모터제어부터 측정기술까지 – 카 레이싱 우승을 위한 CANopen 인터페이스

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23/02/2016

정교한 드라이브 제어는 현대 레이싱 스포츠의 핵심 요소 중 하나이다. 독일 지겐 대학교의 레이싱팀은 새로운 전기 레이싱 카 개발과정에서 차량의 다양한 센서들을 엔진 컨트롤 시스템에 연결하기 위해, 힐셔(Hilscher)의 CANOpen Master 인터페이스를 선택했다.

‘포뮬러 스튜던트(Formula Student)‘는 대학생들로 구성된 팀들이 직접 개발한 차량으로 경주를 하는 국제 자동차 레이싱 대회이다. 이 대회에서는 차량의 성능뿐만 아니라 엔지니어링, 마케팅 능력 및 제작비용 등도 함께 평가된다.

‘ 더 스피딩 사이언티스트 지겐(The Speeding Scientists Siegen)‘은 이 중 하나로 2009년과 2010년에 내연엔진을 통해 성공을 거둔 후, 2011년도 시즌에는 처음으로 전기 구동 차량을 개발하여 ‘포뮬러 스튜던트 일렉트릭 (Formula Student Electric)에 참가하였다.

하터스하임에 위치한 독일의 자동화 시스템 전문회사인 Hilscher는 차량개발기간 동안 이 팀과 함께하였으며, 전자 제어 시스템 부분에서 중요한 인터페이스 카드를 기부하였다.

감지 및 반응
경주용 차량이 엔진의 에너지를 도로로 전송하는 성능을 결정짓는 중요한 요소 중 하나는 바로 효율적인 드라이브 제어 시스템이다. 그러나, 이러한 시스템은 수많은 센서로부터 제공되고, 프로세스 진행을 위한 준비형태로 엔진 제어 시스템에 전송되는 종합적인 정보에 따라 달라지게 된다.

이를 위해 스피딩 사이언티스트 지겐(Speeding Scientists Siegen)이 개발한 경주용 차량 S3-12e는 고성능 센서 제어 시스템과 통신하는 엔진 제어 시스템을 갖추고 있다. 센서 제어 시스템은 차량의 다양한 센서가 제공하는 아날로그 측정 데이터를 실시간으로 수신하여 디지털 형식으로의 변환을 수행하게 된다.

이때, 지능형 제어 시스템은 계산되지 않는 비논리적인 센서 값을 필터링하고 결함 센서를 감지한다.

센서 시스템과 엔진 제어 시스템간의 데이터 통신은 자동차 산업분야의 표준 데이터 버스인 CAN버스 (layer 2모드의 V2.0A)를 통해 이루어진다.

프로토콜 사이의 매개체 역할 엔진 제어 시스템으로 CAN버스를 통해 센서 시스템의 텔레그램을 전송하기 위해서는 이에 맞는 적절한 인터페이스가 필요하다. Hilscher는 이를 위해, 팀에 CIFX 104 CanOpen 마스터 인터페이스를 제공하였다. 제공된 제품은 인터페이스 카드 형태로 다양한 인터페이스에서 사용할 수 있으며, 이 카드의 CANopen
모듈은 layer 2 통신을 수행할 수 있다.

스피딩 사이언티스트 지겐(Speeding Scientists Siegen)에 의해 제작된 레이싱 차량 S3-12e를 위한 인터페이스 카드의 특장점은 드라이버가 표준 산업용 PC에서 실행중인 엔진제어 소프트웨어로 데이터 흐름의 원할한 통합을 허용한다는 점이다.

추가적인 장점으로는 인터페이스 카드의 매우 견고한 디자인 및 카드 자체의 전자파 방해에 대한 높은 저항을 꼽을 수 있다. 초경량 디자인을 바탕으로 한 이 차량은 무게를 줄이기 위해 인터페이스 카드 표준 금속 인클로저가 아닌 탄소 섬유로 만들어진 초경량 인클로저로 설계 되었다.

성공적인 교류
CIFX 104 CANopen 마스터 인터페이스는 차량의 센서 시스템과 드라이브 제어 사이의 원할한 교류 뿐만 아니라, Hilscher와 스피딩 사이언티스트 지겐(Speeding Scientists Siegen)의 성공적인 협력을 이끌었다.

S3-12e는 독일 호켄하임에서 개최되었던 ‘Formula Student Germany 2011‘에서는 17위를 차지하였다. 아쉽게도, 브레이크 시스템의 기술적인 결함으로 인해 2012년도 시즌에는 더 좋은 성적을 거두지는 못했으나 차량의 추가 최적화 테스트 단계를 거쳐, 바르셀로나의 카탈루냐서킷에서 개최된 ‘Formula Student Spain‘에서 4위를 차지하여, S3-12e 의 자체 최고기록을 달성하였다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr