인포매직스 - 엔진착화 전용 ECU S/W 개발

Author(s):
권용성 대리 - 인포매직스

Industry:
Automotive

Products:
Real-Time Module, LabVIEW, FPGA Module

The Challenge:
사용자 정의에 의한 엔진 운전기능을 가능하게 함으로 짧은 시간으로 정확한 판단을 가능하게 하고 반복적인 시험과 다양한 엔진과 호환이 가능하여 동일한 기능을 수행할 수 있게 비용을 절감하면서 안정된 제품을 개발하는데 목적이 있다.

The Solution:
. NI FPGA Module은 도전 과제를 해소하는 적합한 제품이고 LabVIEW FPGA 프로그램으로 손쉽게 하드웨어 구성하고 빠른 시일 안에 제품을 개발하게 되었다.

요약

• 다양한 차종의 착화 전용 ECU 로직 및 소프트웨어 개발
  착화 전용 ECU는 엔진마다 매핑 (Mapping) 정보를 가지고 있어서 다양한 엔진을 선택해서 시험이 가능하므로 엔진마다 ECU를 선택해야 하는 비용을 절감할 수 있다.
• 엔진 별 착화 영역 매핑 및 실엔진 적용 시험
  엔진성능을 좌우하는 연료 주입의 양과 Spark Timing 조절을 사용자가 가능하게 함으로 차후에 엔진 개발 기간을 단축할 수 있다.
• 착화전용 ECU 각 실린더별 Power Balance 성능평가
• 착화전용 ECU 캘리브레이션 절차 및 표준화 방안 제시
  제어 상태의 모니터링 기능을 효율적으로 작업자에게 전달하여 작업자로 하여금 엔진 상태에 대한 정확한 판단을 가능토록 한다.
• 실엔진 적용 시 엔진 센서류의 이상 유무 판정 및 데이터베이스화
  엔진제어를 실제 양산 엔진 제어와 동일하게 수행하므로 각종 엔진 부품의 이상 유무를 정확하게 추정할 수 있다. 테스트 결과 및 장비의 상태는 자체 데이터베이스에 저장되어 엔진 이력 관리를 가능하게 하고, 생산결과를 체계적으로 관리할 수 있으며, 생산 계획을 세우는 자료로 사용할 수도 있다.

 성능과 상용 ECU에서 적용하지 못했던 기능을 추가 함으로서 일정한 조건에서 엔진 성능검사를 할 수 있고 사용자 정의에 의한 엔진 운전기능을 가능하게 함으로 짧은 시간으로 정확한 판단을 가능하게 하고 반복적인 시험과 다양한 엔진과 호환이 가능하여 동일한 기능을 수행할 수 있게 비용을 절감하면서 안정된 제품을 개발하는데 목적이 있다. 엔진ECU는 CKP와 CAM으로 RPM을 측정하고 원하는 각도의 타이밍을 선택하기 위해서는 고속에서 동작이 가능해야 하고 1usec의 오차도 벗어나지 않는 정확도를 요구하는 하드웨어 개발이 필요하다. 여기서 대부분 소요되는 기간은 하드웨어 개발에 집중하게 되는데 시행착오를 거치고 완성된 제품을 생산하는데 많은 비용과 시간을 소요하게 되므로 개발기간을 단축시켜 안정된 제품을 개발하는데 목적이 있다. NI FPGA Module은 이런 문제를 해소하는 적합한 제품이고 LabVIEW FPGA 프로그램으로 손쉽게 하드웨어 구성하고 빠른 시일 안에 제품을 개발하게 되었다.

본론

하드웨어
ECU는 컨트롤 PC과 통신을 하며 엔진을 운전 및 제어한다. 엔진의 TDC, CKP, CAM, WTS, MAP, TPS 등의 정보를 바탕으로 Injector 연료량과 점화 진각 Spark Plug Timing와 ISA를 통하여 엔진을 운전한다. 컨트롤 PC는 ECU와의 통신을 통해 운전중의 엔진 정보를 수집하며, 테스트를 수행한다.
컨트롤 PC는 사용자와의 엔진 운전상황 및 명령을 전달한다. 또한 엔진의 바코드 인식, 엔진을 운전하는 부대장비(PLC, ECU)와 통신을 한다. 컨트롤 PC는 사용자와 직접 교류하며 PLC 컨트롤러, ECU Rack과 연결되어 정보교류를 통하여 이들을 제어 및 감시하며, 엔진의 운전 시작 및 엔진정지 명령을 하달하고, 엔진의 코드 번호를 입력 받아 시험하는 엔진의 배기량, 종류를 확인하여 ECU가 수행하는 엔진제어를 모니터링하고, 엔진 검사를 위한 명령 및 시퀀스 제어, ECU로부터 계측한 엔진 데이터를 기준으로 엔진을 검사한다.

그림 1. 시스템 다이어그램

소프트웨어
본 프로그램은 다음과 같은 기능을 가지고 성능시험을 하며 엔진에서 발생하는 모든 정보를 사용자에게 편리하게 제공하고 안전하게 시험할 수 있도록 개발하였다.
* DTC 코드 모니터링
* 착화 운전시의 작동상태 모니터링
* ISA 제어를 통한 착화모드 구현
* 센서, Connector NG/Fail 판정

그림 2. 자동운전 프로그램

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
엔진 ECU 개발은 엔진 제어의 대한 자료가 없다는 점과 이론적인 내용을 실제 엔진에 적용하면서 시행착오를 겪어야 하는 점에서 처음부터 순조롭게 진행되는데 어려움이 있다. 그러나 NI의 안정된 하드웨어를 바탕으로 개발자는 프로그램 만으로 엔진 ECU 개발하는데 시간과 비용을 절감할 수 있었고 엔진에서 발생하는 정확한 정보로 양질의 엔진을 생산하는데 신뢰성을 확보하게 되었다. NI 엔지니어 분들의 도움과 인포매직스의 열정으로 엔진 ECU 개발을 가능하게 되었고 새로운 분야를 개척할 수 있었다고 생각하며 거듭 감사의 말씀을 드린다.

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권용성 대리
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