타이어
8. 타이어 공기압 감시 시스템 [air pressure monitoring system]
이번시간엔 타이어 런-플랫시스템에 이어 타이어 공기압 감시 시스템에 대하여 알아보도록 하겠습니다.
타이어 공기압의 손실은 경우에 따라서는 급격히, 또는 천천히 장기간에 걸쳐 이루어진다. 우선 외부물체에 찔리거나, 충돌 또는 운전 부주의로 타이어가 파손되어 순식간에 공기압이 손실되는 경우를 가정할 수 있다.
아래 그림은 고속 주행 중 타이어가 외부로부터의 이물질에 찔리고, 타이어에 박힌 이 이물질은 임의의 시간 후에 원심력에 의해 다시 타이어로부터 분리되는 경우의 공기압 변화를 도시한 그림이다. 타이어 및 자동차의 종류, 그리고 타이어의 손상 정도에 따라 다르나 약 30~60초 후에 한계압력(규정 공기압의 85%)에 도달함을 알 수 있다. 따라서 이 경우에 최소 30초 이내에 운전자가 이 사실을 인지하면 사고를 미연에 방지할 수 있다. - 공기압 감시시스템은 이와 같은 논리에 근거를 둔 시스템이다.
주행 중 타이어 손상에 의한 공기압손실 <도표 출처: 네이버>
이 외에도 튜브나 공기 주입 밸브로부터의 누설, 또는 비드(bead)와 림(rim)사이에서의 미세한 누설에 의해 장기간에 걸쳐 공기압이 조금씩 손실되는 경우가 있을 수 있다. 이와 같은 경우에 공기압의 손실은 1년에 약 30% 정도에 이르는 것으로 보고되고 있다.
유니로열(Uniroyal)사가 운행 중인 자동차를 대상으로 타이어 공기압을 조사한 결과에 따르면 약 17%는 규정값보다 높게, 약 13%는 규정값 범위로, 그리고 약 70%는 규정값보다 낮은 것으로 나타났다. 이 조사결과는 절대 다수의 자동차들이 항상 공기압이 부족한 상태로 운행되고 있음을 의미한다.
타이어의 안정성, 예를 들면 고속주행성능, 제동력 및 선회력을 노면에 전달할 수 있는 능력, 그리고 수막현상에 대한 대처능력 등은 공기압이 규정수준을 유지하고 있을 때만 보장된다.
공기압 감시시스템은 공기압이 일정수준 이하로 낮아지면 경고신호를 발생시키고, 더 낮아져 위험한 상황이 되면 경보를 발하여 운전자가 자동차를 정차시킬 수 있도록 한다.
공기압 감시시스템은 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 경제성을 개선시키는 부수적인 효과도 있다. 공기압이 낮으면 타이어의 마모가 증대되고, 연료소비율이 증가하기 때문이다.
공기압 감시시스템은 간접측정 방식과 직접측정 방식으로 분류할 수 있다.
1) 간접 측정 방식
공기압이 손실되면 타이어의 전동원주는 작아지고, 차륜의 회전속도는 상승하게 된다. ABS 또는 ESP(Electronic Stability Program) 시스템에 부속된 센서들을 이용하여 각 차륜의 회전속도를 측정하고, 대각선으로 배치된 차륜의 회전속도를 서로 비교하여 평균회전속도를 산출하고, 이 평균회전속도를 이용하여 공기압이 손실된 타이어를 식별한다. 두 차륜 간의 공기압의 차이가 일정값(예 : 30%) 이상이면 먼저 운전자에게 경고신호를 보낸다.
그러나 제어 일렉트로닉은 커브선회 시 또는 급가속할 때와 같은 주행상태를 변별하여, 이 경우에는 경고신호를 발생시키지 않는다. 그리고 제어일렉트로닉에 저장된 알고리즘은 부하와 온도변화도 고려한다. 단 타이어의 규격이 바뀌면 해당 타이어의 전동원주(규정 공기압에서의) 기준값을 다시 입력해야 한다.
