CAN/OBD-II2010. 3. 25. 16:08

자동차 통신 이해하기_CAN ● MUX ● LAN ● LIN 통신  CAN ● MUX ● LAN ● LIN 통신

 

자동차 통신의 이해 ①-통신 개요 및 종류

이번 호부터는 자동차에 적용된 각종 통신에 대해 알아본다. 그 첫 시간으로 통신의 개요와 통신의 종류에 대해 알아보고, 실제 통신이 자동차에 적용된 시스템에 대해 구체적으로 살펴본다

이민우  「현대·기아자동차 하이테크팀 carlmw@hmc.co.kr」

 

● 통신(Communication)이란

통신은 인류의 발생과 함께 시작되었다. 인간이 사회를 형성하고 생활해 나가기 위해서는 개인 대 개인, 사회 대 사회 사이의 의사소통은 절대적인 필수요건이다. 만일, 그 상대가 근접해 있을 때에는 몸짓이나 언어로 의사가 통하지만 양자의 거리가 멀어짐에 따라 말이나 몸짓으로 통할 수 없게 되기 때문에 타인을 통하거나 빛·연기·소리 등을 통해 의사를 전했다.

통신이란, 말 그대로 어떠한 정보를 전달하는 것이라고 할 수 있다. 일상생활에서 통신이란 단어를 많이 사용하고 통신을 할 수 있는 도구를 많이 사용한다. 예를 들면 집이나 사무실에서 사용하는 전화기, 휴대폰, 인터넷 등이 있다.

이처럼 통신이라는 명칭은 우리에게 아주 자연스러운 단어가 되어버렸다.

 

● 자동차에 통신을 사용하는 이유

▷ 자동차에 통신을 사용하게 된 이유

자동차의 기술이 발달하면서 성능 및 안전에 대한 소비자들의 심리가 커져만 간다. 기왕이면 조금 더 힘세고 안전하고 편안한 자동차를 요구하는 것이다. 이에 대응하기 위해 자동차에는 많은 ECU와 편의장치가 적용되고, 그에 따른 배선 및 부품들이 갈수록 많이 적용되고 있는 것이 현실이다.

반면에 그에 따른 고장도 많이 발생되고 있다. 즉, 전장품들이 상당수 추가되면 배선도 그만큼 함께 추가되어야 되고 그러면 고장이 일어날 수 있는 부위도 그만큼 많아진다는 것이다. 이러한 문제를 조금이나마 줄이기 위해 자동차의 각 ECU에 통신을 적용, 공통으로 알아야 하는 정보를 서로 공유하게 된 것이다.

 

▷ 자동차에 통신을 사용하면 어떤 장점이 있을까

① 배선의 경량화

제어를 하는 ECU들의 통신으로 배선이 줄어든다.

② 전기장치의 설치 장소 확보 용의

전장품의 가장 가까운 ECU에서 전장품을 제어한다.

③ 시스템 신뢰성 향상

배선이 줄어들면서 그만큼 사용하는 커넥터 수의 감소 및 접속점이 감소해 고장률이 낮고 정확한 정보를 송·수신할 수 있다.

④ 진단장비를 이용한 자동차 정비

통신 단자를 이용해 각 ECU의 자기진단 및 센서 출력 값을 진단장비를 이용해 알 수 있어 정비성 향상을 도모할 수 있다.

● ECU들의 정보 공유

 

정보를 공유한다는 것은 각 ECU들이 자기에게 필요한 정보(데이터)를 받고, 다른 ECU들이 필요로 하는 정보를 제공함으로써 알아야 할 데이터(DATA)를 유선을 통해 서로에게 보내주는 것이다.

우리가 사용하는 인터넷도 마찬가지다. 어떠한 정보를 찾아가기 위해 우리는 컴퓨터에 검색 프로그램을 실행하고 검색 창에 원하는 단어나 문구를 쓰면 컴퓨터는 인터넷에 연결된 모든 컴퓨터에서 검색 창에 쓰여진 단어나 문구와 유사한 내용을 사용자에게 알려준다.

