옆바람 안정화

Crosswind stabilization

옆바람 안정화(CWS)는 2009년 메르세데스-벤츠 S클래스에서 처음 선보였던 자동차와 트럭에서 비교적 새로운 첨단 운전자 지원 시스템이다. CWS는 운전자가 다리 위를 주행하거나 세미트럭을 추월하는 등 강한 바람 조건에서 차량을 제어할 수 있도록 돕는다. CWS는 요 레이트, 횡방향 가속도, 조향각 및 속도 센서를 사용하여 다른 속도인지 또는 회전 중인지 특정 시나리오에서 운전자에게 어느 정도의 지원을 제공하는지 결정한다.[1] CWS는 브레이크, 디퍼렌셜 및 서스펜션과 같은 차량 전체에 걸쳐 다른 구성 요소를 사용하여 하중 센서의 측정값을 구현하여 주어진 상황에서 운전자를 적절히 보조할 수 있다.

시작

옆바람 안정화는 2009년 메르세데스-벤츠가 S클래스에서 처음 사용했고 이후 스프린터와 메트리스 밴에서 구현됐다. 이 기술이 존재하기 전에는 밴과 트럭 측면의 표면적이 바람을 일으켜 돛처럼 움직이는 차량 측면을 밀면서 강풍 조건에서 비슷한 크기의 승합차와 트럭이 충돌할 위험이 높았다. 이 바람은 탁 트인 평야에 부는 바람, 다리를 건너는 바람, 또는 세미트럭이나 큰 차량이 빠른 속도로 지나가는 바람 때문에 발생할 수 있다. 이것은 운전자가 핸들을 더 꽉 잡도록 강요받으면서 스핀아웃과 충돌로 이어질 수 있으며, 이로 인해 핸들이 덜컹거릴 수 있다.

작동 방식

횡풍 안정화는 바람직하지 않은 힘(횡풍)이 동등한 힘의 반대 방향의 힘에 작용한다는 기본 원리에 따라 작용한다. 차량 센서에 의해 바람직하지 않은 바람이 잡힐 때 자동차의 전자 안정성 프로그램(ESP)의 하드웨어는 바람을 상쇄할 구동 휠에서 불균형한 토크 분배(각 차축의 불균형한 힘)를 발생시킬 수 있다.[2]

토크 분포의 불균형은 다음과 같은 방법으로 발생할 수 있다.

  1. 차의 한쪽을 균일하게 제동한다. 그렇게 하면 차가 제동 중인 휠 방향으로 회전하게 된다. 이렇게 살짝 돌리면 바람과 맞닥뜨려 차량이 일직선으로 움직이게 된다.
  2. 한 세트의 차축에 더 많은 전원을 공급 차축 세트에 더 많은 전원을 공급하면 휠이 더 높은 rpm으로 회전하게 된다. 이를 토크 벡터링이라고도 한다. rpm이 더 높은 휠은 낮은 rpm 휠에 비해 더 많은 거리를 주행한다. 예를 들어, 왼쪽에서 바람이 불어 차가 오른쪽으로 흔들리게 되면, 오른쪽 차축에 더 많은 전력을 가하면, 바람이 균형을 잡을 정도로만 차가 왼쪽으로 회전하게 된다.[3]

메르세데스 액티브 바디 컨트롤(ABC) 서스펜션 등 일부 첨단 시스템은 서스펜션을 부드럽게 하거나 단단하게 만들어 동일한 결과를 제공할 수 있다.[1]

폴크스바겐의 CWS에서는 차량을 제어하기 위해 디퍼렌셜이나 브레이크 대신 스티어링 교정을 사용한다. 차량의 힘 센서는 바람이 어느 방향에서 오는지를 ESP 시스템에 알려주고 ESP 시스템은 그에 따라 스티어링을 조정한다. 이는 디퍼렌셜과 브레이크가 구동렬에서 오는 힘을 능동적으로 변화시키지 않기 때문에 에너지 낭비가 없고 타이어 마모가 감소한다.

구성 요소들

디스크 브레이크의 모양 예

브레이크

브레이크는 차를 멈추는 데 사용된다. 일부 CWS 차량의 브레이크는 바람이 불어오는 방향과 반대 방향으로 차를 조종하는 데 사용된다. 이것을 제동에 의한 토크 벡터링이라고 한다.

미분

자동차의 디퍼렌셜은 일련의 바퀴를 구동하도록 만들어졌고 그들이 다른 속도로 회전할 수 있게 한다. 만약 차에 디퍼렌셜이 없다면, 이것은 회전을 어렵게 하고 더 큰 타이어 마모를 야기할 것이다. CWS와 ESP가 장착된 자동차의 경우, 디퍼렌셜은 소프트웨어를 사용하여 디퍼렌셜을 제어할 수 있는 많은 센서와 전자 장치를 가지고 있다. 이를 통해 정밀한 차축 제어를 할 수 있어 차가 더 안정적일 수 있다.[4]

ESP 시스템

전자식 안정성 프로그램이라고도 알려진 ESP는 차량의 ABS(안티록 브레이크 시스템) 및 트랙션 컨트롤 시스템(TCS)을 제어한다. 트랙션 컨트롤 시스템은 휠 세트에 토크를 적게 가해 버너나 접지력 상실을 방지하는 방식으로 작동한다. ABS 시스템은 제동 중 바퀴가 잠기는 것을 방지해 운전자가 선회하고 싶어도 직선으로 미끄러질 수 있다. 이 두 시스템을 사용하여, 그는 ABS와 TCS 시스템을 언제 사용할지 결정하기 위해 컴퓨터를 사용한다.[5] CWS가 장착된 자동차에서는, CWS가 자동차를 제어하기 위해 ESP 시스템을 사용하며, ESP가 없다면, 작동하지 않을 것이다.

