글 | 에릭 카론 (Eric Caron), Eric.Caron@freescale.com
     고디 데이비스 (Gordy Davies), Gordy.Davies@freescale.com
     운송 및 표준 사업부
     프리스케일 세미컨덕터

대부분의 사람들은 타이어 압력을 적절하게 유지하는데 기울이는 관심보다는 차의 외관을 얼마나 깨끗하게 관리하느냐에 더 많은 관심을 가지고 있다. 실제로 미국 타이어제조업협회(Rubber Manufacturers Association)에서 실시한 설문조사에 따르면, 미국 운전자 중 약 70%가 매월 최소한 1회 이상 차량을 세차하는 반면, 매월 1회 이상 타이어 공기압을 점검하는 운전자는 전체 응답자 중 15%에 불과했다. 불행히도 타이어 공기압이 지정 값을 밑도는 상태로 주행할 경우 운전자의 생명을 위협하는 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 미국 도로교통안전국(NHTSA)은 미국 내 부적절한 타이어 공기압으로 인한 타이어 펑크로 매년 23,000건 이상의 교통사고와 535명의 인명 피해가 발생하는 것으로 추정하고 있다.
타이어 공기압 불량은 비단 미국 내의 문제만이 아니라 차량을 운전하는 전세계 모든 운전자의 안전과 직결되는 문제이다. 프랑스의 경우 발생하는 전체 교통사고 중 사망사고의 9%가 타이어 공기압 부족으로 인해 발생하는 것으로 추정하고 있다. 독일도 전체 상해사고 중 41%가 타이어 문제와 연관되어 있는 것으로 추정하고 있다. 최근 독일에서 실시한 조사에 따르면, 주행중인 차량의 75%가 최소한 하나 이상의 타이어가 주행에 부적절한 공기압 상태인 것으로 확인됐다.
타이어 공기압이 부족할 경우, 특히 도로 운송에 의존하는 상용 트럭 운송업체의 소유주에게 심각한 경제적인 손해를 입힌다. 약간의 공기압 부족으로도 연료비용 상승과 타이어 재생 및 교체 비용 증가로 인해 연간 수천 달러의 비용이 늘어나는 결과로 이어질 수 있기 때문이다.

안전문제

타이어 공기압을 적절하게 유지하면 펑크 발생이 줄고 제동거리가 짧아지며 젖은 노면에서 수막현상이 완화되고 전반적인 주행성능이 향상된다. 또한 공기압을 적절하게 유지하면 타이어의 수명이 연장되고 연비가 높아짐으로써 차량의 운영비용을 절감하는 효과도 있다. 하지만 대부분의 자동차 운전자가 타이어 압력을 점검하여 적절한 공기압 수준을 유지하지 않기 때문에 이와 같은 이점을 누리지 못하고 있다.
공기압이 부족할 경우 타이어의 강도가 떨어지고, 이는 선회력 저하로 이어지며 코너링 또는 차선 변경 시 차량이 미끄러지거나 제어력 상실이 발생하는 원인이 될 수 있다. 또한 타이어 공기압이 낮을 경우 각 타이어의 접지면과 접지면이 도로에 가하는 압력이 변화되므로 제동거리가 길어진다. 더불어 공기압 부족과 고속주행 및 과적상태가 결합될 경우 타이어에 펑크가 발생하여 차량이 반대 차선으로 돌진하거나 제어력을 잃고 미끄러지는 최악의 사태로 이어질 수 있다. 펑크가 발생했지만 차량의 제어가 유지되는 경우라도 도로에서 타이어를 교환하는 일은 운전자가 달리는 차량에 노출되는 위험이 따르며, 특히 야간이나 악천후 상태라면 더욱 위험하다.
이와 달리 타이어 공기압 과다는 일반적으로 공기압 부족만큼 위험하지 않은 것으로 생각되지만, 그래도 차량 탑승자의 안전을 위태롭게 하거나 타이어 손상의 가능성이 높아질 수 있다. 타이어 공기압이 과다할 경우 강도가 증가하며 도로와 접촉되는 접지면이 줄어든다. 또한 불규칙한 노면에 대한 타이어의 반응성이 낮아지며 불규칙한 트레드 마모가 발생하여 타이어의 안전성이 저하될 수 있다.
NHTSA에서 수집한 업계 데이터에 따르면, 전체 타이어 압력 손실 원인 중 85%가 완만한 누출에 의한 것이었다. 타이어는 도로에서 전혀 손상을 받지 않더라도 자연적인 누출을 통해 월간 최대 1 psi의 압력이 소실될 수 있다. 또한 대기온도가 섭씨 5.5도 떨어질 때마다 압력이 추가적으로 월간 1 psi씩 소실된다. 그 결과 외부적으로 공기압 부족의 징후를 전혀 보이지 않더라도 타이어의 성능이 장기간에 걸쳐 저하될 수 있다.

