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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)실리콘웍스 |
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연구책임자 | 한대근 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-11 |
과제시작연도 | 2015 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO201800039527 |
과제고유번호 | 1415143603 |
사업명 | 시스템반도체상용화기술개발 |
DB 구축일자 | 2018-11-03 |
키워드 | 차량용 반도체.샤시.제동.브레이크.안전규격.능동형 안전장치. |
□ 핵심기술
차량 새시 제품 군에 사용된 국제 안전기준 만족을 위한 Fail Safe MCU기능과 파워공급기능, 진단기능, 통신기능이 통합된 SoC 기술
□ 최종목표
자동차 제동 장치용 기능 통합 SoC개발
- 안전 감시 기능이 추가된 제동용 통합 SoC
- 국제 안전기준(ISO 26262) 만족을 위한 Fail Safe 기능 탑재
- 수요기업인 자동차 업체의 실차 적용 기준을 충족하는 상용화 모듈 개발
□ 개발내용 및 결과
개발기술, 제품에 대한 기술적인 원리, 연구내용 등
□ 핵심기술
차량 새시 제품 군에 사용된 국제 안전기준 만족을 위한 Fail Safe MCU기능과 파워공급기능, 진단기능, 통신기능이 통합된 SoC 기술
□ 최종목표
자동차 제동 장치용 기능 통합 SoC개발
- 안전 감시 기능이 추가된 제동용 통합 SoC
- 국제 안전기준(ISO 26262) 만족을 위한 Fail Safe 기능 탑재
- 수요기업인 자동차 업체의 실차 적용 기준을 충족하는 상용화 모듈 개발
□ 개발내용 및 결과
개발기술, 제품에 대한 기술적인 원리, 연구내용 등 설명
□ 안전 감시 기능이 추가된 제동용 통합 SoC
○ 자동차 제동장치용 통합 SoC
1. MCU 전원 공급을 위한 레귤레이터 개발
○ 성능지표 : ECU의 메인MCU에서 사용될 레귤레이터의 전압범위
○ 성능목표치 : 메인MCU의 동작에 문제가 없도록 기준전압(5V, 3.3V, 1.8V, 1.2V)에서 ±2%(±4 for full load)범위내의 전압 이 나오도록 목표하고 있으며,통상적인 MCU는 기준전압에서 ±10%이상의 내성을 가지고 있음
○ Regulator 연구내용
- VBAT을 입력받아 칩 내부 모듈의 다른 부품에 알맞은 전압을 공급한다.
- 5V LDO(300mA) : 내부/외부 회로 전원 공급
- 5V Tracking LDO(150mA) : 휠 스피드 센서 인터페이스 전원 공급
- 3.3V LDO(300mA) : 외부 회로 전원 공급
- 1.8V LDO(50mA) : 내부 회로 전원 공급
- 1.3V/1.5V configurble external LDO(500mA) : 외부 회로 전원 공급
2. 펌프모터 드라이버
○ 성능지표 : Motor 드라이버의 구동 전압 Range 및 각종 Protection 기능 보유 여부
○ 성능목표치 : 차량용 제동장치 모듈에 사용되는 Motor 드라이버를 개발 목표로 설정(MV33285)
○ Motor Driver 연구 내용
- Pump motor 스위치의 PWM 제어를 위한 high-side 드라이버
- 10%~90% PWM duty 제어가 가능해야 함
3. 밸브 드라이버
○ 성능지표 : 자동차용 밸브드라이버에 적합한 입력 동작 전압 및 각종 실시간 진단 회로 내정 여부
○ 성능목표치 : 차량용 제동장치 모듈에 사용되는 밸브 드라이버를 개발 목표로 설정
○ valve main switch driver 연구 내용
- 12Ch. 솔레노이드 밸브들의 메인 전원 스위치 제어를 위한 High-side 드라이버
- On/Off 제어 가능
○ PWM valve driver(6Ch.) 연구 내용
- 솔레노이드 밸브의 PWM 제어를 위한 low-side 드라이버
- Ron=0.2Ω
- 2kHz, 4kHz, 8kHz, 16kHz 제어 주파수 선택 가능
○ PI valve driver(6Ch.) 연구 내용
- 솔레노이드 밸브의 PI 제어를 위한 low-side 드라이버
- Ron=0.3Ω
- 11bit 레지스터를 이용해 0A~2A 전류제어
- 2kHz, 4kHz 제어 주파수 선택 가능
4. 경고등 램프 드라이브(2Ch.)
