차량 진단용 프로토콜 UDS (Unified Diagnostic Services) 개요1. UDS의 역사

[송방섭(소방서)]

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차량 진단용 프로토콜 UDS (Unified Diagnostic Services) 개요1. UDS의 역사

자동차 진단 프로토콜의 역사는 자동차 전자제어 기술의 발전과 함께 시작되었습니다. 초기에는 각 자동차 제조사마다 독자적인 진단 프로토콜을 사용했지만, 다양한 차량 브랜드와 모델을 진단해야 하는 정비소 입장에서는 비효율적이었습니다. 이에 따라 산업 표준을 제정하려는 노력이 이루어졌고, 그 결과로 나온 것이 ISO 14230 (KWP2000)와 ISO 15765 (CAN) 등의 표준입니다.

자동차의 전자 제어 기술이 발전함에 따라, 차량 내 여러 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)들이 서로 복잡하게 연계되기 시작했습니다. 초기에는 각 제조사가 독자적인 프로토콜을 사용하여 ECU와 통신했으나, 이는 다른 브랜드나 모델의 차량을 진단할 때 큰 어려움을 초래했습니다. 예를 들어, 한 제조사의 진단 장비는 다른 제조사의 차량에서는 제대로 작동하지 않을 수 있었으며, 이는 정비소에서 다양한 차량을 효율적으로 관리하기 어렵게 만들었습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 국제 표준화 기구(ISO: International Organization for Standardization)에서는 자동차 진단을 위한 표준 프로토콜을 제정하기 시작했습니다. 그 결과, 1990년대에는 ISO 9141, ISO 14230 (KWP2000) 등이 도입되었고, 2000년대 초반에는 CAN (Controller Area Network)을 기반으로 하는 ISO 15765가 표준으로 자리 잡았습니다. 그러나 이들 표준은 여전히 특정 기능이나 용도에 한정된 부분이 많았고, 통합된 진단 서비스를 제공하기에는 한계가 있었습니다.

UDS (Unified Diagnostic Services)는 이러한 표준화 노력의 일환으로, 자동차 진단 프로토콜을 통합하고 확장된 기능을 제공하기 위해 개발되었습니다. ISO 14229로도 알려진 UDS는 2006년에 처음 발표되었으며, 이후 지속적으로 개선되고 있습니다. UDS는 다양한 물리적 계층을 지원하여, ISO 15765-3 (CAN), ISO 14230-3 (KWP2000), ISO 13400 (DoIP) 등과 호환됩니다. 이를 통해 UDS는 기존 프로토콜의 한계를 극복하고, 더 많은 기능과 높은 유연성을 제공할 수 있게 되었습니다.

UDS의 도입은 자동차 진단 프로토콜의 중요한 전환점을 의미합니다. 이 프로토콜은 단순히 오류 코드를 읽고 지우는 것 이상의 기능을 제공하며, ECU의 설정 변경, 소프트웨어 업데이트, 보안 접근 관리 등 다양한 진단 및 관리 기능을 포함하고 있습니다. 이러한 기능들은 현대 자동차의 복잡한 시스템을 관리하는 데 필수적입니다.

2. UDS 프로토콜의 주요 내용

UDS는 차량 내부의 전자제어장치(ECU)와 외부 진단 장비 간의 통신을 관리하는 프로토콜로, 다양한 진단 서비스를 제공합니다. 주요 서비스는 다음과 같습니다:

2.1 진단 세션 관리 (Diagnostic Session Control)

진단 세션을 설정하고 관리하는 서비스로, ECU가 진단 모드로 전환될 때 사용됩니다. 일반적인 세션 외에도 프로그래밍 세션, 확장된 진단 세션 등이 있으며, 각 세션은 서로 다른 권한과 기능을 제공합니다.

진단 세션 관리는 ECU와 진단 장비 간의 통신을 설정하는 첫 단계입니다. 기본 진단 세션에서는 제한된 정보와 기능만을 제공하며, 이는 일반적인 상태에서 ECU의 기본 정보를 조회하는 데 사용됩니다. 그러나 복잡한 진단 작업이나 ECU의 설정을 변경해야 하는 경우에는 확장된 진단 세션 또는 프로그래밍 세션으로 전환이 필요합니다.

