ECU와 E/E 아키텍쳐(1)

 

E/E 아키텍쳐 구조

전기차의 전체 구조

ECU(Electronic Control Unit): 각종 전자장치들을 제어하는 장치

1. EGN ECU, ABS ECU( Anti-lock Breaking System), 멀티미디어 ECU, 트랜스미션 ECU, 안전관련 ECU 등 여러 개의 ECU가 존재.
2. 보통 70~100개 정도의 ECU가 탑재되어 있음. 테슬라의 전기는 4개 이하. ECU가 많을수록 전체적으로 제어하기 어려워짐. 현대차도 4개의 최상위 ECU로 제어할 예정.
3. MCU는 Micro Processor를 반드시 포함해야 하지만 ECU는 그렇지 않을 수 있음.  크게 보면 MCU도 ECU의 범주에 들어감
4. 엔진 제어 장치(Engine Control Unit, ECU)를 지칭하기도 함. 기계식 기화기의 한계를 극복하고자 전자제어를 통한 엔진 제어 장치로서 자동차에 첫 등장함. 공연비/점화 타이밍/밸브타이밍을 제어하여 연비와 출력을 늘리고 배기가스량을 저감함

TCU(Transmition Control Unit): 엔진장치, 제동장치 제어 등 핵심적인 역할을 담당. ECU 중 하나

1. 전자기적으로 돌아가는 자동변속기를 컨트롤
2. Input Parameter: 언제 그리고 어떻게 변속을 할지 결정하는데 사용하는 센서들의 값
   1. TPS(Throttle Position Sensor, 스로틀 포지션 센서)
      1. TCU에서 사용되는 데이터 중 가장 핵심적인 센서
      2. 스로틀 밸브가 열려 흡입하는 공기가 많아지면 TPS가 이것을 파악, 흡기량에 맞춰 엔진에 연료를 분사.
      3. 반대로 스로틀 밸브가 닫히면 흡입 공기량이 감소하고 그만큼 연료도 조금만 분사.
      4. 최근 Driven by wire 기술의 발달로 이 정보가 ECU와 TCU에게 공동으로 공급. 컴퓨터에 입력된 정보를 바탕으로 사람보다 정확하게 스로틀 밸브를 조작
      5. 전기차의 경우 eRPS(e-Motor Rotor Position Sensor)로 TPS가 대체된다고 생각하면됨
   2. TFT(Transmission Fluid Temperature Sensor, 미션오일 온도 센서): 트랜스미션 내부의 유체인 미션오일 온도를 측정. 온도가 너무 높다면, 트랜스미션은 기어의 단수를 내려 온도를 낮춤. 
   3. VSS(Vehicle Speed Sensor, 차량 속도 센서): OSS(Output Speed Sensor)라고도 함. 차량의 속도를 알려줌. TCC(터빈 스피드 센서), WSS(휠 스피드 센서)값을 비율로 나타내서 속도 값을 인식. 센서 값을 기반으로 TCU는 언제 기어 변환이 일어나야 하는지 결정
   4. WSS(Wheel Speed Sensor): 차량의 바퀴 회전수를 측정하여 차량의 실제 스피드를 측정함. 
   5. TSS(Turbine Speed Sensor, 터빈 스피드 센서):ISS(Input Speed Sensor)라고도 함. 배기가스의 유량을 측정하여 속도를 측정. 크랭크 샤프트, 캠샤프트의 속도를 측정하여 속도를 측정함.
   6. BLS(Brake Light Switch): 차량이 내리막길에 접어들때, 운전자가 브레이크를 밟지 않아도 내리막길을 감지하고 자동적으로 브레이크 기능을 좀 더 활성화할때 사용되는 센서
   7. TCS(Traction Control System): 도로의 주행 환경을 체크하여 기어를 선제적으로 변화시킬때 사용되는 센서
   8. 그 외에 BLS(Brake Light Switch), Switch 등이 있음.
3. Output Parameter:  TCU가 취합한 정보를 기반으로 내린 명령을 수용하는 센서들의 값. 이 값들이 차량에 변화를 줌
   1. Shift Lock(시프트락): 솔레노이드를 통해 차량의 기어 레버를 고정시켜, 갑작스러운 기어의 변경을 잠금
   2. Shift Solenoids(시프트 솔레노이드): 전자기 솔레노이드를 기반으로 기어를 변동시키는 역할
   3. PC 솔레노이드(Pressure Control Solenoids, 압력 컨트롤 솔레노이드): 기어변속을 위해 미션오일과 같은 유체의 압력을 조절하는 것이 중요. 다양한 압력라인을 이용하여 솔레노이드의 컨트롤을 통해 정확한 유체의 압력을 결정하는 역할
   4. TCC 솔레노이드(Torque Converter Clutch Solenoid, 토크컨버터 클러치 솔레노이드): 자동변속기에서 사용되는 장치로서 엔진과 유성기어(planetary gear) 사이에서 유체커플링으로 동력을 전달하는 장치를 제어, 엔진의 구동력을 변속기 출력축에 고정시킬지를 제어함. 변속축을 엔진부에 마찰로 결속하여 자동변속기 고유의 동력손실을 상쇄시킬 수 있음

TCU의 작동방식 및 구조

 

WSS의 센서 작동 방식

엔진속도(RPM)에 따른 출력 토크 곡선

솔레노이드란?

솔레노이드 밸브 구조도

 

총평

1. 연비를 올리려면 TCU를 잘 활용하는것이 중요하지 않을까? 결국 최적의 조건을 찾아서 연비를 향상시키는 것이 중요
2. 통신이 중요하지만 결국 어떤 데이터를 주고 받는건지? 데이터의 형태와 종류는 어떻게 되는지? 어떤 것이 중요한 데이터이고 어떤 게 부차적인지? 데이터의 크기는 얼마나 큰지? 데이터의 실시간성이 얼마나 보장되어야 하는지에 중점을 두고 전기/전자 아키텍쳐의 전반적인 부분을 파악할 것
3. 결국 관건은 SDV의 소프트웨어 개발에 CAN 통신을 어떻게 활용할 것인지가 관건 아닌가?