2) 직접 측정 방식
공기압은 타이어에 설치된 압력센서가 직접 측정한다. 아래의 기능들이 충족되어야 한다.
• 공기압은 정차 중 또는 주행 중에도 계속해서 감시되어야 한다.
• 공기압 손실, 공기압 감소 및 타이어 펑크는 조기에 운전자에게 알려져야 한다.
• 개별 휠의 인식 및 휠의 위치확인은 자동적으로 이루어져야 한다.
• 시스템과 부품의 진단은 서비스공장에서 가능해야 한다.
이 시스템은 다음과 같은 부품으로 구성된다.
• 각 차륜마다 1개 이상의 압력센서
• 타이어 공기압 감시용 안테나
• 디스플레이를 포함한 계기판
• 타이어 공기압 감시용 ECU
• 기능 선택 스위치
타이어 공기압센서와 안테나 <이미지 출처: 네이버>
① 타이어 공기압센서
타이어 공기 주입 밸브(금속제)에 볼트로 체결되어 있다. 따라서 타이어 또는 림을 교환할 때 다시 사용할 수 있다. 추가로 온도센서, 발신용 안테나, 측정 일렉트로닉 및 제어 일렉트로닉, 수명이 약 7년인 배터리 등이 집적되어 있다. 공기압은 온도에 따라 변화하므로, ECU에서는 감지한 온도와 압력을 기준온도 20℃에서의 값으로 환산한다.
타이어를 교환할 때 센서의 파손을 방지하기 위해서는, 타이어를 센서가 설치된 쪽의 반대쪽 부분을 눌러서 분리시켜야 한다.
② ECU
발신 안테나로부터 다음과 같은 정보들을 수신한다.
• 개별 차륜의 식별 번호(ID code)
• 현재의 공기압과 온도
• 리튬(Lithium) 전지의 상태
ECU는 타이어 공기압 감시를 위해 안테나로부터 수신한 신호들을 평가하여, 우선순위에 따라 디스플레이를 통해서 운전자에게 정보를 제공한다. 타이어를 교환하였을 경우, 예를 들면 앞차축 타이어를 뒤차축으로, 또는 그 반대로 교환하였을 경우에 변경된 압력으로 ECU를 다시 코딩하여야 한다.
예를 들면, 공기압을 수정하였을 경우에는 그때마다 엔진 점화스위치를 OFF하고, 단자 15 ON 상태에서 일정 시간 동안(예 : 최소한 6초 이상) 버튼을 눌러 시스템을 초기화해야 한다.
③ 개별 차륜 인식
ECU는 자동차에 부속된 센서들을 식별하고, 이를 저장한다. ECU는 주행 중에도 센서들을 식별하여, 근접해 있는 자동차들의 센서에 의한 간섭을 방지한다.
④ 시스템 메시지 우선순위 1
이 메시지는 주행안전성을 더 이상 보장할 수 없음을 의미하는, 경고 메시지이다.
• 신호 한계값(threshold) 2에 미달될 경우(예 : 저장된 규정압력 2.3bar에서, 0.4bar 강하)
• 신호 한계값(threshold) 3에 미달될 경우(예 : 최저압력 한계, 그림에서 1.7bar)
• 분당 압력손실이 규정값(예 : 0.2bar) 이상일 경우.
⑤ 시스템 메시지 우선순위 2
다음의 경우에 메시지를 통해 운전자에게 정보를 제공한다.
• 신호 한계값(threshold) 1에 미달될 경우(예 : 저장된 규정압력 2.3bar에서, 0.2bar 강하)
• 동일 차축의 타이어 간의 압력차가 일정 수준(예 : 0.4bar) 이상일 경우.
• 시스템이 스위치 OFF되었거나 또는 고장일 경우.
시스템 메시지 그래프 <이미지 출처: 네이버>
이상으로 ‘자동차의 타이어 공기압 감시 시스템‘에 대하여 알아봤습니다. 다음 시간엔 이어서 ‘자동차 타이어 동력전달특성’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 오늘 알아본 자동차의 타이어 공기압 감시 시스템이 여러분들의 자동차관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.
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