TCS [Traction control system]

제동장치의

TCS [Traction control system]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 열여섯 번째 시간으로 ‘브레이크 전자제어 시스템 TCS’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

눈길, 빗길 따위의 미끄러지기 쉬운 노면에서 차량을 출발하거나 가속할 때 과잉의 구동력이 발생하여 타이어가 공회전하지 않도록 차량의 구동력을 제어하는 시스템으로 타이어가 미끄러졌을 때, 좌우 타이어의 회전수에 차이가 있을 때, 타이어가 펑크 났을 때 작동한다. 연료 분사량, 점화시기, 스로틀밸브 따위를 조절하여 엔진출력을 떨어뜨리는 시스템과, 구동바퀴에 브레이크를 걸어 직접 제동하는 시스템으로 이루어진다.

<이미지 출처: 네이버> 

1. TCS의 개요

자동차가 미끄러운 노면에서 발진 또는 가속, 등반할 때 구동륜이 헛도는 것(spinning)을 방지하여, 자동차가 X축(길이방향 축) 선상에서 안정을 유지하도록 한다. 결과적으로 선회(cornering) 안전성이 유지되며, 자동차의 구동축 차륜들이 옆으로 미끄러져 차선(궤적 : track)을 이탈하는 것을 방지한다.

TCS는 ABS의 기능을 확장시킨 시스템이다. TCS와 ABS는 센서 및 액추에이터를 서로 공유하며, 공동의 ECU를 사용하기도 한다. 공동의 ECU 내에서는 CAN-버스를 통해서 계속적으로 정보를 교환한다. 스노-체인(snow chain)을 장착하고 주행할 경우에는 TCS를 스위치 ‘OFF’ 시킬 수 있다.

2. TCS 시스템의 종류

① 엔진 간섭기능을 포함한 TCS

② 브레이크 간섭기능을 포함한 TCS, 또는 ELSD(Electronic Limited Slip Differential) 기능을 포함한 TCS

③ 엔진 및 브레이크 간섭기능을 포함한 TCS

3. TCS의 장점

① 발진 또는 가속할 때, 노면과 타이어 간의 정지 마찰력 개선 즉, 궤적(track) 유지성의 개선

② 구동력이 클 때, 주행 안전성의 증대

③ 노면과 타이어 사이의 접지 마찰력에 따라 엔진토크를 자동으로 조정

④ 주행 역학적(driving dynamic) 한계의 도달에 대한 운전자의 정보

TCS/ELSD 브레이크 회로 <이미지 출처: 네이버>

4. 브레이크 간섭기능/ ELSD 기능을 포함한 TCS

발진 보조장치로서 전자-유압식 시스템이 사용된다. 헛도는(spinning) 구동륜의 브레이크에 간섭하여, 차륜이 잠기는(lock) 효과를 발생시켜 견인력(＝접지력)을 개선시킨다.

① 구조

[위 TCS/ELSD 브레이크 회로 참조]

㉠ 유압 시스템 : 흡입밸브 및 델리버리밸브를 포함한 유압펌프, 인렛밸브 및 아웃렛밸브, 유압절환밸브, 압력제한밸브를 포함한 체크밸브로 구성된다.

㉡ 전기 시스템 : ABS/TCS(ELSD) ECU, 그리고 휠회전속도센서

② 작동원리

㉠ 압력형성(pressure build-up)

구동륜이 헛돌면, ECU는 휠회전속도센서의 신호로부터 이를 감지한다. ECU는 유압펌프와 체크밸브를 작동시킨다. 체크밸브(CV)는 닫히고, 유압펌프(P)가 생성한 유압은 헛도는 바퀴를 제동한다.

㉡ 압력 유지(pressure holding)

인렛밸브(inlet valve；IV)가 닫힌다.

㉢ 압력 감소(pressure reduction)

휠이 헛도는 것을 멈추면, 인렛밸브와 체크밸브는 열리고, 무압력 상태의 브레이크액은 마스터실린더를 거쳐서 브레이크액 탱크로 복귀한다.

