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트랙션 컨트롤 시스템
트랙션 컨트롤 시스템(TCS; Traction Control System)은 눈길 등 미끄러지기 쉬운 도로에서 구동륜이 미끄러지는 것을 방지하는 '슬리퍼 컨트롤 기능'과, 일반 포장도로 등에서 선회 가속 시 액셀의 과응답으로 인해 코스에서 이탈하는 것을 방지하는 '트레이스 컨트롤 기능'으로 구성되는 트랙션 컨트롤을 말한다. 구동력 제어장치 또는 간략히 TCS(티씨에스)라고 한다.
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개요[편집]
구동력 제어장치는 눈길, 빗길 등 미끄러지기 쉬운 노면에서 차량을 출발하거나 가속할 때 과잉의 구동력이 발생하여 타이어가 공회전하지 않도록 차량의 구동력을 제어하는 장치다.[1] 타이어가 미끄러졌을 때, 좌우 타이어의 회전수에 차이가 있을 때, 타이어가 펑크났을 때 작동한다.[2] 연료 분사량, 점화시기, 스로틀밸브 등을 조절하여 엔진 출력을 떨어뜨리는 시스템과, 구동바퀴에 브레이크를 걸어 직접 제동하는 시스템으로 이루어진다. 그 원리는 구동바퀴가 미끄러지는 것을 탐지하면, 자동으로 엔진 출력을 떨어뜨려 휠스핀을 방지하고 브레이크를 작동시켜 미끄러짐을 억제하는 것이다. 코너링 때에는 한쪽 타이어가 겉도는 것을 방지함으로써 코너링 성능도 개선된다. 간단한 시스템의 경우, 앞바퀴에만 작용하고 고도의 시스템에서는 4개의 타이어를 독립적으로 제어하기도 한다.[3] 악천후나 험한 길에서 주행 능력은 향상되지만, 운전자의 의도적인 미끄러짐까지 방지하므로 스포츠용 주행에는 오히려 방해가 된다.[4]
역사[편집]
모든 신차에는 트랙션 컨트롤 시스템이 장착되어 있다. 트랙션 컨트롤은 수십 년 동안 다양한 형태로 존재해 온 안전 기능이지만 2011년 이후 생산되는 모든 신차의 필수 요건이 되었다. 많은 자동차 안전 장치와 마찬가지로 보이지않게 작동하므로 전혀 눈치채지 못할 수도 있지만 트랙션 컨트롤이 있는 차는 의심할 여지 없이 없는 것보다 안전하다. 트랙션 컨트롤 시스템은 1970년대까지 승용차에 사용되었지만 기술적인 한계로 인해 이러한 초기 시스템은 특별히 신뢰할 수 없거나 널리 사용되지 않았다. 트랙션 컨트롤이 보다 일반적이고 복잡해지기 시작한 것은 1980년대 후반과 1990년대 초반이 되어서였다. 오늘날 우리가 자동차에 사용하는 많은 표준 장비와 마찬가지로 트랙션 컨트롤의 점진적인 표준화는 자동차에서 복잡한 전자 시스템의 사용이 증가한 결과이다. 우선 메르세데스-벤츠, BMW 등의 업체들은 고급 S클래스와 7시리즈 모델의 트랙션 컨트롤을 가능하게 했고, 점차 저가 모델로 뻗어나가 다른 제조사로 퍼져나갔다.
