ECU, CAN, LIN AND OBD

ECU / CAN / LIN / OBD
2020-04
H.J. Sim
자율주행차 관련 연구

Copyright⒞ 2020. H.J. Sim. All rights reserved.
Contents
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1 ECU (Electronic Control Unit)
2 CAN (Controller Area Network)
3 LIN (Local Interconnect Network)
4 OBD (On Board Diagnostic)

ECU (Electronic Control Unit)
• 정의
– 자동차의 다양한 장치(기기)를 제어하는 역할을 하는 전자제어 장치
• 기능
– 차량에 부착된 수많은 센서들의 정보를 입력으로 받아 들이고 이 입력된 값을 토
대로 전자기기를 제어
• 역할
– 초기 목적은 엔진의 핵심 기능을 정밀하게 제어하는 것
• 엔진의 핵심 기능 : 연료분사, 공회전, 한계값 설정 등
– 차량과 컴퓨터 성능의 발전과 함께 자동변속기 제어를 비롯해 구동계통, 제동계
통, 조향계통 등 차량의 모든 부분을 제어하는 역할까지 수행
– 엔진제어 예
• 엔진의 회전수와 흡입 공기량, 흡입 압력, 액셀러레이터 개방 정보 등에 맞추어 미리 정
해 놓은 점화시기 MAP(Manifold Absolute Pressuer) 값과 연료분사 MAP 값 등을 조회
하여 수온센서, 산소센서 등을 보정하고 인젝터의 개폐율을 조정함
• 이렇게 하여 연료의 분사량과 점화시기를 결정함
3
출처 : http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=diguyz&logNo=220779773683
https://blog.naver.com/whdgh3121/220561274243

• ECU(Engine Control Unit) 개념
– 예: 현대자동차 Avante MD에 장착되는 ECU
4
출처 : http://blog.naver.com/diguyz/220940649758

• ECU로 입력되는 각종 센서
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• 각종 정보를 수신 받고 ECU에 의해 계산되어 출력을 통제 받는 장치들
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• 주요 ECU 목록 (1/2)
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명칭 Full Name 주요 기능
ACU Airbag Control Unit
자동차 충돌 상황의 센서 신호를 받아 에어백을 제어하는
ECU
BCM Body Control Module
자동차의 각종 경고, 도난방지 기능 등을 제어하여 자동차
상태를 사용자에게 알려주며 사용자 요구에 맞게 자동차
를 제어
ECU Engine Control Unit
엔진의 상태를 센서를 통해 모니터링하면서 연료의 양, 점
화시기 등의 제어 값 등을 결정하는 ECU
PCM
Powertrain Control
Module
엔진과 파워트레인(기관에서 발생된 동력을 구동바퀴까지
전달하는 일련의 모든 장치)의 각종 센서로부터 정보를 받
아 각종 제어신호를 출력하는 장치
TCU
Transmission Control
Unit
자동차의 속도, 바퀴 속도, 스로틀 위치 등의 센서값을 받
아 운전자가 원하는 주행조건이 되도록 변속기를 제어해
주는 ECU

• 주요 ECU 목록 (2/2)
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명칭 Full Name 주요 기능
ABS
Anti-lock Braking
System
자동차의 Lock-up 현상(자동차는 진행 중인데 바퀴가 잠
겨있는 현상)을 감지하여 자동차가 미끄러지지 않도록 브
레이크의 on/off 상황을 짧은 시간 반복 제어하여 운전자
가 원하는 제동을 도와주는 ECU
ESC
Electronic Stability
Control
ABS 등의 주행 및 제동 조건을 제어하는 ECU의 기능을 포
함하기도 하며 필요한 바퀴를 선택적으로 제어하여 자동
차의 안정된 자세를 유지하게 도와주는 ECU
HPCU
Hybrid Power Control
Unit
하이브리드 자동차의 경우 내연기관과 전기동력장치를 주
행상황에 맞게 상호연동하는 ECU
BMS
Battery Management
System
구동을 목적으로 하는 배터리의 전압, 온도 등의 상태를
모니터링 및 제어하며 배터리의 충전량 등을 구동 제어
ECU에 전송하는 ECU
MCU Motor Control Unit
전기모터의 회전수, 토크, 냉각수 온도 등을 모니터링 및
제어하는 ECU

