차량의 급발진에 대하여

  

차량의 급발진에 대하여 

 

자동차의 급발진!

'차의 시동을 켜니 갑자기 차가 튀어 나갔다', 
'운전중에 (갑자기) 가속페달에서 발을 떼어도 차가 속도가 급격히 증가하며 돌진하였다' 등,

일반인들이 당했다는 경우를, 일반인의 시각으로 표현한 사례들이 신문지상에 수도 없이 많이 보고되고 있습니다.

이런 사건들은, 어제 오늘의 이야기가 아니지만, 우주를 자유로이 오가는 오늘날에도, 땅으로 굴러다니는 자동차의 급발진이 있네 없네, 운전조작 미숙 이니 말들이 많습니다. 지난 수년래에, 명실상부하게 자동차 산업의 세계일인자로 올라섰던 도요타도 오래전부터 급발진문제가 있어왔고, 급기야 최근에 급발진 문제등으로 명성에 먹칠을 하여, 자동차산업에서 세계일인자 자리를 다시 GM에 내준 바 있습니다.

 

도요타 뿐만아니라 내노라하는 대부분의 완성차메이커들이, 이 문제로 곤욕을 치르고 있거나, 과거에 곤욕을 치른 경험을 많이 가지고 있다고 알려져 있고. 더구나 앞으로도 이 문제로 인하여 곤욕을 치를 위험성을 안고 있다고 보여집니다

'도요타 급발진 조사에 미국항공우주국(NASA)까지 나선다.'

2009년 어느날 워싱턴포스트 기사입니다. 

날고 긴다는 역사와 전통의 미국도로교통안전국(NHTSA)이 NASA와 미국과학기술의 요람인 국립과학원에게 각각 100만달러, 200만달러를 지원하며, [도요타 자동차의 소프트웨어, 하드웨어등 전자 결함 조사를 요청할 예정]이라하며, 이에따라 NASA 전문가들이 그동안 제기되어온 자동차 전자제어장치 결함에 따른 급가속 문제를 조사한다고 하는군요. 이번 조사는 전자 제어와 운전자 실수, 기계적 결함 등에서 잠재적으로 발생할 수 있는 모든 가능성을 대상으로 한다고 하네요.

 

급발진문제를 밝혀내는 것이 어렵기는 어려운가 봅니다. 아직까지 미국도로교통안전국(NHTSA)이 NASA의 연구가 어떤 결론을 내렸는지 명쾌한 결론이 없는 것을 보면.

○ 자동차 급발진에 대한 백가쟁맹

차량의 급발진은 운전자의 의지와 상관없이 '엔진RPM이 급상승하여 일정시간 유지됨과 동시에, 엔진의 동력이 변속기를 거쳐 바퀴에 까지 전달되어 급격한 전진 또는 후진, 전진.후진을 반복발생하는 현상' 으로 그동안 조사된바로는

1) 어느 차량에서나 발생한다. 2) 수동보다는 자동에서 많이 발생. 드물기는 하나,수동에서도 발생사례가 보고 되고 있다.  3)전자제어 장치 차량에서 많이 발생한다. 4) 폭발력이 큰 가솔린 차량에서 많이 발생한다. 5) 신차보다 주행시간이 많은 차량에서 발생한다고 알려져 있습니다.

차량의 급발진은 오래전부터 있어왔던 것으로, 지난 94년 1월부터 97년 11월까지 한국소비자보호원에 보고된 급발진 사고유형을 보면 변속레버 `D', `R' 상태에서 출발 시도시 급발진되는 경우가 38.7%로 가장 많고 그 다음이 `P' , `N'에서 `D', `R'로 변속시 36.3%, `P', `N'에서 시동시 12. 5% 등의 순이다. 또한 급발진 형태도 전진하는 경우가 58.4%, 전·후진 반복이 28.6%, 후진이 13%인 것으로 보고된바 있습니다.  

최근까지, 차량의 급발진원인으로 운전자조작실수, 전자파, 정전기로 인한 오동자, ECU결함등이 여러 설들이, 거론되어 왔습니다,

최근에 밝혀진 원인중의 하나로, '불안전 연소로 인하여, 연소실내에 광법위하게 형성되어 있는 퇴적카본이 적열되어, 동시다발적으로 연소폭발을 일으키는 현상' 으로 결론을 내리는 보고도 있읍니다.

이 결론은 차량의 전자적 결함일 것이라는 기존의 가정을 뛰어넘어, 드물기는 하지만 수동조작차량을 포함한 모든 차량에서 발생할 수 있는 문제를 설명하는데 적절한 결론이긴합니다.

