현대 자동차에는 수십 개에서 많게는 100개 이상의 전자제어장치(ECU)와 다양한 센서, 액추에이터가 탑재된다. 브레이크를 밟는 순간부터 계기판 표시, 배터리 상태 확인, 주행 보조 기능까지 모두 여러 제어기가 데이터를 주고받으며 동작한다.
이처럼 차량 내부에서 데이터를 전달하는 역할을 하는 것이 차량 통신 네트워크(In-Vehicle Network, IVN)이다. SDV(Software Defined Vehicle)가 확산되면서 차량에서 처리해야 하는 데이터의 양과 속도는 계속 증가하고 있으며, 이에 따라 기존 통신 기술과 새로운 고속 네트워크를 함께 사용하는 사례가 늘어나고 있다.
이번 글에서는 자동차에서 많이 사용되는 CAN, LIN, FlexRay, Automotive Ethernet의 특징과 SDV에서의 역할을 살펴본다.
차량 통신이 필요한 이유
과거 자동차는 기계적인 연결이 중심이었지만, 현재는 대부분의 기능이 전자적으로 제어된다.
예를 들어 운전자가 브레이크를 밟으면 다음과 같은 과정이 이루어진다.
- 브레이크 센서가 신호를 감지한다.
- 제어기가 데이터를 분석한다.
- ABS 또는 ESC 제어기가 필요한 제어를 수행한다.
- 계기판에 관련 정보가 표시될 수 있다.
- 일부 차량에서는 ADAS 시스템과도 정보를 공유한다.
이 모든 과정에서 차량 통신 네트워크가 데이터를 전달한다.
CAN(Controller Area Network)
CAN은 가장 널리 사용되는 차량 통신 방식 중 하나다.
1980년대 후반 Bosch가 개발했으며 현재도 대부분의 자동차에서 핵심 네트워크로 활용되고 있다.
CAN의 특징
- 높은 신뢰성
- 비교적 단순한 구조
- 실시간 통신 지원
- 오류 검출 기능 제공
- 다양한 ECU 간 통신 가능
대표적으로 다음과 같은 시스템에서 사용된다.
- 엔진 제어
- 변속기
- ABS
- EPS
- 바디 제어
- 계기판
CAN의 장점
배선 수를 줄일 수 있다.
여러 ECU가 하나의 버스를 공유할 수 있다.
자동차 환경에서 충분히 검증된 기술이다.
CAN의 한계
최근 차량은 카메라와 레이더, 라이다 등 대용량 데이터를 처리해야 한다.
이러한 환경에서는 CAN의 전송 속도가 충분하지 않을 수 있다.
LIN(Local Interconnect Network)
LIN은 CAN보다 단순하고 저렴한 통신 방식이다.
속도는 낮지만 비용이 적게 들기 때문에 간단한 장치 제어에 많이 사용된다.
대표적인 적용 분야는 다음과 같다.
- 창문 제어
- 시트 조절
- 실내 조명
- 사이드미러
- 공조 장치 일부 기능
LIN의 특징
- 저렴한 구현 비용
- 단순한 통신 구조
- Master-Slave 방식
- 저속 데이터 전송
복잡한 제어보다 단순한 기능에 적합하다.
FlexRay
FlexRay는 고속성과 높은 신뢰성을 요구하는 시스템을 위해 개발된 차량 통신 기술이다.
대표적으로 다음과 같은 분야에서 활용되었다.
- Steer-by-Wire 연구
- Brake-by-Wire 연구
- 고성능 샤시 제어
특징
- 높은 통신 속도
- 시간 기반 통신(Time Triggered)
- 결정론적(Deterministic) 통신 지원
- 이중 채널 구성 가능
다만 최근에는 Automotive Ethernet의 활용이 증가하면서 FlexRay의 적용 범위는 제한적인 경우가 많다.
Automotive Ethernet
SDV 시대에서 가장 주목받는 차량 통신 기술이 Automotive Ethernet이다.
기존 Ethernet 기술을 자동차 환경에 맞게 발전시킨 표준으로, 대용량 데이터 전송에 적합하다.
왜 Ethernet이 필요한가?
ADAS와 자율주행 기술이 발전하면서 차량 내부 데이터가 크게 증가했다.
예를 들어
- 카메라 영상
- 레이더 데이터
- 라이다 데이터
- 고해상도 지도
- OTA 데이터
- 클라우드 통신
이러한 데이터를 CAN만으로 처리하기는 어렵다.
