TCU

TCU(Transmission Control Unit) 또는 자동변속기 컨트롤 유닛은 전자 자동 변속기를 제어하는데 사용되는 자동차 엔진 제어 장치의 한 종류이다.

개요

TCU는 자동변속기의 전자제어장치라고 칭한다. TCU는 자동차의 운행상황에 따른 각종 정보를 기본으로 최적의 변속이 가능하도록 자동변속기를 제어한다. TCU에 제공되는 정보로는 변속레버의 위치, ATF의 온도, 가속페달의 밟힘 정도 등이 있다. 최적의 변속 제어를 위하여 각각의 정보량은 TCU에 입력되고 TCU는 이들 정보를 통하여 차량의 상황과 운전자의 요구사항을 판단한다. 이 판단에 따라 TCU는 유압제어 솔레노이드 밸브나 변속제어 솔레노이드 밸브를 적절하게 제어하는 것이다. TPS는 드로틀밸브 포지션 센서를 말하는데 이는 가속페달이 어느 정도 밟혔는가를 전압으로 나타내는 센서를 말하며, O/D스위치는 오버드라이브 스위치를 말한다. 또 K/Down 스위치는 Kick-Down시 On되는 스위치로 이 스위치가 장착되지 않은 차량도 있다. 한편, 인히버터 스위치는 변속레버의 위치를 전기적인 신호로 변환해주는 스위치를 말한다. 이 인히버터 스위치의 신호에 의해서 변속레버가 P 또는 N의 위치에 있을 때에만 엔진의 시동이 가능하며, 레버조작의 확인, 후진 등의 점등 등이 바로 이 인히버터 스위치에 의해서 이루어진다. 각 센서들은 자동변속기의 종류에 따라 다르게 구성될 수 있다.

역사

전자자동변속기는 1980년대 후반부터 순전히 수기계식 제어장치에서 전자제어장치로의 설계변경을 해왔다. 그 이후로 개발은 반복적이었고 오늘날에는 전자자동 변속기 제어 개발의 여러 단계에서 설계가 존재한다. 변속기 솔레노이드는 이러한 컨트롤 유닛의 핵심 구성 요소이다. 현대식 자동변속기의 발전과 전자제어장치의 통합은 최근 몇 년간 큰 발전을 가능하게 했다. 현대식 자동변속기는 이제 연비 향상, 엔진 배기가스 감소, 변속 시스템 안정성 향상, 변속 느낌 개선, 변속 속도 향상 및 차량 핸들링 개선을 실현했다. TCU에 의해 제공되는 프로그래밍의 광대한 범위는 현대적인 자동변속기를 각 용도에 적합한 변속기 특성과 함께 사용할 수 있다. 일부 용도에서는 TCU와 엔진제어장치가 파워트레인 컨트롤 모듈로 단일 유닛으로 결합된다.

입력 매개변수

차량속도센서

차량 속도 센서(VSS; Vehicle Speed Sensor)는 다양한 신호를 TCU에게 보내고, 현재 차량의 속도를 알려주는 역할을 한다. OBD2로도 확인이 가능하지만, 차량 내 계기판에 따라 확인 여부가 갈라지기도 한다. 이 정보를 기반으로 TCU는 언제 기어변환이 일어나야 할지 측정을 하게 된다. 또한 터빈 스피드 센서(TCC)와 휠 스피드 센서(WSS)를 활용해서 기어변환 시점을 결정하는데 도움을 받기도 한다. 터빈 스피드 센서 또는 휠 스피드 센서가 실패하거나 오작동 혹은 결함이 발생하면 잘못된 속도계 판독 및 전송 오류와 같은 문제가 발생할 수 있다.

휠 스피드 센서

휠 스피드 센서(WSS; Whell Speed Sensor)는 차량의 실제 스피드를 측정하여, 해당 차량이 언덕길을 오르고 있는지 내리막길을 내려가고 있는지를 인식한다. 또한 토크 커버터가 연료 소모량을 줄이고 엔진로드를 적절하게 사용하고 있는지를 결정하기도 한다.

