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타이어 공기압 경보장치
타이어 공기압 경보장치(TPMS; tire pressure monitoring system)는 자동차의 타이어에 부착된 자동감지 센서를 통해, 타이어의 공기압과 온도 등의 정보를 제공하는 장치이다. 타이어 공기압 자동 감지시스템, 타이어 압력 감지시스템, 타이어 압력 모니터링 시스템이라고도 한다.
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목차
개요
자동차 타이어의 공기압이 너무 높거나 낮으면 타이어가 터지거나 차량이 쉽게 미끄러져 대형사고로 이어질 가능성이 있다. 또 연료 소모량이 많아져 연비가 악화되고, 타이어 수명이 짧아지며 승차감과 제동력도 많이 떨어진다. 이러한 타이어의 결함을 막기 위해 차량에 장착하는 안전장치가 타이어 공기압 경보장치다. 타이어에 부착된 RFID 센서로 타이어의 압력과 온도를 감지한 뒤, 이 정보를 운전석으로 보내 운전자가 실시간으로 타이어의 압력 상태를 점검할 수 있게 설계되어 있다. 이 시스템을 이용하면 타이어의 내구성·승차감·제동력 향상은 물론, 연비도 높일 수 있고, 주행 중 차체가 심하게 흔들리는 것도 막을 수 있다.[1]
역사
타이어 공기압 경보장치는 하나의 사건이 계기가 되어 본격적으로 주목받기 시작했다. 2000년 7월 일본계 타이어 회사이자 미국 시장 점유율 2위의 파이어스톤(Firestone)사와 미국에서 가장 사랑받는 자동차 브랜드 포드(Ford)가 타이어의 결함을 은폐한 사실이 공개돼 큰 파문이 일었다. 당시 파이어스톤의 타이어는 주행 중 잇달아 펑크가 나면서 무려 88명의 목숨을 앗아갔다. 하지만 파이어스톤은 미국 이외 지역의 리콜을 거부키로 하는 등 적절치 못한 대응으로 되레 화를 자초하고 말았고, 이후 궁지에 몰린 파이어스톤은 전 세계 타이어 650만 개에 대한 리콜을 하고 3억 5,000만 달러의 손실을 입은 채 결국 파산하고 말았다. 이를 계기로 미국 의회는 자동차리콜강화법인 트레드(TREAD)를 제정하게 되고, 자동차업체들로부터 정보 수집이 가능하게 된 미국 도로교통안전국(NHTSA)은 잠재적인 자동차 결함에 대한 소비자 경고는 물론 결함에 대한 고의적 보고 위반 시 범죄적 책임을 물을 수 있게 됐다. 타이어 공기압 경보장치에 대한 관심은 이때부터 커져갔다. 자동차 업체들과 소비자 모두 타이어 관리에 대한 경각심을 일깨웠고 여론은 안전장치를 법제화해 줄 것으로 강하게 요구하고 있었다. 오랜 연구 끝에 미국 도로교통안전국은 2007년 9월 1일 이후 판매되는 모든 차량에 타이어 공기압 누출을 운전자에게 알리는 타이어 공기압 경보장치의 장착을 의무화했다. 타이어 공기압 경보장치 장착 의무화는 여러 긍정적인 결과를 낳고 있다. 미국은 2007년 이후 연간 교통사고 사망자 124명, 부상자 8,500명이 감소했다. 유럽에서는 타이어 공기압 경보장치 장착으로 온실가스가 약 3.2g/km 감소한다는 조사결과를 내놨으며, 서유럽에서는 2012년 말부터 타이어 공기압 경보장치 장착을 의무화해 2014년 말부터는 모든 차량에 타이어 공기압 경보장치가 장착됐다.[2] 대한민국에서는 2013년 1월 1일부터 판매되는 승용차, 차량총중량 3.5톤 이하인 승합차, 화물차, 특수자동차인 신규 모델의 자동차에 장착되어 판매됐으며, 기존 판매되고 있는 모델의 자동차는 2015년 1월 1일부터 의무 장착되어 판매됐다.[3]
필요성