○ 성능지표 : 자동차용 경고등 램프드라이버에 적합한 입력 동작 전압 및 각종 실시간 진단 회로 내장 여부
○ 성능목표치 : 차량용 제동장치 모듈에 사용되는 경고등 램프 드라이버를 개발 목표로 설정
○ valve main switch driver 연구 내용
- 경고등 램프의 On/Off 제어를 위한 low-side드라이버
- On/Off 제어 가능
5. 휠 스피드 센서 입력 인터페이스
○ 성능지표 : 펄스잡음 제거 특성 – 휠속도센서 인터페이스 입력단에서 잡음으로 처리되어 제거 되는 펄스 시간을 의미
○ 성능목표치 : 상용 휠 스피드 센서 출력신호 및 개별 인터페이스칩 규격으로부터 정의 (TPIC7218, MAX9621)
○ 휠 스피드 센서 입력 인터페이스(4Ch) 연구 내용
- 휠 스피드 센서의 신호처리 후 MCU에 전송
- 능동형, 지능형 휠 스피드 센서 신호처리
6. 전류 모니터링용 고정밀 ADC개발
○ 성능지표 : 해상도-신호변환기의 최대 입력 신호와 최소로 구분할 수 있는 신호 크기의 관계(bit)변환속도-신호변환기의 입력 신호를 디지털 신호로 변환하는 속도(MSps)
○ 성능목표치 : 차량용 제동장치 모듈에 사용되는 ADC규격을 개발 목표로 설정(ST10F276Z5)
○ 고정밀 ADC개발 연구 내용
- 각 Ch.별 브레이크 유압을 모니터링 하기 위한 ADC
7. 차량 내 부품 간 통신용 High-Speed CAN 인터페이스
○ 성능지표 : 전송속도-초당 전송할 수 있는 Data Mega bit 수
○ 성능목표치 : High-Speed CAN의 표준 규격에 최대 속도를 1Mb/S로 규정하고 있음
○ CAN Transceiver 연구 내용
- 모듈 내 main MCU와 외부 ECU 간에 CAN 통신 인터페이스를 지원한다.
- 1Mbps(-< 40m)
- ISO11898-2 표준 준수
- Normal, Stand by, Receive only mode 지원
8. 안전감시 서브 Control Logic
○ 성능지표 : 안전감시용 서브MCU기능 특성 확보 여부
○ 성능목표치 : 수요업체인 현대자동차 기준을 개발 목표로 설정
○ 서브 Control Logic 연구개발 내용
- 국제안전 기준을 만족하기 위한 Functional Safety 구현
- MCU 초기화를 위한 와치독 기능
- 입력 전원 모니터 기능
- 온도 모니터 기능
□ 수요기업 실차기준을 충족하는 상용화 모듈 개발
1. 수요기업의 실차적용 기준 충족
○ 성능지표 : 현대자동차의 EMC기준인 ES-96200-00 및 전기적 시험 기준인 ES-95400-10만족
○ 성능목표치 : ES95400-10(환경 및 전기적 특성 시험)
- 고온방치, 작동시험
- 저온방치, 작동시험
- 온습도 싸이클시험
- 온도 싸이클시험
- 고온/고습시험
- 작동전압
- 전원역극성
- 과전압
- 시동시 전원전압변동
- 전기 부하 작동시 전원전압변동
- 전원전압 순단
- 단락
- 전원전압단속
- 배터리 충방전
: ES-96200-00만족
- RI, Absorber chamber
- RI, BCI
- 무선기기(GSM, 문전기)평가
- RE, ALSE
- CE, Power Lines
- CE, Signal Lines
- TI, Power Lines
- TI, Signal Lines
- VTE, Fast/slow
- ESD, Power On
- ESD, Handling
□ 기술개발 배경
○ 전세계 자동차 시장 현황은 2008년 글로벌 경쟁위기로 일시적으로 위축 되었으나, 이후 경제 정상화와 더불어 지속적인 성장세가 유지되고 있으며, 친환경자동차 위주의 업계 재편을 가져온 글로벌 경제위기는 친환경 자동차 및 자율주행 자동차에 대한 경쟁력을 향상 시키는 계기를 마련 함.
