[논문]배선 단선과 에어 누설에 관련된 자동차 ECS 시스템의 고장사례 고찰

이일권; 박종건; 신명신; 장주섭

doi:10.9725/kstle-2013.29.3.180

배선 단선과 에어 누설에 관련된 자동차 ECS 시스템의 고장사례 고찰
Study of Failure Examples of Automotive Electronic Control Suspension System Including Cases with Wiring Disconnection and Air Leakage 원문보기

윤활학회지 = Journal of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers, v.29 no.3, 2013년, pp.180 - 185

이일권 (대림대학교 자동차공학과) , 박종건 (대림대학교 자동차공학과) , 신명신 (대림대학교 자동차공학과) , 장주섭 (가천대학교 기계자동차공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to analyze the tribological characteristics of the Electronic control suspension System in a car. In the first example, the cilp used to attach the front electronic control suspension(ECS) system's control actuator was fastened very tightly. Thus, the wire was cut because of continual rotation of the shock-up shover piston rod used to adjust the height of the car. This verified the disconnection phenomenon where wire damaged makes it impossible for the ECS system to send signal to the actuator. The second example, involved a minute hole that allowed gas to leak from the ECS system. As a result, the height of the car verified the down phenomenon. In the third example, the resistance of a wire measured at $0.21{\Omega}$, when the G sensor was disconnected from the system. This verified the system shutdown and lighting of the ECS warning lamp because of body interference caused by a slight pressure on the battery cover. Therefore, quality control is always necessary to ensure safety and durability of a car.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 이 논문은 전자제어 현가장치 시스템에서 발생되는 트라이볼로지적인 현장의 고장사례를 조사하고, 분석하여 이에 대한 개선 및 연구방향을 제시하고자 한다.
본 연구에서는, 자동차 ECS 시스템의 고장사례를 사례별로 분석하고 이를 고찰하였으며, 이를 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

제안 방법

시스템을 정상화하기 위해, 자기진단기를 이용하여 기억을 소거하였을 때 기억이 소거되었다. ECS 시스템의 ECU(electronic control unit) 쪽 커넥터 전원, 접지 입출력 요소 및 핀을 점검한 다음 시운전한 결과 이상이 없어 정상으로 판정하여 자동차를 운행하기 위하여 운전자에게 인도하였다. 그러나, 운전자는 하루가 지나 ECS 시스템의 경고등이 다시 점등되어 다시 입고하였다.
또한, 코너링(cornig), 가속 및 감속을 원활하게 하고 사고 방지와 고속에서의 방향 안정성을 위해 개발된 것이 ECS 시스템이다[2]. 더욱, 향상된 현가장치의 성능을 위해 스프링의 탄성율(spring rate)을 제어할 수 있는 에어 서스펜션을 개발하였다[3,4]. 이후 전자제어 기술이 발전하면서 차고 제어, 자세제어와 전방의 물체를 초음파 센서를 이용하여 도로 조건에 맞게 제어하는 액티브 제어방식을 사용하였다.
이것은 정비이력을 확인한 결과 프런트 솔레노이드(front solenoid) 교환, 프런트 쇽업소버 좌(left)측과 우(right) 측을 교환한 다음 동일현상이 발생되었다. 또한, 원인을 찾기 위해 자동차 리프트(lift)를 이용하여 들어 올린 다음 스텝모터(step motor)를 탈거한 다음 공기 누설 시험을 하였을 때 공기가 누설되는 것을 확인하였다.
더욱, 향상된 현가장치의 성능을 위해 스프링의 탄성율(spring rate)을 제어할 수 있는 에어 서스펜션을 개발하였다[3,4]. 이후 전자제어 기술이 발전하면서 차고 제어, 자세제어와 전방의 물체를 초음파 센서를 이용하여 도로 조건에 맞게 제어하는 액티브 제어방식을 사용하였다. 이러한 액티브(active) 제어 기술 적용은 안정성과 주행 편의성을 향상시키기 위해 계속 발전되고 있다[5,6].
차체의 좌우, 앞뒤 차고, 조향 휠 각속도, 액셀러레이터 페달 조작속도, 차속 노면상태 등을 판단, 연산하여 주행 상태에 따른 쇽업소버의 감쇄력과 공기 스프링의 압력을 조정하여 자세제어를 수행한다[11-14]. Fig.