즉, 퇴적되어 있는 카본의 열점은 자체가 다공질로 연료기체 및 오일을 빨아드리고 가열되면, 이 가연성기체를 내품는 동시에 고온고압의 연소실내에서 동시다발적인 폭팔로 이어지고, 이것이 엔진을 비정상적인 고출력, 고회전을 일으킵니다. 카본에 의한 비정상적인 연소는 Knocking, 즉, 흡기초 조기점화에 의한 역하현상으로 엔진화재의 원인이 되기도 합니다. 카본퇴적은 불안전 연소에서 오는 것이고 완전연소를 통해서 카본의 퇴적을 방지하는 것은 현재의 기술로는 불가능하다고 합니다.

하지만, 불안전연소를 발생할 수 있는 요인을 줄이는 것이 불안전연소를 줄이는 것이고, 카본의 퇴적을 줄여 급발진의 방지하는 간접적인 대책이 될 수 있는 것입니다. 예를 들면 흡기공기온도센서, 냉각수온센서, 트로틀포지선센서,산소센서등의 감지불량으로 엔진연료분사가 과다하게 이루어질 경우 불안전 연소가 그만큼 증대한다는 것이지요.

하지만  이 이론이 옳다고 하여도, 수동차량이나, 일부현상을 설명할 수는 있어도 대부분의 현상을 설명하는 데, 부족합니다.

아래 동영상을 보겠습니다. 이 동영상은 급발진을 재현했다고 주장하는 어느 사례를 보여주고 있습니다. 이 동영상에 이 하면은 ECU가 무슨 이유이였던지 전기적 쇼크로 인하여 속되게 말해서 '도라이' 가 된 것이 급발진 원인이라 주장하는 군요.

 

○ 진공배력장치가 원인이라 최근의 주장

 

가장 최근의 이론으로, 진공배력장치가 원인이라는 주장입니다.

자동차급발진연구회가 2013년 5월 27일 서울 삼성동 코엑스에서 기자간담회를 갖고 자동차 급발진 원인과 대책을 발표했습니다.

연구회는 브레이크 진공배력장치와 엔진 흡기밸브 사이의 공기순환 과정에서 발생 하는 `압력서지(Pressure Surge)` 현상을 급발진 원인으로 지목했습니다. 압력서지 현상 이란 관을 따라 흐르던 공기가 어떤 원인에 의해 갑자기 압력이 높아지는 것을 말합니다. 엔진에서 이 같은 현상이 일어나면 그 압력에 의해 공기유입량을 조절하는 스로틀밸브(Trottle Valve)가 과도하게 개방되고,  공기와 연료분사가 동시에 많아지면서 급가속이 발생한다는 주장입니다. 

 

연구회는 브레이크와 엔진 사이의 공기순환 체계를 '압력서지 현상의 원인'으로 설명했습니다. 브레이크에는 작은 힘으로도 브레이크를 쉽게 누를 수 있도록 `진공배력(培力)장치`가 설치되어 있는 것입니다.

이 장치는 한 번 사용하면 공기가 들어차기 때문에 다시 진공을 만들기 위해서는 공기를 빼줘야 합니다. 대부분의 차에서는 엔진 흡기밸브가 이 역할을 하며, 이 때문에 두 장치가 관으로 연결돼 있습니다. 그런데 이 관에서 이상현상이 일어나 압력서지가 발생, 엔진 흡기밸브에 영향을 미치면서 급발진으로 이어진다는 게 연구회 측 주장인 것이지요.

 

연구회측 인사는  "2012년 급발진 의심사고를 엔진 유형별로 보면 94.4%가 가솔린·LPG 차량이었고 디젤 차량은 5.6%였다"며 급발진의 원인을 진공배력장치로 지목한 근거로 들었습니다. 특히 디젤 엔진의 경우 진공배력장치가 별도의 진공펌프에 연결돼 있어 구조적으로 이런 현상이 일어날 수 없는 반면 대부분의 가솔린 또는 LPG(액화석유가스) 엔진은 이 장치가 흡기다기관에 연결돼 있다는 것입니다. 아래는 관련 방송기사입니다.
 

 

하지만, 이 이론에 자동차 업체는 수긍하기 힘들다는 자세입니다. 완성차업체의 한 관계자는 "공기처럼 질량이 가벼운 물질로 인해 압력 서지 현상이 생긴다는 것도 이해하기 어렵고, 설령 발생한다 해도 웬만한 힘으론 움직이기 힘든 스로틀밸브를 압력 서지로 열리게 한다는 것도 수긍하기 힘들다"고 말했습니다.

