한 대의 차량이 개발되어 소비자에게 전달이 되기까지는 얼마의 시간이 걸릴까요?
보통 두번의 여름과 겨울을 거치는 긴 시간을 필요로 합니다. 2년에 가까운 기간 동안에 진행되는 수 많은 테스트 항목들은 엔지니어들이 견디기 쉬운 조건에서 진행되기도 하지만, 극한 상황속에서 진행되어야하는 항목들도 상당히 많이 있습니다.
먼저 오늘 이 시간에는 시동성 개발 과정에 대해서 말씀을 드리려고합니다.
시동성에 대해서 말씀드리기전에 엔진제어개발에 대해 간단히 소개해드리겠습니다.
차량의 후드를 열면 보통 배터리가 있는 오른편에 은회색의 네모난 물체가 보일 것입니다. 이것은 잘 알고 계시는 ECU(Electronic Control Unit)이며 차량 엔진과 relay, sensor 등을 control 하는 역할을 합니다. 이는 인간에 비유하면 머리에 해당하는 아주 중요한 기능을 가지고 있는 부품입니다.
Continental(예전 Siemens)에서 생산하는 ECU이며, TOSCA에 적용된 ECU입니다. 복잡하게 생겼죠?^^
엔진제어개발(EMS DEV.: Engine Management System Development)은 특정 Algolrithm을 이용하여 ECU 데이타를 생성하고, 이런 데이타는 차량의 엔진 및 각종 component들을 제어함으로써 운전자의 요구대로 차량을 작동케 합니다.
엔진과 각종 sensor 및 actuator를 원활히 제어하기 위해서는 하드웨어적인 이해와 이를 제어하기 위해 구성된 복잡한 logic에 대한 이해가 요구됩니다.
EMS ECU
EMS ECU는 차량 내 각종 analog, digital 입력 신호를 받아들이고 각종 relay와 actuator, DC-motor, Ignition, injector 등을 제어함으로써 Engine의 상태를 항상 최적으로 유지시켜 차량의 연비와 출력을 향상시키고 배기가스 배출을 최소하 하는 역할을 함.
EMS ECU는 차량 내 각종 analog, digital 입력 신호를 받아들이고 각종 relay와 actuator, DC-motor, Ignition, injector 등을 제어함으로써 Engine의 상태를 항상 최적으로 유지시켜 차량의 연비와 출력을 향상시키고 배기가스 배출을 최소하 하는 역할을 함.
그럼, 시동성 이야기를 이제 시작해 볼까요?
KAPS라는 조그만 도시를 얘기하는 이유는 엔진제어개발에 몸 담고 있는 엔지니어라면, 이 곳에서 매년 겨울에 약 한달간의 긴 기간 동안 Cold 테스트를 진행하기 때문입니다. KAPS에는 GM에서 생산되는 차량들의 Cold Condition을 위한 테스트 시설이 위치해 있으며, GM에서 생산되는 모든 차량들은 완성된 모습으로 태어나기 전까지 이곳에서 보통 두번의 겨울나기를 합니다.
차량의 운행을 위해서 운전자가 가장 먼저 하는 것이 key-on을 한 뒤에 key를 돌려 시동을 거는 것입니다. 이때, 소비자의 입장에서는 어떤 조건하에서든 시동이 잘 걸리는 것이 정말 당연한 일이죠. 따라서, 어떠한 조건에서도 소비자들이 정상적으로 시동을 걸 수 있게 하기 위해 차량개발시에 다양한 조건에서 수백, 수천번의 시동성 테스트를 통해 시동성에 대한 확실한 개발 및 검증을 진행하게 됩니다.
시동성에 영향을 미치는 요소중에 가장 큰 영향을 미치는 것은 온도, 연료 이 두가지 입니다.
내수 시장만을 위해서 개발이 되는 차량도 있지만, 동/서 유럽, 북미, 남미, 아프리카, 이머징 마켓 등지에 여러 마켓을대상으로 판매 되는 차량들이 대다수 입니다. 이러한 다양한 마켓의 요구를 모두 충족을 시키기 위해서는 개발단계에서 현지의 온도와 연료를 모두 고려하여 개발을 해야 합니다.
세계 각지의 소비자들이 시동을 거는 수 많은 상황 속에는 냉각수, 엔진 오일, 미션 온도 또한 다양하게 존재할 것 입니다.
아침에 일어나서 시동을 거는 순간, 차량을 운행하고 잠시 주차한 후에 시동을 거는 순간..
이 모든 상황들을 충족시키기 위해, 차량의 시동성 개발은 냉각수온 기준으로 -30'C 부터 120'C까지 모든 조건을 고려합니다. 일부지역에서는 -30'C 이하에서도 시동이 가능하도록 개발 되어야 합니다. 단, 이 때는 보조배터리를 이용해도 된다는 조건이 있습니다.