자동차의 컴퓨터들이 통신하는 방법도 마찬가지이다. ECU들은 서로의 정보를 ‘네트워크’로 공유하고, 자기에게 필요한 데이터를 가져다 사용한다.

▷ 네트워크란

네트워크란? 먼저 단어를 살펴보면 Net+Work이다 Net는 본래 뜻이 ‘그물’이고 Work는 ‘작업’이므로, 그대로 직역한다면 ‘그물 일’이 될 것이다. 네트워크는 정확히 말하면 ‘Computer Networking’으로 컴퓨터를 이용한 ‘그물 작업’이 될 것이다. 부드럽게 번역한다면 ‘컴퓨터를 이용한 작업’정도가 되지 않을까?

간단하게 결론을 내리면 ‘컴퓨터들이 어떤 연결을 통해 컴퓨터의 자원을 공유하는 것’을 네트워크라 할 수 있다. 이러한 통신을 하기 위해 ECU 상호간에 정해둔 통신규칙이 있다. 즉, 이것을 ‘통신 프로토콜(Protocol)’이라 한다.

 

▷ 통신 프로토콜(Protocol)이란

컴퓨터간에 정보를 주고받을 때의 통신방법에 대한 규칙과 약속을 말한다. 즉, 다시 말하면 내가 다른 미국사람과 이야기 할 때 나는 한국어로 말하고 미국 사람은 영어로 말하면 서로 알아듣지 못할게 뻔하다. 이것이 바로 ‘통신 오류’이고, 자동차에서 얘기하는 ‘통신 불량’인 것이다. 다시 말하면 어떠한 공통된 규칙이 있고 이 규칙에 의거해 통신을 한다면 어느 나라에서 만든 ECU일지라도 집이나 사무실에서 사용하는 컴퓨터 부속들처럼 서로 통신할 수 있는 것이다.

 

 ● 일반적인 통신의 종류 및 특징

▷ 직렬 통신과 병렬 통신

데이터를 전송하는 방법에는 여러 개의 데이터 비트(Data bit)를 동시에 전송하는 병렬 통신과 한번에 한 비트(bit)식 전송하는 직렬 통신으로 나눌 수 있다.(표 1 참조)

① 직렬 통신

컴퓨터와 컴퓨터간 또는 컴퓨터와 주변 장치간에 비트 흐름(bit stream)을 전송하는 데 사용되는 통신을 직렬 통신이라 한다. 통신 용어로 직렬은 순차적으로 데이터를 송·수신한다는 의미이다. 일반적으로 데이터를 주고받는 통신은 직렬 통신이 많이 사용된다.

예를 들면, 데이터를 1비트씩 분해해 1조(2개의 선)의 전선으로 직렬로 보내고 받는다.(그림 1 참조)

② 병렬 통신

병렬 통신은 보내고자 하는 신호(또는 문자)를 몇 개의 회로로 나누어 동시에 전송하게 되므로 자료 전송 때 신속을 기할 수 있다. 그러나 회선 및 단말기 설치비용은 직렬 통신에 비해 많이 소요된다.(그림 2 참조)

 

 

▷ 비동기 통신과 동기통신

① 비동기 통신

비동기 통신은 데이터를 보낼 때 한번에 한 문자씩 전송되는 방식이다. 즉, 매 문자마다 스타트 비트(start bit)와 스톱 비트(stop bit)를 부가해 정확한 데이터를 전송한다. 그러나 데이터 통신은 전압의 저하나 그 밖의 다른 재해로 인해 전송도중에 연결이 방해받아 비트(bit)의 추가나 손실이 될 수 있다.(예: 에쿠스 BUS-A / BUS-B 통신)

<그림 3>과 같이 데이터 파형이 전송이 될 때 스타트 비트와 스톱 비트를 이용해 데이터를 전송한다.

