차량 내에서의 통신은 차량의 다양한 시스템과 센서들이 서로 정보를 교환하며 원활하게 작동할 수 있도록 하는 핵심적인 역할을 합니다. 이 중에서도 CAN(Controller Area Network) 통신 기술은 자동차 산업에서 널리 채택되어, 차량의 안전, 효율성, 그리고 편의성을 향상시키는 데 중요한 기여를 하고 있습니다. 본 글에서는 CAN 통신 기술의 다양한 버전과 그 특성, 차량 내에서의 적용 방식에 대해 살펴보고, 각기 다른 CAN 통신 프로토콜이 어떻게 차량의 다양한 요구 사항과 기능을 지원하는지에 대해 설명합니다. 신입사원이나 자동차 산업에 관심 있는 이들에게 차량 내 CAN 통신의 이해를 돕는 입문서로서, 기술의 복잡성을 간결하고 명확하게 풀어내 차량 네트워킹의 기본을 이해하는 데 도움을 줍니다.
CAN 통신 소개
CAN(Controller Area Network) 통신은 차량 내에서 다양한 전자 장치들이 서로 정보를 공유할 수 있게 해주는 네트워크 프로토콜입니다. 이를 통해 차량의 엔진, 제동 시스템, 에어백, 오디오 시스템 등이 효율적으로 통신할 수 있습니다.
CAN 통신의 역사
CAN 통신은 1980년대 초, 자동차 제조업체의 요구에 따라 독일의 보쉬(Bosch)사에 의해 개발되었습니다. 처음의 목적은 차량 내의 배선을 줄이고, 다양한 전자 장치들 사이의 통신을 용이하게 하는 것이었습니다. 이후 CAN 통신은 1993년에 국제 표준으로 채택되어, 현재는 차량뿐만 아니라 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
CAN 통신의 특징
- 멀티 마스터 시스템: CAN 네트워크는 모든 노드가 메시지를 전송할 수 있는 멀티 마스터 시스템입니다.
- 메시지 기반 프로토콜: 특정 장치 주소 대신 메시지 식별자를 사용하여 통신합니다.
- 오류 검출 및 복구 기능: 높은 신뢰성을 보장하기 위해 다양한 오류 검출 및 복구 메커니즘이 내장되어 있습니다.
- 비동기 직렬 통신: 데이터 전송 시 클럭 신호가 별도로 필요하지 않은 비동기 직렬 통신 방식을 사용합니다.
CAN 통신의 구조와 작동 방식
CAN 통신 시스템은 주로 두 가지 유형의 메시지 프레임, 즉 데이터 프레임과 리모트 프레임으로 구성됩니다. 데이터 프레임은 정보를 전송하는 데 사용되고, 리모트 프레임은 정보 요청에 사용됩니다. CAN 네트워크의 모든 노드는 메시지를 수신하고, 해당 메시지가 자신에게 필요한 정보인지 판단하여 적절히 반응합니다.
CAN 통신의 활용 예시
- 엔진 제어 시스템: 엔진의 성능을 최적화하고 연료 소비를 줄입니다.
- 안전 시스템: 에어백 배치, ABS 작동 등을 제어합니다.
- 편의 기능: 차량 내 엔터테인먼트 시스템, 자동 온도 조절 등을 관리합니다.
CAN 통신의 장점과 한계
장점:
- 고신뢰성: 오류 검출 및 복구 메커니즘으로 인해 매우 안정적인 데이터 전송이 가능합니다.
- 네트워크의 유연성: 새로운 장치를 네트워크에 쉽게 추가할 수 있으며, 네트워크 구성의 변경이 간단합니다.
- 비용 효율성: 배선 요구사항이 감소함에 따라 설치 비용이 줄어듭니다.
한계:
- 데이터 전송 속도: CAN 통신은 일반적으로 1Mbps의 전송 속도 제한을 가지고 있어, 고속 통신이 요구되는 응용 프로그램에는 적합하지 않을 수 있습니다.
- 네트워크 용량: 매우 많은 수의 장치가 연결된 복잡한 시스템에서는 네트워크 용량이 문제가 될 수 있습니다.
- 보안 문제: 기본적으로 CAN 통신은 암호화되지 않으멀로, 추가적인 보안 조치가 필요할 수 있습니다.