타이어 공기압은 자동차 타이어 속 공기의 압력을 의미한다. 타이어의 수명과 승차감, 연료 소모는 물론이고 안전과도 연관되므로 알맞은 공기압을 유지해야 한다. 공기압은 외부적인 요인으로도 변경될 수 있지만 자연상태에서도 서서히 감소하게 되는데 그 중에서 공기압에 가장 큰 영향을 주는 것이 온도다. 여름철에 고속도로를 주행하게 되면 마찰력으로 인해 타이어 내부온도가 상승하면서 공기압이 올라가고, 겨울철에 서늘한 곳에 주차를 하면 공기압이 낮아지게 된다. 적정한 공기압을 유지하면 타이어가 노면과 접촉했을 때 균일하게 마모되어 최대의 견인력과 제동력을 발휘하게 된다. 하지만 공기압이 과다하면 타이어의 긴장상태가 지속되어 완충능력이 저하되고 외부충격에도 약해진다. 충격에 약해지므로 거친 길에서 튀어올라 미끄러짐을 유발할 수 있고, 노면의 돌 등으로 인한 손상이 커져서 고무 갈라짐으로 이어질 수 있다. 또한 타이어의 볼록해진 가운데 부분만 마모가 일어나게 된다. 공기압 부족은 공기압 과다보다 훨씬 더 위험하다. 타이어 공기압이 부족하면 타이어 측면의 사이드 월 부위가 지면과 가까워져 돌출물 등의 충격으로 인해 타이어가 손상되기 쉬우며, 타이어 옆면이 수축과 이완을 반복해 주행 중 타이어 펑크로 이어질 수 있다. 제동력이 떨어지고 연료효율도 나빠지는 건 물론이고 불규칙한 마모의 원인이 될 수 있다.[4] 한편 차량의 적정 타이어 공기압은 도어 부근, 연료주입구, 매뉴얼에 나와 있다. 차종에 따라 차이가 있지만 대략 30~35psi를 적정 수치로 본다. 온도에 따라 압력 변화가 있기 때문에 여름엔 적정 수치보다 조금 덜 넣는 것이 좋고, 연비를 향상시키고자 할 때는 공기압을 좀 더 높이고 승차감을 원할 때는 공기압을 조금 낮추는 것이 도움이 된다.[5]
신호
타이어 공기압 경보장치의 신호는 보통 계기판에서 확인할 수 있다. 타이어 공기압이 한계 적정 수준 이하를 보이거나 타이어 내 압력에 큰 변화가 감지되면 이를 경고등의 형태로 표시하는 경우도 있고, 현재 4바퀴 공기압 자체를 수치로 모두 보여주기도 한다. 공기압 측정은 정차했을 때뿐만 아니라 주행중일 때도 대게 10~30초마다 측정해 그 값을 표시하게 되며 타이어 내 온도 역시 계기판을 통해 확인할 수 있다.[5] 한편 일반 운전자들은 일반적으로 타이어에 펑크가 났을 때 타이어 공기압 경보장치로 인한 경고등이 표시된다고 알고 있지만, 그 외에도 다른 문제 때문에 경고등이 점등될 수 있다. 현대자동차㈜의 타이어 공기압 경보장치에 관한 사용자 매뉴얼에 따르면 아래와 같은 경우에도 점등될 수 있다.
- 타이어 공기압 경보 시스템의 정상적인 작동을 방해하는 경찰서, 관공서, 방송국, 군부대, 송신 탑 근처를 주행할 경우 TPMS 경고등이 켜질 수 있다.
- 스노체인이 차량에 장착되었을 때에도 타이어 공기압 경보 시스템의 정상적인 작동을 방해하여 TPMS 경고등이 일정 시간 깜빡인 후 켜질 수 있다.
- 차량에 소비자가 별도 구매한 전 작품(노트북, 휴대폰, 충전기, 오디오/내비게이션, 원격 시동장치, 무선 통신 장치 등)을 장착, 사용할 경우 TPMS 경고등이 일정 시간 깜빡인 후 켜질 수 있다.
- 타이어 공기압 감지센서에 이상이 있을 때 타이어 공기압 경보 시스템을 장착한 다른 차량 가까이 주행하면 일시적으로 TPMS 경고등이 켜지지 않을 수 있다.
- 실란트(봉합제)를 사용하여 펑크 난 타이어를 수리했을 경우, 타이어 공기압 감지 센서와 휠에 묻은 실란트를 제거해야 한다. 실란트를 제거하지 않으면 TPMS 경고등이 켜질 수 있다.
