기술 발전의 수혜로 더 안전하게 탄다,
소형화, 모듈화로 전자장비 도입 크게 늘어나…
전자식 ABS, 휠 센서로 측정해 바퀴 잠김 방지해 제동 중에도 조향…
TCS, 뒷바퀴 미끄러짐 막아 차량의 안정성 유지…
IMU, 차량 움직임 감지해 주요 기능 정밀하게 제어 도움…
RbW, 스로틀 전자식으로 제어해 주행모드 적용...
기술이 발전하며 모터사이클 산업에도 여러 변화가 일어났다. 그중의 하나가 바로 전자 장비의 도입이다. 과거에는 여러 가지 이유로 인해 적용되지 못했던 기능들이 기술의 발전과 함께 적용될 수 있게 된 것. 특히 전자화되며 관련 부품의 크기가 줄어들어 모터사이클에 도입될 수 있게 된 것이 크다.
이 외에도 여러 가지 신기술들이 개발되며 적극적으로 도입되기 시작했는데, 어떤 기술들이 어떻게 발전하고 있는지 살펴보았다.
안티 록 브레이킹 시스템(Anti-lock Braking System, ABS)
코너링 중 차량이 기운 상태에서 제동할 때 코너링 ABS는 브레이크를 조절해 주행 라인을 유지하도록 돕는다
이제 모터사이클에서 ABS가 장착되지 않은 차량은 시장에서 외면받을 만큼 당연히 탑재해야 하는 기능으로 받아들여지고 있다.
ABS는 안티 록 브레이킹 시스템(Anti-lock Braking System)의 약자로, 제동 과정에서 순간적, 연속적으로 제동을 끊어 바퀴가 완전히 잠기는 것을 막아주는 것이다.
처음 ABS가 도입됐을 때는 기차에 적용하기 위한 목적이었다.
달리던 기차가 급제동을 하게 되는 경우 바퀴가 잠기면 철제 바퀴의 한쪽 면만이 닳게 되어 원형이 아닌 평면이 되고, 그러면 그 부분이 열차에 닿을 때마다 덜컹거려 승차감이 불편해질 뿐만 아니라 동력 효율에도 상당한 악영향을 미치기 때문이다.
이를 해결하기 위해 유압 라인에 플라이휠과 밸브를 연결해 소량의 브레이크액이 마스터 실린더를 우회해 리저브 탱크로 흘러들어 실린더의 압력을 낮춰 브레이크를 해제하는 방식을 사용했는데, 이것이 초기형 기계식 ABS의 작동 원리다. 이후 비행기에 도입됐으며, 자동차에도 제한적으로 사용됐으나 널리 퍼지진 못했다.
본격적으로 ABS가 도입되기 시작한 것은 전자식 ABS가 개발된 이후부터다.
전자 센서를 활용한 새로운 ABS는 승용차를 시작으로 대형 트럭에까지 널리 퍼지기 시작했다.
초기에는 옵션으로 선택하는 방식이었고, 점차 기본 사양으로 바뀌기 시작했다.
모터사이클은 모듈의 소형화 등으로 자동차에 비해 도입이 늦었다.
1988년 BMW가 K100에 전자식 ABS를 최초로 장착했는데, 이로 인해 무게가 무려 11kg이나 늘어났다고. 2006년 컨티넨탈이 모터사이클 통합 ABS를 내놓았는데, 이 때 관련 부품의 무게는 2.3kg으로 확 줄어들었고, 2009년 보쉬가 내놓은 ABS의 경우 0.9~1.6kg밖에 나가지 않았다.
모터사이클의 ABS는 각 바퀴에 장착된 센서를 통해 회전 속도를 측정해 ECU로 보내고, ECU는 어느 한 쪽의 감속도가 설정된 임계값을 초과하는지, 두 바퀴의 정보를 기반으로 계산해 브레이크 슬립이 특정 비율 이상으로 증가해 차체가 불안정해지는 영역에 진입하는지를 판단한다.
이 때 차량이 이상 움직임을 보내면 ECU는 유압 장치에 압력을 유지하거나 해제하는 신호를 보내 제동력을 순간적으로 제어하는데, 과거에는 피스톤 방식으로 제어했지만 최근에는 솔레노이드 밸브로 빠르게 압력을 제어한다.
최근에는 ECU에 ABS 센서에서의 정보 외에도 또다른 정보가 추가되어 차량을 더 정밀하게 제어하는 방식으로 바뀌었다. 바로 관성측량유닛(Inertial Measure Unit, IMU)을 통해 차량의 움직임 정보를 판단, 단순히 바퀴가 잠기는 상황 외에도 코너링 중의 제동상황이나 뒷바퀴가 들리려는 상황을 감지하면 앞바퀴의 제동 압력을 해제하는 방식으로 차량의 안정성을 유지하는 방식이 사용되고 있다.
