새시 15 > ECS(Electronic Control Suspension System)

1.  ECS의 개요

      ECS(Electronic Control Suspension System, 전자 제어 현가장치)는 컴퓨터(ECU), 각종 센서, 액추에이터 등을 설치하고 노면(路面)의 상태, 주행 조건, 운전자의 선택 등과 같은 요소에 따라서 자동차의 높이(車高)와 현가 특성(스프링 정수 및 감쇠력)이 컴퓨터에 의해 자동적으로 조절되는 현가장치이다.

즉 비포장도로를 주행할 때에 차체가 노면에 긁히지 않도록 하기 위하여 높아져야 하고, 포장된 도로를 주행할 때에는 안전성을 높이기 위해 차체가 낮아야 한다. 그리고 현가장치를 매순간마다 딱딱하게(HARD) 또는 부드럽게(SOFT)조절하여야 하는데 이러한 작동을 컴퓨터로 조절한다.

2.  ECS의 특징

① 급제동할 때 노스 다운(nose down)을 방지한다.

② 급선회할 때 원심력에 대한 차체의 기울어짐을 방지한다.

③ 노면으로부터의 차량 높이를 조절할 수 있다.

④ 노면의 상태에 따라 승차감을 조절할 수 있다.

그리고 차체의 좌우, 앞뒤의 자동차 높이, 조향 핸들 각도, 가속 페달 조작 속도(스로틀 위치 센서), 주행속도, 노면 상태 등을 판단하고 연

3,  ECS의 종류

(1) 감쇠력 가변 방식 ECS

감쇠력 가변 방식의 ECS는 쇽업소버의 감쇠력(damping force)을 다단계로 변화시킬 수 있다. 쇽업소버 감쇠력만을 제어하는 감쇠력 가변 방식은 구조가 간단하여 주로 중형 승용차에서 사용되며, 쇽업소버의 감쇠력을 Soft, Medium, Hard 등 3단계로 제어한다.

(2) 복합 방식 ECS

복합 방식은 쇽업소버의 감쇠력과 자동차의 높이 조절 기능을 지닌 것이다. 쇽업소버의 감쇠력은 Soft와 Hard 2단계로 제어하며, 자동차 높이는 Low, Normal, High 3단계로 제어한다. 특징은 코일 스프링이 하던 역할을 공기 스프링이 대신하기 때문에 하중 변화에도 일정한 승차감과 자동차의 높이를 유지할 수 있다.

(3) 세미 액티브 ECS(Semi Active Type)ECS

세미 액티브 방식은 스카이 훅(sky hook) 이론에 바탕을 두고 개발된 것이며, 역방향 감쇠력 가변 방식 쇽업소버를 사용하여 기존의 감쇠력 ECS의 경제성과 액티브 ECS의 성능을 만족시킬 수 있는 장치이다.

쇽업소버의 감쇠력은 쇽업소버 외부에 설치된 감쇠력 가변 솔레노이드 밸브에 의해 연속적인 감쇠력 가변 제어가 가능하고, 쇽업소버 피스톤이 팽창과 수축할 때에는 독립 제어가 가능하다. 또한 ECS 컴퓨터에 의해 256단계까지 연속 제어가 가능하다.

(4) 액티브(active) ECS

액티브 ECS 방식은 감쇠력 제어와 자동차 높이 조절 기능을 지니고 있으며, 자동차의 자세 변화에 능동적으로 대처함으로서 자세 제어가 가능한 장치이다. 쇽업소버의 감쇠력 제어에는 Super soft, Soft, Medium, Hard 등 4단계로 제어되며, 자동차 높이 조절은 Low, Normal, High, Extra High 등 4단계로 제어된다.

자세 제어 기능에는 앤티 롤(anti roll), 앤티 바운스(anti bounce), 앤티 피치(anti pitch), 앤티 다이브(anti dive), 앤티 스쿼트(anti squat) 제어

4.  액티브 ECS의 구성부품

(1) 앞?뒤차고 센서

이 센서는 앞쪽에 1개, 뒤쪽에 1개 총 2개가 설치되어 있다. 차고 센서는 차축(axle)과 차체에 연결되어 위치를 감지하며, 차체의 상하 움직임에 따라 레버가 회전하므로 레버의 회전량을 센서를 통하여 감지한다.

