가하여 스마트폰과 연동함으로써, 최신 자동차는 차량 전자제어장치인 ECU를 통하여 자동차 위치정보, 고장 진단정보 등 다양한 정보를 파악할 수 있도록 엔터테인먼트화 되어 가고 있다. 본 연구를 통하여, 온보드 진단기와 스마트폰의 근거리 통신 기능을 활용하여, 차량 온보드 진단기와 연관하여 여러 가지 스마트폰 모델과 블루투스 및 근거리 무선통신인 NFC와의 호환성 시험을 실시하고, 이를 분석해 보았다. 더 나아가, 스마트폰 연동 블루투스 및 NFC 인터페이스 기능을 갖는 온보드 진단기의 단말기 구성과 고장진단 기능 구현을 비롯하여, 고장진단용 디버깅 프로그램을 개발하였다. 또한, OBD-II인터페이스를 통해 차량의 고장진단 데이터를 추출하였으며, 끝으로 온보드 진단기 CAN 프로토콜 구현 제시와 함께 이의 결과를 분석하였다.
최근 차량에 블루투스와 와이파이 등 근거리 통신기능을 부가하여 스마트폰과 연동함으로써, 최신 자동차는 차량 전자제어장치인 ECU를 통하여 자동차 위치정보, 고장 진단정보 등 다양한 정보를 파악할 수 있도록 엔터테인먼트화 되어 가고 있다. 본 연구를 통하여, 온보드 진단기와 스마트폰의 근거리 통신 기능을 활용하여, 차량 온보드 진단기와 연관하여 여러 가지 스마트폰 모델과 블루투스 및 근거리 무선통신인 NFC와의 호환성 시험을 실시하고, 이를 분석해 보았다. 더 나아가, 스마트폰 연동 블루투스 및 NFC 인터페이스 기능을 갖는 온보드 진단기의 단말기 구성과 고장진단 기능 구현을 비롯하여, 고장진단용 디버깅 프로그램을 개발하였다. 또한, OBD-II 인터페이스를 통해 차량의 고장진단 데이터를 추출하였으며, 끝으로 온보드 진단기 CAN 프로토콜 구현 제시와 함께 이의 결과를 분석하였다.
By adding short-range wireless communication function such as Bluetooth and Wi-Fi to the last vehicle in conjunction with a smart phone, a modern automobile is becoming entertainment screen to determine a variety of information such as car location information, diagnosis information, etc. through th...
By adding short-range wireless communication function such as Bluetooth and Wi-Fi to the last vehicle in conjunction with a smart phone, a modern automobile is becoming entertainment screen to determine a variety of information such as car location information, diagnosis information, etc. through the ECU vehicle electronic control unit. In this study, by utilizing short-range communications capability of the on-board diagnostic devices and smart phones in association with the on-board diagnostics, compatibility tests among a number of smart phone models, Bluetooth and NFC(Near Field Communication) were carried out and those results were analyzed. Furthermore, composition of on-board diagnostic device having Bluetooth and NFC interface function and the fault diagnosis function were implemented, and fault diagnosis debugging program was developed. In addition, fault diagnosis data of the vehicle via the OBD-II interface was extracted. Finally, the on-board diagnostics CAN Protocol implementation has been proposed, and the results of work was analyzed.
By adding short-range wireless communication function such as Bluetooth and Wi-Fi to the last vehicle in conjunction with a smart phone, a modern automobile is becoming entertainment screen to determine a variety of information such as car location information, diagnosis information, etc. through the ECU vehicle electronic control unit. In this study, by utilizing short-range communications capability of the on-board diagnostic devices and smart phones in association with the on-board diagnostics, compatibility tests among a number of smart phone models, Bluetooth and NFC(Near Field Communication) were carried out and those results were analyzed. Furthermore, composition of on-board diagnostic device having Bluetooth and NFC interface function and the fault diagnosis function were implemented, and fault diagnosis debugging program was developed. In addition, fault diagnosis data of the vehicle via the OBD-II interface was extracted. Finally, the on-board diagnostics CAN Protocol implementation has been proposed, and the results of work was analyzed.
