CAN 버스란 무엇이며 자동차 시스템에서 어떤 역할을 합니까?

Jul 20, 2023

최신 차량에는 70대 이상의 컴퓨터가 탑재될 수 있습니다. 이것이 이러한 시스템이 서로 대화하는 방식입니다.

차에 올라 시동 버튼을 누르면 곧바로 엔진이 작동합니다. 그런데 차는 시동을 걸지 말지 어떻게 결정했을까요?

글쎄, 자동차의 시동을 걸기 위해 여러 안테나와 전자 제어 장치가 전자 열쇠와 통신했습니다. CAN(Controller Area Network) 프로토콜은 전자열쇠, 안테나 및 ECU 간의 통신이 차량 내부에서 적절하게 이루어지도록 보장합니다.

그렇다면 CAN 프로토콜은 무엇이며 차량 시스템의 장치가 함께 작동하는 데 어떻게 도움이 됩니까? 글쎄, 알아 보자.

옛날에는 자동차에 전자 장치가 많지 않았습니다. 실제로 1900년대 초반에는 차량의 시동을 걸려면 차량에서 내려 손으로 엔진을 시동해야 했습니다.

반면, 오늘날의 자동차에는 여러 개의 전자 센서가 있으며, 전자 장치는 실내 온도부터 크랭크샤프트 회전까지 모든 것을 모니터링합니다.

즉, 이러한 센서로부터 수신된 데이터는 처리되기 전까지는 아무런 가치가 없습니다. 이러한 데이터 처리는 전자 제어 장치(ECU)로 알려진 컴퓨팅 장치에 의해 수행됩니다.

단일 CPU가 있는 컴퓨터와 달리 자동차에는 여러 개의 ECU가 있으며 각 ECU는 특정 작업을 수행합니다. 이러한 ECU는 단일 작업을 효율적으로 수행할 수 있지만 ABS 및 ESC와 같은 기능이 제대로 작동하려면 함께 작동해야 합니다.

이로 인해 자동차의 모든 ECU가 연결되어야 합니다. 각 ECU가 다른 모든 ECU에 직접 연결되는 지점 간 토폴로지를 사용하여 이러한 연결을 만들 수 있습니다. 그러나 이 아키텍처는 시스템을 복잡하게 만듭니다. 실제로 최신 차량에는 70개 이상의 ECU가 있으며 이를 일대일 방식으로 연결하면 배선의 무게가 기하급수적으로 늘어납니다.

이 문제를 해결하기 위해 Bosch는 Mercedes-Benz 및 Intel과 함께 1986년에 Controller Area Network 프로토콜을 만들었습니다. 이 프로토콜을 통해 ECU는 CAN 버스로 알려진 공유 데이터 버스를 사용하여 서로 통신할 수 있었습니다.

CAN 프로토콜은 데이터 전송을 위해 연선 케이블 세트를 사용하는 메시지 기반 통신 방법입니다. 이러한 와이어는 CAN high 및 CAN low로 알려져 있습니다.

이러한 전선에서 데이터 전송을 활성화하려면 전압 레벨이 변경됩니다. 이러한 전압 레벨의 변화는 자동차의 ECU가 서로 통신할 수 있도록 논리 레벨로 변환됩니다.

CAN 버스에서 로직 1을 전송하기 위해 두 라인의 전압은 2.5V로 설정됩니다. 이 상태는 열성 상태라고도 하며, 이는 CAN 버스를 모든 ECU에서 사용할 수 있음을 의미합니다.

반대로, CAN 하이 라인이 3.5V이고 CAN 로우 라인이 1.5V일 때 논리 0이 CAN 버스에 전송됩니다. 버스의 이 상태는 시스템의 모든 ECU에 다른 ECU가 전송 중임을 알리는 지배적 상태라고도 알려져 있으므로 메시지 전송을 시작하기 전에 전송이 끝날 때까지 기다려야 합니다.

이러한 전압 변경을 활성화하기 위해 자동차의 ECU는 CAN 트랜시버와 CAN 컨트롤러를 통해 CAN 버스에 연결됩니다. 트랜시버는 CAN 버스의 전압 레벨을 ECU가 이해할 수 있는 레벨로 변환하는 역할을 합니다. 반면 컨트롤러는 수신된 데이터를 관리하고 프로토콜 요구 사항이 충족되는지 확인하는 데 사용됩니다.

CAN 버스에 연결된 이들 ECU는 모두 트위스트 케이블을 통해 데이터를 전송할 수 있지만, 우선순위가 가장 높은 메시지만 CAN 버스에서 전송할 수 있다는 문제가 있습니다. ECU가 CAN 버스에서 데이터를 전송하는 방법을 이해하려면 CAN 프로토콜의 메시지 구조를 이해해야 합니다.

두 ECU가 통신을 원할 때마다 아래 구조의 메시지가 CAN 버스를 통해 전송됩니다.

이러한 메시지는 CAN 버스의 전압 레벨을 변경하여 전송되며, CAN 와이어의 트위스트 페어 설계는 전송 중 데이터 손상을 방지합니다.