CAN 통신은 차량 내에서 센서, 액츄에이터, 제어 장치 등이 서로 정보를 공유할 수 있게 해주는 핵심 기술입니다. 그것의 신뢰성, 유연성, 비용 효율성으로 인해 자동차 산업은 물론, 다양한 산업 분야에서 널리 채택되고 있습니다. 물론, 특정 응용 프로그램의 요구사항에 따라 한계점을 고려하고 적절한 보완책을 마련해야 할 필요가 있습니다. 그럼에도 불구하고, CAN 통신은 앞으로도 차량용 네트워크 통신의 주요 기술로 남아있을 것입니다.
CAN(Controller Area Network) 통신의 다양한 하위 네트워크
CAN(Controller Area Network) 통신은 차량 내 다양한 기능 및 시스템의 통신을 지원하기 위해 다양한 하위 네트워크로 분류됩니다. 이들 네트워크는 주로 특정한 용도나 기능을 수행하며, 차량 내 통신 시스템을 세분화하여 최적의 성능과 효율성을 제공합니다.
B-CAN (Body CAN)
B-CAN은 차량의 기본적인 전기 시스템 및 차량 내부 제어 시스템을 위한 네트워크입니다. 주로 차량의 조명 시스템, 창문 제어, 도어 잠금 및 해제, 미러 제어 등과 같은 기능을 담당합니다. B-CAN은 차량 내부의 다양한 센서 및 액츄에이터 간의 통신을 관리하여 운전자의 편의를 증대시킵니다.
P-CAN (Powertrain CAN)
P-CAN은 차량의 엔진, 변속기, 배기 시스템 등과 같은 파워트레인 관련 시스템을 위한 네트워크입니다. 주로 엔진 제어 유닛(ECU), 변속 제어 유닛 등과 같은 제어 장치 간의 통신을 관리하여 차량의 동력 및 주행 성능을 최적화합니다.
D-CAN (Diagnostic CAN)
D-CAN은 차량의 진단 및 유지 보수를 위한 네트워크입니다. 차량 내 다양한 센서 및 시스템의 상태를 모니터링하고, 오류 코드를 읽어들여 문제를 진단하고 해결하는 데 사용됩니다. 주로 차량 수리 및 정비 시설에서 활용되며, 차량의 상태를 실시간으로 모니터링하여 운전자에게 경고 및 안내를 제공합니다.
M-CAN (Multimedia CAN)
M-CAN은 차량의 멀티미디어 시스템 및 엔터테인먼트 시스템을 위한 네트워크입니다. 주로 오디오 시스템, 내비게이션 시스템, 미디어 재생 장치 등과 같은 멀티미디어 기기 간의 통신을 관리하여 운전자 및 승객들에게 편의와 즐거움을 제공합니다.
이러한 하위 네트워크들은 각각 특정한 용도와 기능을 수행하며, 차량의 전체적인 통신 시스템을 조화롭게 운영하기 위해 조직화됩니다. 각 네트워크는 고유한 특성과 요구 사항을 가지고 있으며, 이를 효율적으로 관리함으로써 차량의 성능과 기능을 최적화할 수 있습니다.
차량 내 CAN(Controller Area Network) 통신 프로토콜 이해
자동차 산업에서 차량 내 통신 네트워크의 중심에는 CAN(Controller Area Network) 통신 기술이 있습니다. 이 기술은 다양한 요구 사항과 응용 분야에 맞게 여러 버전으로 발전해 왔으며, 각각의 CAN 통신 프로토콜은 차량의 다양한 기능과 시스템을 지원하기 위해 특별히 설계되었습니다. 본 가이드에서는 신입사원들이 이해하기 쉽도록 CAN 2.0A, CAN 2.0B, CAN FD 등 주요 CAN 통신 프로토콜의 특징과 적용 분야를 설명합니다.
CAN 2.0A와 2.0B
CAN 2.0A (표준 포맷)
- 목적과 응용 분야: 주로 간단한 네트워크 구성에 적합하며, 비교적 낮은 메시지 우선순위 구분이 필요한 응용 프로그램에서 사용됩니다.
- 메시지 식별자: 11비트, 총 2,048개의 고유 메시지 ID 제공
- 적용 예: 단순한 센서 네트워크, 일반 차량 내 시스템
CAN 2.0B (확장 포맷)
- 목적과 응용 분야: 복잡한 네트워크 구성과 높은 수준의 메시지 구분이 필요한 응용 프로그램에 적합합니다.