확장된 진단 세션에서는 ECU의 더 많은 기능에 접근할 수 있으며, 실시간 데이터 스트림을 모니터링하거나 특정 시스템의 상태를 자세히 확인할 수 있습니다. 프로그래밍 세션은 주로 ECU의 소프트웨어를 업데이트하거나 구성 데이터를 변경할 때 사용되며, 이 세션에서는 보안 인증이 필수적으로 요구됩니다. 이를 통해 무단 접근이나 오작동을 방지하고, 차량의 안전과 보안을 유지할 수 있습니다.

2.2 ECU 리셋 (ECU Reset)

ECU를 소프트 리셋하거나 하드 리셋하는 기능을 제공합니다. 이를 통해 ECU의 정상 상태를 복원하거나 특정 상태로 초기화할 수 있습니다.

ECU 리셋 기능은 다양한 상황에서 유용하게 사용됩니다. 소프트 리셋은 주로 ECU가 일시적인 오류 상태에 있을 때 사용되며, 현재 실행 중인 프로그램을 중단하고 ECU를 재부팅하여 정상 작동 상태로 복귀시킵니다. 하드 리셋은 더 근본적인 초기화를 수행하며, 이는 전원 사이클을 통해 ECU를 완전히 재시작하는 것을 의미합니다. 하드 리셋은 ECU가 심각한 오류 상태에 있거나, 소프트웨어 업데이트 후 새로운 설정을 적용할 때 필요할 수 있습니다.

ECU 리셋은 또한 차량의 진단 및 수리 과정에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 특정 부품을 교체한 후 ECU를 리셋하여 새로운 부품을 인식시키거나, 누적된 오류 코드를 초기화하여 시스템의 현재 상태를 반영하도록 할 수 있습니다. 이러한 리셋 작업은 차량의 안정적 운영과 문제 해결에 중요한 부분입니다.

2.3 보안 접근 (Security Access)

ECU의 보호된 기능에 접근하기 위해 필요한 보안 인증 절차를 제공합니다. ECU와 외부 진단 장비 간의 인증을 통해 무단 접근을 방지합니다.

보안 접근 서비스는 ECU와 진단 장비 간의 통신을 보호하기 위한 중요한 기능입니다. 현대 자동차에는 다양한 중요한 데이터와 설정이 저장되어 있으며, 무단 접근 시 차량의 안전과 보안이 위협받을 수 있습니다. 보안 접근은 이러한 중요한 기능에 대한 접근을 제어하며, 진단 장비가 ECU와 통신을 시작하기 전에 보안 인증 절차를 거치도록 합니다.

이 서비스는 일반적으로 여러 단계의 보안 레벨로 구성되어 있습니다. 각 레벨은 다른 종류의 인증 정보를 요구하며, 더 높은 레벨일수록 더 중요한 기능에 접근할 수 있습니다. 예를 들어, 기본 레벨에서는 단순한 데이터 조회만 가능하지만, 더 높은 레벨에서는 ECU 소프트웨어 업데이트나 설정 변경이 가능합니다.

보안 접근 과정에서 진단 장비는 ECU에 특정 보안 키를 제공해야 하며, 이 키는 ECU의 내부 데이터와 비교되어 인증됩니다. 인증이 성공하면 해당 세션에서 보호된 기능에 접근할 수 있습니다. 이를 통해 차량의 중요한 데이터와 기능을 보호하고, 무단 접근을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

2.4 데이터 전송 (Transfer Data)

ECU와 진단 장비 간의 데이터 블록 전송을 관리합니다. 이는 주로 ECU 소프트웨어 업데이트나 대량 데이터 전송 시 사용됩니다.

데이터 전송 서비스는 ECU와 진단 장비 간에 대량의 데이터를 안정적으로 전송하기 위한 기능을 제공합니다. 이 서비스는 주로 ECU 소프트웨어 업데이트나 구성 데이터를 변경할 때 사용됩니다. 예를 들어, 제조사가 새로운 소프트웨어 패치를 배포하거나 차량의 기능을 향상시키기 위해 기존 소프트웨어를 업데이트해야 할 때 이 서비스가 사용됩니다.