스로틀 포지션 센서

스로틀 포지션 센서(TPS; Throttle Position Sensor)는 엔진의 공기 흡입구를 모니터링 하는데 사용되는 센서이다. 일반적으로 스로틀의 위치를 직접 모니터링할 수 있도록 나비형 밸브 스핀들과 샤프트에 위치한다. 스로틀 포지션 센서와 관련된 가속 페달 센서는 종종 와이드 오픈 스로틀(WOT; Wide Open Throttle) 센서를 포함한다. 가속 페달 센서는 전자 스로틀 제어 또는 드라이브 바이 와이어 시스템에 사용되며, 스로틀 센서를 가장 많이 사용하는 것은 자동변속기의 킥다운 기능이다. 현대식 센서는 비접촉식이다. 이러한 최신 비접촉 스로틀 포지션 센서에는 홀 효과 센서, 유도 센서, 자기저항 등이 포함된다. 비접촉형 스로틀 포지션 센서는 홀 효과 또는 유도 센서 또는 자기저항 기술의 원리에 따라 작동한다. 일반적으로 자석 또는 유도 루프는 나비형 밸브 스로틀 스핀들, 샤프트 기어와 센서 및 신호 처리 회로 기판에 장착되는 동적 부품이다. ETC 기어박스 커버 안에 장착되어 고정되어 있다. 하부 기계적 스톱에서 WOT로 회전하는 스핀들에 자석과 유도루프가 장착되면 센서의 자기장에 변화가 있다. 자기장의 변화는 센서에 의해 감지되고 생성된 전압은 엔진제어장치의 입력으로 제공된다. 일반적으로 2극 희토류 자석은 높은 퀴리 온도로 인해 터빈 스피드 센서에 사용된다.

터빈 스피드 센서

터빈 스피드 센서(TSS; Turbine Speed Sensor)는 다양한 신호를 TCU에게 보내고, TCU가 현재 샤프트나 토크 컨버터의 속도를 결정해준다. 또한 인풋 샤프트의 스피드는 토크 컨버터의 미끄러짐 및 그 비율을 결정한다. 터빈 스피드 센서 값은 특히나 토크 컨버트가 언제 락업 클러치를 걸어야 할지 결정하는데 중요한 역할을 한다.

미션오일 온도 센서

미션오일 온도 센서(TFT; Transmission Fluid Temperature Sensor)는 트랜스미션 내의 유체온도를 알기 위해 사용된다. 미션오일 온도 센서는 TCU로 하여금, 온도에 기반하여 변화하는 유체의 점성에 따라, 라인 압력과 솔레노이드 압력을 조절하기 위하여 사용된다. 높은 온도 하에서 더욱 정확한 조절이 가능하다. 또한 온도 안전보장 장치의 컨트롤이 가능하다.

브레이크 라이트 스위치

차량이 내리막길에 접어들 때, TCU는 이를 감지하고 자동적으로 브레이크 기능을 좀 더 활성화 시킨다. 여기서 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 TCU가 알아서 작동시킨다. 이 때 사용되는 센서가 브레이크 라이트 스위치이다.

제동 컨트롤 시스템

제동 컨트롤 시스템(TCS; Traction Control System)은 도로의 주행 환경을 체크하여 TCU에 신호를 보낸다. 이 신호를 전해받은 TCU는 운전자가 주위 환경을 인식하기 전에 이를 선 반영하여 토크 컨버터의 락업 클러치를 해제하거나, 1단 기어에 있는 경우 2단 기어로 먼저 전환하는 등 기어를 상단으로 먼저 변화시킨다.

스위치

스위치는 단순히 on/off를 하는 전자기적 변환기이다. 특정 유체의 압력 수준을 체크하는 센서인데, 유체를 컨트로하는데 있어 기본 정보로 사용된다.

크루즈 컨트롤 모듈

크루즈 컨트롤 모듈은 크루즈 컨트롤이 있는 차량의 경우 TCU에게 정보를 제공해준다. 크로주 컨트롤이 동작하면, 일반 TCU가 예상하지 못하는 기어변환을 고려하면서 스로틀 개폐여부를 결정한다. 또한 레버의 포지션을 결정하면서 다양한 변동사항을 대비하는 역할을 한다.

출력 매개변수

시프트 락

시프트 락은 솔레노이드를 통해 차량의 레버를 고정시켜, 운전자가 브레이크 페달을 적절하게 밟지 않는 경우 보정하여, 브레이크를 작동시키는 역할을 한다.

