[논문]브레이크 스위치 결함에 의한 간헐적인 가속불량 현상의 고장진단 사례연구

김성모; 조행득

doi:10.7735/ksmte.2015.24.2.203

브레이크 스위치 결함에 의한 간헐적인 가속불량 현상의 고장진단 사례연구
Case Study of Intermittent Poor Acceleration Fault Diagnosis by Brake Switch Fault 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.24 no.2, 2015년, pp.203 - 210

김성모 (Faculty of Aerospace, Automobile＆Mechanical Engineering, Chung Cheong University) , 조행득 (Pohang Service Center, Hyundai Motor Co.)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper investigates the failure of a car with a 2.5-liter CRDi engine of the Hyundai Company. The failure is caused by intermittent poor acceleration while driving. To analyze the cause, we investigated the air intake volume, the fuel injection, and the air-fuel ratio, which were determined to be normal. The brake switch signal error was discovered while analyzing the function that limits the output of the engine. While investigating the cause, we discovered the corrosion of the pins on the connector of the brake switch. We determined that it was generated by soapy water flowing in the solar film. Therefore, the cause of the failure was the brake switch signal errors. Additionally, we determined that ECM was the normal fail-safe mode that implemented the override device for safety during normal acceleration. Based on these results, further solar film experiments must be conducted to fully elucidate the causes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

VCI에 저장된 변수 데이터를 바탕으로 고장 현상이 발생되었던 주행 환경을 알아보기로 한다. Fig.
본 고장진단 사례연구는 실제 차량을 대상으로 하였으며 간헐적으로 발생되는 주행 중 가속불량의 원인을 정확하고 빠르게 진단하여 문제가 되는 원인을 분석하고 규명하는 방법을 제시하고자 한다. 앞서 언급한 바와 같이 간헐적으로 발생하는 주행 중 가속불량 고장 현상의 원인을 분석하고 규명하기 위해서는 Fig.
본 논문에서는 H사의 CRDI 2.5차량에서 브레이크 스위치 불량 으로 주행 중 간헐적인 가속불량현상의 고장원인을 분석하고 규명 하는 연구를 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
본 논문에서는 규칙적이진 않지만, 약 1개월의 주기를 갖고 고장현상이 발생되는 CRDI 2.5엔진이 탑재된 차량의 전자제어엔진 시스템에서 브레이크 스위치 고장으로 인하여 주행 중 간헐적인 가속불량 현상의 원인을 분석하기 위해 G사의 디로거(D-logger) 장비를 사용하여 자기진단 커넥터에서 ECM의 변수데이터를 CAN통신을 통하여 기록 하고 분석기(analyzer)로 원인을 분석하여 규명하는 방법과 그 원인에 대한 개선 및 연구 방향을 제시하고자 한다.