컴퓨터는 차고 센서의 신호에 의해 현재 차고와 목표 차고를 설정하고 제어한다. 차고 센서를 통한 자동차 높이 감지는 9단계까지 감지가 가능하며 제어에는 Low, Normal, High, Extra High 등 4단계로 제어된다.

(2) 조향 핸들 각도 센서

이 센서는 핸들이 설치되는 조향 칼럼과 조향축 위쪽에 설치되어 있으며, 센서는 2개로 되어 있다. 조향 핸들 각도 센서는 핸들을 조작하면 구멍이 뚫려있는 디스크(센서 판)가 회전하게 되고, 센서는 구멍을 통하여 감지되어 조향 방향, 조향 각도, 조향 속도를 검출한다. 2개의 센서를 사용하는 이유는 조향 핸들의 좌우 회전 방향을 검출하기 위함이며, 컴퓨터는 조향 핸들 각도 센서 신호를 기준으로 롤(roll;좌우 진동)을 예측한다.

(3) G 센서

이 센서는 엔진 룸 내에 1개가 설치되어 있다. G 센서는 롤(roll) 제어용 센서이며, 자동차가 선회할 때 G 센서 내부의 철심이 자동차가 기울어진 쪽으로 이동하면서 유도되는 전압이 변화한다. 컴퓨터는 유도되는 전압의 변화량을 감지하여 차체의 기울어진 방향과 기울어진 량을 검출하여 앤티 롤(anti roll)을 제어할 때 보정 신호로 사용한다.

(4) 자동변속기 인히비터 스위치

자동변속기의 인히비터 스위치(inhibitor switch)는 운전자가 변속 레버를 P, R, N, D, 2, L 중 어느 위치로 선택 이동하는지를 컴퓨터로 입력시키는 스위치이다. 컴퓨터는 이 신호를 기준으로 변속 레버를 이동할 때 발생할 수 있는 진동을 억제하기 위해 감쇠력을 제어한다.

(5) 차속 센서

이 센서는 변속기의 출력축에 설치되어 있다. 차속 센서는 자동차의 주행속도를 컴퓨터로 입력시키는 역할을 하며, 컴퓨터는 이 신호를 기초로 선회할 때 롤(roll)량을 예측하며, 다이브(dive), 스쿼트(squat)제어 및 고속 안정성을 제어할 때 입력 신호로 사용한다.

(6) 스로틀 위치 센서

이 센서는 가속 페달의 케이블과 연결되어 있다. 즉, 운전자의 가?감속 의지를 판단하기 위한 센서로서 운전자가 가속 페달 밟는 량을 검출하여 컴퓨터로 입력시킨다. 컴퓨터는 이 신호를 기준으로 운전자의 가?감속 의지를 판단하여 앤티 스쿼트를 제어할 때 기준 신호로 이용된다.

(7) 고압 스위치

공기를 쇽업소버의 공기 스프링에 공급하여 자동차의 자세를 순간적으로 변화시키기 위해서는 많은 양의 압축 공기를 필요로 한다. 이에 따라 액티브 ECS의 구성 부품 중에는 2개의 공기 압축기와 2개의 공기 저장 탱크가 있다. 공기 압축기로 압축시킨 공기를 저장 탱크에 저장해 두었다가 자세를 제어할 때 공급한다.

공기 저장 탱크는 중간이 막혀 고압과 저압으로 나누어져 있으며, 고압 스위치는 고압 쪽에 설치되어 있다. 저압 탱크의 고압 쪽 공기 압력이 너무 낮을 경우에는 정상적인 자세 제어가 어려우므로, 고압 스위치는 고압 탱크 내의 공기 압력이 일정 압력 이하로 떨어지게 되면 공기 압축기를 작동시켜 압력을 유지한다. 고압 스위치는 공기 저장 탱크 내의 공기 압력이 7.6∼9.4kgf/cm²정도로 유지되도록 공기 압축기를 제어하는 일을 한다.