특징[편집]
트랙션 컨트롤 시스템은 ABS의 가속 상황용 시스템이다. 여기서 Traction이란 타이어의 접지력을 주로 의미한다. ABS와 마찬가지로, 바퀴 접지력에 비해 엔진 출력(토크)이 너무 강하거나 길이 얼어서 타이어가 미끄러지면(오버스티어 등) 제대로 된 가속성능을 낼 수 없기 때문에 적절히 엔진 출력을 제한하거나 미끄러지는 바퀴를 브레이크로 잡아서 미끄러짐을 줄이도록 도와주는 장비이다. 미끄러짐 정도를 센서와 컴퓨터가 감지해서, 출력과 브레이크를 자동으로 조절해 타이어 그립을 잡아주는 장비라고 생각하면 된다. TCS가 작동 시에는 계기판에 표시등이 점멸한다. 특히 코너링 구간에서 이 장비가 있고 없고의 차이를 확실히 느낄 수 있으며, TCS를 끈 상태에서 잔디나 흙같이 미끄러지기 쉬운 구간, 코너구간에서 풀악셀을 밟았다간 차가 빙글빙글 돌면서 미끄러진다. 비가 오거나, 눈이 와서 미끄러지기 쉬운 상태에서 바퀴가 헛돌고 미끄러지는걸 생각하면 된다. 전차축에 무거운 엔진이 있어 구동륜의 견인력 확보가 유리한 전륜구동차 보다는 후륜구동차가 이 장치를 필요로 하였는데 요즘은 구동방식에 상관없이 VDC가 대중화 되면서 다 들어가고 있다. 다만 드리프트는 이 장비를 끄고 해야 원활하게 미끄러진다. 또한 과격한 서킷 주행 시에도 꺼야 이 장치의 불필요한 개입이 없다. 원리만 생각하면 엔진 제어만으로 충분할 것 같지만, 엔진의 출력 감소 반응이 너무너무 느리기 때문에 브레이크를 사용하는 것. 엔진출력과 브레이크 모두를 활용하는 고급형을 F-TCS라 부르고, 엔진출력 제어가 가속페달에 연결된 와이어 이외에는 외부에서 조절 불가능한 기계식 엔진이나, 전자제어로 엔진출력을 컨트롤 하더라도 F-TCS의 비싼 단가 때문에 싼 차에 달아주는 브레이크로만 작동하는 보급형은 B-TCS라고 부른다. 대체로 가속상황에서만 동작하며, 엔진브레이크로 급격한 감속을 하는 경우에는 작동하지 않는 경우가 많다. ABS처럼 타이어가 미끄러지면 위험한 고출력 오토바이에 특히나 필요한 시스템이다. 다만 속도가 너무 느리거나 모래나 블랙아이스 등 불균일한 노면상태에서는 과신금물. 기본적으로 전후륜 회전차도 감지하기 때문에 원치 않는 윌리또한 막아준다. 차체 자세 제어장치는 이 장비의 파생형이다. 트랙션 컨트롤 시스템의 장점은 다음과 같다.
- 발진 또는 가속할 때, 노면과 타이어 간의 정지 마찰력 개선 즉, 궤적(track) 유지성의 개선
- 구동력이 클 때, 주행 안전성의 증대
- 노면과 타이어 사이의 접지 마찰력에 따라 엔진토크를 자동으로 조정
- 주행 역학적(driving dynamic) 한계의 도달에 대한 운전자의 정보
작동[편집]
조건[편집]
TCS는 시동을 걸게 되면 기본적으로 항상 ON상태로 유지가 된다. TCS는 여러가지 방면으로 작동하게 된다. 빗길이나 빙판길에서는 도로와 타이어와의 마찰력이 현저히 떨어지게 되는데 이러한 상황에서 주행도중 타이어가 과하게 회전을 하며 미끄러지게 되면 TCS가 타이어의 회전 값을 인식하여 구동력을 제어하여 타이어 회전수를 낮추게 되며 그로 인해 운전자가 자동차를 통제할수 있게 된다. TCS는 시동을 걸면 ON상태로 유지가 되지만 사용자가 선택하여 OFF를 할 수도 있다. 눈길이나 빙판길에서 갇히어 타이어가 헛돌며 빠져나가지 못하고 있을 때에는 TCS를 OFF시켜서 구동력의 제한을 풀게되면 탈출하는데 도움이 된다. 이러한 상황들을 제외하고는 TCS는 항상 ON으로 유지시켜 주는게 좋다. 눈과 얼음등과 같은 미끄러운 노면을 주행하면서 운전자의 안전을 TCS에만 의존하기 보단 타이어 체인이나 스노우 타이어를 장착하여 운전자의 안전을 챙기는 것이 더욱더 좋겠다.
원리[편집]
트랙션 컨트롤 시스템의 일반적인 작동 원리는 매우 간단하다. 시스템에 포함된 센서는 휠의 위치, 각속도 및 미끄러짐 정도를 등록한다. 바퀴 중 하나가 미끄러지기 시작하면 TCS는 즉시 견인력 손실을 제거한다. 트랙션 제어 시스템은 다음과 같은 방식으로 미끄러짐을 처리한다.