- 메시지 식별자: 29비트, 약 5억 3천만 개의 고유 메시지 ID 제공
- 적용 예: 복잡한 차량 시스템, 고급 산업 응용 프로그램
CAN FD (Flexible Data-rate)
CAN FD의 도입 배경
- CAN FD는 기존 CAN 2.0 프로토콜의 기능을 확장하여 더 높은 데이터 전송 속도와 더 큰 데이터 용량을 지원합니다. 이는 최신 차량과 산업 응용 분야에서 더 빠른 데이터 전송과 더 큰 데이터 처리 능력이 요구됨에 따라 개발되었습니다.
CAN FD의 특징
- 메시지 ID: CAN 2.0B와 동일하게 최대 29비트를 지원합니다.
- 데이터 필드: 최대 64바이트까지 확장되어 더 많은 정보를 빠르게 전송할 수 있습니다.
- 적용 예: 고급 운전자 지원 시스템(ADAS), 차량 내 인포테인먼트 시스템, 고속 센서 네트워크
차량 내 CAN 통신의 다양성
차량 내에서는 CAN 2.0A, CAN 2.0B, CAN FD를 기반으로 한 표준 CAN 통신 프로토콜 외에도 다양한 하위 네트워크가 존재합니다. 이러한 네트워크는 차량의 특정 요구 사항을 충족시키기 위해 설계되었습니다.
- Low-Speed/Fault-Tolerant CAN: 낮은 속도로 작동하면서도 오류에 대한 내성이 요구되는 시스템(예: 인포테인먼트 시스템, 도어 제어, 좌석 조절 시스템)에 적합합니다. 이 네트워크는 주로 125kbps의 속도로 작동하며, 단선이나 일부 결함이 발생해도 통신을 계속 유지할 수 있는 능력을 가집니다.
- High-Speed CAN: 엔진 제어, 변속기 제어, ABS와 같은 핵심 차량 기능에 사용되며, 500kbps에서 1Mbps의 속도로 작동합니다. 이러한 시스템은 실시간으로 빠른 데이터 전송이 필요하며, 고신뢰성이 요구됩니다.
- 차량 제조업체는 이러한 표준 CAN 통신 방식 외에도, 차량의 특정 요구 사항을 충족시키기 위해 자체적인 프로토콜이나 확장 기능을 도입할 수 있습니다. 예를 들어, 특정 제조업체의 차량 네트워크에서만 작동하는 특수 메시지 포맷이나 명령어를 추가할 수 있습니다. 이는 차량의 CAN 시스템이 제조업체 및 모델에 따라 크게 다를 수 있음을 의미하며, 자동차 진단이나 개조 작업을 수행할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다.
- HS-CAN과 CAN FD의 비교
- HS-CAN과 CAN FD는 차량 내 통신 네트워크에서 사용되는 두 가지 중요한 CAN 통신 프로토콜입니다. 이들의 주요 차이점은 다음과 같습니다:
- HS-CAN (High-Speed CAN): 최대 1Mbps의 데이터 전송 속도를 지원하며, 차량의 핵심 안전 시스템을 위한 높은 신뢰성과 적절한 속도를 제공합니다. 강력한 오류 검출 및 수정 기능을 통해 신뢰성 높은 통신이 가능합니다.
- CAN FD (Flexible Data-rate CAN): HS-CAN에 비해 향상된 데이터 전송 속도와 큰 페이로드를 제공합니다. 이론적으로 최대 8Mbps까지 지원할 수 있으며, 한 메시지당 최대 64바이트의 데이터를 전송할 수 있어 더 많은 정보를 빠르게 전송할 수 있습니다. 이는 보다 데이터 집약적인 응용 분야, 예를 들어 고급 운전자 지원 시스템(ADAS), 차량 대 차량(V2V) 통신, 차량 대 인프라(V2I) 통신 등을 지원합니다.
- 결론적으로, 차량 내에서 사용되는 다양한 CAN 통신 프로토콜은 각각의 요구 사항과 응용 분야에 맞춰 설계되었습니다. 차량 제조업체들은 이러한 특성을 고려하여 각 시스템의 요구 사항에 맞는 네트워크 프로토콜을 선택하고, 필요에 따라 추가적인 규격이나 프로토콜을 도입하여 차량의 특정 기능을 지원합니다. 따라서, 차량 네트워크에 대한 이해는 자동차 산업에서 근무하는 모든 신입사원에게 필수적인 지식입니다.