경제적 문제

타이어의 공기압이 적절할 경우 더 안전한 주행이 가능할 뿐 아니라 소유주에게 여러 가지 경제적 장점이 제공된다. 권장 타이어 압력 수준을 유지하는 것은 다음과 같은 의미를 갖는다(타이어 제조사가 아니라 자동차 제조사가 적정 공기압을 지정하는 것이며, 적정 공기압은 대개 운전석 도어 내부의 명판에 표기되어 있다).

- 차량을 더욱 정밀하게 제어할 수 있으므로 안전한 코너링과 비상 기동이 가능하다.
- 도로 접지와 롤링 특성이 최적화되어 연비가 향상되며 타이어의 수명이 연장된다.
- 빗길, 눈길에서 견인력이 높아진다.

공기압을 적절하게 유지하려면 타이어 게이지를 이용하여 최소한 월 1회 이상 점검해야 한다. 단지 몇 psi 차이라도 안전하고 경제적인 차량 운영이 어려워질 수 있으므로 운전자가 적절한 공기압을 “육안으로” 판단하는 것은 금해야 한다. 위에서 지적한 바와 같이 대부분의 운전자는 타이어 압력을 정기적으로 점검하는 일에 그다지 열성적이지 못하다는 사실이 원격 TPMS(Tire Pressure Monitoring System)가 개발된 계기이다.
TPMS 구현에 가장 강력한 경제적 동기를 가진 분야는 상용 트럭 운송업계다. 굿이어(Goodyear Tire and Rubber Company)에서 실시한 테스트에 따르면 조향, 구동, 트레일러 타이어의 공기압이 단지 15%만 떨어지더라도 타이어의 예상 수명이 8% 감소되고 연비가 2.5 mpg(miles-per-gallon)까지 저하될 수 있음이 밝혀졌다.
트럭의 타이어 공기압을 적절하게 유지하면 수십 만 km의 차량 주행 수명 동안 연료와 타이어 정비 비용으로 수천 달러를 절감할 수 있으며, 특히 18개 이상의 타이어가 장착된 대형 트랙터/트레일러 트럭의 경우 차이가 더 뚜렷해진다. 운송회사의 트럭 전체에 설치할 경우 TPMS는 모든 주행 상황에서 적절한 공기압을 유지할 수 있는 신뢰성이 높은 도구의 역할을 한다.

직접식 및 간접식 TPMS

2000년도 전후 세간의 이목을 끈 사건이 다수 발생한 이후에 미국 정부는 널리 만연된 타이어 안전 무시로 인한 위험에 대응하여 자동차 리콜 강화법(TREAD)을 제정했다.
TREAD 법안의 일환으로 차량 총중량 4536 kg 이하급의 모든 승용차, 트럭, 버스에 2008년 모델부터 TPMS를 장착하여 출고하도록 하는 조항이 미연방 자동차안전기준(FMVSS 138)에 추가되었다.
자동차에 적용되는 TPMS에는 간접식과 직접식의 2종류가 있다.
간접식 TPMS는 ABS(Anti-lock Braking)의 속도센서를 이용하여 바퀴의 회전속도를 비교함으로써 공기압 부족 상태를 판단한다. 공기압이 부족한 타이어는 적정 공기압인 타이어보다 지름이 조금 작아지므로 차량이 주행중일 때 적정 공기압의 타이어와 다른 속도로 회전하게 된다. 시스템에서 공기압 부족 상태가 감지되면 운전자에게 경보를 보내지만, 간접식의 경우에는 일반적으로 최소 25% 이상 공기압이 부족한 상태가 되기 전까지 타이어의 공기압 저하를 감지하지 못한다. 간접식 TPMS는 ABS를 활용하기 때문에 소프트웨어의 추가만으로 저렴하고 쉽게 설치할 수 있지만, 직접식 TPMS보다 정확도가 떨어진다. 더욱이 타이어를 교환하거나 위치를 변경하거나 공기를 재주입할 때마다 운전자가 시스템을 초기화해야 한다. 또한 4륜의 공기압이 동시에 내려가는 경우나 차량이 정차중에는 검출을 할 수 없다.
직접식 TPMS는 바퀴 테두리(wheel rims)에 설치된 압력센서를 통해 각 타이어의 독립적인 실시간 공기압을 측정하며, 이 정보를 차량의 계기판에 즉시 전송하여 운전자에게 알려준다. 또한 직접식 TPMS의 경우 마이크로컨트롤러(MCU), RF 소자 등과 같은 추가 부품을 통합하여 시스템 성능을 확장할 수 있다. 최적의 TPMS 솔루션은 다음과 같이 구성된다.

- 타이어 내부의 압력과 온도를 측정하는 센서
- 바퀴 속도 또는 회전 방향을 감지하는 센서
- 주기적인 측정에 필요한 시간축을 제공하는 컨트롤러
- 데이터가 수집되는 타이어를 판별할 수 있는 수단
- 차량 새시에 대한 데이터 출력
- 진단 및 가동에 필요한 명령 입력 기능
- 전원