위 사진은 미국의 애리조나주의 피닉스라는 도시에 있는 Mt. South입니다.(산에 나무가 없고, 선인장만 있습니다.) GM의 DPG(Desert Proving Ground)가 피닉스에 위치하였을 때, 여름에는 차량의 테스트를 위해 더 뜨거운 곳을 찾아 이곳에 가게 됩니다. 현재는DPG가 한낮의 온도가 40'C를 넘나드는 아주 뜨거운 도시인 애리조나주 남쪽편의 Yuma라는 도시로 이전을 하여, 더욱더 뜨거운 열기로 엔지니어들을 후끈 달아오르게 합니다.
나머지 중요한 요인인 연료의 특성에 대해서 말씀을 드리면, 일반적으로 주유소에 가면 보통휘발유와 고급휘발유가 있습니다.
이는 연료의 특성준 RON값에 차이에 대해서 분류를 한 것인데요. 이는 시동성만을 고려한다면, 큰 영향은 없습니다.
시동성과 관련된 가장 큰 연료의 특성은 RVP(연료의 증기압)라는 요소입니다.
RVP라는 특성은 생소하실 텐데요. 일반적으로 주유소의 휘발유는 겨울에는 RVP의 수치가 높아지고 여름에는 낮아집니다. 즉, 증기압이 높으면 높을수록 시동에 유리하다는 의미죠.
개발시에는 국내테스트 / 해외테스트 출장에서는 각 주유소에서 주유를 할 때마다 시료를 채취하여 portable RVP meter를 이용하여 모니터링을 하게 됩니다. 이는 현지 연료의 특성 파악을 위해 아주 중요한 데이타로 이용됩니다.
각 온도별, 연료별 특성을 고려하여 테스트 조합을 만들어보면, 로또의 45개의 번호의 조합만큼은 아니지만 어마어마한 조합의 테스트 조건이 있습니다. 하나의 조합만 고려하여 테스트를 진행하여도 테스트 횟수가 많고, 개발이 끝날때까지 계속 모니터링을 해주는 것은 기본이죠.
특히, 여름 및 겨울철 온도의 조건하에서 엔지니어들에게는 차량과 laptop을 연결하여 데이터를 받은 순간순간이 육체적으로는 괴로움을 많이 느낍니다.
참고로, 차량의 온도조건을 -30'C의 극한의 온도로 맞추기 위해서는 차량이 들어갈 수 있는 공간의 아주 커다란 대형 냉동컨테이너에 차량을 12시간 이상 냉동시킨 후에 테스트를 하게 되는데, 이거 정말 춥습니다. 오들오들~~~
러시아, 북유럽 등지에서는 이런 온도의 조건을 쉽게 접할 수 있습니다.
이해를 돕기 위해서 인터넷을 검색하여 사진을 첨부하였습니다.
차량시동에 대해서는 특별히 정의된 내용은 없지만, Key를 돌려 starter motor가 작동하는 cranking 시점부터 연료의 분사가 시작되고, RPM이 상승하면서 분사량을 조절하여 RPM을 최대정점까지 끌어올린 뒤에 Idle RPM으로 서서히 끌어내리는 과정이 시동이라고 말할 수 있지 않을까? 라고 생각합니다.
시동시간(Crank 시점 ~ 특정RPM까지 상승하는 시간), 시동시 peak RPM 및 peak PRM으로부터 idle RPM으로 떨어지는 시간 등이 시동성 테스트시에 관리하는 중요 기준이며, 이 주요 항목들은 회사 내부에 평가팀이 따로 있어서 개발중에 특정 시점을 몇 번 정하여 평가를 하는 Event가 있죠. 평가를 받는 입장에서는 이런 Event가 꼭 중간고사, 기말고사를 치르는 학생같이 맘졸이기도 합니다.
한대의 차량을 개발을 하기 위해서는 상상이상으로 엄청난 비용, 노력 및 시간이 필요로 합니다. 이렇게 개발된 차량이 양산되어 판매가 시작되면 배 아파서 낳은 자식은 아니지만, 아이를 낳아 기른 부모님의 마을을 조금은 이해할 것 같습니다. 하지만, 소비자에게 큰 호응을 얻지 못하면 맴이 아프기도 하죠.^^
지금까지 시동성 개발에 대해서 말씀을 드렸습니다. Logic적인 부분을 설명을 드리기엔 좀 내용이 딱딱해질 것 같고, 또 회사의 정책에 반하는 내용들을 언급하지 않고는 설명이 불가하기 때문에 전반적인 내용만을 다루었습니다.
차량에 대한 이해에 조금이라도 도움이 되셨으면 좋겠네요.
이상 지엠대우 톡 스퀘어 토비토커 몽기였습니다.