트랙션 컨트롤 시스템(Traction Control System, TCS)
트랙션 컨트롤 시스템은 이름 그대로 ‘접지력을 제어’해 차량의 안정성을 유지하는 기능이다. 바퀴를 이용하는 모든 이동수단은 노면과의 접지력이 지속적으로 유지되어야 차량이 안정적으로 주행할 수 있는데, 여러 가지 이유로 접지력을 잃게 되면 차량 전체가 미끄러지며 사고가 발생할 수 있기 때문이다.
이런 상황에서 타이어가 접지력을 유지할 수 있도록 도와주는 것이 바로 TCS인 것이다.
TCS의 작동 원리는 구동휠이 다른 휠보다 더 빠르게 회전하는 것을 감지하면 구동휠에 제동력을 가해 접지력을 회복할 수 있게 하는 것이다.
제동력을 가하는 방식은 ABS 등을 통한 제동 뿐만 아니라 스로틀 작동이나 연료공급의 전자적 차단, 점화 시기 지연, 엔진 실린더 차단 등 다양한 방식이 사용된다.
의외로 MV아구스타의 경우 F4 모델에 적용한 TCS에 휠 스피드 센서가 아닌, 엔진 회전수를 ECU가 감지해 허용 한계를 초과하는 급격한 변화를 휠 슬립으로 간주하는 방식으로 TCS 기능을 작동시켰다.
모터사이클 최초의 TCS는 1988년 BMW의 K1에 처음 적용됐으며, 2010년 이후부터 프리미엄 브랜드를 중심으로 도입이 확대되기 시작했다.
TCS 역시 IMU의 도입 이후 더 정밀하게 작동하며 코너링 상황에서 더 정밀한 작동으로 직선 뿐 아니라 차체가 기울어진 코너링 상황에서도 차량의 안정성을 유지하도록 돕는다.
ABS가 기술이 발전하며 뒷바퀴 들림을 방지했다면, TCS는 기술 발전과 함께 급가속 시 앞바퀴가 들리는, 즉 윌리 현상을 방지하는데 이를 별도의 ‘윌리 컨트롤(Wheelie Control, WC)로 표기하기도 한다.
관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)
최근 도입이 늘어나며 모터사이클의 제어를 정밀하게 만들어주는 장치다.
관성, 즉 차량이 움직이는 힘을 측정해 차량의 상태를 감지하는 것으로, 모터사이클에 적용되는 것은 6축, 전후, 좌우, 상하의 움직임을 측정해 ECU에 전달한다.
그러면 ECU는 이 정보를 바탕으로 앞서 설명한 ABS나 TCS 등을 얼마나 어떻게 제어할지를 판단해 각 부품에 신호를 전달하는 것이다.
원래 IMU는 주로 비행기나 배, 잠수함, 위성 등에 사용하는 장비였지만, 점차 관련 장비가 소형화되기 시작하며 모터사이클은 물론이고 우리가 흔히 사용하는 스마트폰이나 태블릿, 스마트 워치 등에도 IMU가 적용된다.
스마트폰으로 내비게이션을 사용하는 것, 스마트폰 사용 중 화면을 기울이는 것 등 다양한 움직임을 측정하는 것이 바로 IMU가 하는 역할이다.
이 IMU가 도입되기 시작하며 ABS와 TCS 등에 더 향상된 제어가 이루어지기 시작했는데, 이런 향상된 기능의 앞에 코너링을 덧붙여 코너링 ABS나 코너링 TCS 등으로 부르기도 한다.
모터사이클은 코너링, 즉 차체가 기울어진 상태에서 제동이 이루어질 경우 차체가 관성으로 인해 차량이 똑바로 서게되며 원하는 방향으로 가지 못한다.
또한 코너링 중 급가속은 접지 면적이 좁은 상황에서 뒷바퀴를 크게 미끄러트릴 수 있다.
이런 이유들로 코너링 중의 가속이나 감속은 자칫 사고로 이어질 수 있는데, IMU의 도입 이후에는 차체가 기울어진 상황에서 현재 진행중인 라인을 그대로 이어나갈 수 있도록 더 정밀하게 시스템을 제어하는 방식으로 바뀌었다.
라이드 바이 와이어(Ride by Wire, RbW) 혹은 스로틀 바이 와이어(Throttle by Wire, TbW)
이처럼 다양한 기능들이 전자식으로 제어되기 시작하며 제조사들은 다른 기능들을 전자화하는 것에 대해서도 고민하기 시작했다.