☞ 비동기 통신 적용 예

에쿠스에 적용된 비동기 통신은 통신선의 단선이나 단락에 의한 고장이 발생해 시스템이 작동되지 않는 것을 방지하기 위해 2선으로 되어 있다. 즉, 1선에 이상이 발생되어도 또 다른 선에 의해 작동된다.

② 동기 통신

동기식 통신은 문자나 비트(bit)들을 시작과 정지 코드 없이 전송이 되며, 각 비트의 정확한 출발과 도착시간이 예측이 가능하다. 그러나 데이터를 주는 ECU와 받는 ECU의 시간적 차이를 막기 위해 별도의 SCK(Clock 회선)를 설치하면 가능하다. 그렇지 않으면 데이터 신호 내에 클럭(Clock) 정보를 포함시켜야 한다.(예: 에쿠스 3선 동기 통신)

3선 동기 통신 중 가장 중요한 신호는 SCK선이다. 이 클럭 선에 문제가 발생되면 데이터가 출력되어도 시스템이 작동되지 않는다. 하지만 TX나 RX 선이 이상이 발생하면 해당되는 기능만 작동이 안 된다.(그림 4 참조)

▷ 단방향과 양방향 통신

통신 방식에는 통신선상에 전송되는 데이터가 어느 방향으로 전송되고 있는가에 따라 <표 2>와 같이 구분할 수 있다.

☞시리얼 통신

여러 가지 작동 데이터가 동시에 출력되지 못하고 순차적으로 나오는 방식을 말한다. 즉, 동시에 2개의 신호가 검출될 경우 정해진 우선 순위에 따라 우선 순위인 데이터만 인정하고 나머지 데이터는 무시하는 것이다. 이 통신은 단방향, 양방향 모두 통신할 수 있다.

① 단방향 통신

정보를 주는 ECU와 정보를 받고 실행만 하는 ECU가 통신하는 방식이다. 단방향 통신이 자동차에 적용된 사례는 많이 있다. 먹스(MUX) 통신과 PWM 방식 등이 있다.

② 양방향 통신

양방향 통신은 ECU들이 서로의 정보를 주고받는 통신 방법이다. 즉, 서로의 정보를 주거나 받을 수 있다는 것이다.

 

● 자동차에 적용된 통신

▷ CAN 통신

(엔진 ECU와 TCU의 통신, 에쿠스 편의장치 통신 등)

CAN 통신은 ‘Controller Area Network’의 앞 글자를 따서 캔(CAN)이라 이름 지었다. CAN통신은 ECU들간의 디지털 직렬 통신을 제공하기 위해 1988년 보쉬와 인텔에서 개발된 자동차용 통신 시스템이다.

CAN은 열악한 환경이나 고온, 충격이나 진동 노이즈가 많은 환경에서도 잘 견디기 때문에 차에 적용되고 있다. 또한 다중 채널식 통신법이기 때문에 유니트 간의 배선을 대폭 줄일 수 있다.

<그림 5>는 에쿠스 메인 ECU들의 통신을 그린 것이다. 에탁스(ETACS), 인 패털(I/P: In Panel) ECU, 운전석 도어 모듈, 조수석 도어 모듈이 함께 통신을 해 정보를 주고받는다. 통신이 되는 라인을 ‘BUS-A, BUS-B’라고 한다. 여기서 BUS는 데이터 전송라인을 말한다.

즉, 2개의 BUS라인을 통해 서로의 정보를 공유, 자신에게 필요한 데이터를 사용하게 된다.

 

▷ MUX 통신

(뉴그랜저, 다이너스티, 그랜저XG의 경우)

MUX 통신은 ‘multiplex’의 약자로 ‘다중 통신’이라 번역할 수 있다. 현대자동차에 적용된 먹스(MUX) 통신은 단방향과 양방향 통신 모두가 적용되었다. <그림 6>은 뉴그랜저, 다이너스티, 그랜저XG에 적용된 편의장치 통신 시스템이다.