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문제 정의
더 나아가 본 논문에서는 그간 블루투스 및 근거리무선통신인 NFC (Near Field Communication) 기술을 적용한 스마트폰들의 호환성 연구는 제대로 수행되지 못해, 본 논문을 통해 온보드 진단기와 스마트폰의 근거리 통신 기능을 활용하여, 여러 가지 스마트폰 모델의 차량 온보드 진단기와 연관하여 블루투스 및 NFC 호환성 시험을 실시하고, 이를 분석해 보고자 한다. 이를 위해, 스마트폰 연동 블루투스 및 NFC 인터페이스 기능을 갖는 온보드 진단기의 단말기 구성과 인터페이스를 제시하고, 온보드 진단기 기능 구현, 스마트폰 연동 온보드 진단기 호환성 시험, 끝으로 온보드 진단기 CAN 프로토콜 구현 제시와 이의 결과를 분석하고자 한다[5, 6].
0 통신을 적용함으로써 블루투스의 호환성을 극대화한다. 아울러 OBD 단말기의 문제점의 하나인 차량 방전을 방지하기 위하여 단말기의 대기 전력을 최소화할 수 있도록 한다. 또한 온보드 진단기 데이터를 일반 앱 응용 개발자들이 쉽게 이해하고 앱을 개발할 수 있도록 API(Application Programming Interface) 형태로 DB화하여 제공하기도 한다[7].
제안 방법
G-Sensor의 기본 특성값을 찾기 위해서 각 면에 대한 기본 충격 데이터 값과 변화를 측정하였다.
NDEF는 본 포럼에서 URL, 카드, 그리고 NFC 관련 데이터 타입을 전달할 수 있는 NDEF (NFC Data Exchange Format)의 데이터 공통 포맷을 정의하였다. NDEF 메시지 형식의 NFC 데이터를 안드로이드 프레임워크 API를 사용하여 송수신 응용을 제공할 수 있어, 본 논문에서는 이의 소트트웨어 기능을 활용하였다.
이에 따라 본 논문에서는, 온보드 진단기(OBD)의 고장진단 기능과 온보드 진단기 CAN (Controller Area Network) 프로토콜 구현을 제시하여, 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러와 장치들로 메시지 기반 프로토콜로 기능을 구현하였다. OBD-II 인터페이스를 통해 차량의 고장 진단 데이터를 추출하였으며, 스마트카 시대의 기술개발을 지원할 수 있는 고장진단용 디버깅 프로그램을 개발하였다.
고장 진단기능 환경 구성과 시험에 있어서, 스마트폰 연동 시험을 위해 복잡한 블루투스 페어링 기능을 수행하지 않고 차량 탑승 후 간단히 스마트폰을 차량에 부착된 NFC 태그에 가까이 이동함으로써 블루투스 인증을 수행하도록 개발하였다. 다수의 NFC 태그 및 스마트폰으로 호환성 테스트를 진행하였다.
스마트폰 연동 OBD-II 단말기의 소프트웨어 기능은 외부 표준 API를 위한 OBD-II DTC (Diagnostic Trouble Code)에 대한 표준 DB를 제공한다. 그리고 NFC를 통한 블루투스 페어링 응용, OBD-II 데이터를 활용한 차량 진단 응용 및 OBD-II를 활용한 차량 정보 디스플레이(Display) 응용을 제공한다.
블루투스와 NFC간 페어링 기능을 통해 스마트폰 연동 OBD-II 단말기와 스마트폰간 누구나 쉽게 사용할 수 있다. 그리고 소비전력 최소화를 위해 Bluetooth 4.0 통신 기술을 적용하고, 차량 악세사리, ALT 신호를 활용하여 대기전류 5mA 이하의 제품을 구현한다[8].