모토GP에 출전하는 선수처럼 뛰어난 실력을 갖추지 못했다면 그만큼 차량의 제어에 있어서도 실수가 많을 것이고, 그렇다면 차량의 주요 기능들을 전자화함으로써 ECU가 입력을 판단해 운전자의 실수를 보완할 수 있겠다고 생각했기 때문이다.
모터사이클에선 가장 먼저 도입한 것이 스로틀 레버를 통한 입력을 전자식으로 대체하는 것이다. 이를 라이드 바이 와이어(Ride by Wire, RbW) 혹은 스로틀 바이 와이어(Throttle by Wire, TbW)로 부른다.
스로틀 레버 안쪽으로는 여전히 와이어가 달려있지만 여기에는 강철 케이블 대신 신호 전달을 위한 전선이 연결된다.
이 전선을 통해 입력된 신호는 ECU로 전달되고, ECU는 엔진 회전수, 차량 속도, 현재 기어 등 여러 요소를 고려해 라이더가 원하는 출력량을 예측, 스로틀 밸브의 개도각을 결정하는 방식이다.
이 RbW가 도입됨에 따라 달라진 기능 중 하나는 우선 주행모드의 도입이 있다.
라이더가 의식하지 않아도 ECU가 설정된 주행모드에 맞춰 스로틀 밸브가 열리는 속도를 조절해 가속에 변화를 주는 것이다.
예를 들어 레인모드를 설정했다면 스로틀 밸브가 천천히 열리도록 해 부드럽게 가속하게 되고, 반대로 스포츠나 레이스 모드에서는 레버 조작에 맞춰 즉각적으로 반응하도록 해 보다 빠른 가속을 경험할 수 있다.
또한 크루즈 컨트롤 역시 RbW의 도입으로 한결 구성이 수월해졌다.
과거에는 서보 모터를 통해 스로틀 밸브를 여닫는 방식이어서 차량의 무게도 늘어날 뿐 아니라 모터가 작동하는 시간으로 지연이 발생했지만, RbW가 도입되며 ECU가 직접 스로틀 밸브를 제어하기 때문에 구성이나 작동 면에서도 이점이 있다.
같은 이유로 TCS도 RbW의 도입에 영향을 받았는데, 마찬가지로 점화 차단이나 연료 차단 방식 외에도 스로틀 입력 신호를 끊어주는 방식으로도 TCS를 구현할 수 있을 뿐 아니라 스로틀 밸브를 정밀하게 조작해 더 효과적으로 작동하기 때문이다.
송지산 모터사이클 칼럼니스트
사진_각 브랜드
#한국이륜차신문 #모터사이클뉴스 #송지산의 모터사이클 뜯어보기 #모터사이클전자장비
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기술 발전의 수혜로 더 안전하게 탄다,
소형화, 모듈화로 전자장비 도입 크게 늘어나…
전자식 ABS, 휠 센서로 측정해 바퀴 잠김 방지해 제동 중에도 조향…
TCS, 뒷바퀴 미끄러짐 막아 차량의 안정성 유지…
IMU, 차량 움직임 감지해 주요 기능 정밀하게 제어 도움…
RbW, 스로틀 전자식으로 제어해 주행모드 적용...
기술이 발전하며 모터사이클 산업에도 여러 변화가 일어났다. 그중의 하나가 바로 전자 장비의 도입이다. 과거에는 여러 가지 이유로 인해 적용되지 못했던 기능들이 기술의 발전과 함께 적용될 수 있게 된 것. 특히 전자화되며 관련 부품의 크기가 줄어들어 모터사이클에 도입될 수 있게 된 것이 크다.
이 외에도 여러 가지 신기술들이 개발되며 적극적으로 도입되기 시작했는데, 어떤 기술들이 어떻게 발전하고 있는지 살펴보았다.
안티 록 브레이킹 시스템(Anti-lock Braking System, ABS)
이제 모터사이클에서 ABS가 장착되지 않은 차량은 시장에서 외면받을 만큼 당연히 탑재해야 하는 기능으로 받아들여지고 있다.
ABS는 안티 록 브레이킹 시스템(Anti-lock Braking System)의 약자로, 제동 과정에서 순간적, 연속적으로 제동을 끊어 바퀴가 완전히 잠기는 것을 막아주는 것이다.
처음 ABS가 도입됐을 때는 기차에 적용하기 위한 목적이었다.
