급발진 발생 동기 총정리
대한민국의 아들 딸들 아까워 어떻게 보냅니까.
생명의 고귀함을 다시금 생각하며 저의 조금한 노력이 여러분들의 생명을 위협에서 벗어 날 수 있다면 하는 마음으로 이글을 올립니다.
1. 급발진 개요 美문건에 의하면 ECU가 급발진 현상과 밀접한 관련(동아닷컴: 2014-04-14기사 인용)이 있음을 뒷받침하는 연구결과가 확인돼 눈길을 끈다.
가. 하드웨어문제 : 도요타의 결함정보보고서에 따르면 이들 차량 ECU 기판 여러 곳에서 납땜 불량(Cracks)이 발견됐다.
이로 인해 ECU는 원활한 전기 공급이 안 돼 순간 오류가 발생했고, 제 멋대로 크루즈컨트롤을 실행시켜 스로틀밸브를 연 뒤 엔진이 고속 회전하는 결함(the vehicle could suddenly accelerate)이 나타난다는 게 도요타 측의 설명이다.
나. 소프트웨어문제 : 소프트웨어 오류 값을 차량 ECU에 주입시키면 급발진을 발생시킬 수 있다는 내용이 들어있다.
구체적인 원인은 ECU 소프트웨어의 버그(오류)를 처리할 수 있는 버퍼메모리가 충분히 확보되지 못한 데에서 비롯됐다.
즉 메모리 안에 약 60%의 여유 공간이 확보됐다고 했지만 실제로는 여유 공간이 고작 4%에 불과하여 버퍼링을 처리할 메모리가 충분치 않아 급발진이 발생했다는 것이다.
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※ 위 기사는 VAD가 주장하는 급발진 내용을 뒷받침 해주고 있습니다.
정리를 하면 급발진은 알터네이터(발전기)에서 발생된 써지전압이 5V 전원선(접지)을 타고 유입되면 버퍼기능에 Lock이 걸린다.
그러면 연산기능(IC)은 5V(ECU전원)를 입력으로 인식하여 최대의 펄스수를 만들어 내보내기 때문이다.
따라서 이때는 외부에서 어떠한 기능으로 조작을 하여도 출력 펄스를 저지 또는 제어할 수가 없기 때문에 엔진의 과(過)회전으로 급발진 현상이 생기는 것이다.버그가 생기는 원인은 다음과 같이 전기회로 구성상의 문제를 들 수 있다.
2. 버그 발생 원인
가. 접지 전위차 발생 : ECU는 연산장치(소프트웨어)와 전원장치(5V)로 동작이 구분 된다.
ECU의 전원장치는 알터네이터(알터로 약칭)가 만든 12V를 정전압회로인 IC에 이해 5V를 만든 다음 ECU자체와 ECU에 연결된 모든 입력센서에 전기를 공급하고 있다.
그리고 구성기준으로 볼 때는 5V전기회로는 12V전기회로와 분리되어 있고 동작기준으로 볼 때는 5V의 마이너스(-)는 비접지로 동작하고 있다.
따라서 차 년식 증가, 온도변화, 선로•부품들의 노후화 등에 의한 경년 변화에 따라 5V와 12V간에는 접지전위차가 생기는데 신차의 경우는 2~3mv에 해당하지만 노후 될수록 그 폭이 늘어나 심할 경우에는 최대 100mv(0.1v) 까지 변하는 것으로 조사되었다.
이는 ECU가 최대 0.1V만큼이나 공중에 떠서 동작하고 있으므로 외부의 전기적 변화에 따라 인젝터는 그만큼 오동작 확률이 높아진다고 볼 수 있다.
나. 써지전압 유입 : 차가 시동을 걸때는 배터리의 순수한 DC(직류)에 의하지만 시동이 걸리는 순간부터는 알터가 만드는 직류(DC)전기로 동작을 한다.
하지만 알터 전기는 AC(교류)를 정류하여 DC로 만들기 때문에 차 전체는 물론 모든 전기장치에는 AC성분이 흘러 다니고 있다.
그래서 알터 성능에 따라 전압변동은 물론 노이즈가 발생하여 오디오나 전기장치들의 동작을 방해하고 있다.
이처럼 알터의 AC성분이 전원선을 타고 ECU로 유입되어 버퍼기능이 마비되어 소프트웨어적으로 버그가 생기면 CPU는 5V(ECU 전원)를 입력으로 인식하고 최대의 펄스수를 만들어 스위칭 TR을 구동시켜 버린다.
다. 기타 : 기타 각종 선로들을 통하여 유입되는 써지전압들도 선로의 특성(분포정수: Xc,Xl,Ro)에 따라 영향이 달라진다는 것을 간과해서는 아니 된다.
하지만 써지 현상은 차사고 후 또는 강제로 ECU에 공급전원이 차단되면 흔적이 사라져 버리므로 원인 발견이 불가능하기도 하다.
또한 출력과 입력은 분리 동작하므로 메모리에 저장되는 각종 데이터를 소멸시킬 수 없으므로 메모리 부족현상이 생길 수 있다.
3. 발생 실태
요사이 급발진이 많이 발생하는 유형을 보면 “오토기어 +APS방식+ LPG•휘발유” 등으로 조합된 차들에서 많이 일어나고 있는데 구조적으로 분석하면
가. 기어 방식 : 오토기어는 컴퓨터(ECU)가 조절하지만 수동기어는 운전자가 조작한다.
나. 트로틀밸브 조절 : APS방식은 공기와 연료를 모터에 의해 ECU가 조절하지만 TPS방식은 철선으로 운전자가 조절한다.
다. 연료 종류 : LPG나 휘발유 등은 폭발(점화)반응도가 빠르다.
4. 해결 방법
이미 출고된 차들에 대하여는 별도 장치로 아래 조건을 충족시켜 주어야 하지만 생산시에는 설계단계부터 적용을 하여야 한다.
가. 전자적인 폐회로망 구성 : 5V 마이너스를 전자적으로 접지를 시켜 전원으로 유입되는 써지전압을 막아 주어야 한다.
나. 피드백 회로망 구성 : 버퍼기능에 저장되는 데이터를 소멸 할 수 있도록 ECU의 출력회로와 입력회로 간에 피드백 기능(회로망)을 구축해 주어야 한다.
5. 결 론
자동차의 모든 동작은 “ECU에 의한 제어시스템의 통제”를 받고 있다.
또한 자동차가 전자화함에 따라 연비, 출력, 진동, 소음, 변소충격 등의 모든 항목도 제어시스템의 성능에 따라 많은 지배를 받고 있는 실정이다.
따라서 “얼마나 양질의 전기로 제어시스템을 안정화 시키느냐”에 따라 “성능 개선은 물론 급발진도 막을 수 있다”고 봅니다.
<제공 = VAD / www.motorpower.co.kr >