<그림 6>을 보면 운전석 도어 모듈과 에탁스(ETACS)는 서로 양방향 통신을 한다. 즉, 서로에게 자기의 정보를 출력하고 실행한다는 것이다. 그러나 조수석 도어 모듈과는 단방향으로 통신을 한다. 조수석 도어모듈은 운전석 도어 모듈의 데이터만 수신할 뿐 자기의 정보를 출력하지는 않는다.

 

▷ LAN 통신(단방향 통신, 에쿠스의 경우)

에쿠스는 에탁스 기능, 세이프티 파워윈도 제어, 리모컨 시동 제어, 도난방지 기능, IMS 기능 등 많은 편의사양이 적용되어 있다. 이처럼 많은 시스템들이 작동되기 위해서는 시스템이 작동되기 위한 전원 및 접지, 그리고 이와 관련된 각 스위치나 센서 신호들이 입력되어야 한다. 그러다 보면 배선이 많아지고 고장 발생 개소도 많아지는 것은 당연한 것이다. 이것을 보완하기 위해 통신을 적용, ECU들이 통신으로 데이터를 공유하도록 했다. 그만큼 차에 설치되는 배선의 무게가 줄어들었고, 진단장비를 이용한 고장진단이 가능해졌다.(그림 7 참조)

 

LIN 통신(오피러스의 경우)

LIN 통신은 오피러스에 채용되고 통신 시스템으로, 단방향 통신과 양방향 통신 모두가 적용된다

 

CAN·MUX·LAN·LIN 통신  자동차 통신의 이해②-먹스(MUX) 통신

지난 호에는 자동차 통신의 종류와 개요에 대해 살펴보았다. 이번 호에는 먹스(MUX) 통신에 대해 알아본다. MUX 통신은 뉴그랜저, 다이너스티, 그랜저XG의 운전석 도어 모듈 관련 기능에 사용되는 시스템이다

 

● 통신의 필요성

뉴그랜저, 다이너스티, 그랜저XG 등 이들 차들은 각종 편의장치가 많이 적용된다. 여기서 언급하게 될 운전석 도어 모듈만 보더라도 파워윈도, 도어 록/언록, 전동 미러와 같은 기능들이 적용된다.

그리고 이 기능들은 운전석에서 조수석이나 또는 뒤쪽 좌우 도어를 제어하기도 해야 하므로 시스템을 구현하기 위해서는 <그림 1>과 같이 여러 가닥의 배선을 이용해 하나하나 회로를 구성해야 한다. 따라서 배선이 복잡해지는 것은 물론이고 원가상승이나 차의 중량이 과도해지게 되는 원인이 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 적용된 것이 바로 ‘통신’이며, 자동차에 적용된 여러 통신 중 뉴그랜저, 다이너스티, 그랜저XG의 파워윈도, 도어 록/언록, 전동 미러 기능 등에 적용된 통신이 바로 ‘먹스(MUX) 통신’이다.

● MUX 통신이란?

MUX는 ‘멀티플렉서(multiplexor)’의 약자로, ‘다중통신’이라고 한다. 즉, <그림 2>와 같이 한 개의 통신라인을 이용해 여러 개의 전장품을 작동시킬 수 있고 또한 따로따로 제어할 수 있는 기능을 말하는 것으로, 이러한 기능을 하는 IC를 약칭 ‘MUX’라 한다.

현재 많이 사용되고 있는 MUX(다중화) 기술에는 주파수 분할 다중화(FDM), 시분할 다중화(TDM) 그리고 통계 시분할 다중화(STDM) 등이 있다. 그런데 그랜저XG에 적용된 방식은 시분할 다중화(TDM) 방식이다.(그림 3 참조)

시분할 다중화 방식(Time Division Multiplexing)은 공통 선을 고속으로 시분할 해 각각의 채널들이 공통 선의 시분할 된 타임 슬롯을 이용하는 형태를 말한다. 이때 각각의 채널들의 총 합계 속도는 공통채널의 시분할 속도를 넘지 못한다. 대부분의 고속 데이터 다중화 장비 또는 집중화 장비들이 시분할 방식을 사용하고 있다.