 

전적으로 진공배력장치만이 원인이라는 것은 내 생각에도 무리가 있는 논리라 생각됩니다. 완성차관계자의 말처럼 결국 Trottle Valve가 압력서지로 열릴려면, 압력서지 현상이, Trottle Valve 축에 연결된 모터의 힘을 이기고 Valve를 열어야 하는데, 이는 모터제어가 기능을 잃고 헛돌던지, 모터제어 명령이 압력서지로 강하게 열리게 하달되어야 되지 싶은데, 이것은 논리적으로 설명이 안되고 있군요.

○ 차량동력 발생 및 전달 메커니즘

자동차가 전자화 지능화가 진전되면서,  전자뭉치화되어 가고 있는 것이 작금의 추세입니다. 자동차가 기계장치라기보다는 전자장치로 보더라도 하등 이상할 것이 없다는 것이지요. 그러니, 자동차 뭉치속에 얽히고 설킨 전자기기, 제어들이 상호간에 어떤 요상한 작용를 하는지, 외부의 전기적 개입요소에 어떤 이상작동을 하는지, 명쾌히 알려지지 않은 것이 사실입니다.

하지만, 원리라는 것이 있습니다. 우주에도 원리가 있듯이, '사람사는 원리'라는 것이 있는 것입니다. 더구나,  공학적 제품에는 더더욱 공학적 원리가 바탕에 깔려 있는 것입니다.

오랜 세월동안 수많은 기술자, 과학자들이 검증하고, 점검한 원리의 창을 통해서 보면, 일견 타당한 것처럼 보이는 현상도, 여지없이 문제점을 들여내는 경우가 있지요. 힘과 에너지, 열과 온도, 유체, 만유인력등에 기반한 고전적인 기계공학적 원리등도 있고, 관성이나  광속도, 질량과 에너지관계등 이른바 상대성이론으로 알려진 것이나 양자역학분야의 핵심원리라고 알려지고 있는 불확정성원리등 , 현대물리학의 기본원리도 있을 것입니다.

기초물리와 기계공학의 천재중의 천재들이 모였있다는 NASA나 국립과학원에 급발진문제의 해결이 위탁된다는 것은 급발진 문제를 공학적 원리와 추론을 바탕으로 한 해결책에 기대를 하는 것이 겠지요?

아직도, 모든 이들이, 접근하기 힘들어 하고, 'ECU의 도라이', '퇴적카본의 적열에 의한 엔진의 이상폭발', '운전자 조작실수', 앞서의 '진공배력장치'등 여러 주장과 견해가 있지만, 어느 이론이든, 모든 현상을 설명하는데 부족한 모양입니다. 때문에, 또하나의 추론을 추가한다는 것이 어찌보면 큰 의미도 없을 수는 있습니다.

하지만, 급발진 문제는, 공학적 원리에 충실한 논리적 추론 이, 그 원인을 추적하는데 도움을 주리라 개인적으로는 확신하고 있습니다.

따라서, 나름대로, 그들에 앞서 다소 모험적인 추론을 해봅니다. 딱히 해결책을 찾는 다기보다는, 산업계의 현안문제라면, 산업기술인으로 한번쯤 알아보는 것, 이후에 전문적으로 밝혀질(?) 이분야 전문가들의 견해나 조사결과와 비교하는 재미가 솔솔하지 않겠습니까? 문제에 직면하는 당사자나  관련된 전문기술당사자에게는 못할 짓일지 모르지만....

추론의 과정에서 이해를 돕기위해 세세한 기술과 메카니즘의 설명이 불가피한 데, 엔진 및 차량제어 전문가가 아니기 때문에, 용어의 선택이나, 설명, 전제조건등 개별사안에서 다소의 착오나, 오류가 있을 수 있을 것입니다, 따라서, 이런 점들이, 추론의 논리의 전개나 결론에  영향을 줄 수 있는 여지가 있다는 것을 미리밝혀둡니다. 부족한 점이 있다면 이해바랍니다

다만, 추론의 본디 목적은 결론자체보다는, 복잡하고 예측불가능하다고 알려진 급발진 문제를 포획하여 예측가능한 수준으로 끌어 내리는 추론의 방법론을 보이고자 하는 것에 있슴을 미리 밝혀둡니다. 또, 논의를 집중하기 위해서, 가솔린엔진 탑재차량을 대상으로 설명하고자 합니다. 

차량의 급발진이 있었다면, 결과적으로 '동력이 과도하게 사용된 결과'일 터이니, 우선 차량의 동력발생원리를 훑어보는 것이 순리이지 싶습이다. '가솔린 엔진탑재차량의 동력발생과 전달원리'는 이렇습니다. 일반적으로 가솔린 엔진은, 연료.공기혼합개스를  흡입-압축-폭발-배기의 행정을 거쳐 동력을 얻는 장치입니다.