제안 방법

그리고 약 2 sec 후인 커서-2위치에서 실제는 운전자가 가속을 하고 있지만, ECM의 연산에서는 액셀페달을 밟지 않는 것으로 처리하고 연료의 분사량을 저감하여 엔진의 출력을 감소시킴으로서 운전자가 액셀페달을 밟아서 가속의지를 보였다 하더라도 ECM은 안전을 위해 엔진의 출력을 제한하는 기능을 수행한다. 결국은 운전자가 주행 중 운전 조건에 따라 액셀페달과 브레이크 페달을 교번하여 조작하는 경우에 간헐적으로 브레이크 페달 스위치 신호가 오류를 일으키는 문제 때문에 ECM은 페일세이프기능 중 하나인 오버라이드 기능을 실행하였다. 그러므로 운전자는 운전 중 가속 시 간헐적으로 가속불량 현상을 경험한 것으로 판단한다.
운전자가 운전 중에 있을 수 없는 조작상태이다. 그러므로 ECM은 제어로직에 의해 Fig. 11에서와 같이 오버라이드 기능 제어를 수행하였다. 커서-1위치에서 브레이크페달에서 액셀페달로 발을 옮겨 가속을 시작하였어도 브레이크 신호는 계속 ON으로 출력되고 있다.
5와 같은 G사의 디로거(D-logger)장비가 적합하다. 먼저 고장 원인을 진단해 내기 위해서는 Fig. 4와 같이 디로거 장비를 차량에 설치하고 고장 현상이 나타날 수 있도록 주행하면서 고장 현상이 발생할 때트리거 모듈(trigger module)의 트리거 버튼(trigger button)을 눌러서 차량 ECM의 변수 데이터를 VCI에 기록하고 기록된 변수 데이터를 데이터 분석기로 분석한다.
그렇다면 엔진이 정상적으로 제어되고 있는데 운전자는 왜 가속불 량을 느끼는 것인지 알아볼 필요가 있다. 먼저 정상적인 엔진제어 중에 엔진의 출력을 제한하는 기능은 어떤 제어들이 있는지 정리해 보고 다음 단계의 고장원인을 분석하고자 한다. 엔진제어 시스템에 고장코드가 있는 경우로 외기온도 센서, 연료온도 센서, 에어컨트롤밸브(ACV), 연료압력 추종성 불량, 에어플로우 센서 등인데 이차량의 경우는 고장코드가 없으므로 해당되지 않는다.
브레이크 스위치는 수분 등의 부식을 초래할 수 있는 인자가 자연적으로 유입되기 어려운 위치에 있다. 수분 등이 유입될 수 있는 가능성을 분석하기위하여 Fig. 12에서 브레이크 스위치가 장착되는 프런트 와이어링 하니스의 장착 위치를 보고 분석하기로 한다. 브레이크 스위치 커넥터가 부식될 정도로 수분이 유입되었다면 중력방향으로 유입되었을 것으로 추정하고 프런트 와이어링 하니스의 장착위치의 흐름을 따라 추적하 기로 한다.
13의 암 커넥터의 부식 흔적을 보면 2, 4번 핀 단자에서 3번 핀 단자 쪽으로 부식흔적이 많이 일어난 것을 볼 수 있으며 이것으로 인해 주행 중 간헐적으로 브레이크 신호가 오류를 일으켜 ECM에 입력되어 오버라이드 기능이 작동 되었을 가능성이 크다. 정확한 고장원인을 규명하기 위하여 브레이크 스위치를 교환하고 브레이크 스위치 커넥터를 수리하여 다시 고장현상을 점검하기로 한다. 수리 후 시험 주행시 Fig.
5와 같이 설치한다. 차량 사용자로부터 얻은 고장 현상의 정보를 바탕으로 고장 재현을 위한 시험 운전을 한다. 문제의 차량에서 가속불량 현상이 발생하면 디로거 장비의 트리거 모듈에 있는 트리거 버튼을 누른다.
5와 같이 디로거 장비를 사용한다. 차량의 엔진 부조 현상을 분석할 수 있는 ECM내의 변수 데이터를 디로거 장비에 프로그램화한다.

대상 데이터

연구대상 시스템은 H사의 CRDI 2.5 차량의 엔진이며, 사양은 Table 1과 같다. 브레이크 스위치의 장착위치는 Fig.