성능/효과

1) 배선 단선으로 인한 ECS 경고등 점등 고장은 프런트 액츄에이터를 고정하는 클립(clip)의 배선을 너무 팽팽하게 고정하고 있어 이것이 반복되어 배선이 끊어지는 현상이 발생된 것을 확인하였다.
2) 쇽업소버 에어 누설로 인한 차고 낮아지는 고장은 쇽업소버 내부에 있는 로드 실린더를 작동시키는 호스 삽입부가 미세하게 찢어져 에어가 누설되어 쇽업소버의 로드가 하부로 내려가는 것으로 확인되었다.
3) G 센서 전원선 단락으로 인한 경고등 점등고장은 배선이 배터리 하부커버에 미세하게 눌려 차체와의 간섭에 의해 센서전원이 차체로 흘러 시스템이 중지되고 경고등이 점등되는 것을 확인하였다.
5는 ECS 작동 액츄에이터의 장착상태를 보여주는 것이다. Fig. 5에서 보는 바와 같이 액츄에이터 배선을 잡아 당겨 확인한 결과 배선의 유격이 너무 없어 자동차가 상하로 유동할 때 쇽업소버의 운동에 의해 배선이 움직일 때 배선이 이와 같이 단선되는 현상이 발생될 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서, 이 고장사례의 개선방법은 고정클립으로 고정되는 액츄에이터의 배선에 대하여 유격을 주어 배선이 자유롭게 움직일 수 있도록 개선되어야 할 것으로 판단된다.
따라서, 쇽업소버의 실린더 내부의 로드를 작동시키는 액츄에이터와 연결되는 상단에 있는 호스를 교환한 다음 12시간 정도 주행한 후 차고가 내려오는 현상은 제거되었다. 따라서, 고장원인은 쇽업소버 내부에 있는 로드 실린더를 작동시키는 액츄에이터에 에어를 공급하는 호스 삽입부가 미세하게 찢어져 미세한 홀(hole)이 형성되어 이 곳을 통해 에어가 누설되어 쇽업소버의 피스톤 로드가 하부로 내려가는 것으로 확인되었다. Fig.
21로 측정되었다. 따라서, 이것은 G 센서 전원 배선이 배터리 하부커버에 미세하게 눌려 차체와의 간섭에 의해 센서전원이 차체로 흘러 시스템이 중지되고 경고등이 점등되는 것을 확인할 수 있었다. Fig.
8 V가 정상으로 출력되었다. 따라서, 정확한 원인을 규명하기 위하여 멀티 테스터를 이용하여 MC01 커넥터의 9번 핀 단자 G센서 배선의 저항을 측정하였을 때 차체와 도통됨을 확인하였다. 이 때 배선에 걸리는 저항이 G 센서를 탈거하여 측정하였을 때 0.
진단기를 이용하여 점검한 결과 동일한 진단코드 C1112 센서전원 이상으로 출력이 되었다. 센서 출력값을 확인하였을 때 자동차가 선회할 때 좌우 방향으로 발생하는 가속도량을 검출하는 센서인 G(gravity) 센서값 3개 모두 -1.0 g로 출력되었고, 자동차의 좌우 유동시 변화는 없었다. ECU 쪽에서 G 센서 전원을 점검 하였을 때 0 mv로 출력되다가 메인 컨트럴(MC ; main control)와 이어링(wiring)의 MCO1 커넥터를 탈거하였을 때 센서 전원 4.
시스템의 정상화를 위해 자기진단기를 이용하여 이 고장코드를 삭제하려 하였으나, 삭제되지 않고 반복적으로 고장코드가 출력되었다. 원인을 찾기 위하여 자동차의 프런트 쇽업소버 상단의 부위를 확인한 결과 Fig.
이 차량은 47,840 km를 주행한 차량으로 운행 중에 간헐적으로 ECS 경고등이 점등되는 현상이 발생되었다. 원인을 찾기 위하여 자기진단기를 이용하여 점검한 결과 고장코드C(code)11, C12 센서전원이상으로 확인되었다. 조향 각도 센서(steering angle sensor)의 출력을 점검하였을 때 이상 현상은 확인되지 않았다.
시스템의 정상화를 위해 자기진단기를 이용하여 이 고장코드를 삭제하려 하였으나, 삭제되지 않고 반복적으로 고장코드가 출력되었다. 원인을 찾기 위하여 자동차의 프런트 쇽업소버 상단의 부위를 확인한 결과 Fig. 4와 같이 프런트 액츄에이터의 배선을 고정하는 클립의 유격불량으로 배선내부가 단선되었으며, 프런트 좌우 액츄에이터를 교환한 다음 정상으로 확인되었다. Fig.
이 차량은 1,330 km를 주행한 자동차로 주차한 다음 12시간 정도 지난 후 시동을 걸었을 때 앞 차고가 50 mm 정도 상승하는 현상이 발생되며, 이 현상은 잠시 주차한 다음 확인하면 차고가 상승하는 현상은 발생되지 않았다. 즉, 운행한 다음 장기주차하였을 때 앞차고가 약 50 mm정도 내려오는 현상이 발생되었으며, ECS 스위치 최고높이(extra high) 스위치를 눌러 올려놓으면 내려오지 않는 현상이 발생되었다. 정확한 진단을 위하여, 자기진단기를 이용하여 진단하였을 때 정상으로 확인되었다.