고장 진단기능 환경 구성과 시험에 있어서, 스마트폰 연동 시험을 위해 복잡한 블루투스 페어링 기능을 수행하지 않고 차량 탑승 후 간단히 스마트폰을 차량에 부착된 NFC 태그에 가까이 이동함으로써 블루투스 인증을 수행하도록 개발하였다. 다수의 NFC 태그 및 스마트폰으로 호환성 테스트를 진행하였다. NFC를 이용한 블루투스 페어링을 위해 Just Works 기능을 이용하여 Smart OBD-II라는 App에서 hidden API를 이용하여 블루투스 페어링과 동시에 앱을 실행 시키는 구조이다[8, 10].
기존의 제품들은 일반적으로 소비전력이 많고 위치정보나 에코드라이빙, 고장진단 등에 대한 정보만 제공하며 폐쇄적으로 운영되고 있다. 따라서 본 논문에서는 OBD-II를 활용하여 차량 ECU에서의 주행간 정보, 주요 소모품에 대한 정보, 주요 부품에 대한 정보 등을 DB화하여 기술적인 차별화를 기하였다[8]. Fig.
또한 일반적인 스마트폰과의 블루투스 페어링 테스트를 진행하였으며, 각각의 스마트폰의 OS 업그레이드를 진행하며 테스트를 진행하였고 추가 연동 기기에서의 여러 가지 프로파일에 대해서도 호환성 시험을 진행하였다. Fig.
차량에서의 실제 고장 상태를 구현하고 이에 대한 실차 테스트를 수행하였다. 먼저 차량 엔진룸의 Junction Box에서 특정 퓨즈를 제거하고 테스트를 진행하였다. 임의적인 고장 상황을 만들기 위해 특정 ECU의 전원 관련 퓨즈를 제거하는 방법을 선택하였다.
본 연구에서는 G-sensor를 적용하여 충돌감지 및 사고통보 기능을 구현하여 다수의 실차를 실시하여 보정하였으며, 실질적인 충돌 실차 시험은 자갈길이나 과속 방지턱 및 파손된 도로 등을 대체하여 실시하였다. Fig.
0 통신 지원 및 다양한 기능으로 확장 가능한 칩(Chip)이다. 본 연구에서는 기본적인 SPP (Serial Port Profile) 프로파일(Profile)만 사용하여 개발하였으며, 블루투스의 프로파일 성능(Profile performance)에 대해서는 Bluetooth SIG 인증 작업을 진행하였다. 블루투스 호환성을 위한 프로파일에 대한 성능 검증을 획득하였다.
본 연구의 APP에서는 OBD-II 표준 DTC 코드를 DB화하여 라이브러리(Lib)에 적용하였으며 각각의 진단 결과에 맞는 DTC 코드를 표출한다.
본 연구에서는 기본적인 SPP (Serial Port Profile) 프로파일(Profile)만 사용하여 개발하였으며, 블루투스의 프로파일 성능(Profile performance)에 대해서는 Bluetooth SIG 인증 작업을 진행하였다. 블루투스 호환성을 위한 프로파일에 대한 성능 검증을 획득하였다.
스마트폰 연동 OBD-II 단말기는 Bluetooth ROM Base과 NTAG203 테그(Tag)를 이용하여 설계, 구현하였다. Fig.
NFC 태그는 2가지 종류가 일반적이며, 대부분 NTAG203 태그가 주류를 이룬다. 스마트폰과의 호환성 테스트는 NFC룰 지원하는 다수의 스마트폰으로 NFC 호환성 테스트를 진행하였다. Fig.
스마트폰 연동 온보드 진단기 OBD-II 단말기는 차량의 데이터를 수집하여 블루투스를 이용하여 스마트폰으로 전달하고 스마트폰에서 자동차의 안전 및 편리성 진단을 위한 다양한 기능을 제공할 수 있는 장치이다. 운전자가 NFC를 활용하여 블루투스 페어링(Pairing)을 구성하였으며, 블루투스 4.0 통신을 적용함으로써 블루투스의 호환성을 극대화한다. 아울러 OBD 단말기의 문제점의 하나인 차량 방전을 방지하기 위하여 단말기의 대기 전력을 최소화할 수 있도록 한다.
