요즘 국내 대부분의 자동차에 적용되고 있는 차량 자세 제어 장치 ESP는 차량의 안전 주행을 위한 필수 장치로 자동차 법규로 모든 차에 의무적으로 적용되고 있는 시스템입니다. 어떤 통계에 의하면 차량의 미끄러짐 사고의 80% 이상의 사고가 감소했다는 보고를 발표했습니다. 이러한 차량의 미끄러짐 등 위험한 돌발적인 운전 상황에서 시스템이 개입하여 차량의 자세를 제어하여 안전하게 주행할 수 있도록 운전자를 도와주는 시스템입니다. 따라서 이번 글에서는 차량 자세 제어 장치 ESP의 구성 요소 및 작동원리 그리고 그 기능 등에 대해서 간단히 살펴보겠습니다.
차량 자세 제어 장치(ESP)의 구성 요소
차량 자세 제어 장치 ESP(Electronic Stability Program)는 보통 각 자동차 회사에 따라 VDC(Vehicle Dynamic Control), VSC(Vehicle Stability Control), ESC(Electronic Stability Control)라고도 불려집니다. 이번 글에서는 ESP로 통일해서 부르기로 하겠습니다. 차량 자세 제어 장치 ESP는 다음과 같은 장치로 구성되어 있습니다.
ESP 모듈(Module)
ESP ECU와 제동 유압 분배 장치가 통합되어 있는 부품으로 ECU에서는 ESP 관련 각종 센서를 통한 차량 정보를 취합하여 차량의 위험 상황을 감지하여 차량 엔진 출력, 속도, 및 제동 유압 분배 장치를 통하여 각 바퀴의 적절한 제동력 등을 제어하는 장치입니다.
조향각 센서 (Steering Angle Sesor)
조향각 센서는 스티어링 칼럼(Steering Wheel)에 장착되어 있습니다. 자석이 포함된 센서의 두 개의 기어 허브(Gear Hub)는 스티어링 샤프트(Steering Shaft)의 회전 운동을 전달받아 두 자석의 자기장의 변화로 운전자의 스티어링 휠 각도(Steering Wheel Angle)를 디지털 신호로 변환하여 ESP 모듈의 ECU에 전달하게 됩니다.
휠 스피드 센서 (Wheel Speed Sensor)
휠 스피드 센서는 차량의 각 바퀴(Wheel) 부분에 설치되어 각 바퀴의 회전 속도를 측정하고, 차량의 속도를 측정하여 ECU에 전달하게 됩니다. 보통 휠 스피드 센서는 차량의 스티어링 너클(Steering Knuckle)이나 휠 케리어(Wheel Carrior)에 장착이 되며, 또한 회전하는 휠 허브(Wheel Hub) 부위에 투스 휠(Tooth Wheel)등을 장착하여 속도를 측정하게 됩니다.
관성 측정 센서 (Inertial Measurement Unit)
최근에는 모두 통합되어 보통 차량의 플로워(Floor) 부분에 설치하거나 또는 위에서 설명한 ESP 모듈에 통합하여 개발하기도 합니다. 차량의 X, Y, Z 축을 기준으로 각 축방향의 가속도(전후, 좌우, 상하)와 각가속도(Rolling, Pitching, Yawing)를 측정, 즉 6 자유도의 운동을 측정하여 차량의 자세를 파악하여 ECU에 전달하게 됩니다.
ESP의 작동 원리
차량의 조향 각도를 기준으로 차량의 이동 방향을 인식합니다. 또한 각 바퀴의 속도 센서를 통해 각 바퀴의 속도를 측정하고 차량의 X, Y, Z 축을 기준으로 한 가속도와 각가속도를 측정, 조합하여 실제 차량의 움직임을 계산하여 운전자의 원하는 이동 방향과 초당 수십 차례 비교하게 됩니다. 만일 차이가 있을 경우 시스템이 차량 주행에 직접 개입하게 됩니다. 차량의 안정적인 주행을 위해 우선적으로 차량의 출력을 제어하게 되며, 부족할 시 각 바퀴의 제동력을 제어하게 됩니다. 그에 따라 차량의 미끄러짐을 안정적으로 제어하고 차량의 물리적 한계 즉 임계치 내에서 주행할 수 있도록 운전자가 원하는 차량의 이동을 도와주는 역할을 하게 됩니다.
ESP의 기능
차량 자세 제어 장치 ESP는 위에 설명한 차량의 미끄러짐 등 돌발적인 위험한 상황에서 운전자가 원하는 차량의 운동을 지원해 주는 역할 이외에 여러 가지 기능을 제공하기도 합니다.
언덕 출발에서 운전자의 운전 미숙으로 차량이 뒤로 밀리는 것을 방지하여 편안한 출발을 돕는 차량 홀드 기능 (Hill Hold Control), 특히 상용차의 경우 짐의 유무에 따라 각 바퀴에 걸리는 하중이 크게 차이가 날 수 있어, 차량 무게 배분 및 차량의 무게 중심의 변화에 대하여 각 조건에 맞는 적절한 각 바퀴의 제동력과 구동력을 제어하여 주는 기능(Load Adaptive Control)도 제공하게 됩니다. 또한 무게 중심이 특히 높은 차량의 경우는 차량 선회 시 차량이 전복(Roll Over)되는 경우가 있는데, 이를 감지하여 각 휠의 제동력과 구동력을 제어함으로써 차량의 전복위험을 줄이는 기능(Roll Over Control)도 하게 됩니다. 이렇듯 ESP의 기능은 계속해서 발전하고 있으며, 앞으로도 운전자, 승객의 안전을 위한 기술은 더욱 발전할 것입니다.
차량 내의 "ESP Off" 버튼
대부분 차량에 탑승하게 되면 대부분 ESP Off 버튼을 보게 되실 겁니다. 이 버튼은 어떤 경우에 사용하는지 궁금해하는 경우를 종종 보게 됩니다. 말 그대로 이 버튼은 차량 자세 제어 장치 ESP 기능을 OFF 하는 기능 버튼입니다. ESP는 차량의 안전 주행을 위한 기능인데 때론 운전자가 빠르고 스포티한 주행을 원하는 경우가 있습니다. 이 경우 일부 바퀴가 미끄러지거나 하는 경우가 있는데 이를 ESP는 차량이 위험한 상황이라고 판단하여 개입하게 되고 엔진의 출력을 줄이거나 각 바퀴를 제동 하는 경우가 발생하게 됩니다. 이를 방지하기 위해 ESP 기능을 OFF 하고 주행하는 경우가 있습니다. 또한 차량이 진흙탕에 빠진 경우 엑셀레이터 페달을 밟아 빠져나오려고 하면 바퀴가 급하게 회전하다 멈추기를 반복하게 됩니다. 이 경우는 TCS가 차량의 슬립을 감지하고 제동력을 가했다 풀어줬다를 반복하기 때문이며 진흙탕을 빠져나오기는커녕 더욱 깊은 웅덩이만 파게 됩니다. 이런 경우 ESC OFF 버튼을 눌러 기능을 제거하면 좀 더 쉽게 빠져나올 수 있습니다.
글을 마치며
지금까지 차량 자세 제어 장치 ESP의 구성 요소 및 작동 원리, 기능 등에 대해서 여러분과 함께 알아봤습니다. 현대 사회에서 자동차는 생활과 밀접한 관계가 있습니다. 어느 정도의 자동차에 대한 기초 지식은 필요하다고 생각하며, 이번 글이 조금이라도 여러분에게 도움이 됐으면 하는 바람입니다.
