VAD는 자동차의 전기적인 결점을 개선하는 혁신 기술

● 전기회로 설계 문제

    자동차는 모든 전기장치들을 동작시키는 동력전기(12V/24V/수백V등)와 제어시스템(ECU와 센서 등)을 동작시키는 제어전기(5V)가 있습니다.

그리고 제어전기(5V)는 ECU가 동력전기를 DC-DC컨버터방식에 의해 만들기 때문에 별도의 마이너스(-)가 생겨납니다.

그런데 자동차를 제작하는 과정에 ECU5V 마이너스(-)를 비-접지(non-ground)로

설계함으로 인하여 크나큰 문제를 발생시키고 있다는 것입니다. 

● 문제점

    1. 스윗칭TR의 동작오차로 성능. 연비. 배출가스 개선 방해

        5V에 의해 동작하는 ECU의 출력펄스신호 접지전위와 동력전기(12/24V)로 동작하는 인젝터의 스윗칭 TR(Transistor) BASE의 동작접지전위 간에 전압차가 생기므로 인하여 인젝터가 동작오차를 일으킬 수 있다는 것입니다.

다음은 5V의 마이너스(-)가 비접지로 인하여 접지전압(mV).전류(mA)가 발생하고 또한 년식에 따라 크기 변화로 인하여 성능. 연비. 배출가스에 미치는 관계를 개략적으로 구분하여 보았습니다.

          * 1~2mV까지 : 신차의 경우로 거의 정상에 속함

         * 10mV까지 : 출력. 소음. 진동. RPM. 연비. 배출가스. 시동꺼짐 등 영향

         * 20mV까지 : 출력. 소음. 진동. RPM. 연비. 배출가스 등에 미치는 영향

                     심각하고 시동꺼짐 발생 

         * 30mV이상 : 정상적인 운행이 거의 불가능함

다만 접지전류(mA)는 변화가 너무 다양하여 예시하기가 어려워 생략 

2. 역기전압 등에 의한 IC동작 마비로 급발진 의심 증상 발생 우려

     각종 전기장치들이 동작할 때는 역기전압, 전자파전압, 분포정수전압 등이 발생하는데 특히 역기전압은 5V마이너스(-)를 통하여 ECU로 유입하여 연산(양자화)IC를 전자적으로 마비(LOCK)시킬 수 있습니다.

그러면 ECU는 5V를 입력신호로 둔갑시켜 출력펄스를 생성하게 되므로 통제 불능의 급발진 의심 증상이 생길 수 있다는 것입니다.

         * 역기전압이란 동력전압(12/24V)의 20~30배에 달하는 반대전압을 뜻함

다음은 정상과 비정상의 RPM데이터의 생성 원리를 설명 드리면 다음과 같습니다

    가. 정상적인 RPM 생성원리

          (예를 들어) TPS(Throttle Position Sensor)의 전기신호 동작범위는 통상 0.3V~4.5V로 아이들 시의 RPM은 700~800RPM으로 설계를 하였다면 ECU(연산IC)가 1RPM을 만드는데 필요한 TPS의 아날로그신호 크기는 0.375mV ~ 0.428mV가 됩니다.

             * 0.3V ÷ (700 ~ 800RPM) = 0.375mV ~ 0.428mV

그리고 이때의 악셀패달센서가 만들 수 있는 최대 RPM은 10,514RPM ~ 12,000RPM가 됩니다.

             * 4.5V ÷ (0.375mV ~ 0.428mV) = 10,514RPM ~ 12,000RPM

    나. 비정상 RPM데이터 생성 원리

        그런데, 만일에 ECU의 연산(양자화)IC가 전자적으로 마비(Lock)가 되면 ECU는 스스로 5V전압을 입력신호로 대체시켜 비정상적인 11,682RPM ~ 13,333RPM을 생성하게 됩니다.

             * 5V ÷ (0.375mV ~ 0.428mV) = 11,682RPM ~ 13,333RPM

즉 이때는 악셀패달동작과 무관하게 고정된 11,682 ~ 13,333RPM을 생성하게 되므로 자동차는 상상을 초월한 순간적인 힘이 폭발하므로 제동장치(브레이크)도 기능을 상실 할 수가 있습니다.

          ◆ 급발진 의심 증상이 생길 수 있는 악셀패달의 동작 과정 ◆

다음은 APS(Accelerator Position Sensor)방식의 악셀패달과 인젝터 동작순서입니다.

       * (악셀패달)"→ (센서동작) → (ECU1) → "(밸브/TPS) → (ECU2) → (인젝터)

위의 동작순서에서 보듯이 만일에 역기전압으로 인하여 ECU1에서 연산IC가 전자적으로 lock(마비)이 걸린다면 이때는 5V가 입력신호를 대신하여 스로틀바디모터를 기동시켜 공기밸브(밸브/TPS)를 최대각도(90°)로 열어버리기 때문입니다. 

● 개선방안과 개선효과

   1. 개선방안

     이러한 고질적인 문제를 해결하기 위해서는 동력전기와 제어전기 간에 새로운 제3의 전기적인 폐회로망을 구축시켜

    가. 두 접지 간의 접지전압(mV) 전류(mA)를 일정 범위내로 억제시키고,

    나. ECU와 각 센서들에 공급되는 5V 전기가 안정되어야 하며,

    다. 아이들시(공회전)의 RPM데이터를 전기적으로 보정시키고

    라. 역기전압 등으로 인하여 발생하는 연산(양자화)IC의 전자적인 마비(LOCK)현상등을 없애거나 막아주어야 합니다. 

    2. 개선효과

     가. 자동차 성능 개선

             * 시동성. 출력. 진동. 소음. 변속충격. 노킹. 전압변동. 승차감 등

     나. 내연기관차는 연비와 배출가스를 개선

     다. 시동꺼짐과 오동작(급발진 의심 사고) 방지

등을 혁신시켜 줍니다. 

● 결론 정리

      ECU5V의 비-접지(non-ground) 설계방식은 자동차의 성능. 연비. 배출가스를 나쁘게 하고, 시동꺼짐을 일으키며, ECU의 연산(양자화)IC를 전자적으로 마비시켜 급발진 의심 사고와 같은 오동작을 일으키는 요인이 될 수 있으므로 VAD제품은 자동차의 전기적인 결점을 개선하는 혁신 기술입니다. 

또한 이러한 문제는 비단 내연기관차에만 국한된 것이 아니라 하이브리드차. 전기차 등에서도 발생하고 있고, 수소전기차 및 자율주행차등에도 생겨 날 수 있으므로 결코 무시해서는 안된다는 것입니다.

<제공= VAD>