성능/효과

고장현상은 중저속 주행 중 액셀 페달에서 브레이크 페달로, 다시 액셀페달로 발을 옮겨서 가속할 때 발생되는 것을 알 수 있었다. ECM이 엔진의 출력을 제한하는 기능을 분석하는 과정에서 브레이크 스위치 신호의 오류가 발생된 것을 알 수 있었다. 브레이크 스위치 신호의 오류로 가속시 오버라이드 기능이 실행되어 엔진의 출력이 제한하여 가속이 잘 안 되는 것을 알 수 있었다.
Table 4의 데이터에서 엔진 냉각수 온도 91℃와 연료 온도 67℃의 데이터를 통해 자동차가 워밍업이 된 상태라는 것을 알수 있으며, 액셀러레이터 페달 개도 44% 상태에서 변속 단 3단, 엔진 2,106 rpm, 차량 속도 43 km/h로 가속 주행하고 있는 상태임을 알 수 있고, Fig. 8에서 가속 주행 중 가속불량이 발생되어 변속 단이 6, 5, 4, 3단으로 다운 시프트 되었으며, 가속페달을 적은 범위에서 놨다 밟은 행위를 2~3회 시도하다가 점진적으로 가속하였음을 알 수 있다.
두 번째 연소실에 적정량의 연료가 공급되는지를 분석하기위해 레일 연료압력의 요구(rail fuel pressure_demand)값에 레일 연료 압력(rail fuel pressure)값이 추종하는 것을 보면 두 값이 일치하는 것을 보고 연료가 정상적으로 공급됨을 알 수 있다. 그리고 위내용에서 연소실에 공급되는 공기와 연료가 정상적으로 공급되는지는 공연비 요구(air fuel ratio_desired)값과 공연비(air fuel ratio)값을 보고 알 수 있는데 두 값이 일치해서 거동하는 것을 보면 연소실에 공급되는 공기의 양과 연료량은 정상으로 판단한다.
따라서 주행 중 간헐적으로 가속불량이 발생되는 원인은 브레이크 스위치의 신호오류로 가속 시 안전을 위하여 ECM이 오버라이드 기능을 실행시킴으로 발생되었던 정상적인 페일세이프 모드였음을 규명하였으며 프런트 윈도우 쏠라 필름 작업시 작업방법의 개선 및 주의가 필요한 것으로 판단된다.
브레이크 스위치 신호의 오류로 가속시 오버라이드 기능이 실행되어 엔진의 출력이 제한하여 가속이 잘 안 되는 것을 알 수 있었다. 브레이크 스위치 신호오류의 원인을 분석하는 과정에서 브레이크 스위치의 커넥터 핀에 부식이 발생 되었음을 확인하였다. 브레이크 스위치의 커넥터 핀 부식의 원인을 규명과정에서 쏠라 필름작업 중 흘러내린비눗물에 의해 커넥터 핀 부식이 발생되 었음을 확인하였다.
ECM이 엔진의 출력을 제한하는 기능을 분석하는 과정에서 브레이크 스위치 신호의 오류가 발생된 것을 알 수 있었다. 브레이크 스위치 신호의 오류로 가속시 오버라이드 기능이 실행되어 엔진의 출력이 제한하여 가속이 잘 안 되는 것을 알 수 있었다. 브레이크 스위치 신호오류의 원인을 분석하는 과정에서 브레이크 스위치의 커넥터 핀에 부식이 발생 되었음을 확인하였다.
브레이크 스위치 신호오류의 원인을 분석하는 과정에서 브레이크 스위치의 커넥터 핀에 부식이 발생 되었음을 확인하였다. 브레이크 스위치의 커넥터 핀 부식의 원인을 규명과정에서 쏠라 필름작업 중 흘러내린비눗물에 의해 커넥터 핀 부식이 발생되 었음을 확인하였다.
이때, 흘러내린 비눗물이 와이어링 하니스를 타고 내려오거나 떨어져 브레이크 스위치의 커넥터에 고인 후 시간을 두고 핀 부식 및 전원단락으로 브레이크 스위치의 신호 오류를 일으켜서 주행 중 간헐적으로 가속불량 현상이 발생된 것으로 추정하였다. 차량사용자에게 프런트 윈도우 쏠라 필름작업 전 후를 구분하여 고장현상 발생시점을 문진하였을 때 작업 후부터 발생하였음을 확인할 수 있었다. 그러므로 주행 중 간헐적인 가속불량이 발생되었던 원인은 프런트윈도우에 쏠라 필름작업을 할 때 발생된 수분에 의해 브레이크 스위치커넥터의 핀 부식이 발생되고 전원이 단락되어 브레이크 스위치의 신호가 오류를 일으켜서 가속시 ECM에서 안전을 위해 페일 세이프 모드로 오버라이드 기능이 실행되었던 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	복잡하고 정밀한 컴퓨터 제어 시스템의 고장 현상 중 지속성이 좋은 고장 현상에 대한 원인은 어떻게 분석하는가?	이런 고장 현상들은 그 고장 현상이 지속성이 있는 것들이 있는가 하면 잠깐 나타나고 사라져 버리는 간헐적인 고장현상들도 있다. 지속성이 좋은 고장 현상들은 스캐너(Hi-Scan tool) 장비나 엔진 종합 테스터기(HI-DS, GDS) 등으로 그 고장 원인을 분석하는 데는 큰 어려움이 없다 [3] .
	복잡하고 정밀한 컴퓨터 제어 시스템은 어떠한 형태로 고장 현상이 발생하는가?	이렇게 복잡하고 정밀한 컴퓨터 제어 시스템은 주행 중 시동 꺼 짐, 출력 부족, 엔진 부조, 엔진 경고등 점등 등 다양한 형태로 고장 현상이 발생된다. 이런 고장 현상들은 그 고장 현상이 지속성이 있는 것들이 있는가 하면 잠깐 나타나고 사라져 버리는 간헐적인 고장현상들도 있다.
	ECM의 역할은 무엇인가?	현재의 자동차는 친환경, 고출력, 고연비, 편의성, 안전성, NVH 등 다양한 요구를 만족시키기 위하여 고도의 컴퓨터 제어 기술이 적용되고 있으며, 이 기술 또한 급속도로 발전하고 있다. 특히, 엔진에 적용된 전자제어 시스템은 앞서 언급한 바와 같이 다양한 요구를 만족시키기 위해 ECM은 각종 센서와 스위치들의 정보들을 입력받아 최적의 연료 분사 시기와 분사량 제어, 최적의 점화 시기 제어, 노킹 제어, 배기가스 제어, 고장 진단 등 다양하고 정밀한 제어를 수행한다 [1,2] .

참고문헌 (6)

Kim, S. M., 2014, Case Study of Intermittent Engine Hesitation Fault Diagnosis By CKPS Fault, Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, 23:6 624-629.

원문보기 상세보기
KEFICO Engineering & Technology Institute, 2008, Automotive Electronic Control, Copyright@KEFICO.
Hyundai Motors, 2003, Hi-DS Manual Version 1(JAN. 1, 2003), Printed in Korea.
Hyundai & Kia Motors, viewed 08 Dec. 2014, Case Bank, .
Hyundai & Kia Motors, viewed 08 Dec. 2014, DTC-Shop Manual, .

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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