이 스마트폰 연동 OBD-II 단말기의 하드웨어 구성은 OBD-II 커넥터 신호를 입력받아 블루투스와 NFC 통신을 통해 스마트폰과 연동하여 자동차의 주행간 정보, 주요 소모품에 대한 정보, 주요 부품에 대한 정보를 제공한다.
더 나아가 본 논문에서는 그간 블루투스 및 근거리무선통신인 NFC (Near Field Communication) 기술을 적용한 스마트폰들의 호환성 연구는 제대로 수행되지 못해, 본 논문을 통해 온보드 진단기와 스마트폰의 근거리 통신 기능을 활용하여, 여러 가지 스마트폰 모델의 차량 온보드 진단기와 연관하여 블루투스 및 NFC 호환성 시험을 실시하고, 이를 분석해 보고자 한다. 이를 위해, 스마트폰 연동 블루투스 및 NFC 인터페이스 기능을 갖는 온보드 진단기의 단말기 구성과 인터페이스를 제시하고, 온보드 진단기 기능 구현, 스마트폰 연동 온보드 진단기 호환성 시험, 끝으로 온보드 진단기 CAN 프로토콜 구현 제시와 이의 결과를 분석하고자 한다[5, 6].
이에 따라 본 논문에서는, 온보드 진단기(OBD)의 고장진단 기능과 온보드 진단기 CAN (Controller Area Network) 프로토콜 구현을 제시하여, 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러와 장치들로 메시지 기반 프로토콜로 기능을 구현하였다. OBD-II 인터페이스를 통해 차량의 고장 진단 데이터를 추출하였으며, 스마트카 시대의 기술개발을 지원할 수 있는 고장진단용 디버깅 프로그램을 개발하였다.
이에 본 연구를 통해 OBD-II 규격과 고장진단 코드를 이해하고, 온보드 진단기 단말기의 기능을 구현하였으며, 고장 진단용 디버깅 프로그램을 개발하였다. NFC를 이용한 블루투스 페어링 시험을 통해 호환 가능한 NFC 테그를 확인했으며, 국내 대부분의 스마트폰이 호환됨을 확인하였다.
일반적인 스마트폰과의 블루투스 페어링 테스트를 진행하였으며 각각의 스마트폰의 OS 업그레이드를 진행하여 테스트를 진행하였고, 추가 연동 기기에서의 여러 가지 프로파일에 대해서도 호환성 테스트를 진행하였다.
먼저 차량 엔진룸의 Junction Box에서 특정 퓨즈를 제거하고 테스트를 진행하였다. 임의적인 고장 상황을 만들기 위해 특정 ECU의 전원 관련 퓨즈를 제거하는 방법을 선택하였다. ABS2라는 ABS 관련 퓨즈를 제거하면 차량의 클러스터에서는 Fig.
OBD-II 데이터에 대하여 CAN 프로토콜에 따라 적당한 ID로 쿼리 및 응답으로 OBD-II 데이터를 추출하였고 일부 제조사 고유 데이터의 경우 CAN 통신 선로상의 데이터를 적용하였다. 차량에 시제품 및 CAN 프로토콜 분석 장비를 이용하여 PC상에서 데이터를 추출하는 실차 시험을 진행하였다. Fig.
차량에서의 실제 고장 상태를 구현하고 이에 대한 실차 테스트를 수행하였다. 먼저 차량 엔진룸의 Junction Box에서 특정 퓨즈를 제거하고 테스트를 진행하였다.
