자동차의 안전성은 여러 보조 장치를 통해 지속적으로 개선되고 있다. 그 중 ESC는 고속 주행 시 운전자가 차량의 제어를 용이하게 하는 보조 장치로 교통사고를 예방하는데 기여한다. 차량 안전성과 관련하여 우리에게 친숙한 시스템에는 ABS(Anti-lock Braking System)와 TCS(Traction Control System)가 있다. ESC는 이 두 시스템 기능에 차량이 옆으로 미끄러지는 것을 방지하는 기능이 추가돼 있다. 따라서 ESC는 ABS와 TCS의 하이브리드 시스템이라고도 할 수 있다. 최근에는 다른 첨단 기능과의 통합을 통해 안전성, 편리성, 연비, 운동성 향상에도 기여한다. 이에 따라 자동차의 사고회피 지원 능력에 대한 요구가 높아지면서 안전한 자동차 사회를 떠받치는 기술의 하나로 ESC의 기본 장착이 늘고 있다.
ESC의 효과

미국 연방정부 도로교통 안전관리청(NHTSA)은 ESC 의무화로 승용차의 단독 사고 건수는 34%, SUV의 단독 사고 건수는 59% 경감할 수 있을 것으로 예측했다. EC는 ESC 장착에 따라 한 해 10만 대의 충돌사고와 4000명의 사상자가 줄어든다고 밝혔다. 일본에서는 지난해 2월 독립 행정법인 자동차사고대책기구(NASVA)가 자동차사고종합분석센터의 데이터를 기초로 ESC의 교통사고 저감효과에 대한 보고서를 발표했다. 보고서에 의하면 그 효과는 신뢰할 만한 수준이다.

ESC 장착에 따른 사고율 저감 효과
- 차량 단독 사고에서 약 44%, 정면 충돌사고에서 약 24％ 사고율이 감소
- 대파 사고에서 약 62％, 중파사고에서 약 46％ 사고율이 감소
- 건조로에서 약 20％, 습기가 많음 도로에서 약 58％ 사고율이 감소
- 직선로에서 약 42％, 커브 길에서 약 36％ 사고율이 감소

구성장치와 기능

ESC는 휠 속도 센서, 횡방향 가속도 센서, 조향각 센서, 제동장치 등으로 구성된다. 이 장치는 사고를 방지하기 위해 스티어링 휠의 조향 각도를 지속적으로 모니터링하면서 유사 시 각 바퀴의 제동력을 적절하게 제어하여 차량이 정해진 방향으로 진행할 수 있도록 도와준다.
ESC는 모듈레이터라고 하는 장치 본체에 모터를 달았다. 모듈레이터의 모터를 작동시켜 운전자 대신 각 바퀴용 유압 브레이크 압을 적절히 발생시킨다. 모듈레이터는 소형화와 고기능화가 진행되고 있다. 소형화는 ABS 모듈레이터가 소형화되는 것과 마찬가지로 세대 진화로 기구 부분과 전자제어 부분의 체적과 무게가 줄고 있다.
자동차의 불안정 여부는 스티어링의 타각 센서와 요레이트 겸 G센서를 비교하여 판단한다. 차량이 안정된 경우에는 운전자의 스티어링 휠 회전량에 맞는 회전력이나 가속도가 차량에 발생한다. 스티어링 휠의 회전량과는 관계없는 회전력이나 가속도가 차량에 발생하면 차량이 불안정하다고 판단, ESC가 즉시 작동한다. 예를 들면, 직선 도로 주행 시 옆 차선에서 갑자기 자동차가 진입하면 급작스런 스티어링 조작으로 차량이 안정성을 잃게 되는데, 이 때 각 바퀴에 제동력을 발생시켜 진행 방향으로 주행할 수 있도록 해준다. 스티어링 휠을 회전시켰음에도 불구하고 차량의 회전량이 적은(언더스티어링) 경우에는 각 바퀴에 제동력을 발생시켜 옆방향의 이동을 지원한다.
ABS와 ESC의 차이는 ABS가 전후 방향의 힘을 제어하는데 반해 ESC는 횡방향의 힘을 제어한다는 점이다. 미끄러지기 쉬운 노면에서는 운전자가 브레이크를 걸면 타이어와 노면 사이의 마찰계수가 떨어져 타이어가 움직이지 않게(Lock) 된다. ABS는 차륜속 센서로 각 바퀴의 타이어 회전수를 검지하여 타이어가 룩이 되었는지 확인하고 룩을 해제하는 구조이기 때문에 운전자가 브레이크를 밟은 힘 이상의 가압은 할 수 없다. 반면, ESC는 브레이크 압의 가압 기능을 가지고 있기 때문에 밟은 힘 이상으로 브레이크를 걸 수 있다.
최근 들어 ESC는 차간 거리제어(Adaptive Cruise Control, ACC) 시스템을 탑재한 차종의 확대로 차간 거리 정보에서 충돌 가능성을 감지하여 브레이크 압을 자동으로 제어하는 기능이 부가되기 시작했다. 또 횡전(roll) 가능성 검지부터 브레이크 압이나 스로틀 컨트롤 뿐 아니라 서스펜션과의 연계를 통해 횡전 방지 성능을 높이려는 연구도 진행되고 있다.
코너링 시 차량 거동 제어 측면에서는 전동 파워 스티어링과 연동시키려는 움직임도 있다. 이른바 달리고, 돌고, 멈추고 하는 기본 동작의 전자제어화를 기본으로 센싱 기술에 의한 액티브 제어화와 각 서스펜션 부품과의 연동이 진행 중이다. 이러한 서스펜션 관련 협조 제어로 ECU의 통합 제어화나 개별 시스템마다 탑재되어 있는 각종 센서 정보의 공유와 같은 하드웨어 레벨의 통합이 진행되고 있다.
ESC 용도 확대