데이터 전송 과정은 여러 단계로 이루어집니다. 먼저, 진단 장비가 전송할 데이터 블록의 크기와 전송 방식을 설정합니다. 그런 다음, 데이터를 블록 단위로 전송하며, 각 블록은 ECU에서 확인되어야 합니다. 데이터 블록이 성공적으로 전송되면 ECU는 이를 저장하고, 필요한 경우 새로운 소프트웨어나 설정을 적용합니다.

이 과정에서 중요한 점은 데이터 전송의 무결성과 안정성입니다. 전송 과정 중 데이터가 손상되거나 누락되지 않도록 각 블록의 무결성을 확인하는 절차가 포함되어 있습니다. 또한, 전송 도중 문제가 발생할 경우 복구 절차가 마련되어 있어, 데이터를 다시 전송하거나 중단된 부분부터 재개할 수 있습니다. 이를 통해 데이터 전송의 안정성을 보장하고, ECU 소프트웨어 업데이트의 성공률을 높일 수 있습니다.

2.5 데이터 읽기 및 쓰기 (Read/Write Data By Identifier)

특정 데이터 식별자를 통해 ECU 내부 데이터를 읽거나 쓸 수 있는 기능을 제공합니다. 이를 통해 실시간 데이터 모니터링이나 특정 설정 값을 변경할 수 있습니다.

데이터 읽기 및 쓰기 서비스는 UDS 프로토콜의 핵심 기능 중 하나로, 특정 데이터 식별자를 사용하여 ECU 내부의 다양한 데이터를 읽거나 쓸 수 있습니다. 이는 차량의 실시간 운영 데이터를 모니터링하거나, 특정 시스템의 설정 값을 변경하는 데 사용됩니다.

예를 들어, 진단 장비는 엔진 회전수, 냉각수 온도, 연료 소비량 등 다양한 센서 데이터를 실시간으로 읽어올 수 있습니다. 이러한 데이터는 차량의 상태를 모니터링하고, 문제를 진단하며, 성능을 최적화하는 데 유용합니다. 또한, 특정 설정 값을 변경하여 차량의 동작 방식을 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 엔진의 공기 연료 비율을 조정하거나, 특정 기능을 활성화 또는 비활성화할 수 있습니다.

데이터 읽기 및 쓰기 서비스는 각각의 데이터 항목에 대해 고유의 식별자를 사용합니다. 진단 장비는 이 식별자를 사용하여 특정 데이터를 요청하거나 변경할 수 있습니다. 이는 데이터의 정확한 위치와 형식을 식별하고, 효율적인 데이터 통신을 가능하게 합니다. 또한, 데이터의 무결성과 일관성을 유지하기 위해, 읽기 및 쓰기 작업이 완료된 후에는 확인 응답을 받습니다.

2.6 입력/출력 제어 (Input/Output Control)

ECU의 특정 입출력 기능을 제어하는 서비스로, 예를 들어 특정 센서를 활성화하거나 액추에이터를 작동시킬 수 있습니다.

입출력 제어 서비스는 ECU의 특정 입출력 기능을 직접 제어하는 기능을 제공합니다. 이는 차량의 다양한 시스템을 테스트하고, 특정 조건에서의 동작을 확인하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 특정 센서를 활성화하여 데이터를 실시간으로 모니터링하거나, 액추에이터를 작동시켜 특정 기능을 테스트할 수 있습니다.

이 서비스는 주로 정비 및 진단 과정에서 사용됩니다. 정비사는 이 기능을 통해 특정 시스템의 상태를 확인하고, 필요한 경우 시스템을 조정하거나 수리할 수 있습니다. 예를 들어, 엔진 제어 유닛(ECU)의 입력 신호를 제어하여 연료 분사 시스템을 테스트하거나, 브레이크 시스템의 작동을 확인할 수 있습니다. 이러한 제어 기능은 문제를 신속히 진단하고 해결하는 데 중요한 역할을 합니다.

입출력 제어 서비스는 각 기능에 대해 고유의 제어 코드를 사용합니다. 진단 장비는 이 코드를 사용하여 특정 기능을 활성화하거나 비활성화할 수 있으며, 이 과정에서 ECU는 해당 기능의 상태를 보고합니다. 이를 통해 정비사는 차량의 다양한 시스템을 정확하게 진단하고 필요한 조치를 취할 수 있습니다.