 

연소실에 가솔린과 공기를 적당히 혼합한 연료를 공급(흡입행정)하여,  피스톤운동으로 고압으로 압축(압축행정) 하고 여기에 전기스파크로 점화시키면,폭발(폭발행정)이 일어나 동력을 얻는 것 입니다. 엔진 연소실에서 일어나는 폭발이, 해소되기 위해서, 연소실 내부압력이 피스톤을 밀어 올리게 되고(배기행정), 여러 연소실이 이런 폭발을 순차적으로 일으킨다면, 피스톤의 왕복운동이 연속적으로 일어나면서 여기에 물려있는 크랭크축이라는 것을 회전시켜 회전동력을 일으키는 기계장치인 것입니다.

 

최대의 폭발력을 얻을 수 있기 위해 공급되는 공기와 연료의 혼합비율을 공연비라 하는데, 공급되는 공기량이나 연료가 이 비율을 벗어나면, 즉, 연료가 과다하게 많거나, 공기가 과다하게 많으면, 연료가 불완전 연소되거나, 폭발력이 작아서 엔진이 큰 회전력을 얻을 수 없다는 것입니다.

엔진회전수가 급격히 올라가는 것은, 엔진에 공연비율대로 혼합된 연료(가솔린과 공기 혼합가스)의 유입이 급격하게 증대하기 때문입니다.

 

연료유입이 급격하게 증대되는 것은, ETB(Electronic Trottle Body)라는 장치를 통해 공기를 공급하는 Trottle Valve를 급격하게 열어주는 것과 인젝터에 의해, 연료를 분사하는 것 때문일 것입니다.

 

어느 순간동안 공기를 공급하는Trottle이 크게 열리는 것은 Trottle을 열어주라는 명령 즉 TVC(Trottle Valve Controal)이 실행되는 것으로 이 명령이 실행되면,  ETB의 Trottle Valve의 열림각도를 TPS(Trottle Position Sensor)로 센싱하여, 계산된 공기량에 공연비를 적용한 연료량을 자동적으로 인젝트를 통해 분사토록 제어되기 때문에, 엔진회전수가 올라가는 것은 ETB의 Trottle Valve을 과도하게 열어주는 것과 대응하여, 연료를 공연비에 맞게 최대로 분사해주는 조건이 제대로 작동할 경우일 것입니다.

다시말하면, 인젝트의 제어는 ETB제어에 종속적이여서, 급발진 문제를 일으킬려면, 역설적으로  ETB의 Trottle Valve에 대응하여 인젝터의 제어가 오히려 정확하게 제어 되어야 한다는 것입니다.

그러므로 "연료유입이 급격하게 증대되는 것은, 'ETB(Electronic Trottle Body)라는 장치를 통해 공기를 공급하는 Trottle Valve를 급격하게 열어주는 것' 즉, 엔진내부의 혼합공기가 공연비로 크게 유입되어,  압축되면서 압축에너지를 축적하고, 점화가 일어나면, 순간적으로 더 큰 폭발을 하는 것" 입니다.  

 

따라서 이 때 터져나오는 힘이 피스톤과 피스톤로드를 통해 크랭크축을 빠르게 돌려서 큰 회전동력으로 전환되고, 이것이 변속기를 거쳐 바퀴에 전달된 것입니다.

 

○ 자동차 급발진에 대한 나의 추론

이제, 논의의 목적인 '급발진이 발생할 조건과 급발진현상에 대해서 추론' 해봅니다.

급발진이라하면, 앞서의 동력 발생을 포함하여, 차량의 움직임에 관련된 제어 수순을 우선 살펴보는 것으로 부터 점검해보는 것이 필요합니다. 복잡한 요소들이 얽히고 섥혀, 'Try & Error' 방식으로 점검하여서는 비효율적일 수밖에 없습니다.

엔진제어시스템 EMS, Engine Management System (펌)

위의 다이아 그램에서 보듯이, 엔진제어시스템에는 여러단말 요소들, 즉, 센서류, 액츄에이터와 제어본체 (기능컴퓨터, 메모리)및 배터리등이 복잡하게 구성되어 있습니다. 요즈음의 고도로 전자화, 지능화, Multi Control화되고 있는 차량에서는 이보다 훨씬 복잡한 구성을 보일 것입니다. 하지만, 여기에 동력전달에 관련된 요소들, 여기에 영향을 주는  요소들에 주목할 필요가 있을 것입니다.

우선은 논리적 추론으로  경우와 우선 순위를 가리다 보면, 훨씬 빨리 결론에 도달할 수 있기를 희망하는 것입니다.