- 적정 공기압으로 맞춰 놓아도 날씨가 추워지면 저압 타이어 경고등이 켜질 수 있다. 이는 온도에 비례하여 공기압이 낮아지는 것이므로 TPMS 기능에 이상이 있는 것은 아니다.[6]
분류
작동방식
간접방식
간접 작동방식은 특정 타이어의 공기압이 부족하게 되면 타이어의 둘레가 작아져 도로주행 중 해당 타이어 바퀴의 회전속도가 빨라질 때, 이러한 원리를 특정 타이어의 공기압 이상으로 판단한다. 즉 간접방식 타이어 공기압 경보장치에서는 ABS 장치에서 바퀴 회전속도를 감지하는 용도로 사용되는 4개의 휠스피드센서(wheel speed sensor)의 신호를 받아 그 변화를 논리적으로 계산하여 타이어의 내부 공기압력 상태를 간접적으로 유추하는 방법을 사용한다. 타이어 공기압 경보장치의 초기 적용단계에서는 사용되었으나, 타이어 마모에 의한 영향도와 오프로드와 같은 비포장도로 주행 시에 신뢰도가 떨어지는 단점이 있어 오늘날에는 거의 사용되지 않고 있다.[7]
직접방식
직접방식 타이어 공기압 경보장치는 타이어의 공기 주입 밸브에 각각 타이어 압력센서가 부착된다. 이 압력센서들로 부터 타이어 압력과 온도를 감지하여 직접 계측하고 이를 바탕으로 운전자에게 경고하는 방식이다. 간접방식에 비교하여 시스템의 가격이 높으나 계측 값이 정확하고 시스템이 안정적이어서 오늘날 대부분의 자동차에는 직접방식 타이어 공기압 경보장치가 적용되고 있다. 일반적으로 타이어 압력센서는 자동차의 속도가 20Km/h 이상시 동작하며 타이어 공기압과 온도 등을 측정하여 약 15초 주기로 주파수를 사용하여 타이어 공기압 경보장치 제어유닛(ECU)에 송신하게 된다. 무게가 약 30~40g 정도로 각 휠의 림에 각각 장착되고, 센서 내부에는 소형 배터리가 내장되어 있으며 배터리 수명은 약 10년 정도이다. 타이어의 압력이 낮다는 것만 경보하는 로우라인(low line) 방식과 타이어의 압력이 낮아질 경우 어느 타이어의 압력이 낮은지를 저압경고등과 타이어 위치 경고등을 통해 구체적으로 경보하는 하이라인(high line) 방식으로 구분되어 지고 두 개 방식에 따라 구성부품이 차이가 난다.
- 로우 라인(low line) : 타이어 공기압 경보장치은 타이어의 압력이 낮다는 것만 경보할 뿐 4개 타이어 중에서 어느 타이어의 공기 압력이 낮은 지는 알려주지 않는 방식이다. 로우라인 방식의 구성 부품으로는 타이어압력센서, ECU, 고장경고등이 있다.
- 하이 라인(high line) : 타이어 공기압 경보장치는 타이어의 압력이 낮아질 경우 어느 타이어의 압력이 낮은지를 저압경고등과 타이어 위치 경고등을 통해 구체적으로 경보한다. 즉 개별 타이어의 공기압 상태를 확인할 수 있는 장점이 있다. 하이라인 방식의 구성품으로는 타이어 압력 센서, ECU(리시버), 계기판(타이어 저압경고등, 고장경고등, 타이어위치 경고등)으로 구성된다.