● MUX 통신이 적용된 시스템 이해

MUX 통신이 적용된 시스템을 모두 다루기에는 지면이 짧은듯하므로 이번 호에는 그랜저XG의 파워윈도 시스템을 이용해 MUX 통신을 이해해 보자.

그랜저XG에는 MUX 통신이 적용됨에 따라 <그림 4>와 같이 한 가닥의 통신선을 이용해 다수의 신호를 전송함으로써 복잡한 전선을 간소화 했다.

<그림 5>는 그랜저XG에 적용된 MUX 통신 시스템의 개략도로, 3개의 컴퓨터 간에 통신이 이루어진다. 그러나 IMS 적용 차에서는 IMS ECU와도 먹스 통신을 하므로 4개의 컴퓨터 간에 통신이 이루어진다.

 

<그림 5>를 보면 운전석 도어 모듈, 조수석 도어 모듈, 에탁스, IMS는 모두 컴퓨터로 서로 먹스 통신에 의해 각종 정보가 송·수신 된다. 그러나 에탁스와 리어 좌우 도어 스위치와는 통신하지 않고 에탁스에 의해 일반적으로 작동하게 된다.

● MUX 통신에 의한 파워 윈도 시스템 작동 이해

▶ 작동 전원 공급

점화키가 ON 되면 에탁스(ETACS)는 파워 윈도 릴레이를 ON해 각 도어 모듈에 직접 전원 ①이 공급된다.(그림 6, 7, 8, 9 참조)

      

 

▶ 조건별 파워 윈도 작동

① 운전석에서 운전석 윈도 다운 작동 때

(MUX 통신과 무관, 그림 6 참조)

스위치 ⓐ를 다운으로 작동하면 전원 ①은 ②로 접지되어 다운 릴레이가 ON되어 전원 ①은 ③을 통해 모터를 거처 ④/⑤를 통해 접지되어 모터는 다운 측으로 작동된다.

업 때에는 업 릴레이가 작동되어 반대의 경로로 전류가 흐르게 된다.

 

② 운전석에서 조수석 윈도 다운 작동 때

(MUX 통신에 의해 작동, 그림 6 참조)

스위치 ⓑ를 다운으로 작동하면 운전석 도어 모듈내의 CPU에 작동신호(접지)가 입력된다.

CPU는 MUX 통신라인 ⑥을 통해 조수석 모듈로 작동 신호를 <그림 10>과 같이 보낸다.

조수석 모듈 CPU는 <그림 10>의 신호가 수신되면 다운 릴레이를 ON해 전원 ①은 ⑧을 통해 모터를 거처 ⑨/⑩으로 접지되어 모터는 다운 측으로 작동된다.

업 때에는 업 릴레이가 작동되어 반대의 경로로 전류가 흐르게 된다.

 

③ 운전석에서 뒤 좌측 윈도 다운 작동 때

(MUX 통신에 의해 작동, 그림 6, 7, 8 참조)

스위치 ⓒ를 다운으로 작동하면 운전석 도어 모듈내의 CPU에 작동신호가 입력된다. CPU는 MUX 통신라인 ⑥을 통해 에탁스에 작동신호(그림 11 참조)를 보낸다.

이때 에탁스는 TR ⑪을 구동해 전원 ⑮는 접지 시키므로 다운 릴레이가 ON된다. 따라서 전원 ①은 ⑫를 통해 모터를 거처 ⑬/⑭로 접지되어 모터는 다운 측으로 작동된다.

업 때에는 업 릴레이가 작동되어 반대의 경로로 전류가 흐르게 되며 뒤 우측도 동일하다.

회로의 ⑮번은 파원 윈도 릴레이가 ON인 상태이면 항상 12V가 출력된다.

 

④ 조수석에서 조수석 윈도 다운 작동 때

(MUX 통신과 무관, 그림 7 참조)

스위치를 다운으로 작동하면 전원 ①은 ⑦거처 접지로 흘러 다운 릴레이가 작동되어 전원 ①은 ⑧/⑨/⑩으로 흘러 접지되어 모터는 다운 측으로 작동된다.