충돌 환경은 주로 과속 방지턱, 중앙 요철, 파손 도로 및 급커브 등의 길에서 실시하였으며 Table 1과 같이 G-sensor 데이터를 도출하였다
대상 데이터
OBD-II 데이터에 대하여 CAN 프로토콜에 따라 적당한 ID로 쿼리 및 응답으로 OBD-II 데이터를 추출하였고 일부 제조사 고유 데이터의 경우 CAN 통신 선로상의 데이터를 적용하였다. 차량에 시제품 및 CAN 프로토콜 분석 장비를 이용하여 PC상에서 데이터를 추출하는 실차 시험을 진행하였다.
개발에 적용한 G-sensor는 Kionix사의 KXTJ2-1009모델로서 +/- 8G의 tri-axis 디지털 가속도 센서이다. G-sensor 값은 각각 -2024～1024사이의 값을 갖는다.
성능/효과
그리고, 온보드 진단기 CAN 프로토콜 구현 제시와 함께, 차량의 고장진단 데이터를 추출하고, 분석해 봄으로써 많은 OBD-II 데이터들이 CAN 프로토콜로 표준화 되어 있음을 확인할 수 있었다. ADAS 기능을 구현하는데 있어서 차량의 OBD-II 데이터들이 충분히 유용하게 사용될 수 있고 OBD-II 데이터만으로도 사용자를 위한 ADAS용 단말기를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이에 본 연구를 통해 OBD-II 규격과 고장진단 코드를 이해하고, 온보드 진단기 단말기의 기능을 구현하였으며, 고장 진단용 디버깅 프로그램을 개발하였다. NFC를 이용한 블루투스 페어링 시험을 통해 호환 가능한 NFC 테그를 확인했으며, 국내 대부분의 스마트폰이 호환됨을 확인하였다.
그리고, 온보드 진단기 CAN 프로토콜 구현 제시와 함께, 차량의 고장진단 데이터를 추출하고, 분석해 봄으로써 많은 OBD-II 데이터들이 CAN 프로토콜로 표준화 되어 있음을 확인할 수 있었다. ADAS 기능을 구현하는데 있어서 차량의 OBD-II 데이터들이 충분히 유용하게 사용될 수 있고 OBD-II 데이터만으로도 사용자를 위한 ADAS용 단말기를 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
CAN통신의 동작 방식과 수행 과정은?
CAN통신은 요청 & 응답 방식으로 동작하며 엔진의 RPM (Revolution Per Minute)이나 장치의 문제가 생기면 요청에 대한 응답으로 진단을 수행한다. 요청에 대한 쿼리는 MODE와 PID로 구성되어 있으며 총 2바이트로 구성된다.
스마트폰 연동 온보드 진단기 OBD-II 단말기는 무엇인가?
스마트폰 연동 온보드 진단기 OBD-II 단말기는 차량의 데이터를 수집하여 블루투스를 이용하여 스마트폰으로 전달 하고 스마트폰에서 자동차의 안전 및 편리성 진단을 위한 다양한 기능을 제공할 수 있는 장치이다. 운전자가 NFC를 활용하여 블루투스 페어링(Pairing)을 구성하였으며, 블루투스 4.
스마트폰 연동 온보드 진단기 OBD-II 단말기의 장점은?
스마트폰 연동 온보드 진단기 OBD-II 단말기는 차량의 데이터를 수집하여 블루투스를 이용하여 스마트폰으로 전달 하고 스마트폰에서 자동차의 안전 및 편리성 진단을 위한 다양한 기능을 제공할 수 있는 장치이다. 운전자가 NFC를 활용하여 블루투스 페어링(Pairing)을 구성하였으며, 블루투스 4.0 통신을 적용함으로써 블루투스의 호환성을 극대화한다. 아울러 OBD 단말기의 문제점의 하나인 차량 방전을 방지하기 위하여 단말기의 대기 전력을 최소화할 수 있도록 한다. 또한 온보드 진단기 데이터를 일반 앱 응용 개발자들이 쉽게 이해하고 앱을 개발할 수 있도록 API(Application Programming Interface) 형태로 DB화하여 제공하기도 한다 [7].
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