논리적으로 추론하는데, 경우의 수를 줄이기 위해,

동력이 전달되는 과정을 꺼꾸로 추적해봅니다. 다시말하면, '엔진에서 바퀴에 이르는 과정'이 아니라, '바퀴회전에서 부터 엔진에 이르는 과정'을  추적하여 지배요인에서 벗어나는 것을 제거함으로써 검토대상을 단순화 시키는 것입니다.

가솔린엔진차량이 급발진되려면' 바퀴가  고속으로 즉 고RPM으로 회전'해야 합니다.  차량의 바퀴는 스스로 동력이 없으므로, 바퀴를 구동하는 동력장치가 고속의 회전력을 전달해야 하는 것입니다. 직진모드라면은 좌우 바퀴의 회전수를 틀리게 하는 이른바 차동이 불필요하기 때문에, 차동제어는 고려에에서 제외합니다. 고속회전력이 될려면, 적절한 단수의 변속이 있고 나서일 것입니다. 하지만, 최초의 변속모드에서 추가 변속없이 급발진이 발생하였을 수도 있기 때문에 변속은 급발진의 지배요인이 아닐 것입니다.  

따라서,  급발진 동력은, 차량의 바퀴가 고속으로 회전하는 동력에 의해서 얻어지는 것이고, 이 동력은  엔진의 회전수와  이 회전수를 동력전달장치를 통해서  바퀴에 전달되는 적절한 Lead Time에 의해서 지배될 것입니다.

따라서, '엔진의 회전수가 급격하게 올라가고, 이때의 회전수가 바퀴의 회전 즉, 차량의 속도로 전환되기까지의 Lead Time이 정상을 크게 벗어나(제어대로 되지 않고) 극도로 줄어든 것' 이 급발진의 원인이라 할 수 있는 것이지요. 그것이 무었이냐, 그것이 어떤 조건하에서 발생할 수 있느냐 하는 것이 요체라는 생각이 드는군요.

이와같은 전제를 실제발생현상으로 알려진 상황에 대입하여 설명하겠습니다.

앞서의 사례에서도 언급하였듯이, 급발진이 발생하는 경우는 자동변속기를 채용한 차량의 다음 2가지 상황으로 설정합니다. 다른 경우도 있을수 있으나, 이 두 상황을 설명할 수 있으면 대부분의 경우도 설명이 가능 할 것입니다.

첫째, 시동을 켜자 갑자기 차가 튀어 나갔다
둘째, 운전중에 (갑자기) 가속페달에서 발을 떼어도 차가 속도가 급격히 증가하였다.

물론 어느 경우에나 브레이크를 심하게 밟았을 것이고, 문제가 노출된 것은 브레이크작동으로 급발진이 진정되지 않는 경우일 것입니다. 브레이크를 작동시키면 가속중이라도 안전모드가 작동되어야 하는데, 이 안전모드가 없는 경우가 있을 수 있습니다. 또, 브레이크 패드가 심하게 마모하거나, 브레이크 작동유에 Vapor Lock이라는 현상이 생겨, 브레이크 기능이 상실되는 경우도 생길 것입니만. 이것들은 급발진을 제지하기 위한 수단이지, 급발진자체의 원인이 아니기 때문에, 논의는 앞서의 2가지 경우로 돌아갑니다.

첫째번의 '시동을 켜니 갑자기 차가 튀어 나갔다' 는 것은 운전자입장에서 그렇게 증언할 수 있고, 그렇게 느낄 수밖에 없을 수도 있습니다. 이런 상황을 엄밀히 재해석해보면, 차의 시동은, 중립이나 주차모드에서 이루어집니다. 이 때의 엔진RPM은 1,000RPM이하로 이루어지는 것이 정상입니다. 급발진이 될려면, "고속회전이 되고 동시에 동력이 바퀴에 전달되도록 변속이 되는 2가지 조건이 만족" 하여야 하는데, 엔진이 시동을 켜자마자 이런상황이 전개된다는 것은 기술적으로, 논리적으로 있을 수 없다는 것이 메이커 측의 주장입니다. 메이커측의 주장이 수긍이 되는 부분입니다.

하지만 앞서 가정1을 조작을 설명하면서 약간 변형해보겠습니다.

즉, '시동을 켜고 몇초를 무부하 운전후, 변속을 Dirve에 두면서 악셀 페달을 밟으니, 갑자기....' 또는 '시동을 켜고 브레이크를 밟고 변속을 Dirve에 두고 몇초지난 후 (브레이크에서 발을 떼고)악셀 페달을 밟으니, 갑자기....'