시프트 솔레노이드

자동변속기는 기어 변화에 의해 작동되는 전기적인 솔레노이드를 가지고 있다. 이러한 솔레노이드는 과거 자동변속기 설계에 있어 아주 간단한 제어부터 최근의 자동변속기에 적용되는 매우 복잡한 제어까지 범위가 넓다. 시프트 솔레노이드가 구동되는 방식과 언제 구동되느냐에 대해서는 변속기 제조업체에 의해 결정된다. 또한 차량에 따라 매우 다양하다.

압력 컨트롤 솔레노이드

TCU가 많이 전자화 되었지만, 아직도 미션오일과 같은 유체를 활용해서 기어변속을 실행하고 있다. 이러한 특성 때문에 유체 압력의 정확한 컨트롤이 매우 중요하다. 과거 TCU는 단순히 라인 압력을 기반으로 솔레노이드를 조정하였다. 오늘날 변속기는 종종 다양한 압력라인을 이용하여 솔레노이드를 컨트롤할 뿐만 아니라, 이를 통해 정확한 유체의 압력을 결정한다. 만약 유체의 압력이 너무 높다면, 변속 시 충격과 함께 승차감을 악화 시키고, 너무 낮은 압력은 클러치를 과열시킨다.

토크 컨버터 클러치 솔레노이드

토크 컨버터 클러치 솔레노이드(TCC; Torque Converter Clutch Solenoid)는 토크 컨버터를 전자기적으로 컨트롤하는데 사용되는 솔레노이드이다. 토크 컨버터가 고정된다면, 토크 변화가 더 이상 발생하지 않고, 엔진은 같은 속도로 차량을 주행시킨다. 토크 변화가 일어나지 않아 그만큼 연비는 개선된다. 낮은 기어단수에서 부분 락업은 연비를 개선시키지만, 클러치의 부품 마모도를 증가시키기도 한다.

기타 응용 프로그램

클러치 없는 수동변속기가 장착된 구형 차량의 TCU는 일반적으로 기어 변속에 연결된 전기 스위치로 구성되며, 이 스위치는 내부 변속기 컨트롤 유닛이 운전자가 기어 변속에 접촉하는 것을 감지한 후 센서 또는 솔레노이드를 시동한다. 클러치 서보를 작동시킨 다음 클러치 작동기를 해제하여 운전자가 기어를 변경할 수 있도록 한다. 반자동 변속기의 내부 클러치 작동기는 유압, 공압 또는 전기 방식으로 구동될 수 있다. 로드카에 사용되는 클러치 없는 수동변속기의 예로는 900 NG에 사용되는 사브 센소닉 변속기와 몬다니얼 T에 사용되는 페라리 발레오 자동 수동 변속기가 있다. 두 시스템 모두 컴퓨터로 제어되는 엔진 제어 장치 또는 마이크로프로세서를 사용하여 기어 변속 시 운전자가 기어 변속을 할 때 감지하고 클러치를 자동으로 작동하여 운전자가 기어를 변속할 수 있도록 했다. 사브의 센소닉 시스템은 유압 클러치 작동기에 연결된 전기 모터 또는 솔레노이드를 사용하는 전기 유압식이었고 페라리의 발레오 시스템은 전기모터 또는 솔레노이드를 사용하여 기계식 클러치 시스템에 연결된 전기 기계식이었다.

참고자료

• 〈Transmission control unit〉, 《Wikipedia》
• 〈Throttle position sensor〉, 《Wikipedia》
• 카즈앤미, 〈50회-자동변속기 전자제어장치(TCU)〉, 《티스토리》, 2004-03-07
• 자동차이야기, 〈TCU, 넌 무엇이냐??〉, 《몬스터게이지》, 2021-04-19
• 서우진, 〈TCU(Transmission Control Unit) : 자동변속기 컨트롤 유닛이란?〉, 《다음 블로그》, 2011-11-03
• 놀러와, 〈TCU(Transmission Control Unit) : 자동변속기 컨트롤 유닛이란?〉, 《네이버 블로그》, 2021-10-05

같이 보기

• 자동변속기
• 기어레버
• 가속페달

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