• ECU가 컨트롤 가능한 자동차 장비 예
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• ECU가 컨트롤 가능한 자동차 장비 예 2
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CAN (Controller Area Network)
• 정의
– 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기
위해 설계된 차량용 네트워크의 표준 통신 규격
– 지능형 디바이스 네트워크 구축을 위한 높은 무결성의 시리얼 버스 시스템
– 차량 내 ECU들은 CAN 프로토콜을 사용하여 통신
– 초기에는 차량 네트워크용으로 개발되었으나 최근에는 차량뿐만 아니라 산업 전
분야에 폭 넓게 적용되고 있음
• 등장 배경
– 초기 자동차들은 일대일(Point-To-Point) 방식으로 ECU를 연결함
– 자동차 발전에 따라 ECU가 점점 많아지고 이를 연결하는 배선도 또한 증가됨
– 배선의 증가로 유지 보수의 어려움, 무게 증가 및 이로 인한 연비 하락의 문제가
발생
– CAN은 여러 개의 CAN 디바이스가 서로 통신할 수 있는 다중 통신 방식(Multi
Master 방식)을 제공하여 위 문제를 해결
– ISO에서 국제 표준 규격 (ISO 11898)으로 제정 (1993년)
– CANopen, DeviceNet 등 CAN에 대한 여러 가지 상위 레벨 프로토콜이 표준화됨
(1994년~)
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출처 : http://www.fescaro.com/2016/10/can-%ED%86%B5%EC%8B%A0%EC%9D%98-%EC%9D%B4%ED%95%B4/
http://www.ni.com/white-paper/2732/ko/

• 장점
– 여러 개의 CAN 디바이스가 서로 통신할 수 있는 경제적이며 안정적인 네트워크
제공
– ECU가 시스템 내 각 디바이스마다 아날로그 및 디지털 입력을 갖는 것이 아니
라 단일의 CAN 인터페이스만 보유함 (표준 프로토콜)
– 자동차의 전체 비용과 중량을 줄일 수 있음
– 네트워크 상의 각 디바이스에 CAN 컨트롤러 칩이 존재하여 지능적인 네트워킹
이 가능
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• 특징
– 메시지 지향성 프로토콜(Message-Oriented Protocol)
• 메시지의 우선순위에 따라 ID를 할당하고, 이 ID를 이용해 메시지를 구별
• 전송 노드외 노드들은 메시지가 자신에게 필요한 메시지를 ID를 기반으로 판단
• 필요한 경우에만 메시지를 수신하고 그 외에는 무시함
– 보완적인 에러 감지 메커니즘
• 메시지 전송 시, 에러가 감지되면 자동적으로 해당 메시지를 즉시 재전송하는 기능 제
공
– Multi-Master protocol
• 모든 노드가 마스터가 되어 버스가 비어 있을 때(idle) 언제든지 메시지 전송이 가능
• 두 노드에서 동시에 메시지 전송 시, 우선순위가 높은 메시지(이 때, 더 낮은 ID번호가
더 높은 우선순위를 가짐)가 먼저 전송됨
– 결점있는 노드의 감지와 비활성화
• CAN은 버스의 상태를 항상 모니터링 함
• 실시간으로 결함이 있는 노드를 감지해 해당 노드를 비활성화하여 네트워크의 신뢰성
을 보장
– 전기적 노이즈에 감함
• 꼬인 2선(Twist Pair Wire, CAN_H, CAN_L)을 이용하여 전기적으로 차별되는 통신을 함
– 저렴한 가격 및 구성의 용이성
– 빠른 통신 속도(최대 1Mbps) 및 장거리 (1km 내, 40kbps로) 통신 가능
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• CAN 메시지 프레임 구조
– CAN 통신에서 데이터 송수신은 메시지 프레임을 사용하여 이뤄짐
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[ CAN 메시지 프레임 구조 ]