2.7 진단 트러블 코드 관리 (DTC - Diagnostic Trouble Code Management)

ECU에 저장된 트러블 코드를 읽고, 이를 초기화할 수 있는 기능을 제공합니다. 이는 차량의 고장 진단 및 문제 해결에 필수적인 서비스입니다.

진단 트러블 코드(DTC) 관리는 차량의 고장 진단과 문제 해결에 필수적인 기능입니다. DTC는 차량의 다양한 시스템에서 발생하는 오류나 문제를 식별하고 기록하는 코드입니다. ECU는 문제가 발생할 때마다 DTC를 생성하여 문제의 원인과 위치를 식별합니다. 이러한 코드들은 진단 장비를 통해 읽을 수 있으며, 이를 통해 정비사는 문제를 빠르게 파악하고 해결할 수 있습니다.

DTC 관리 서비스는 주로 두 가지 기능을 제공합니다: DTC 읽기와 초기화. DTC 읽기 기능은 ECU에 저장된 모든 트러블 코드를 읽어오고, 각 코드의 세부 정보를 제공합니다. 이는 문제의 원인을 정확히 파악하는 데 도움이 되며, 문제 해결을 위한 첫 단계입니다. 초기화 기능은 모든 DTC를 삭제하여 ECU의 오류 기록을 초기화합니다. 이는 문제를 해결한 후 시스템을 다시 정상 상태로 되돌리는 데 필요합니다.

DTC는 표준화된 형식을 따르며, 각 코드에는 특정한 의미가 부여됩니다. 예를 들어, P0301 코드는 1번 실린더에서의 점화 실패를 의미합니다. 이러한 표준화된 코드는 정비사에게 문제의 원인을 신속히 파악하게 해줍니다. 또한, DTC는 특정 조건이 충족될 때만 생성되므로, 이를 통해 문제의 정확한 발생 조건을 확인할 수 있습니다.

DTC 관리 서비스는 또한 DTC의 발생 빈도와 발생 시간을 기록하여, 문제의 심각성을 평가하는 데 도움을 줍니다. 예를 들어, 특정 DTC가 반복적으로 발생한다면 이는 지속적인 문제를 의미할 수 있으며, 정비사는 이에 따라 더욱 철저한 검사를 진행해야 합니다. 이를 통해 차량의 신뢰성을 높이고, 잠재적인 문제를 조기에 발견하여 해결할 수 있습니다.

3. UDS의 적용 사례

UDS는 다양한 자동차 진단 및 유지보수 작업에 적용됩니다. 그 주요 사례는 다음과 같습니다:

3.1 ECU 소프트웨어 업데이트

자동차 제조사들은 차량의 기능 향상이나 버그 수정을 위해 ECU 소프트웨어를 업데이트할 필요가 있습니다. UDS의 데이터 전송 서비스를 통해 대량의 데이터를 안정적으로 전송하고, 소프트웨어 업데이트를 수행할 수 있습니다.

ECU 소프트웨어 업데이트는 차량의 성능 향상, 새로운 기능 추가, 버그 수정 등을 위해 필수적입니다. UDS 프로토콜의 데이터 전송 서비스는 이러한 업데이트를 안전하고 효율적으로 수행할 수 있도록 합니다. 소프트웨어 업데이트 과정은 여러 단계로 나뉘며, 각 단계는 데이터의 무결성과 일관성을 보장하는 데 중점을 둡니다.

먼저, 제조사는 새로운 소프트웨어 버전을 준비하고, 이를 진단 장비에 업로드합니다. 진단 장비는 업데이트가 필요한 ECU에 접속하여 현재 소프트웨어 버전을 확인하고, 필요시 업데이트를 시작합니다. 업데이트 과정에서는 먼저 기존 소프트웨어를 백업하여, 문제가 발생할 경우 복구할 수 있도록 합니다. 그런 다음, 새로운 소프트웨어를 블록 단위로 전송하며, 각 블록이 성공적으로 전송되었는지 확인합니다.