타이어 공기압 경보장치의 ECU는 차량의 운행조건에 영향을 줄 수 있는 타이어 내부 압력변화를 경고하기 위해 4개의 타이어 압력센서들로부터의 주파수 데이터인 압력과 온도를 지속적으로 감시하고 정보를 분석하여 개별 타이어의 상태를 판단한 후 경고등 제어에 필요한 신호를 출력하게 된다. 타이어 압력 센서로부터 수신하는 정보들로는 압력, 온도 뿐만 아니라 센서 배터리 정보와 아이디, 위상차 등이 포함된다. 타이어 공기압 경보장치는 위치 경고등의 점등과 함께 계기판의 중앙에 공기압이 낮다는 메시지를 표출하여 운전자에게 공기압이 낮은 타이어의 위치, 즉 뒤바퀴 좌측 타이어를 알려주게 된다.[7]
감지방식
직접방식
직접방식은 타이어의 공기 주입 밸브에 센서가 부착되는 형태다. 이 센서가 타이어 내 공기압과 온도를 감지하여 자체 송신기를 통해 차내 수신기로 정보를 실시간으로 전달한다. 이 방식은 높은 수준의 기술을 요구한다. 직접방식의 센서는 주로 마이크로컨트롤러(MCU), 압력센서, 온도센서, 주파수 송신기 그리고 배터리로 구성된다. 여기에 동일한 주파수 대역을 사용하는 타이어 공기압 경보장치 간의 간섭 및 오작동을 막기 위해 개개의 자동차 전용의 인증 코드를 부여해야 한다. 또한, 타이어 자체가 끊임없는 노면과의 마찰로 인해 열을 많이 받는 부위이기 때문에, 여기에 사용되는 센서는 최소한 영상 40도~영상 180도까지 오르는 가혹한 운행 조건을 견뎌내야 한다. 오늘날에는 분해능 감도가 높은 센서의 개발과 같은 기술 발전으로 이러한 난점들이 대부분 해결된 상태로, 대중적으로 쓰이고 있다. 하지만 직접식 타이어 공기압 경보장치는 제조단가가 높고, 고도의 기술이 필요했기 때문에 타이어 공기압 경보장치의 도입 초기에는 간접방식을 주로 사용하였다.[7]
간접방식
간접방식은 ABS에서 습득하게 되는 바퀴의 회전수에 대한 정보를 토대로, 타이어의 공기압 상태를 판별하는 방식이다. 공기압이 높으면 타이어의 둘레가 커지고, 낮으면 작아지는 원리를 이용한 것이다. 이 방식은 고도의 기술력을 필요로 했던 직접방식과는 달리 ABS의 개조 작업만을 통해 상대적으로 쉽게 구현할 수 있기 때문에 널리 사용되었다. 그러나 이러한 방식은 주행 중인 차량의 타이어 마모도가 큰 변수로 작용한다. 네 타이어의 공기압이 모두 적정량이더라도 한쪽, 혹은 모든 타이어의 마모도가 심하다면, 정확한 공기압의 상태를 파악하기 어렵다. 또한, 이러한 방식은 타이어의 공기압을 측정하는 데 필요한 분해능 감도가 직접방식에 비해 낮다. 따라서 요즘에는 직접방식이 더 증가하고 있는 추세다.[7]
각주
- ↑ 〈TPMS (tire pressure monitoring system)〉, 《두산백과》
- ↑ 안광호 기자, 〈28. 타이어 공기압 경보장치(TPMS)〉, 《경향신문》, 2011-04-19
- ↑ 자동차운영과 손수경, 〈자동차 타이어 공기압 경고장치 Q&A〉, 《국토교통부》, 2013-04-24
- ↑ 한화손해보험, 〈타이어 공기압 경보장치〉, 《네이버 포스트》, 2017-10-12
- ↑ 5.0 5.1 막차폐차 공식포스트, 〈타이어 공기압 확인하는 TPMS의 모든 것〉, 《네이버 포스트》, 2020-10-09
- ↑ 〈타이어 공기압 경고등(TPMS) 펑크 날 때만 들어오는 것은 아니다?〉, 《이브이포스트》, 2021-12-02
- ↑ 7.0 7.1 7.2 7.3 한상욱 신한대 교수, 〈<자동차 이야기(36)> 타이어 공기압 경보장치〉, 《글로벌이코노믹》, 2020-05-02
참고자료
- 〈TPMS (tire pressure monitoring system)〉, 《두산백과》
- 안광호 기자, 〈28. 타이어 공기압 경보장치(TPMS)〉, 《경향신문》, 2011-04-19
- 자동차운영과 손수경, 〈자동차 타이어 공기압 경고장치 Q&A〉, 《국토교통부》, 2013-04-24
- 한화손해보험, 〈타이어 공기압 경보장치〉, 《네이버 포스트》, 2017-10-12
- 한상욱 신한대 교수, 〈<자동차 이야기(36)> 타이어 공기압 경보장치〉, 《글로벌이코노믹》, 2020-05-02
- 막차폐차 공식포스트, 〈타이어 공기압 확인하는 TPMS의 모든 것〉, 《네이버 포스트》, 2020-10-09
- 〈타이어 공기압 경고등(TPMS) 펑크 날 때만 들어오는 것은 아니다?〉, 《이브이포스트》, 2021-12-02
같이 보기
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