(8) 저압 스위치

자동차의 앞?뒤에 설치되어 있는 공기 저장 탱크는 내부에 저압과 고압으로 나누어져 있다. 탱크의 중간에는 리턴 펌프(return pump)라 부르는 압축기가 설치되어 있으며, 리턴 펌프가 작동하면 저압쪽의 공기는 고압 쪽으로 공급된다. 즉, 고압 쪽은 자세 제어를 할 때 공기를 공급하고 저압 쪽은 자세 제어를 할 때 배출되는 공기를 저장하는 탱크이다. 만약, 탱크의 저압 쪽에 배출되어 저장되는 공기가 많아 압력이 높아지면 자세를 제어할 때 쇽업소버에서 배출이 불량해져 자세 제어가 어려워지므로 공기 저장 탱크의 저압 쪽 압력이 일정 압력 이상 상승하게 되면 저압 스위치가 작동하면서 내부의 리턴 펌프를 구동한다.

리턴 펌프가 구동되면 저압 쪽의 공기는 고압 쪽으로 보내져 저압 쪽은 압력이 낮아진다. 이에 따라 저압 스위치는 자세를 제어할 때 원활한 쇽업소버 공기 스프링의 배기를 위해 저장 탱크의 저압 쪽 압력을 일정(0.7∼1.5kgf/cm²)하게 유지시키는 역할을 한다.

(9) 뒤 압력 센서

이 센서는 뒤 쇽업소버 내의 공기 압력을 감지하는 역할을 한다. 뒤 쇽업소버 내의 공기 압력은 뒷좌석의 승차 인원이나 트렁크의 화물 적재량에 따라 많은 변화가 일어난다.

컴퓨터는 뒤 압력 센서의 신호로 자동차 뒤쪽의 무게를 감지하여 무게에 따라 뒤 쇽업소버에 급?배기를 할 때 급기 시간과 배기 시간을 다르게 한다.

또한 규정 이상으로 뒤 쇽업소버 내의 공기 압력이 높아지게 되면 자세를 제어할 때 뒤쪽 제어를 금지하는 조건도 있다.

(10) ECS 모드 선택 스위치

ECS 모드 선택 스위치는 운전자가 주행 조건이나 노면 상태에 따라 쇽업소버의 감쇠력 특성과 자동차 높이를 선택할 때 사용한다.

(11) 전조등 릴레이(Head Lamp Relay)

전조등 릴레이의 역할은 운전자가 전조등 스위치를 작동하면 전조등 릴레이가 작동하며, 이 릴레이가 작동하면 축전지의 전기를 전조등으로 보내어 점등된다. 일반적으로 전조등은 야간 주행에서만 작동되며, 전조등 릴레이의 신호에 따라 ECS 컴퓨터는 고속 주행중 자동차 높이 제어를 다르게 한다. 즉, 주행속도가 90km/h로 10초 이상을 유지하거나 100km/h를 초과하는 고속 주행에서는 자동차 높이가 Normal 보다 10mm 낮은 Low로 내려온다. Low 위치라 하더라도 전조등이 작동되지 않는 주간에는 자동차의 앞쪽만 Low로 내리고, 뒤쪽은 Normal 위치를 그대로 유지시켜 공기 저항을 감소시킨다. 그러나 전조등 릴레이 신호가 컴퓨터에 입력되어 전조등이 점등되었다고 판단되면 앞?뒤를 모두 Low로 내려 전조등의 광도가 변화하는 것을 방지한다.

(12) 도어 스위치(Door Switch)

도어 스위치는 자동차의 도어가 열리고 닫히는 것을 감지하는 스위치이다. ECS 컴퓨터는 도어 스위치의 신호로 자동차에 승객의 승차 및 하차 여부를 판단하여 승?하차를 할 때 차체의 흔들림을 방지하기 위해 쇽업소버의 감쇠력을 제어하며, 자동차 높이가 High 또는 Extra-High 상태일 때에는 승객이 승?하차를 할 때 편의를 위해 Normal 위치로 내려준다.

(13) 제동등 스위치

제동등 스위치는 운전자의 브레이크 페달 조작 여부를 판단한다. 컴퓨터는 이 신호를 기준으로 앤티 다이브(anti Dive)를 실행한다.

(14) 공전 스위치(Idle Switch)

공전 스위치는 운전자의 가속 페달 조작 여부를 판단한다. 컴퓨터는 이 신호를 기준으로 앤티 스쿼트(Anti Squat), 변속 스쿼트(shift Squat) 등을 실행한다.