현수

A 차동

차량 내 서스펜션은 주로 차량 라이드를 부드럽게 유지하는 동시에 코너링 시 휠에 더 많은 접지력을 제공하는 데 사용된다. 서스펜션이 부드러워지면 흔들림이 발생하여 조향 반응성이 떨어지고 오버스티어가 발생할 수 있다. 그러나 서스펜션이 부드러워지면 승차감이 더 부드러워지는 경향이 있다. 뻣뻣한 서스펜션이 차체의 움직임을 최소화하고 휠의 트랙션이 높아진다. 하지만, 더 엄격한 정지는 더 불쾌한 승차감을 유발할 수 있다. CWS와 관련하여, 일부 차들은 강풍 상황에서 더 잘 제어되는 자동차로 이어지는 특정 타이어 세트를 더 잘 잡기 위해 서스펜션을 뻣뻣하게 하거나 부드럽게 할 수 있다.

전동 파워 스티어링

전자식 파워 스티어링(EPS)은 센서와 전기 모터를 사용하여 스티어링의 힘을 보조한다. 휠은 스티어링 휠 위치 센서에 연결되어 있어 컴퓨터에 스티어링 휠의 위치를 알려주고 그에 따라 전기 모터를 명령한다. 소프트웨어를 사용하여, EPS는 자동차가 스스로 드라이빙할 수 있게 한다. CWS에서 일부 차량의 소프트웨어는 스핀아웃이나 위험한 측면 이동이 발생하지 않도록 차량 조향을 제어할 수 있다.

포스 센서

힘 센서는 바람의 힘이 자동차 측면에 작용하는지를 판단하기 위해 사용된다. 이러한 판독값은 CWS 시스템에 보고되며, CWS 시스템은 위에서 언급한 것과 같은 다른 구성 요소를 조정하여 차량을 안정적으로 유지하도록 한다.

CWS가 있는 차량

차량 포드 트랜짓 메르세데스 스프린터 폭스바겐 크래프터 메르세데스 메트리스 메르세데스 GL 클래스 메르세데스 S클래스
이미지
2016년 포드 트랜짓 350 2.2
2019 메르세데스-벤츠 스프린터 314 CDi 2.1
2016년 폭스바겐 크래프터
메르세데스 메트리스
2016 메르세데스-벤츠 GLS 350d(X 166) 4MATIC 왜건
2019 메르세데스-벤츠 S급
MSRP($) $34,510 $36,355 알 수 없음—미국에서는 사용할 수 없음. $27,180 $65,500 $94,250

[6]

효과

국립 첨단 운전 시뮬레이터를 이용한 아이오와 대학교의 연구는 "바람의 구스트 시나리오"라고 불리는 테스트를 실행했다. 이 시나리오에서는 120명의 운전자가 대형 SUV와 세단 사이에서 고르게 나뉘었다. 각 차량 중 운전자는 ESC를 끄거나 ESC를 켠 채 운전했다. 그 테스트는 운전자들이 그들의 차선을 운전하도록 요구했고, 역풍은 운전자들을 마주 오는 차선으로 밀어넣을 것이다. 결과에 따르면, 옆바람 안정화가 활성화된 차량에서는 운전자 1명만 제어력을 잃었고, 없는 차량에서는 운전자 179명 중 50명이 제어력을 상실했다.[7] 이는 강한 옆바람 상황에서 ESP와 CWS를 갖는 것이 최대 30%의 추가 충돌을 예방할 수 있다는 것을 증명한다.

참조

  1. ^ a b Hilf, Klaus-Dieter; Matheis, Ingo; Mauss, Jakob; Rauh, Jochen (2010-07-01). "Automated simulation of scenarios to guide the development of a crosswind stabilization function". IFAC Proceedings Volumes. 6th IFAC Symposium on Advances in Automotive Control. 43 (7): 768–772. doi:10.3182/20100712-3-DE-2013.00195. ISSN 1474-6670.
  2. ^ Tech, CarBike (2015-05-06). "What is Cross-wind? How Crosswind Assist Works?". CarBikeTech. Retrieved 2020-11-15.
  3. ^ [1], "2012-12-13" 발행된 "자동차의 옆바람 안정화 방법"
  4. ^ "What Is The Function Of A Differential In A Car?". Sun Auto Service. 2018-11-20. Retrieved 2020-11-15.
  5. ^ "ESP: Electronic Stability Program – Car Engineer: Learn Automotive Engineering from Auto Engineers". Retrieved 2020-11-15.
  6. ^ 모든 이미지는 위키백과 공유에서 찍은 것이며 창작 공유 하에 저작권이 없다.
  7. ^ Department of Transportation. "Federal Motor Vehicle Safety Standards; Electronic Stability Control Systems; Controls and Displays" (PDF). NHTSA: 327.