후속연구

5에서 보는 바와 같이 액츄에이터 배선을 잡아 당겨 확인한 결과 배선의 유격이 너무 없어 자동차가 상하로 유동할 때 쇽업소버의 운동에 의해 배선이 움직일 때 배선이 이와 같이 단선되는 현상이 발생될 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서, 이 고장사례의 개선방법은 고정클립으로 고정되는 액츄에이터의 배선에 대하여 유격을 주어 배선이 자유롭게 움직일 수 있도록 개선되어야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초기 전자제어 서스펜션은 어떻게 구성되었는가?	전자제어 서스펜션의 발전과정은 초기에는 서스펜션을 기계적으로 쇽업소버에 오일이나 가스를 주입하여 밀폐시켜 이 유체에 의해 제어를 하도록 시스템을 구성하였다. 따라서, 초기에는 스크레이퍼(scraper) 형태의 현가장치도 사용하였으며, 피봇 액슬(pivot axle)의 구성품을 유압제어 방식에 의해 자기보정과 수동으로 스위치를 작동시켜 제어하였다[1].
	전자제어 현가장치는 어떻게 작동하는가?	또한, 운전자가 자동차를 이용하여 운행할 때 자동차의 안정성과 지면에서 전달되는 진동과 충격을 잘 흡수하여 편안함을 주며, 선회할 때 부드럽게 선회할 수 있도록 자동차의 자세를 잡아주는 시스템이 전자제어 현가장치(electronic control suspension; ECS)이다. 이 현가장치의 스프링을 최근의 운전자들의 제어 시스템을 맞추고 운전자가 운전을 할 때 자동차의 높이와 자세를 가장 최적의 상태로 제어하기 위하여 센서의 신호를 받아 컴퓨터로 보내면 이신호를 컴퓨터에서 받아 최적의 신호를 액츄에이터에 보내 제어를 하게 된다. 이러한 시스템을 통하여 운전자는 운전에서 느끼는 최대의 편의성을 느끼게 되고, 이러한 시스템 제어기술은 급속도로 다른 시스템과 통합되어 업그레이드(up-grade) 되고 있다.
	전자제어 현가장치란 무엇인가?	운전자가 운전을 할 때 자동차는 빠른 속도와 편안함을 느낄 수 있도록 시스템을 작동해야 한다. 또한, 운전자가 자동차를 이용하여 운행할 때 자동차의 안정성과 지면에서 전달되는 진동과 충격을 잘 흡수하여 편안함을 주며, 선회할 때 부드럽게 선회할 수 있도록 자동차의 자세를 잡아주는 시스템이 전자제어 현가장치(electronic control suspension; ECS)이다. 이 현가장치의 스프링을 최근의 운전자들의 제어 시스템을 맞추고 운전자가 운전을 할 때 자동차의 높이와 자세를 가장 최적의 상태로 제어하기 위하여 센서의 신호를 받아 컴퓨터로 보내면 이신호를 컴퓨터에서 받아 최적의 신호를 액츄에이터에 보내 제어를 하게 된다.

참고문헌 (14)

Peter B. Cadou and Frank J. Bowser, "The Development of a Scraper Suspension System", SAE paper 780462.
Masaaki Mizuguchi, Sunao Chikamori, Takayoshi and Kazuyoshi, "Electronic-Controlled Suspension (ECS)", SAE paper 845051.
Junkichi Konishi, Yasuhiro Shirashi, Kunio Katada, Hideo Ito and Masatsugu Yokote, "Development of Electronically controlled Air Suspension System", SAE paper 881770.
Kai-Heinrich Schonfeld and Kari-Heinz Hesse, "Development of an Electronically Controlled Air Suspension System for passenger Cars", SAE paper 885037.
Eiichi Yasuda, Shun-ichi Doi, Katsuhiko Hattori, Hideyuki Suzuki and Yasutaka Hayashi, "Improvement of Vehicle Motion and Riding-Comfort by Active Controlled Suspension System", SAE paper 910662.
S. M. El - Demerdash, A. M. Selim and D. A Crolla, "Vehicle Body Attitude Control Using an Electronically Controlled Active Suspension", SAE paper 1999-01-0724.
Wanil Kim, Jeongwoo Lee, Sangho Yoon and Dongshin Kim, " Development of Mando's New Continuously Controlled Semi-Active Suspension System", SAE paper 2005-01-1721.
Sangho Lee, Hyun Sung and Unkoo Lee, "The Development of Active Geometry Control Suspension( AGCS) System", SAE paper 2005-01-1927.
Hyundai Motor company, "Electronic Control Suspension", 2001.
Il Kwon Lee, et al., "Automotive Failure Diagnosis", Sun Hak, 2002.
Hoin Kang and Changho Kook, "Automotive Chassis", Golden-bell, 2012.
Maintenance manual of Hyundai Motors, 2012.
Maintenance manual of Kia Motors, 2012.
Maintenance manual of GM Daewoo Motor, 2012.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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