ESC는 브레이크 압력을 높임으로써 안전성, 편리성, 연비, 운동성 향상에도 일조한다.
안전성 향상 측면에서는 ACC와 연동된 충돌 피해 경감 브레이크나 자동 브레이크, ACC 기능을 ESC의 증압 기능을 사용해서 실현하는 것이다. 토요타자동차의 렉서스는 ECB2라는 전동 유압식의 브레이크를 사용하고 있으며, ESC 그 자체의 증압 기능에서 감속은 하지 않는다. 또 닛산자동차의 푸가(Fuga)도 ESC를 탑재하지만 브레이크 부스터에서 감소시켰다. 닛산은 이것을 ESC로 치환하려 한다. 이런 기능에는 앞차와의 거리를 측정하기 위한 레이저 레이더나 밀리미터파 레이더가 필요하기 때문에 적용은 일부 고급차에 한정되고 있다.
편리성 향상 측면에서는 힐 스타트 어시스트나 다운 힐 어시스트 기능이 실용화되었다. 이 기능은 오르막길(혹은 내리막길)에서 브레이크 페달을 떼어도 수 초간 ESC가 브레이크를 건 상태를 유지하면서 뒤로 밀리지 않고 발진할 수 있도록 도와준다. 앞으로는 여기에 추가로 전자 파킹 브레이크와 조합시킨 브레이크 홀드 기능이 추가될 전망이다. 현재 힐 스타트 어시스트나 다운 힐 어시스트 기능을 탑재하고 있는 차종은 4륜구동 모델로 토요타의 RAV4, 닛산의 엑스트레일, 혼다의 크로스로드 등이 있다. 크로스로드는 경사각이 약 5~35도인 경우 브레이크 유압을 약 1초간 유지한다.
2륜구동 차량에서 향후 채용될 기술은 정지 시 브레이크를 밟지 않아도 브레이크를 계속 가압하는 브레이크 홀드 기능이다. 폭스바겐의 파사트가 ESC에 의한 브레이크 홀드 기능과, 전자 파킹 브레이크에 의한 협조 제어를 실현했다. ESC 장치는 TRW의 EBC450을 탑재했다. 이 시스템은 정지 후 3초 정도는 ESC의 증압 기능으로 브레이크를 걸고, 그 후 자동으로 전자 파킹 브레이크로 정지 기능을 이어간다.
향후에는 ESC가 연비 개선에도 기여할 것으로 전망된다. 최근 가솔린 엔진은 펌핑 손실 절감을 위해 흡기관의 부담을 삭감할 방침이다. 그렇게 되면 현재 브레이크의 배력장치로 흡기부압을 이용하는 마스터백의 어시스트력이 떨어진다. 따라서 ESC의 증압 기능으로 이것을 보충하려는 것이다. 또 향후 직분 시스템에 아이들링 스톱 기구를 조합하려는 경향이 있다. 그렇게 되면 엔진 정지 시에는 부압이 발생하지 않아서 브레이크가 무능화된다. ESC는 이러한 문제의 해결책이 될 수 있다. 현시점에서는 ESC의 내구성이 부족하여 가압할 수 있는 수준이 낮아 완전히 마스터백을 없애기는 힘들다. 그러나 내구성이 향상되면 부압을 이용한 마스터백이 ESC로 치환될 수도 있다.
이외에도 최근 늘고 있는 액티브 스티어링 등 다른 기구와의 연동으로 운동 성능을 향상시키려는 움직임이 있다. 액티브 스티어링과 조합해 미끄럼 시 카운터 스티어를 맞추면서도 제동력에 의해 요(yaw) 모멘트를 제어하는 등의 협조가 가능하다. 이러한 연계에는 4륜구동 차의 전후 토오크 배분, 좌우 구동력 배분, 댐퍼의 감쇠력 제어 등도 고려해 볼 수 있다. 토요타의 뱅가드나 엑스트레일은 미끄럼 방지 장치의 요레이트 센서 정보를 바탕으로 4륜구동 시스템의 전후 토오크 배분을 제어하고 있다.
ESC가 다른 시스템과 연계되는 경우에는 다른 ECU와의 통신이 필요하다. 현재 제어 자체는 각각의 ECU가 담당하고 필요한 정보만을 통신으로 주고받는 형태가 일반적이다. 단지 기능에 따라서는 ESC의 ECU에 통합해 제어하는 것이 더 효율적인 경우도 있다. 예를 들면, 보쉬가 실용화를 계획하고 있는 토오크 벡터링 디퍼렌셜 기어라는 구동력 배분장치는 ESC의 ECU가 제어를 담당하고 있다.