• CAN 메시지 프레임 구조
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LIN (Local Interconnect Network)
• 정의
– 차량에서의 분산된 전자 시스템을 위한 저비용의, 직렬 통신 시스템
– 프로토콜과 물리 계층의 정의와 더불어 개발 도구와 애플리케이션 소프트웨어에
대한 인터페이스 정의도 포함
– CAN의 대역폭과 다기능이 필요하지 않은 액츄에이터와 스마트 센서를 위한 비
용-절감 통신을 가능하게 함
• 핵심 기능
– 개선된 ISO 9141을 바탕으로 저비용의 single-wire 구현
– 최대 속도 20Kbit/s (EMI-이유로 제한)
– Single Master / Multiple Slave 개념 따라서 중재 불필요
– 보편적인 UART 인터페이스를 바탕으로 하는 저 비용 실리콘 구현. 이것은 거의
모든 마이크로컨트롤러들이 필요한 하드웨어를 칩 상에 갖고 있다는 것을 뜻함.
– 크리스탈 또는 세라믹 공진회로(resonator)가 없는 slave 모드에서의 반 동기화
로 slave 하드웨어의 중요한 비용 절감 효과
– 신호 전송을 위한 보증된 대기 시간. 따라서 예측 시스템 가능.
– 다른 slave 노드들에서 하드웨어나 소프트웨어를 변경하지 않고도 LIN 네트워크
에 노드들을 추가 가능
– 전형적인 LIN 네트워크의 크기는, 적은 수의 64 식별자들과 상대적으로 느린 전
송속도로 인한, 12노드들 이하 (그러나 여기에 제한되지는 않음)
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OBD (On Board Diagnostic)
• OBD 정의
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• OBD-2 접속 Connector
– ISO J1962
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• OBD-2 Diagnostic Trouble Code
– OBD-2는 차량 고장 발생시 5자리 고장 진단 코드를 통하여 고장 내용을 알려
줌
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[별첨] 참고자료
• ECU
– http://blog.naver.com/diguyz/220779773683
– http://blog.naver.com/diguyz/220940649758
– https://blog.naver.com/whdgh3121/220561274243
– https://namu.wiki/w/ECU
– http://wiki.wikisecurity.net/issue:%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%B0%A8_%ED%
95%B4%ED%82%B9
– https://blog.hmgjournal.com/Tech/Item/Powertrain-Control-Detail.blg
– http://www.semieri.co.kr/m/page/view.php?no=3891&code=20161013102638_
7813&d_code=20161013111733_1925&ds_code=20170310102118_1380
– http://magazine.hellot.net/magz/article/articleDetail.do?flag=all&showType=sh
owType1&articleId=ARTI_000000000034345&articleAllListSortType=sort_1&pa
ge=1&selectYearMonth=201508&subCtgId=
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[별첨] 참고자료
• CAN
– http://www.ni.com/white-paper/2732/ko/
– http://www.diakom.com.ru/el/communication/can/can_org.pdf
– https://www.slideshare.net/pantechsolutions/can-f28x
– http://www.autoelectronics.co.kr/article/articleView.asp?idx=2424
– http://www.fescaro.com/2016/10/can-%ED%86%B5%EC%8B%A0%EC%9D%98-
%EC%9D%B4%ED%95%B4/
• LIN
– http://eskorea.net/home/data/technique/warcan_04.pdf
• OBD
– http://cafe.daum.net/tgjung/OGGq/98?q=oBD%EB%9E%80%3F
– http://realsys.co.kr/data/can/OBD_CAN_Protocol.pdf
– https://blog.naver.com/hsj3117/140196154619
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