5. 엔진 및 브레이크 간섭기능을 포함한 TCS

이 시스템은 주행상황에 따라 엔진 또는 브레이크에 간섭하여 작동한다. 아래 그림의 블록선도는 발진할 때 또는 타행주행할 때, 허용범위를 벗어난 휠 스핀(spin) 또는 휠 슬립(slip)을 방지하기 위해 엔진간섭과 브레이크 간섭이 어떻게 상호작용하는지를 나타내고 있다.

발진할 때 휠이 헛도는(spin) 것을 방지하기 위해서는 TCS/ELSD를 작동시키고, 타행할 때의 슬립을 방지하기 위해서는 EDTC(Engine Drag Torque Control)를 작동시킨다.

TCS 블록선도 <이미지 출처: 네이버>

① 구성 요소

㉠ ABS/TCS EDTC ECU

㉡ ABS/TCS 유압유닛

㉢ 전자식가속페달(ECU 포함)

㉣ 규정값 센서, 서보모터 및 스로틀밸브

② 작동원리

모든 휠의 회전속도는 ABS/TCS ECU에 입력, 처리된다. 1개 또는 2개의 휠이 헛도는 경향성이 있으면, TCS 제어는 활성화된다.

㉠ 발진할 때의 제어

휠이 헛도는 경향성이 있으면, 가능한 한 최대의 접지력을 확보하기 위해, 먼저 제동토크제어가 활성화된다. 예를 들어 뒤 우측 차륜(RR)이 헛돌기 시작하면, ECU는 펌프 P1을 작동시킨다. 흡입 솔레노이드밸브 Y15는 열리고, 절환밸브 Y5와 뒤 좌측 차륜의 솔레노이드밸브 Y10은 닫힌다. 따라서 펌프압력은 뒤 우측 차륜을 제동하는데 사용된다. 유입유닛의 솔레노이드밸브 Y12와 Y13을 통해 압력을 형성, 유지, 소멸시켜 제동토크를 제어할 수 있다.

㉡ 주행 중의 제어

예를 들어 양쪽 바퀴가 모두 헛돌게 되면, 최적의 견인력(＝접지력)을 확보하기 위해 구동토크제어가 우선적으로 작동한다. 이 경우에는 서보보터를 이용하여 스로틀밸브를 닫는 방향으로 작동시키고, 점화시기를 지각시켜 구동토크를 감소시킨다.

그럼에도 불구하고 바퀴가 계속 헛돌게 되면, 제동토크제어가 활성화된다. 이 과정에서는 브레이크압력은 펌프1로부터 솔레노이드밸브 Y10 및 Y12를 거쳐서 뒷바퀴들에 전달된다. 뒷바퀴들이 헛도는 것을 멈추면, 제동토크제어는 종료된다.

㉢ 타행할 때의 제어

주행 중 갑자기 가속페달에서 발을 뗄 때 엔진브레이크 효과에 의해 구동륜들에서 슬립이 발생하게 되면, ECU는 이를 감지하고, 엔진 드래크-토크 제어(EDTC : Engine Drag Torque Control)를 활성화시킨다.

이 경우에는 서보모터를 작동시켜 스로틀밸브를 어느 정도 열어, 기관의 회전속도를 상승시키게 되면, 구동륜들은 더 이상 슬립(slip)을 하지 않게 된다.

㉣ TCS 경고등

TCS 제어를 진행 중일 때 그리고 시스템에 고장이 발생했을 때, 운전자에게 이를 알려 준다.

전자제어 시스템의 관련글 ABS 개요 https://bch4518.tistory.com/53 ABS 역사 https://bch4518.tistory.com/54 ABS 실체 https://bch4518.tistory.com/55 TCS https://bch4518.tistory.com/56 VDC (ESP, DSC) https://bch4518.tistory.com/57 SBC https://bch4518.tistory.com/58

 

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 열여섯 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘브레이크 전자제어 시스템 TCS’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 열일곱 번째 시간으로 ‘제동 장치 전자제어 시스템의 VDC’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.