자동차 CAN 네트워크 심화 분석

자동차 CAN 네트워크 심화 분석

자동차의 전자 시스템이 발전함에 따라 차량 내 네트워크 통신의 중요성이 증가하고 있습니다. 그중에서도 CAN(Controller Area Network) 통신은 자동차 산업에서 표준으로 자리 잡고 있으며, 엔진 제어부터 인포테인먼트 시스템까지 다양한 용도로 활용됩니다. 이번 글에서는 자동차 CAN 네트워크의 심화 내용을 살펴보고, 실제 차량에서 CAN 버스가 어떻게 구성되는지, 주요 CAN 메시지의 분석 방법, 그리고 브랜드별 CAN 네트워크 구조에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 자동차 CAN 네트워크 개요

자동차 CAN 네트워크는 여러 전자제어장치(ECU: Electronic Control Unit) 간 데이터를 교환하는 역할을 합니다. 기존의 포인트-투-포인트(point-to-point) 방식과 달리, CAN 네트워크는 단일 버스를 사용하여 여러 장치가 데이터를 송수신할 수 있도록 설계되었습니다.

1.1 CAN 통신의 주요 특징

• 멀티마스터(Multi-Master) 지원: 여러 ECU가 동시에 데이터를 전송할 수 있습니다.
• 우선순위 기반 메시지 송수신: 메시지의 식별자(ID)에 따라 우선순위가 결정됩니다.
• 고속 데이터 전송: CAN 2.0B의 경우 최대 1 Mbps, CAN FD(Flexible Data-rate)는 최대 5~8 Mbps까지 지원됩니다.
• 신뢰성 높은 통신: CRC(Cyclic Redundancy Check) 기반 오류 검출 기능을 갖추고 있어 데이터 무결성을 보장합니다.

2. 자동차 CAN 버스의 실제 구성 예제

자동차 CAN 네트워크는 다음과 같은 구성 요소로 이루어집니다.

2.1 CAN 네트워크 구성 요소

1. ECU (Electronic Control Unit): 엔진 제어, ABS, 에어백, 인포테인먼트 시스템 등 다양한 기능을 담당하는 모듈.
2. CAN 트랜시버 (Transceiver): 전기 신호를 CAN 네트워크에 맞게 변환하는 역할.
3. CAN 컨트롤러 (Controller): CAN 메시지를 송수신하고 네트워크 프로토콜을 처리하는 역할.
4. CAN 버스 (Bus): 여러 ECU를 연결하는 물리적 배선(트위스트 페어 방식 사용).

2.2 자동차에서의 CAN 버스 예제

자동차 제조사마다 CAN 네트워크의 구성은 다를 수 있지만, 일반적인 자동차에서는 다음과 같은 CAN 네트워크가 사용됩니다.

+---------------------------+
|         CAN-Gateway       |
+---------------------------+
       |       |      |
       |       |      +-------------------+
       |       |      |  Infotainment CAN |
       |       |      +-------------------+
       |       |
       |       +-------------------+
       |             |  Body CAN   |
       |             +-------------+
       |
       +------------------------+
              |  Powertrain CAN |
              +-----------------+

위 구조에서 CAN-Gateway는 여러 개의 CAN 버스를 연결하는 역할을 하며, 각 네트워크는 특정한 기능을 담당합니다.

• Powertrain CAN: 엔진, 변속기, ABS 등 차량 구동 관련 시스템을 제어하는 네트워크.
• Body CAN: 도어 잠금, 조명, 공조 시스템 등 차량의 바디 관련 기능을 제어하는 네트워크.
• Infotainment CAN: 네비게이션, 오디오, 디지털 계기판 등의 기능을 담당하는 네트워크.

3. 자동차에서 사용되는 주요 CAN 메시지 분석

자동차에서 사용되는 CAN 메시지는 차량의 기능에 따라 다양하지만, 일반적으로 다음과 같은 메시지들이 전송됩니다.

3.1 CAN 메시지 형식

CAN 메시지는 다음과 같은 형식을 가집니다.

+-------------+---------+----------+-----------+
| Identifier | DLC(길이) | Data    | CRC(검증) |
+-------------+---------+----------+-----------+

• Identifier (식별자, 11-bit 또는 29-bit): 메시지의 우선순위를 결정하는 역할.
• DLC (Data Length Code, 4-bit): 데이터 길이.
• Data (최대 8바이트 또는 CAN FD의 경우 최대 64바이트): 실제 송수신하는 데이터.
• CRC (Cyclic Redundancy Check, 15-bit): 데이터 오류 검출을 위한 체크섬.

3.2 주요 CAN 메시지 예제

자동차에서 주로 사용되는 CAN 메시지 예제는 다음과 같습니다.

(1) 차량 속도 데이터 (예제)

Identifier: 0x0AA
DLC: 8
Data: [0x00, 0x00, 0x12, 0x34, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00]

위 데이터에서 0x12 0x34 부분이 차량 속도를 나타내며, 예를 들어 0x1234는 4660(10진수)로, 이를 변환하면 46.6 km/h로 해석될 수 있습니다.

(2) 브레이크 상태 메시지 (예제)

Identifier: 0x0BB
DLC: 8
Data: [0x00, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00]

위 데이터에서 0x01 값은 브레이크가 활성화되었음을 의미합니다.

4. 차량별 CAN 네트워크 구조 분석

제조사마다 CAN 네트워크의 구성 방식은 다소 차이가 있습니다. 대표적인 자동차 제조사의 CAN 네트워크 구조를 살펴보겠습니다.

4.1 Tesla의 CAN 네트워크

Tesla는 기존의 CAN 네트워크뿐만 아니라, Ethernet을 활용한 통신을 적극적으로 사용합니다. 특히 Autopilot 시스템은 고속 데이터 처리를 위해 Ethernet 기반의 네트워크를 활용하며, 일반적인 차량 기능은 CAN을 통해 제어됩니다.

4.2 BMW의 CAN 네트워크

BMW는 차량의 각 시스템을 구분하기 위해 여러 개의 CAN 네트워크를 사용하며, 주로 Gateway를 활용해 서로 다른 CAN 버스를 연결합니다. 최신 모델에서는 CAN FD를 활용하여 더 많은 데이터를 빠르게 처리할 수 있도록 설계되었습니다.

4.3 현대/기아의 CAN 네트워크

현대/기아 자동차는 Powertrain CAN, Chassis CAN, Body CAN, Infotainment CAN 등을 포함하는 전통적인 CAN 네트워크 구조를 사용합니다. 일부 최신 모델에서는 CAN FD를 적용하여 데이터 전송 속도를 증가시키고 있습니다.

결론

자동차 CAN 네트워크는 차량 내 다양한 ECU가 효율적으로 데이터를 교환할 수 있도록 설계된 필수적인 통신 방식입니다. 각 자동차 제조사는 특정한 요구 사항에 맞춰 CAN 네트워크를 구성하며, 점점 더 고속화되고 있습니다. 앞으로 차량 내 Ethernet 등의 기술이 도입될 가능성이 있지만, CAN 네트워크는 여전히 자동차의 주요 통신 방식으로 자리 잡을 것입니다.