(15) 스텝 모터(Step Motor)

스텝 모터는 각각의 쇽업소버 상단에 설치되어 있으며, 컴퓨터의 신호에 의해 작동한다. 컴퓨터는 자동차 운행 중 쇽업소버의 감쇠력을 변화시켜야할 조건이 되면 스텝 모터를 회전시키고 스텝 모터가 회전하게 되면 스텝 모터와 연결된 제어 로드(control rod)가 회전하면서 쇽업소버 내부의 오일 회로가 크게 변화되어 감쇠력이 가변된다.

(16) 유량 변환 밸브

유량 변환 밸브는 자동차의 높이를 조절하거나 자세 제어를 할 때 쇽업소버에 공기를 공급하는 앞?뒤 공급 밸브에 공기를 공급하는 일을 한다.

유량 변환 밸브에는 항상 공기가 흐를 수 있는 밸브가 하나 있고, 컴퓨터의 신호에 의해 열리는 솔레노이드 밸브가 또 하나 있다.

자동차의 높이를 상승시킬 때에는 항상 열려 있는 작은 공기 통로에 의해 공기가 공급되지만 자세 제어를 할 때에는 빠르게 제어를 하여야 하므로 컴퓨터는 솔레노이드 밸브를 작동시켜 많은 공기가 쇽업소버로 공급될 수 있도록 한다.

(17) 앞?뒤 급기 밸브

앞?뒤 급기 밸브는 쇽업소버에 공기를 공급할 때 컴퓨터의 신호에 의해 작동된다. 앞?뒤 급기 밸브가 작동하면 앞?뒤의 좌우 쇽업소버에 공기가 공급된다. 컴퓨터는 자동차 높이 제어나 자세 제어 조건에 따라 앞?뒤 급기 밸브를 구동한다.

(18) 앞?뒤 배기 밸브

앞?뒤 배기 밸브는 앞?뒤의 좌우 밸브와 연결되어 있다. 앞?뒤 배기 밸브는 작동 상태에 따라 배기 되는 공기를 대기 중으로 배출할 것인지 아니면 저장 탱크의 저압 쪽에 배기를 시킬 것인지를 구별한다. 컴퓨터는 자동차의 높이를 조절할 때 배출되는 공기는 저압 탱크의 저압 쪽으로 보낸다. 컴퓨터는 앞?뒤 배기 밸브를 작동시켜 어느 쪽으로 배기 시킬 것인지를 결정한다.

(19) 앞 좌?우 밸브, 뒤 좌?우 밸브

앞뒤의 좌?우 밸브는 쇽업소버와 연결되어 있으며, 쇽업소버의 공기 스프링에 공기를 공급하거나 배출시키는 작용을 한다. 컴퓨터는 자동차 높이 제어나 자세 제어를 할 때 밸브를 구동하여 쇽업소버의 급?배기를 제어한다.

(20) 공기 압축기 릴레이

공기 압축기 릴레이가 작동하면 공기 압축기가 구동되어 압축 공기를 만든다. 공기 저장 탱크 내의 압력이 규정값 이하로 낮아지면 고압 스위치의 신호에 의해 공기 압축기 릴레이 가 작동하고, 릴레이 신호에 의해 공기 압축기가 작동한다.

공기 압축기가 작동하면 고압 탱크의 압력이 상승한다. 그러나 자동차의 높이를 높일 때에는 컴퓨터가 공기 압축기 릴레이를 직접 작동시켜 공기 압축기를 구동하여 자동차 높이를 상승시킨다.

(21) 리턴 펌프 릴레이(Return Pump Relay)

리턴 펌프는 앞쪽에 있는 공기 저장 탱크 내에 설치되어 있으며, 리턴 펌프 릴레이가 작동하면 구동된다.

자세 제어를 할 때 쇽업소버에서 배출된 공기는 저장 탱크의 저압쪽에 저장되며, 규정값 이상으로 저압 탱크의 압력이 상승하면 저압 스위치 신호에 의해 리턴 펌프 릴레이가 작동하면 리턴 펌프가 구동되면서 저장탱크 안의 공기는 고압 탱크로 보내진다

6.  ECS의 제어기능

(1) 감쇠력 제어 기능

① 4바퀴의 쇽업소버 감쇠력 특성을 노면 상태와 주행 조건에 따라 4단계로 제어하여 쾌적한 승차감과 양호한 조종 안정성을 향상시킨다.