업 때에는 반대의 경로로 작동된다.

 

⑤ 뒤 좌측에서 윈도 다운 작동 때

(MUX 통신과 무관, 그림 8 참조)

스위치를 다운으로 작동하면 ⑫에서 전원을 공급받는 다운 릴레이가 작동되어 전원 ①은 ⑫를 통해 모터를 거처 ⑬/⑭를 거처 접지되어 모터는 다운 측으로 작동된다.

업 때에는 반대의 경로로 작동된다.

 

⑥ 파워 윈도 록 스위치 작동 때

(MUX 통신에 의해 작동, 그림 8 참조)

파워 윈도 록 스위치를 작동하면 운전석 모듈 CPU에 입력되고 CPU는 MUX 통신라인을 통해 에탁스와 조수석 도어 모듈에 송신, 조수석 윈도 작동을 제한한다.

에탁스는 록 신호가 입력되면 배선 ⑮(에탁스 M33-2/8)로 출력되는 전원을 차단한다. 따라서 운전석에서 운전석은 작동되나, 다른 도어 윈도는 작동하지 않게 된다. 또한 각 도어 모듈에서 작동 때에도 작동 하지 않는다.

 

▶ Auto Down 작동

 

① 운전석에서 조수석 AUTO 다운/업 작동 때

(MUX 통신에 의해 작동, 그림 6 참조)

스위치 ⓑ를 AUTO 다운으로 작동하면 운전석 도어모듈 CPU에 신호가 입력되고 CPU는 ⑥번 통신선에 의해 조수석 도어 모듈 CPU에 작동신호를 보낸다. 조수석 도어 모듈 CPU는 다운 릴레이를 작동하게 된다.

 

▶ 리모컨 Auto Down/Up 작동

이 기능은 점화키 OFF 상태에서 리모컨 록 버튼을 2초 이상 누르면 창문이 자동으로 올라가고, 언록 버튼을 2초 이상 누르면 창문이 자동으로 내려가는 기능이다.

 

① 리모컨 AUTO DOWN/UP 작동

리모컨에 의해 다운 또는 업 신호가 에탁스의 수신기에 입력되면 에탁스는 파원 윈도 릴레이를 ON하고 즉시 통신라인 ⑥을 통해 DDM 및 ADM에 작동신호를 보낸다.(그림 12 참조)

이때 DDM 및 ADM은 이미 설명한데로 다운 또는 업 릴레이를 작동하게 된다.

 

▶ 세이프티 윈도 작동(그림 6, 7 참조)

파워 윈도 모터내의 홀센서는 모터의 회전에 따라 펄스파형을 앞 좌우 도어 모듈의 CPU에 전달한다. CPU는 이 신호를 이용해 모터의 구속 발생 때 UP 릴레이는 OFF하고 DOWN 릴레이는 ON해 윈도를 20cm DOWN 후 정지 시킨다.

☞ MUX 통신에 대해 글을 마치며…

이렇게 해서 MUX 통신을 이용한 파워 윈도 시스템에 대해 알아보았다.

마지막으로 <그림 10>과 <그림 11>의 두 통신 파형을 보면 분명히 조건이 다른 경우이지만 언뜻 보기에는 동일해 보인다. 그러나 실제로는 동일한 파형은 아니다.

결론적으로 지난 호에서도 언급했듯이 자동차 통신에는 여러 가지 종류가 있지만 통신 파형을 보고 시스템 정상 유무를 판단하기란 쉬운 일이 아니라는 것이다.

그러나 정비 때에는 통신 유무만을 판단하는 것도 대단히 중요한 일이므로 통신 관련 기능 점검 때에는 시스템의 작동 원리를 잘 이해하고 점검해야 한다.

즉, ‘통신 파형이 정상이냐 불량이냐’를 따지기 보다는 ‘통신을 하느냐 하지 않느냐’를 보아야 한다는 것이다.

 


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Posted by 초동