- 미끄러지는 바퀴의 제동. 제동 시스템은 최대 80km / h의 저속으로 활성화된다.
- 자동차 엔진의 토크를 줄인다. 80km / h 이상에서는 엔진 관리 시스템이 활성화되고 토크의 양이 변경된다.
- 처음 두 가지 방법을 결합한다.
트랙션 컨트롤 시스템은 안티 록 브레이크 시스템 (ABS-Antilock Brake System)이 있는 차량에 설치된다. 두 시스템 모두 작업에서 동일한 센서의 판독 값을 사용하며, 두 시스템 모두 휠에 지상에서 최대한의 그립을 제공한다는 목표를 추구한다. 주요 차이점은 ABS는 휠 제동을 제한하는 반면 TCS는 반대로 빠르게 회전하는 휠을 느리게 한다는 것이다.
종류[편집]
구동력 제어장치는 ABS의 기능을 확장시킨 시스템이다. 구동력 제어장치와 ABS는 센서 및 액추에이터를 서로 공유하며, 공동의 ECU를 사용하기도 한다.[5][6] 공동의 ECU 내에서는 CAN-버스를 통해서 계속적으로 정보를 교환한다. 스노체인(snow chain)을 장착하고 주행할 경우에는 구동력 제어장치를 스위치 OFF 시킬 수 있다. 구동력 제어장치에는 엔진 간섭기능을 포함한 구동력 제어장치, 브레이크 간섭기능을 포함한 구동력 제어장치 또는 ELSD 기능을 포함한 구동력 제어장치, 엔진 및 브레이크를 포함한 구동력 제어장치 등 여러 가지가 있다.
브레이크 간섭기능 및 ELSD 기능을 포함[편집]
발진 보조장치로서 전자유압식 시스템이 사용된다. 헛도는 구동륜의 브레이크에 간섭하여, 차륜이 잠기는 효과를 발생시켜 견인력을 개선시킨다. 작동원리는 다음과 같다.
- 압력형성 : 구동륜이 헛돌면, ECU는 휠회전 속도센서의 신호로부터 이를 감지한다. ECU는 유압펌프와 체크밸브를 작동시킨다.[7] 체크밸브는 닫히고, 유압펌프가 생성한 유압은 헛도는 바퀴를 제동한다.
- 압력 유지 : 인렛밸브가 닫힌다.
- 압력 감소 : 휠이 헛도는 것을 멈추면, 인렛밸브와 체크밸브는 열리고, 무압력 상태의 브레이크액은 마스터실린더를 거쳐서 브레이크액 탱크로 복귀한다.[8]
엔진 및 브레이크 간섭기능 포함[편집]
주행상황에 따라 엔진 또는 브레이크에 간섭하여 작동한다. 발진할 때 휠이 헛도는 것을 방지하기 위해서는 TCS/ELSD를 작동시키고, 타행할 때의 슬립을 방지하기 위해서는 EDTC(Engine Drag Torque Control)를 작동시킨다. 작동 원리는 모든 휠의 회전속도가 ABS/TCS ECU에 입력, 처리되고 1개 또는 2개의 휠이 헛도는 경향성이 있으면, 구동력 제어장치는 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 펌프를 작동시킨다. 흡입 솔레노이드밸브는 열리고, 절환밸브와 뒤 좌측 차륜의 솔레노이드밸브는 닫힌다. 따라서 펌프압력은 뒤 우측 차륜을 제동하는데 사용된다. 유입유닛의 솔레노이드밸브를 통해 압력을 형성, 유지, 소멸시켜 제동토크를 제어할 수 있다.
- 주행 중의 제어 : 예를 들어 양쪽 바퀴가 모두 헛돌게 되면, 최적의 견인력, 즉 접지력을 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 펌프로부터 솔레노이드밸브를 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 드래크토크 제어(EDTC)를 활성화시킨다. 이 경우에는 서보모터를 작동시켜 스로틀밸브를 어느 정도 열어, 기관의 회전속도를 상승시키게 되면, 구동륜들은 더 이상 슬립을 하지 않게 된다.