② 감쇠력 변환 특성은 제어 모드에 따라 자동적으로 쇽업소버 상부에 설치된 액추에이터(스텝 모터)를 구동하여 쇽업소버 상단 부분의 제어 로드를 회전시켜 쇽업소버 내부의 오일 회로를 개폐시킨다.

1) 앤티 롤(Anti Roll)제어의 감쇠력 전환

급?배기 시작과 동시에 map에 따라 감쇠력을 1초 동안 Soft와 Medium 또는 Hard로 전환시키고 난 다음 감쇠력을 1단 내려 유지한다. 다만, 좌우 방향의 G(가속도)가 규정값 이상인 경우에는 감쇠력을 Medium 또는 Hard로 유지한다. 처음 복귀할 때에는 다시 한번 감쇠력을 1단 올려서 약 1초 후에 처음의 감쇠력에 복귀한다.

2) 앤티 다이브(Anti Dive)제어의 감쇠력 전환

급제동할 때의 Nose Dive를 감소시키기 위해 급?배기와 동시에 감쇠력을 Medium 또는 Hard로 전환한다.

3) 앤티 스쿼트(Anti Squat)제어의 감쇠력 변환

급출발을 할 때 스쿼트를 감소시키기 위해 급?배기 시작과 동시에 감쇠력을 Medium 또는 Hard로 전환한다.

4) 주행속도에 의한 감쇠력 전환

주행 속도에 따른 감쇠력을 전환하여 고속 주행 안정성을 높인다.

(2) 자세 제어 기능

현가장치의 공기 스프링의 압력을 제어하여 선회 중의 롤(roll), 제동할 때의 다이브(dive) 및 출발할 때의 스쿼트(squat)에서도 노면에 대하여 차체의 평행을 유지할 수 있다.(감쇠력 특성 제어와 동시에 제어되므로 승차감, 주행 안정성이 매우 향상된다.)

1) 앤티 롤 제어

조향 핸들 각도, 차체 횡 G(원심력)에 따라 선회 주행할 때 안쪽 및 바깥쪽 바퀴의 공기 압력을 제어하여 롤링하지 않고 선회할 수 있는 기능이다.

① 바깥쪽 바퀴：공기 스프링에 공기를 공급하여 압력을 높인다.

② 안쪽 바퀴：공기 스프링에 공기를 배출하여 압력을 낮춘다.

그리고 롤링 양은 Auto일 때가 Sport일 때보다 크다.

2) 앤티 다이브 제어

제동할 때 앞?뒤 G(감속도)에 따라 앞바퀴 쪽 공기 스프링에 공기를 공급하고, 뒷바퀴 쪽 공기 스프링의 공기를 배출시켜 차체를 평행하게 유지하도록 하는 기능이다.

3) 앤티 스쿼트 제어

앤디 타이브 제어와는 반대로 제어한다. 앞바퀴 쪽의 공기 스프링의 공기는 배출하고, 뒷바퀴 쪽 공기 스프링에는 공기를 공급하여 차체를 평행하게 하는 제어이다.

4) 피칭(Pitching) 및 바운싱(Bouncing) 제어

쇽업소버의 신축 상태(자동차 높이의 변화)에 따라 제어한다. 신장쪽 공기 스프링의 공기를 배출시키고, 수축 쪽 공기 스프링에는 공기를 공급하여 차체를 평행하게 제어하는 기능이다.

(3) 자동차 높이 제어 기능

① 승차 인원수, 화물의 변화량(하중의 변화)에 의한 자세에 대하여 목표 차고(Normal, High, Extra- High, Low)가 되도록 공기 스프링 내의 압력을 자동적으로 조절한다.

② 자동차 높이는 앞 뒤 차고 센서에 의해 검출되며, 자동차 높이의 시작 및 정지 결정은 컴퓨터가 자동적으로 실행한다.

③ 자동차 높이 조정 모드는 Normal, High, Extra-High의 3가지가 있다.