ESC 탑재율 지속적 증가

ESC의 탑재율은 향후 세계 각국에서 더욱 높아질 것으로 전망된다. 유럽에서는 신규 등록 승용차의 대략 42％가 ESC를 장착하고 있다. 독일에서는 약 70%의 차량에 ESC가 장착돼 있으며 일본의 ESC 탑재율은 10% 수준으로 제시돼 있다.
미국의 경우는 2011년 9월부터 ESC 탑재를 의무화하는 미국 연방 자동차안전규정(FMVSS) 제126조가 통과됐다. FMVSS 126에 의하면, 미국에서 판매되는 2009년 모델부터 단계적으로 ESC의 표준 탑재를 개시하여 2011년 9월 이후에는 모든 차량에 탑재를 의무화한다. 중량이 4500 kg 이하의 차량이 대상이다.
한꺼번에 탑재를 의무화하는 것은 ESC 생산과 차량 개량의 시간 측면에서 힘들기 때문에 NHTSA는 자동차 메이커마다 2008년 9월부터 3년간에 걸쳐 단계적으로 의무화 할 방침이다. 우선, 올 9월부터 2009년 8월 말까지 생산되는 차량은 55%가 탑재하게 된다. 2009년 9월부터 2010년 8월 말에 생산되는 차량은 75%, 2010년 9월부터 2011년 8월 말까지 생산되는 차량은 95%로 단계적으로 늘려 나갈 방침이다.
미국의 의무화로 ESC 보급률은 세계적으로도 상승 기류를 탈 전망이다. ESC 생산 최대 회사로 세계 시장점유율 30%를 차지하고 있는 보쉬의 지역별 ESC 탑재율 전망에 따르면, 미국은 2012년에 99%, 유럽은 77%에 달할 전망이다. 대수 기준으로는 북미가 2007년 700만 대에서 2012년에는 1600만 대로 늘어날 것으로 예측된다. 연평균 성장률은 18%.
신장률은 낮지만 생산 대수가 많은 지역은 유럽이다. 2007년은 1000만 대 수준이었으나 2012년에는 1700만 대로 연평균 12%로 늘어날 전망이다. 일본의 경우는 2007년 300만 대에서 2012년에 500만 대가 될 것으로 추정하고 있다. 유럽에서는 유럽위원회(European Commission, EC)가 2011년부터 출시되는 모든 신차에 ESC를 기본 장착하도록 계획 중이다.

AEM_Automotive Electronics Magazine