갑자기 윙하면서 차가 급발진하였다 그 말이겠지요? 정상적으로 운전자가 Dirve Mode로 변속시프트조작을 하면서, 가속페달을 서서히 밟은 조작을 하였을 것인데, 엔진제어기(ECU)가 운전자의 조작을 무시하고, TVC (Trottle Valve Control) 에 Trottle 를 엄청나게 열어라고 명령을 하였을까요? 아니면, 왜 이런 상황이 발생하였을까요?  시동을 켜자마자, TVC(Trottle Valve Control) 명령이 이상작동이 시작되었지 않았을까요?

가속페달를 밟지 않았는데, 즉, 가속명령이 떨어지지 않았는데, 스스로 TVC명령이 Trottle을 크게 열어라는 (발진)명령이 하달되었다는 것이지요. "동력전달장치가 연결되지 않았기 때문에 운전자는 엔진이 올라간 것을 눈치채지 못하고 있었을 뿐. 이미 엔진은 고속으로 회전하고 있었을 것"입니다. 아니면, 다른 급가속이 가능한 사전 Booming조건이 성숙되어 있었을 것입니다.

 

이런 상태가 오래되면, 이상 현상(명령) 해소되겠지만, 즉, Packing상태에서의 엔진가동이 오래되면, 안정상태로 돌아 오겠지만, 짧은 순간이라면, Drive모드로 돌아오는 순간 그 이상 상황이 급격이 나타나는 것이겠지요? 즉, 시프트조작으로 바퀴에 동력이 연결되고, 더구나 가속페달을 밟아서 회전수를 더 올리도록 명령하니, 그 순간 고속으로 차가 튀어나간 것으로 추정됩니다.

이것은 ECU이상 명령이나, ECU명영에 상관없이 TVC명령, 크게 보면, ECU명령이 TVC로 가는 도중에 이상신호가 개입되어 Trottle를 열어라는 명령으로 둔갑한 것으로 이해됩니다.

TVC명령에 상관없이 Trottle를 열어주는 모터의 이상작동일 수도 있어나, 그 가능성은 희박합니다.

비유컨데, 

ECU는 명령을 내리는 상사,TVC는 전달자, ETB모터는 집행자,TPS(Trottle Position Sensor)는 명령이 제대로 집행되었는지, 센싱하여 상사에게 피드백시키는 감시자로 대치하면, 앞서의 '엔진의 회전수가 급격하게 올라가는 원인' 행위를 다음과 같이 분류할 수 있겠습니다.

▶상사의 명령은 정상인 데, 명령을 전달하는 전달자가 정신이 이상하여, 과속하라는 명령으로 수령자에게 전하는 형국
▶전달자는 정상인데, 명령을 내리는 상사가 정신 이상이라서 과속상황이 아닌데도 과속하라는 명령을 발령할 수 있는 형국,
▶상사와 전달자는 정상인데, 명령수령자(집행자)가 정신이 이상하여 미친듯이 가속하는 형국
▶모두 또는 일부가 비정상등의 경우로 나눌 수 있읍니다.

만약 상사가 정신이상이라면, 모든 차량 내지는 많은 차량에서 그런 현상이 자주 발생해야 합니다. 급발진은 극히 일부의 수량에서 발생하기 때문에, 물론 완전배제하는 것은 아닙니다만, 상사의 정신이상의 가능성은 줄어듭니다. 또, 상사나 전달자가 정상인데, 명령집행자인 ETB의 Valve구동모터가 이상작동을 하는 경우는 일어나기 어렵습니다.  ETB의 Valve구동모터는 전적으로 명령전달자인 TVC 명령에 따라 제어되는 것으로 모터 스스로 구동명령에 반하는 행동을 할 수는 없기 때문입니다. 그 경우에는 구동모터가 망가져서 명령이행이 안되거나 불가능 한 경우인데, 이것은 바로 재현이 되기 때문에, 논란이 되고 있는 문제의 원인은 아닌 것입니다. 

그러므로, '전달자의 정신이상, 다시말하면 Trottle Open명령이 이상 행동을 하는 것이 주고, ECU의 이상명령으로 유추' 할 수 있습니다. 이때 집행자인 ETB모터의 행동을 센싱하여 명령을 내리는 상사에게 보고하는 TPS가 있어, 명령을 내리는 상사는 TPS의 보고를 받고, '이게 아니다 계속, 속도를 줄여라' 하고 명령을 내리지만, 이미 정신이 돌아버린 명령 전달자는 상사의 명령을 왜곡하거나 무시하고, 자기에 입력되는 이상신호에 지배받아 그대로 집행자인 모터에게 전달하게 될 것입니다.