데이터 전송이 완료되면, ECU는 새로운 소프트웨어를 검증하고 적용합니다. 이 과정에서 오류가 발생하면, 백업된 소프트웨어를 사용하여 복구할 수 있습니다. 업데이트가 성공적으로 완료되면, ECU는 새로운 소프트웨어 버전으로 재부팅되며, 새로운 기능이나 수정사항이 적용됩니다. 이러한 과정을 통해 소프트웨어 업데이트는 안전하고 효율적으로 수행될 수 있습니다.

3.2 실시간 데이터 모니터링

UDS를 사용하여 차량의 센서 데이터를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 이는 정비사가 차량 상태를 진단하고, 문제가 발생하기 전에 예방 정비를 수행하는 데 유용합니다.

실시간 데이터 모니터링은 차량의 다양한 센서 데이터를 실시간으로 확인하여, 차량의 상태를 즉각적으로 파악할 수 있도록 합니다. UDS 프로토콜은 이러한 데이터를 효과적으로 수집하고 전달하는 기능을 제공합니다. 예를 들어, 엔진 회전수, 차량 속도, 냉각수 온도, 배기 가스 온도 등의 데이터를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

정비사는 이러한 데이터를 사용하여 차량의 현재 상태를 진단하고, 잠재적인 문제를 조기에 발견할 수 있습니다. 예를 들어, 엔진 온도가 비정상적으로 상승한다면 냉각 시스템에 문제가 있을 가능성이 있습니다. 이러한 문제를 조기에 발견하면, 심각한 고장을 예방하고 수리 비용을 절감할 수 있습니다.

실시간 데이터 모니터링은 또한 차량의 성능을 최적화하는 데 유용합니다. 정비사는 데이터를 분석하여 엔진의 공기 연료 비율을 조정하거나, 특정 시스템의 설정 값을 변경하여 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이는 차량의 연비를 개선하고, 운전 성능을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

3.3 문제 해결 및 진단

차량에 문제가 발생했을 때, UDS를 통해 ECU에 저장된 DTC를 읽어 문제의 원인을 파악할 수 있습니다. 이후 DTC를 초기화하고, 필요한 수리 작업을 수행하여 문제를 해결할 수 있습니다.

문제 해결 및 진단은 차량 유지보수의 핵심입니다. 차량의 다양한 시스템에서 발생하는 문제를 신속히 진단하고 해결하는 것은 차량의 안정적 운영을 보장하는 데 필수적입니다. UDS 프로토콜은 이러한 문제 해결 과정을 지원하는 다양한 기능을 제공합니다.

먼저, 정비사는 진단 장비를 사용하여 ECU에 접속하고, 저장된 DTC를 읽어옵니다. DTC는 문제의 원인과 위치를 식별하는 데 도움이 되는 정보를 제공합니다. 예를 들어, 특정 DTC는 엔진 점화 시스템에 문제가 있음을 나타낼 수 있으며, 이를 통해 정비사는 점화 플러그나 점화 코일 등을 점검할 수 있습니다.

문제의 원인을 파악한 후, 정비사는 필요한 수리 작업을 수행합니다. 예를 들어, 손상된 부품을 교체하거나, 시스템 설정을 조정하여 문제를 해결할 수 있습니다. 수리가 완료되면, 정비사는 DTC를 초기화하여 ECU의 오류 기록을 삭제하고, 시스템을 정상 상태로 복원합니다. 이러한 과정을 통해 차량의 문제를 신속히 해결하고, 안정적인 운영을 보장할 수 있습니다.

3.4 생산 라인 검사

자동차 제조 과정에서 UDS를 사용하여 각 차량의 ECU가 올바르게 작동하는지 검사할 수 있습니다. 이는 제조 품질을 보장하고, 출고 전 문제를 조기에 발견하여 수정할 수 있도록 합니다.

자동차 제조 과정에서는 각 차량의 모든 시스템이 올바르게 작동하는지 검사하는 것이 중요합니다. 이를 위해 UDS 프로토콜을 사용하여 각 ECU의 기능을 테스트하고, 문제를 조기에 발견할 수 있습니다. 제조사는 생산 라인에서 각 차량을 검사하여, 품질을 보장하고 고객에게 신뢰성 있는 제품을 제공할 수 있습니다.