달리던 기차가 급제동을 하게 되는 경우 바퀴가 잠기면 철제 바퀴의 한쪽 면만이 닳게 되어 원형이 아닌 평면이 되고, 그러면 그 부분이 열차에 닿을 때마다 덜컹거려 승차감이 불편해질 뿐만 아니라 동력 효율에도 상당한 악영향을 미치기 때문이다.
이를 해결하기 위해 유압 라인에 플라이휠과 밸브를 연결해 소량의 브레이크액이 마스터 실린더를 우회해 리저브 탱크로 흘러들어 실린더의 압력을 낮춰 브레이크를 해제하는 방식을 사용했는데, 이것이 초기형 기계식 ABS의 작동 원리다. 이후 비행기에 도입됐으며, 자동차에도 제한적으로 사용됐으나 널리 퍼지진 못했다.
본격적으로 ABS가 도입되기 시작한 것은 전자식 ABS가 개발된 이후부터다.
전자 센서를 활용한 새로운 ABS는 승용차를 시작으로 대형 트럭에까지 널리 퍼지기 시작했다.
초기에는 옵션으로 선택하는 방식이었고, 점차 기본 사양으로 바뀌기 시작했다.
모터사이클은 모듈의 소형화 등으로 자동차에 비해 도입이 늦었다.
1988년 BMW가 K100에 전자식 ABS를 최초로 장착했는데, 이로 인해 무게가 무려 11kg이나 늘어났다고. 2006년 컨티넨탈이 모터사이클 통합 ABS를 내놓았는데, 이 때 관련 부품의 무게는 2.3kg으로 확 줄어들었고, 2009년 보쉬가 내놓은 ABS의 경우 0.9~1.6kg밖에 나가지 않았다.
모터사이클의 ABS는 각 바퀴에 장착된 센서를 통해 회전 속도를 측정해 ECU로 보내고, ECU는 어느 한 쪽의 감속도가 설정된 임계값을 초과하는지, 두 바퀴의 정보를 기반으로 계산해 브레이크 슬립이 특정 비율 이상으로 증가해 차체가 불안정해지는 영역에 진입하는지를 판단한다.
이 때 차량이 이상 움직임을 보내면 ECU는 유압 장치에 압력을 유지하거나 해제하는 신호를 보내 제동력을 순간적으로 제어하는데, 과거에는 피스톤 방식으로 제어했지만 최근에는 솔레노이드 밸브로 빠르게 압력을 제어한다.
최근에는 ECU에 ABS 센서에서의 정보 외에도 또다른 정보가 추가되어 차량을 더 정밀하게 제어하는 방식으로 바뀌었다. 바로 관성측량유닛(Inertial Measure Unit, IMU)을 통해 차량의 움직임 정보를 판단, 단순히 바퀴가 잠기는 상황 외에도 코너링 중의 제동상황이나 뒷바퀴가 들리려는 상황을 감지하면 앞바퀴의 제동 압력을 해제하는 방식으로 차량의 안정성을 유지하는 방식이 사용되고 있다.
트랙션 컨트롤 시스템(Traction Control System, TCS)
이런 상황에서 타이어가 접지력을 유지할 수 있도록 도와주는 것이 바로 TCS인 것이다.
TCS의 작동 원리는 구동휠이 다른 휠보다 더 빠르게 회전하는 것을 감지하면 구동휠에 제동력을 가해 접지력을 회복할 수 있게 하는 것이다.
제동력을 가하는 방식은 ABS 등을 통한 제동 뿐만 아니라 스로틀 작동이나 연료공급의 전자적 차단, 점화 시기 지연, 엔진 실린더 차단 등 다양한 방식이 사용된다.
의외로 MV아구스타의 경우 F4 모델에 적용한 TCS에 휠 스피드 센서가 아닌, 엔진 회전수를 ECU가 감지해 허용 한계를 초과하는 급격한 변화를 휠 슬립으로 간주하는 방식으로 TCS 기능을 작동시켰다.
모터사이클 최초의 TCS는 1988년 BMW의 K1에 처음 적용됐으며, 2010년 이후부터 프리미엄 브랜드를 중심으로 도입이 확대되기 시작했다.
TCS 역시 IMU의 도입 이후 더 정밀하게 작동하며 코너링 상황에서 더 정밀한 작동으로 직선 뿐 아니라 차체가 기울어진 코너링 상황에서도 차량의 안정성을 유지하도록 돕는다.
ABS가 기술이 발전하며 뒷바퀴 들림을 방지했다면, TCS는 기술 발전과 함께 급가속 시 앞바퀴가 들리는, 즉 윌리 현상을 방지하는데 이를 별도의 ‘윌리 컨트롤(Wheelie Control, WC)로 표기하기도 한다.