결국 'Trottle를 열어라는 TVC명령의 이상신호이거나 더물게는 ECU이상명령이 급발진의 주요 요인' 이라는 생각이 강하게 듭니다. 그러므로 더 근원적인 요인은 '그런 이상신호'가 어떻게 해서 발생하는 것이냐 하는 것이 차량급발진의 주범' 이라 하겠군요. 그렇지 않겠습니까? 앞서의 진공배력장치가 급발진 원인이라는 데 선듯 동의하기 힘드는 것은  진공배력장치가 'ECU나 TVC의 이상신호'를 일으키는 과정에 대해 설명이 부족하다는 것입니다.

다시 정리하면 이렇지 싶습니다.

'바퀴회전에서 부터 엔진에 이르는 과정'을 추론하여, 이것을  '엔진에서 바퀴에 이르는 과정'을 설명해보겠습니다.

1) 운전자가 시동을 켭니다. Start모터가 배터리로 부터 전기를 받아서 회전하면서 이 회전력으로 엔진크랭크축을 돌립니다. 이 동력으로 엔진이 흡입.압축.폭발.배기 행정을 거치면서 엔진이 스스로 동력을 얻고, 이 동력으로 계속 엔진이 회전하게 됩니다. 

2) 일정시간(몇초~몇십초) 를 무부하 운전이 지속됩니다. 엔진은 저속으로(ECU초기 세팅값)으로 회전합니다. ECU는 약 800~900RPM즉 초당 크랭크축이 14회전내지는 15회전하는 속도를 유지하도록 Trottle Valve Open 명령을 내립니다.

3) 이 명령은 TVC를 통해서 ETB의 Trottle Valve 모터를 구동합니다. 모터가 구동되는 만큼 Valve를 열어줍니다. 열린 VaLve축에 붙어있는 TPS가 열린 각도를 전압으로 환산하여 ECU에 전합니다. ECU는 내린 명령대로 Valve가 정확하게 열렸는지 체크하여  필요하면, 명령을  수정합니다.

4) 어느 순간 ECU와 상관없이 ECU에서 내린 명령치가 전달과정에서  바뀝니다. 초당 20번, 30번의 회전이 되도록....  계속 높은 명령치가 유지됩니다. 

5) 이에 따라 엔진은 고회전을 하게 됩니다.  운전자에게 고회전에 따른 소음이 증가되어 전달되고, RPM계기도 올라가나 , 의식하지 못합니다.

6) 이상태에서 운전자가 브레이크페달을 밟으면서 Drive모드로 시프트시킵니다. 동력이 연결되는 순간입니다. 동시에 브레이크페달에서 밟을 떼고, 가속페달을 밟습니다. 이 전후 즉 동력이 전단되는 전후로 해서, 정상적인 ECU명령치와 상관없이 증폭된 이상명령치대로 Trottle Valve가 열리고 엔진동력이 변속기를 거쳐 바퀴에 연결됩니다 

7) 순간적으로 축적된 회전력이 바퀴에 전달되고 차가 튀어 나갈려고 요동치거나 제동력이 약하면, 튀어나갑니다.

8) 얼떨결에 브레이크를 강하게 밟습니다. 이미 차는 가속페달에서 발을 떼는 것과 상관없이 고회전력 유지되고 있기 때문에 튀어 나갈려는 동력이 유지됩니다. 브레이크패드 가  마모됩니다. 베이퍼록이 현상이 발생하여 브레이크기능이 상실됩니다.

9) ......

앞서의 4) '어느 순간 ECU와 상관없이 ECU에서 내린 명령치가 전달과정에서  바뀌는 현상'은 랜덤하게 일어날 것 입니다.  우리가 PC를 사용하다가 먹통이 되는 경우가 있습니다.  바이러스에 의할 수도 있고, 컴퓨터자체의 이상신호이든지, 오조작으로 이상신호가 입력이 되던지하여,  복잡한 Processing중의 이상증세를 보이는 것이지요.

 

이른바 EMC/EMI현상이겠지요?. EMC는  Electro Magnetic Compatibility의 약어로 전자환경 문제에서의 전자기적 양립성 또는 전자적합성을 말한다는 군요. 이것이 문제가 있으면, 컴퓨터 응용기기의 오동작 및 안전성문제,정보통신 네트워크의 신뢰성문제를 일으킨다고 합니다. 또, EMI는 Electro Magnetic Interference(전자파간섭 또는 전자파장해)로 전기·전자기기로부터 직접방사, 또는 전도되는 전자파가 다른 기기의 전자기 수신 기능에 장해를 주는 현상이라는 군요.