Automotive Ethernet의 장점
- 높은 대역폭
- 빠른 데이터 전송
- 확장성
- 표준 네트워크 기술 활용
- 중앙집중형 컴퓨팅 구조에 적합
최근 SDV 플랫폼에서는 Ethernet Backbone을 중심으로 시스템을 구성하는 사례가 점차 늘어나고 있다.
차량에는 하나의 통신만 사용하는가?
그렇지 않다.
실제 차량에서는 여러 통신 기술을 함께 사용하는 경우가 일반적이다.
예를 들어
기능대표 통신
| 창문 제어 | LIN |
| 엔진 제어 | CAN |
| 브레이크 제어 | CAN 또는 FlexRay |
| 카메라 데이터 | Automotive Ethernet |
| OTA | Ethernet + 무선 통신 |
| 중앙 컴퓨팅 | Automotive Ethernet |
각 통신 방식은 속도와 비용, 신뢰성, 데이터 크기 등을 고려해 선택된다.
SDV에서 차량 통신의 변화
SDV에서는 기존 ECU 중심 구조에서 중앙집중형 컴퓨팅 구조로 발전하고 있다.
이에 따라 통신 구조도 변화하고 있다.
대표적인 변화는 다음과 같다.
데이터 중심 네트워크
센서 데이터가 중앙 컴퓨터로 집중되는 구조가 확대되고 있다.
Ethernet 활용 증가
고속 데이터 처리를 위해 Ethernet의 비중이 점차 높아지고 있다.
서비스 기반 통신
AUTOSAR Adaptive와 함께 서비스 지향 아키텍처(SOA)를 적용하는 사례가 증가하고 있다.
클라우드 연계
차량 내부 네트워크와 외부 클라우드가 연계되면서 통신 보안의 중요성도 함께 커지고 있다.
시스템엔지니어링 관점에서 차량 통신
차량 통신은 단순히 데이터를 전달하는 기능이 아니라 시스템 전체 성능에 영향을 주는 핵심 요소다.
시스템엔지니어는 다음과 같은 사항을 검토한다.
- 통신 속도 요구사항
- 데이터 지연 시간(Latency)
- 네트워크 부하
- 장애 발생 시 대응 방안
- 보안 요구사항
- 인터페이스 정의
- 통신 프로토콜 선택
이러한 요소들은 시스템 아키텍처 설계와 검증 계획에도 직접적인 영향을 준다.
앞으로의 발전 방향
향후 SDV에서는 Automotive Ethernet의 활용이 더욱 확대될 것으로 예상된다.
다만 기존 CAN과 LIN이 모두 사라지는 것은 아니다.
안전성과 비용, 적용 분야를 고려하면 여러 통신 기술이 목적에 맞게 함께 사용되는 구조가 당분간 지속될 가능성이 높다.
결국 중요한 것은 하나의 통신 기술이 아니라, 각 기술의 장점을 적절히 조합하여 안정적이고 효율적인 차량 네트워크를 구성하는 것이다.
마무리
차량 통신은 SDV를 구현하기 위한 핵심 기반 기술이다. CAN과 LIN은 현재도 다양한 제어 시스템에서 중요한 역할을 수행하고 있으며, Automotive Ethernet은 대용량 데이터 처리와 중앙집중형 컴퓨팅을 지원하는 핵심 기술로 자리 잡고 있다.
차량 통신 구조를 이해하면 SDV 개발에서 시스템 아키텍처와 소프트웨어 플랫폼이 어떻게 연결되는지 더욱 쉽게 이해할 수 있다.
다음 글에서는 AUTOSAR Classic과 AUTOSAR Adaptive의 차이와 SDV 개발에서 각각의 역할을 자세히 살펴본다.
FAQ
Q1. SDV에서는 CAN이 더 이상 사용되지 않나요?
아니다. CAN은 높은 신뢰성과 검증된 기술을 바탕으로 현재도 엔진, 바디, 샤시 등 다양한 제어 시스템에서 널리 사용된다. SDV에서는 Automotive Ethernet과 함께 사용하는 사례가 많다.
Q2. Automotive Ethernet이 모든 차량 통신을 대체하나요?
그렇지 않다. Ethernet은 대용량 데이터 처리에 적합하지만, 비용과 시스템 특성을 고려해 CAN, LIN 등과 함께 사용하는 것이 일반적이다.
Q3. 차량 통신에서 가장 중요한 요소는 무엇인가요?
통신 속도뿐 아니라 신뢰성, 실시간성, 오류 검출, 보안, 유지보수성 등 다양한 요소를 함께 고려해야 한다. 차량의 기능과 안전 요구사항에 따라 적합한 통신 방식을 선택하는 것이 중요하다.