관성측정장치(Inertial Measurement Unit, IMU)
관성, 즉 차량이 움직이는 힘을 측정해 차량의 상태를 감지하는 것으로, 모터사이클에 적용되는 것은 6축, 전후, 좌우, 상하의 움직임을 측정해 ECU에 전달한다.
그러면 ECU는 이 정보를 바탕으로 앞서 설명한 ABS나 TCS 등을 얼마나 어떻게 제어할지를 판단해 각 부품에 신호를 전달하는 것이다.
원래 IMU는 주로 비행기나 배, 잠수함, 위성 등에 사용하는 장비였지만, 점차 관련 장비가 소형화되기 시작하며 모터사이클은 물론이고 우리가 흔히 사용하는 스마트폰이나 태블릿, 스마트 워치 등에도 IMU가 적용된다.
스마트폰으로 내비게이션을 사용하는 것, 스마트폰 사용 중 화면을 기울이는 것 등 다양한 움직임을 측정하는 것이 바로 IMU가 하는 역할이다.
이 IMU가 도입되기 시작하며 ABS와 TCS 등에 더 향상된 제어가 이루어지기 시작했는데, 이런 향상된 기능의 앞에 코너링을 덧붙여 코너링 ABS나 코너링 TCS 등으로 부르기도 한다.
모터사이클은 코너링, 즉 차체가 기울어진 상태에서 제동이 이루어질 경우 차체가 관성으로 인해 차량이 똑바로 서게되며 원하는 방향으로 가지 못한다.
또한 코너링 중 급가속은 접지 면적이 좁은 상황에서 뒷바퀴를 크게 미끄러트릴 수 있다.
이런 이유들로 코너링 중의 가속이나 감속은 자칫 사고로 이어질 수 있는데, IMU의 도입 이후에는 차체가 기울어진 상황에서 현재 진행중인 라인을 그대로 이어나갈 수 있도록 더 정밀하게 시스템을 제어하는 방식으로 바뀌었다.
라이드 바이 와이어(Ride by Wire, RbW) 혹은 스로틀 바이 와이어(Throttle by Wire, TbW)
모토GP에 출전하는 선수처럼 뛰어난 실력을 갖추지 못했다면 그만큼 차량의 제어에 있어서도 실수가 많을 것이고, 그렇다면 차량의 주요 기능들을 전자화함으로써 ECU가 입력을 판단해 운전자의 실수를 보완할 수 있겠다고 생각했기 때문이다.
모터사이클에선 가장 먼저 도입한 것이 스로틀 레버를 통한 입력을 전자식으로 대체하는 것이다. 이를 라이드 바이 와이어(Ride by Wire, RbW) 혹은 스로틀 바이 와이어(Throttle by Wire, TbW)로 부른다.
이 전선을 통해 입력된 신호는 ECU로 전달되고, ECU는 엔진 회전수, 차량 속도, 현재 기어 등 여러 요소를 고려해 라이더가 원하는 출력량을 예측, 스로틀 밸브의 개도각을 결정하는 방식이다.
이 RbW가 도입됨에 따라 달라진 기능 중 하나는 우선 주행모드의 도입이 있다.
라이더가 의식하지 않아도 ECU가 설정된 주행모드에 맞춰 스로틀 밸브가 열리는 속도를 조절해 가속에 변화를 주는 것이다.
예를 들어 레인모드를 설정했다면 스로틀 밸브가 천천히 열리도록 해 부드럽게 가속하게 되고, 반대로 스포츠나 레이스 모드에서는 레버 조작에 맞춰 즉각적으로 반응하도록 해 보다 빠른 가속을 경험할 수 있다.
또한 크루즈 컨트롤 역시 RbW의 도입으로 한결 구성이 수월해졌다.
과거에는 서보 모터를 통해 스로틀 밸브를 여닫는 방식이어서 차량의 무게도 늘어날 뿐 아니라 모터가 작동하는 시간으로 지연이 발생했지만, RbW가 도입되며 ECU가 직접 스로틀 밸브를 제어하기 때문에 구성이나 작동 면에서도 이점이 있다.
같은 이유로 TCS도 RbW의 도입에 영향을 받았는데, 마찬가지로 점화 차단이나 연료 차단 방식 외에도 스로틀 입력 신호를 끊어주는 방식으로도 TCS를 구현할 수 있을 뿐 아니라 스로틀 밸브를 정밀하게 조작해 더 효과적으로 작동하기 때문이다.
송지산 모터사이클 칼럼니스트
사진_각 브랜드
#한국이륜차신문 #모터사이클뉴스 #송지산의 모터사이클 뜯어보기 #모터사이클전자장비
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