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목표 데이터 선별 및 통신확인 단계에서는 전기자동차의 UDS표준을 통한 ECU 접근 및 데이터 요청방식을 확인하였다. 상용 차량용 진단기를 활용하여 차량용 진단기가 차량 ECU에 UDS프로토콜을 사용하여 접근하는 방식을 우선적으로 모니터링 하였다. 또한 목표 선별데이터의 CAN Arbitration ID 값을 확인하였다.

선별 데이터 역설계 단계에서는 Byte position 확보, Scaling factor 설정의 과정을 진행하였다. 선별데이터 역설계 단계에서는 앞선 단계에서 확인한 ECU 접근 방식을 동일하게 적용하여 상용진단기와 CAN 송수긴기를 제어하는 PC 사이의 통신을 진행하였다. 앞서 모니터링한 통신데이터를 기반으로 PC에서 차량의 ECU에서 전송하는 CAN 신호를 모사하였다. 또한 선별데이터에 대한 고정 데이터 값을 상용진단기에 제공하였다. 이후 고정 데이터 값을 1 Byte 단위로 변경하며 지속적으로 상용 진단기와의 통신을 진행하였다. 진단기에서 선별항목의 데이터값의 변동이 확인될 경우 이때 PC에서 변동시킨 데이터 Byte를 Data position으로 확보하였다. 또한 변동 비율에 따라 Scaling factor를 설정하였다.

선별데이터 Logging 단계에서는 Logging 스크립트 작성을 진행하였다. Logging 스크립트는 UDS표준 기반, ECU에 진단데이터를 요청하는 신호 송신하는 과정을 포함하였으며, 수신 받을 데이터에 대한 Logging rate를 설정하였다. 본 연구에서는 데이터 요청신호는 100 Hz 주기로 설정하였으며, 데이터 Logging은 1 Hz 주기로 설정하였다.

본 연구에서는 전기자동차 연비 시험모드인 MCT(Multi Cycle Test) 모드를 주행하여 차량 내부 데이터를 취득하였다.^8,9) 데이터의 취득은 에너지 효율에 관련된 데이터를 선별하고 UDS표준 방식으로 데이터를 취득하였다. 또한, CAN 데이터 취득과 동시에 차량의 배터리에 전류, 전압계를 장착하여 UDS표준 기반 CAN 데이터와 비교분석 하였다. Fig. 2는 본 연구에서 주행한 MCT모드의 속도 프로파일을 나타내었다.

Fig. 2 
Velocity profile of MCT mode

본 연구에서 사용한 MCT 모드는 4개의 UDDS(Urban Dynamometer Driving Schedule)모드, 2개의 HWFET(Highway Fuel Economy Test Cycle)모드 그리고 2개의 CSC(Constant Speed Cycle)모드로 총 8개의 상세 모드로 이루어져 있다. UDDS 모드와 HWFET 모드는 각각 도심주행과 고속주행 사이클이며 CSC모드는 등속주행 모드이다. MCT 모드는 UDDS – HWFET – UDDS2 – CSC 구성을 1개의 사이클로 하여 총 2회 반복 구성으로 이루어져 있다. 2번째 사이클의 배터리 SOC(State of Charge)가 0 %에 수렴하면 모드가 종료된다. 본 연구에서 주행된 MCT 모드의 각 구간 별 상세 거리(km), 비율(%), 구간 종료시점의 잔여 SOC(%), 소요시간(sec)을 Table 1에 나타내었다.

본 연구에서는 CAN-UDS 방식의 데이터 취득의 신뢰성을 확보하기 위하여 소형 BEV(Battery electric vehicle) 차량에 전류, 전압계와, CAN 송수신기를 동시에 설치 후 실험을 진행하였다. Data logging은 MCT 모드 주행 중 진행되었으며, MCT 모드의 일부 Soaking 구간은 Data logging에서 제외하였다. 시험모드 주행에 대한 장치 계략도를 Fig. 3에 나타내었다.

Fig. 3 
Schematic diagram of equipment setting

본 연구는 소형 전기자동차 1대를 대상으로 차대동력계에서 시험을 진행하였으며, 시험차량은 고전압 배터리와 PMSM(Permanet Magnet Synchronous Motor) 모터가 탑재된 차량이며, 변속기 없이 감속기만 탑재된 차량이다. 시험차량의 상세제원을 Table 2에 나타내었다.

본 연구에서는 BEV의 고전압 인버터에 전류, 전압계를 직접 설치하였으며, CAN 송수신기는 차량의 OBD-Ⅱ diagnostic connector(SAE J1962) 에 접속하였다. 본 연구에서 사용된 소형 전기자동차는 SAE J1962에 의거 접속 단자에 ISO 15765-4에 명시된 CAN-High, CAN-Low 제공하였다. 이에 본 연구에서는 차량 내부의 직접적인 CAN-Line 의 접촉이 아닌 OBD-Ⅱ 단자를 통한 CAN 통신을 진행하였다. 사용한 전류, 전압계와, CAN 인터페이스의 상세제원을 각각 Table 3, Table 4에 나타내었다.