○ 친환경 자동차에 대한 시대적 요구와 더불어 생활수준 향상에 따른 편지한 자동차 안전한 자동차, 스마트한 자동차에 대한 소비자 요구를 충족시킬 수 있는 자동차 구현을 위해 차량 전장화가 필수적이며, 이제 자동차는 단순한 이동수단으로서의 자동차가 아닌 움직이는 생활공간으로서의 요구가 부각되고 있음, 이로 인해 자동차에 탑재되는 전장 시스템이 지속적으로 증가하여 현재 고급 차량에 답재되고 있는 전장시스템(ECU:Electronic Control Unit)의 수는 최대 400개까지 이르고 있으며, 제어를 위한 다양한 센서와 네트워크가 채용되고 있음
○ 자동차 제조비 중 전장부품/시스템이 차지하는 비용에 대해 분석한 결과 동력 성능 향상을 위해 단순 엔진 제어만을 적용하였던 1980년대에 1% 수준에 불과하던 비중이 점차 증가하여 2010년 32%, 2015년에는 40%, 2020년에는 70%에 이를 것으로 전망됨
○ 미국시장에서는 2008년 9월부터 ABS/ESC에 대한 의무장착이 시행되었으며,2011년 9월까지 모든 차량에 확대 적용 되었다. 유럽 또한 2014년 11월 부터는 모든 신규 등록차량에 ESC 장착을 의무화 하였으며, 한국시장 또한 2012년 1월부터 모든 차량에 ESC 장착을 의무화 하였다 자동차 시장의 큰 고객인 중국 또한 ESC장착을 의무화하여 ESC 시장은 지속적 성장세를 유지 중에 있다.
○ 기술적 변화로는 최근 친환경차를 위한 연비 및 CO2배출 규제와 자율주행차량을 기반으로 통합화, 소형화, 경량화 추세에 있으며, 기능적으로는 Passive Safety →Active Safety →통합 제어기 흐름으로 변화중이고, 기능적으로는 H/W-SW 융합과 장치상으로는 SoC 단일칩화 방향으로 진화중에 있다.
○ 안전규제로 인하여 전장부품 및 시스템에 대한 수요는 2010년 중반부터 북미내 모든 신차에 대하여 TPMS장착 의무화를 시작으로 2011년 세계 자동차 업계에서는 기존의 기능안전규격인 ‘IEC 61508’대신 ‘ISO 26262’새로운 규격을 제정, 국제 표준으로 확정하였다. ISO 26262 안전규격은 세계 자동차 수출국 5위인 우리나라의 수출 장벽으로써 국내에서는 준비가 전무 할 뿐 아니라 적용의 사례가 없어 이 안전규격을 적용 할 경우 기술 개발에 최소 4-5년 이상이 추가로 소요되어 신속한 준비가 요구되었다.
○ 국내에서는 H社와 M社에서 ABS/ESC 시스템 모듈을 개발, 양산을 하고 있으나 제동관련 핵심 부품인 제동 반도체는 전량 수입에 의존 하고 있어 독자 개발을 통한 기술력 확보 및 국산화를 통한 수입대체가 절실함.
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 국가전략산업으로서 자동차산업과 시스템반도체산업의 적극적인 육성이 필요한 시점에서 양 산업의 융합을 통한 발전을 가져올 수 있는 미래 성장동력 산업으로의 입지를 다질 수 있을 것으로 전망됨
○ 자동차의 전자화 및 지능화로 인한 부품 관련 신산업을 창출하고, 유관 산업발전으로 시너지 효과를 극대화할 수 있을 것으로 전망되며, 세계 5위의 자동차생산국으로서, 세계 1위의 메모리 반도체 생산국으로서의 위상을 확고히하기 위한 기술이 될 수 있을 것으로 전망됨
○ 전량 수입에 의존하던 제동장치용 ABS/ESC의 중요 SoC의 국산화를 통해 고도화되고 복잡해지는 차량 시스템에 보다 효율적으로 활용될 수 있는 전장시스템 개발이 가능하며, 다양한 분야에 대한 차량용 반도체 적용을 통해 자동차산업과 반도체산업의 기술발전 뿐만 아니라 국가 경쟁력 제고에 큰 이바지를 할 것으로 기대할 수 있음
□ 적용 분야
○ 본 자동차제동장치 통합 SoC 기술은 전원전압 공급부, 센서I/F, 통신 모듈, 모터구동모듈, 밸브구동모듈, Fail-Safe Control Logic까지 자동차에 사용될 수 있는 모든 분야가 총 망라되어 있어 IP단위로 세분화 할 경우 자동차 전장IC전 분야에 걸쳐 다양하게 적용 될 수 있으며, 특히 전원전압 공급부의 경우에는 최근 전기차까지 확장 적용 가능함.
○ 본 컨소시움에서는 이미 IP단위별로 세분화하여 4~5종의 전장부품에 적용 양산화를 앞두고 있으며, 추가적인 응용분야를 확대 적용 중에 있다.
○ 또한 본 과제를 통해 체득된 국제 안전규격 ISO 26262 프로세스의 경험은 향후 국내 전장 반도체 개발의 국제안전규격 충족기반을 구축하는 선도적인 역할을 할 것이다.
( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 7p )
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
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연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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