ECU란 무엇인가?
ECU(Electronic Control Unit)는 차량 내 특정 기능을 제어하는 전자 제어 장치입니다. 과거의 자동차는 기계 중심이었지만, 현대 차량은 전자 시스템 중심으로 진화하면서 한 대의 차량에 수십 개에서 많게는 100개 이상의 ECU가 탑재됩니다.
ECU는 각각의 기능을 독립적으로 제어하지만, 차량 전체의 시스템이 유기적으로 작동하기 위해서는 서로 간의 통신이 필수적입니다. 이러한 통신 구조는 차량 내 네트워크의 핵심이며, 안전성과 성능을 좌우하는 중요한 요소입니다.
주요 ECU 종류와 역할
- ECM (Engine Control Module): 엔진 연료 분사, 점화 시기, 공기유량 등을 제어
- TCM (Transmission Control Module): 변속기 작동을 자동으로 제어
- ABS/ESC ECU: 브레이크 제어 및 차량 안정성 시스템 담당
- BCM (Body Control Module): 도어, 창문, 조명 등 바디 기능 제어
- ADAS ECU: 전방 충돌 방지, 차선 유지, 자동 제동 등 고급 운전자 보조 기능
- AVN ECU (Audio Video Navigation): 인포테인먼트, 내비게이션 제어
- HVAC ECU: 차량 실내 공조 시스템 관리
- 게이트웨이 ECU: 서로 다른 네트워크 간 데이터 중계 및 통합 관리
ECU 간 통신 구조
차량 내 ECU들은 단일한 네트워크로 연결되어 있는 것이 아니라, 기능에 따라 서로 다른 통신 프로토콜(CAN, LIN, FlexRay, Ethernet 등)을 통해 연결됩니다. 이때 중심이 되는 것이 게이트웨이 ECU로, 다양한 프로토콜을 상호 연동하여 차량 전체의 데이터 흐름을 통합 관리합니다.
통신은 크게 다음 세 가지 계층으로 구성됩니다.
- 상위 계층 (Ethernet): 자율주행, ADAS, 인포테인먼트 등 고대역폭 기능
- 중간 계층 (CAN, FlexRay): 엔진, 샤시, 제동 등 실시간성 요구 기능
- 하위 계층 (LIN): 도어, 창문, 시트 등 단순 제어 기능
이들 간의 통신은 일관된 통신 규칙과 데이터 포맷을 통해 이루어지며, 각 ECU는 자신이 필요한 데이터만 필터링하여 수신합니다.
ECU 간 주고받는 데이터 유형
ECU 간에 오가는 데이터는 다양하며, 대부분 실시간으로 전달되어야 합니다. 대표적인 데이터 유형은 다음과 같습니다.
- 엔진 정보: RPM, 토크, 연료량, 흡기 온도, 산소센서 값 등
- 차속 정보: 휠 속도 센서, GPS 속도, 가속도 센서
- 브레이크 상태: 브레이크 압력, 제동 요청 신호, ABS 활성 여부
- 차체 상태: 도어 잠금 상태, 창문 위치, 조명 작동 정보
- 운전자 입력: 페달, 기어, 스티어링 휠 조작 정보
- 센서 데이터: 라이다, 레이더, 카메라, 초음파 센서에서 추출한 물체 인식 정보
- 경고 및 진단 코드: 오류 발생 시 DTC(Diagnostic Trouble Code) 공유
- 인포테인먼트 제어: 오디오 볼륨, 화면 출력, 스마트폰 연동 상태
데이터 흐름 예시: 자율주행 시스템
자율주행 시나리오에서는 센서 ECU → ADAS ECU → TCU/ECM/BCM 등의 다양한 ECU 간 연속적인 데이터 흐름이 발생합니다. 예를 들어:
- 카메라 ECU가 전방 차량 감지를 수행
- ADAS ECU가 거리와 속도 차이를 계산하여 위험 판단
- TCU에 감속 명령 전달 → 자동 감속 수행
- 동시에 BCM에 브레이크등 점등 명령 전송
- 게이트웨이 ECU를 통해 중앙 디스플레이에 경고 메시지 표시
이처럼 수십 개 ECU 간의 통신이 실시간으로 이루어져야 하며, 통신 지연이나 오류 발생 시 안전에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
사용되는 통신 프로토콜과 데이터 처리 방식
- CAN: 실시간성이 필요한 엔진, 브레이크, 변속기 등 주요 제어 데이터 처리
- LIN: 저속, 저가 부품 제어 (예: 시트, 창문, 도어)
- FlexRay: 자율주행 및 안전 시스템의 고속, 이중화 통신
- Ethernet: 고해상도 센서 데이터, 인포테인먼트, OTA 데이터 처리
최근에는 TSN(Time-Sensitive Networking) 기반 이더넷과 CAN-FD 등 고속 통신 프로토콜을 통해 통합적인 데이터 처리 구조로 진화하고 있습니다.
ECU 간 통신의 보안 및 안정성
차량 내부 통신이 해킹될 경우 안전에 직결되는 문제이므로, ECU 간 데이터 전송에는 보안이 필수입니다. 이를 위해 다음과 같은 기술이 적용됩니다.
- 암호화 통신 (Secure CAN, TLS over Ethernet)
- 인증 기반 메시지 송수신
- 침입 탐지 시스템 (IDS)
- 소프트웨어 무결성 검증
또한, 각 ECU는 자가 진단 기능을 통해 정상 동작 여부를 지속적으로 점검하며, 이상이 발생할 경우 오류 코드를 기록하여 정비 시스템에 전달합니다.
미래의 ECU 통신 구조
현재 차량은 분산형 ECU 구조를 기반으로 하지만, 전기차와 자율주행차로 진화하면서 중앙 집중형 아키텍처(Centralized Architecture)가 주목받고 있습니다.
이 구조에서는 수십 개 ECU의 기능을 고성능 중앙 제어 컴퓨터가 통합 관리하며, 복잡한 통신을 줄이고 실시간성 및 보안을 강화할 수 있습니다. 이더넷을 기반으로 한 통합 ECU 구조는 2025년 이후 본격적인 상용화가 예상됩니다.
결론
차량 ECU 간 통신 구조는 자동차가 복잡한 시스템을 안정적이고 효율적으로 작동시키기 위한 핵심 인프라입니다. 각 ECU는 자신만의 역할을 수행하면서, 서로 데이터를 주고받아 전체 차량의 기능을 통합적으로 운영합니다.
특히 자율주행과 커넥티드카 시대에서는 더욱 정밀하고 빠른 통신이 요구되며, 이에 따라 통신 기술과 보안 체계도 빠르게 발전하고 있습니다. ECU 간 통신에 대한 이해는 미래 차량 기술의 핵심을 이해하는 첫걸음이 될 것입니다.