- TCS 경고등 : 구동력 제어장치를 진행 중일 때 그리고 시스템에 고장이 발생했을 때, 운전자에게 이를 알려 준다.[8]
장치 및 주요 구성 요소[편집]
트랙션 컨트롤 시스템은 잠금 방지 제동 시스템 요소를 기반으로 한다. 미끄럼 방지 시스템은 전자식 차동 잠금 장치와 엔진 토크 관리 시스템을 사용한다. TCS 트랙션 컨트롤 시스템의 기능을 구현하는 데 필요한 주요 구성 요소 :
- 브레이크 액 펌프 : 이 구성 요소는 차량의 제동 시스템에 압력을 생성한다.
- 전환 솔레노이드 밸브 및 고압 솔레노이드 밸브 : 각 구동 휠에는 이러한 밸브가 장착되어 있다. 이러한 구성 요소는 미리 결정된 루프내에서 제동을 제어한다. 두 밸브 모두 ABS 유압 장치의 일부이다.
- ABS / TCS 제어 장치 : 내장 소프트웨어를 사용하여 트랙션 제어 시스템을 관리한다.
- 엔진 제어 장치 : ABS / TCS 제어 장치와 상호 작용한다. 트랙션 컨트롤 시스템은 자동차의 속도가 80km / h 이상이면 작동하도록 연결한다. 엔진 관리 시스템은 센서에서 데이터를 수신하고 제어 신호를 액추에이터로 보낸다.
- 휠 속도 센서 : 기계의 각 바퀴에는이 센서가 장착되어 있다. 센서는 회전 속도를 등록한 다음 신호를 ABS / TCS 제어 장치로 전송한다.
동영상[편집]
각주[편집]
- ↑ 학습매니저, 〈(기출예상문제)(군무원)(자동차정비공학)(차량/전차직렬)(제동장치)〉, 《네이버 블로그》, 2019-12-15
- ↑ 엽록체, 〈ABS와 TCS〉, 《네이버 블로그》, 2006-08-04
- ↑ 짱망, 〈리얼레이싱3 - TCS에 관한 실험〉, 《네이버 블로그》, 2013-08-30
- ↑ 〈TCS ( traction control system )〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ ScrumMaster, 〈VDC, TCS, ECS〉, 《네이버 블로그》, 2014-03-13
- ↑ 555, 〈#1 TCS / 트랙션 컨트롤 시스템〉, 《네이버 블로그》, 2017-10-20
- ↑ 백이백중고차, 〈TCS란?〉, 《네이버 블로그》, 2014-11-21
- ↑ 8.0 8.1 〈첨단 자동차섀시 - TCS ( Traction control system )〉, 《최신자동차공학시리즈》
참고자료[편집]
- 〈트랙션 컨트롤 시스템〉, 《위키백과》
- 〈트랙션 컨트롤 시스템〉, 《자동차용어사전》
- 〈트랙션 컨트롤 시스템〉, 《나무위키》
- TCS, 《첨단 자동차섀시》
- 웅스웅스, 〈자동차 전문 이야기 - 트랙션 컨트롤 시스템(TCS)〉, 《티스토리》, 2021-11-27
- 〈TCS 트랙션 컨트롤 시스템의 작동 원리 및 설명 - AvtoTachki〉, 《아브토타키》
- 뫼비우스의 루디, 〈트랙션 컨트롤 - 작동원리와 꺼야할 시기〉, 《티스토리》, 2021-11-15
- 〈TCS ( traction control system )〉, 《네이버 지식백과》
- 〈첨단 자동차섀시 - TCS ( Traction control system )〉, 《최신자동차공학시리즈》
- 엽록체, 〈ABS와 TCS〉, 《네이버 블로그》, 2006-08-04
- 짱망, 〈리얼레이싱3 - TCS에 관한 실험〉, 《네이버 블로그》, 2013-08-30
- ScrumMaster, 〈VDC, TCS, ECS〉, 《네이버 블로그》, 2014-03-13
- 555, 〈#1 TCS / 트랙션 컨트롤 시스템〉, 《네이버 블로그》, 2017-10-20
- 〈자동차 안전과 기술 - ABS는 무슨 기능일까? 바퀴와 관련된 기술 알아보기〉, 《영현대》, 2019-11-27
- 학습매니저, 〈(기출예상문제)(군무원)(자동차정비공학)(차량/전차직렬)(제동장치)〉, 《네이버 블로그》, 2019-12-15
같이 보기[편집]
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