헌데, 이런 현상이 발생하면, 컴퓨터를 끄고 다시Booting을 하면 대부분 원인이 해소되고 정상작동을 합니다. 차량의 전자장비인들 이런 현상이 없겠습니까? 車이니까 이런현상이 근원적으로 해소되도록 철저한 조치들이 Hardware적으로, Software적으로 취해져 있겠지요?  하지만, 일단 그런 상황이 발생하면, 車이니까 컴퓨터처럼, 안전하게 재부팅할 수 없다는 것이 문제인 것입니다. 

 

차량이 시동이 걸리면, 내부전자장비들이 기지개를 켜면서 여러 종류의 세기나 주파수의 전파를 발생할 것입니다. 아날로그적 특성과 디지털적은 정보가 전기.전자적 특성과 요소들의 영향으로 변환되기도하고, 어떤 것들은 서로 간섭없이 고유한 작동을 하고 어떤 것들은 간섭현상등으로 상호 영향을 주는 것도 있을 것입니다. 정전기등 고전압 저전류적 특성의 영향도 있을 것입니다.

이론상, 이 모든 것들의 영향이 없이, 깨끗하게 ECU명령이 바퀴의 회전까지 집행되도록 설계하고 나름대로 검증하여 내놓는 것이 차량일 것입니다. 하지만, 두번의 나로호 발사실패에서 보듯이, 기술이라는 것은 깊이가 끝이 없어서, 어느 순간, 어느 요소가 문제를 일으킬 지, 참으로 완벽한 대책이라는 것은 싶지 않는 일입니다.

 

기계.전자뭉치요소들이 얽히고 섥힌 차량이, 현재의 관련 기술 수준으로, 그정도 문제를 일으키지 않는 것이 오히려 이상할 지 모릅니다.  그렇다면 아직도 극히 일부일지라도  재수와 운에 맡기는 수밖에?

차량의 급발진 문제가, 한두번, 1~2년 생긴것도 아니고, 神의 창조물이 아니라, 인간 스스로 개발하고 기술을 축적시켜오면서 발전을 해온 인간의 창조물인데, 북미 고속도로안전국(NHTSA)이 미국항공우주국(NASA)에 까지 문제를 밝혀달라고 할 정도로 지난한 문제일까? 

ECU

를 설계하거나 관련기기를 설계하고 제작한 엔지니어들이 과연 급발진에 대해서 내몰라라?. '나는 모르는 일'이라 잡아떼도 할 말없는 것일까?  정말 모르고 있는 것일까? 

모르고 있다면, 그게 지구의 대량생산제품의 상용기술의 한계의 한 단면일 것입니다. 알고 있다면, 왜 그토록 오랜 차종의 개발이 이루어져 왔는 데, 해결이 안되고 문제가 반복될까요?

급발진문제는. 일부러 감추는 것이 아닐 것이라면, 아마도 전략적 설계의 오류이지 싶습니다.  이경우는 비록 공학적 사안이지겠지만, 유사한 예로 현대의학이 과학적 엄밀성의 추구에 연연하여 세포적 연구나 치료는 뛰어나지만, 인간의 생명메카니즘을 종합적으로 이해하는 데 부족하다는 일보 논지처럼,

급발진문제도, 공학 특히, 전자공학, 제어, 기계공학의 세포적 접근은 완벽할 지 모르지만, 모든 공학적 요소, 이를 테면, 전기,전자적 요소 즉, 전류,전자장, 전파,전기적 신호,정전기,노이즈,유,무선통신신호, 제어알고리즘의 엄밀성과. 기계적 요소인 강도, 강성,공차, 진동, 공명,간섭등을 종합적으로 고려하는 데, 오류내지는 부적합성이 존재하지 싶은 것입니다. 특히 연소메카니즘의 불안전한 이해에서 오는 요인도 무시할 수 없을 것입니다.

언제쯤이면, 급발진 피해당사자가 될 수도 있다는 두려움없이  주저없이 시동을 켜거나 악셀러레이터를 밟아대는 시대가 올련지?  아직도 100만에 하나 보다 더작은 수준이라는 급발진현상, 100만에, 천만에 하나만이라도 걸려들지 않도록,  재수와 운에 맡기야 할지?

 

원인이 무엇이든, 무엇으로 밝혀지든, 우선은, 'Packing 모드에서 1분이상 엔진의 공회전을 시킨후에 Drive조작' 을 할 것을 추천하고 싶습니다. 모든 기기가 정지 상태에서 갑자기 운동모드로 전환하기 위해서는 윤활, 적정 온도나 압력 확보, 세팅치 확인이나  세팅작업등 준비동작하는 데, 시간을 주어야 하는 것이지요. 이는 잠재적  급발진 상황의 해소도 있겠지만, 차량의 수명을 연장하는 데도 큰 역활을 하리라 생각됩니다.