전류, 전압계는 고정값으로 50 ms 주기로 데이터 취득을 하여 1 Hz로 Data logging을 진행하였다. 또한 CAN 통신 데이터 취득은 10 ms 주기로 설정하였으며, 마찬가지로 1 Hz로 Data logging을 진행하였다.

CAN 통신은 차량의 각 MCU에서 두 가닥의 신호선(CAN-high, CAN-Low)에 데이터를 실어 전송하는 Bus network 방식이기 때문에 취득데이터의 시간차이가 발생한다.¹⁰⁾ 특히, Recessive 데이터의 경우 데이터가 후순위로 전송되기 때문에 그 시간차이가 더욱 크게 발생한다.¹¹⁾ 이러한 시간차이는 취득 데이터의 동시간적 분석이 필요한 경우 오차의 요인이 된다.¹²⁾ 따라서 데이터 상관성 분석에 앞서 시간 동기화를 실시하였다. 시간 동기화는 차대동력계에서 측정한 속도와, CAN-UDS방식을 이용한 차량속도를 기준으로 하여, 배터리 전압과 전류에 대한 시간 동기화를 실시하였다. Fig. 4, Fig. 5에 각각 시간동기화 전,후 의 배터리 전류 데이터를 예시로 나타내었다.

Fig. 4 
Battery current of amp. meter and CAN data before time alignment

Fig. 5 
Battery current of amp. meter and CAN data after time alignment

MCT모드 주행 중, 전 구간에 걸친 전류, 전압계와 CAN 데이터 사이의 소폭의 절댓값 오차를 보였다. 이러한 차이는 데이터의 피크값에서 더욱 크게 나타났으며, UDDS, HWFET, CSC 순으로 점차적으로 감소하는 경향을 보였다. Fig. 13에 전류, 전압계와 CAN데이터의 배터리 전류값의 차이를 예시로 나타내었다.

Fig. 13 
Data difference of battery current

이러한 데이터의 차이는 전류, 전압계와 CAN데이터 사이의 데이터 취득 주기의 차이에 의한 것으로 판단된다. 전류, 전압계와 CAN데이터 모두 1 Hz 주기로 데이터를 Logging하지만 전류, 전압계의 경우 내부 데이터 갱신주기가 장비의 고정값으로 50 ms이고 CAN통신의 경우 내부데이터 취득이 10 ms로, 본 연구 중 확인된 차량과 진단기 사이의 최소 통신 주기와 동일한 주기로 진행되었다. 이 요인이 데이터의 소폭 차이를 발생시키는 것으로 추정된다. CAN 통신의 경우 데이터 Logging 시점에서 10 ms 이전의 데이터 값을 기록하는 반면 전류, 전압계의 데이터 Logging 시점에서 50 ms 이전의 데이터 값을 기록하게 된다. 따라서 실시간으로 변화하는 데이터 값의 기록 시 장비의 데이터 취득 주기에 따라 오차가 발생하게 된 것으로 판단된다. 이에 관한 예시를 Fig. 14에 나타내었다.

Fig. 14 
Data difference between CAN and volt-amp. meter

이와 같은 데이터의 오차는 데이터의 변동폭이 작을수록 감소할 것으로 예상하였으며, 출력 변동폭이 작은 CSC, HWFET, UDDS 모드 순으로 데이터의 피크값의 오차가 감소하는 것을 확인하였다.

본 연구에서 측정한 배터리 전압과 전류의 CAN데이터의 경우 전압 데이터에 비하여 데이터 변동이 잦은 전류 데이터의 경우 데이터에서 %오차가 발생함이 확인되었다. Fig. 15는 각각 CSC 모드의 동시간대에 측정된 전압과 전류 데이터의 일부이다.

Fig. 15 
Battery current in partial CSC mode

위 그래프에서 나타난 바와 같이 전압데이터의 경우 데이터의 변동이 적기 때문에 UDDS, HWFET, CSC 순으로 전압의 피크값의 갯수가 적어지는 것으로 확인하였다. 이에 따라 전압데이터의 상관성 또한 UDDS, HWFET, CSC 순으로 높아지는 것으로 판단하였다. 반면, 전류 데이터의 경우 전압데이터에 비하여 지속적인 변동이 발생하였다. 이와 같은 변동은 주기적은 피크값을 형성하게 되고, 이 때문에 CSC모드의 전류데이터에서 UDDS 모드와 HWFET모드에 비하여 다소 낮은 상관성을 보인 것으로 판단된다. Table 5에 각 모드별 전압의 피크값의 개수와 그 비율을 나타내었다. 또한 Table 6 각 모드별 전류의 피크값의 개수와 그 비율을 나타내었다.

위 테이블에서 나타난 바와 같이 데이터의 피크값의 비율에 따라 각 모드별 상관성 결과에 소폭 차이 발생하는 것으로 판단하였다.