생산 라인 검사 과정에서는 UDS를 사용하여 각 ECU의 설정을 확인하고, 필요한 경우 초기화하거나 업데이트할 수 있습니다. 예를 들어, 엔진 제어 유닛(ECU)의 설정을 확인하여 올바른 연료 분사 설정이 적용되었는지 확인할 수 있습니다. 또한, 모든 센서와 액추에이터가 올바르게 작동하는지 테스트하여, 잠재적인 문제를 사전에 발견하고 수정할 수 있습니다.

이러한 검사 과정은 차량의 품질을 보장하고, 고객의 만족도를 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 제조사는 생산 라인 검사를 통해 차량의 모든 시스템이 정상적으로 작동하는지 확인하고, 출고 전 모든 문제를 해결할 수 있습니다. 이를 통해 신뢰성 있는 제품을 제공하고, 고객의 만족도를 높일 수 있습니다.

3.5 차량 인증 및 보안

UDS의 보안 접근 서비스를 통해 ECU와 진단 장비 간의 인증을 수행하여 무단 접근을 방지할 수 있습니다. 이는 특히 차량의 중요한 제어 시스템에 대한 보안을 강화하는 데 중요합니다.

현대 자동차에는 다양한 중요한 데이터와 설정이 저장되어 있으며, 이러한 정보는 차량의 안전과 보안에 직접적인 영향을 미칩니다. UDS의 보안 접근 서비스는 이러한 중요한 데이터와 기능을 보호하기 위한 중요한 역할을 합니다. 보안 접근 서비스는 ECU와 진단 장비 간의 인증을 수행하여 무단 접근을 방지하고, 차량의 안전을 강화합니다.

보안 접근 서비스는 일반적으로 여러 단계의 보안 레벨로 구성되어 있습니다. 각 레벨은 다른 종류의 인증 정보를 요구하며, 더 높은 레벨일수록 더 중요한 기능에 접근할 수 있습니다. 예를 들어, 기본 레벨에서는 단순한 데이터 조회만 가능하지만, 더 높은 레벨에서는 ECU 소프트웨어 업데이트나 설정 변경이 가능합니다.

인증 과정에서 진단 장비는 ECU에 특정 보안 키를 제공해야 하며, 이 키는 ECU의 내부 데이터와 비교되어 인증됩니다. 인증이 성공하면 해당 세션에서 보호된 기능에 접근할 수 있습니다. 이를 통해 차량의 중요한 데이터와 기능을 보호하고, 무단 접근을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

이러한 보안 접근 서비스는 특히 중요한 제어 시스템에 대한 보호를 강화하는 데 중요합니다. 예를 들어, 브레이크 시스템이나 엔진 제어 시스템에 대한 무단 접근은 차량의 안전을 크게 위협할 수 있습니다. UDS의 보안 접근 서비스를 통해 이러한 시스템을 보호하고, 차량의 안전을 보장할 수 있습니다.

결론

UDS는 최신 자동차의 복잡한 전자제어 시스템을 효과적으로 진단하고 관리하기 위한 필수적인 프로토콜입니다. 그 발전 과정은 자동차 산업의 기술 발전과 맞물려 있으며, 다양한 서비스와 기능을 통해 차량 유지보수, 문제 해결, 제조 품질 관리 등에 큰 기여를 하고 있습니다. UDS의 지속적인 발전과 표준화는 향후 자동차 기술의 진보와 함께 더욱 중요한 역할을 할 것입니다. UDS 프로토콜을 통해 자동차의 안전성, 효율성, 신뢰성을 높일 수 있으며, 이는 궁극적으로 사용자에게 더 나은 운전 경험을 제공하는 데 기여합니다.

* 참고자료

• Vector: https://www.vector.com/at/en/products/solutions/diagnostic-standards/uds-unified-diagnostic-services-iso14229/
• Kvaser: https://kvaser.com/about-can/can-standards/unified-diagnostic-services/
• National Instruments: https://www.ni.com/docs/en-US/bundle/automotive-diagnostic-command-set-toolkit/page/adcs/udsunifieddiagnosticservices.html
• ISO Standards: ISO 14229:2013