moto GP 해외 기사: MotoGP의 전자 장비(1)

[베이베기린(김상수)]

 Under the hood: 타이어와 노면의 사이에 있는 MotoGP의 전자 장비

그것은 가장 빠른 머신이다. EFI 엔지니어인 가와사키 MotoGP팀의 다니로 카소나토는 이전 인터뷰에서 어떻게 전자 장비들이 자신들의 탑 클래스 레이스 바이크에 탑재되어 있는지를 언급 했었다. 올해 캘리포니아 만터레이의 마쯔다 스피드웨이에서 열린 MotoGP 레이스에서, 나는 이전에 소개했었던 최고의 스피드를 위해 만들어진 단 하나뿐인 레이스 하드웨어를 더 보게 되었다. 그 내부는 비밀스럽고도 완벽한 것이었다.

MotoGP의 전자 장비들을 더 잘 확인하기 위해서 가와사키의 패독을 또다시 방문했다. 이번에는 야마하 GP팀의 데이터 엔지니어, 스즈키 GP팀의 크루 치프와 독일 2D Systems의 공동 창업자와도 함께 했다. 독일 2D Systems는 현재 스즈키, 가와사키 그리고 야마하팀의 핵심 센서와 전자 장비의 제조 업체다.

말도 안되는 파워-웨이트쇼(무게당 마력비)를 가진 MotoGP 바이크에 선수들을 붙들어 놓기 위해서 팀들은 섬세한 머신 콘트롤을 위한 중재자를 마련하기 위해서 고심한다. 그리고 이에 대한 나의 가장 큰 의문점은 경기중에 바이크 콘트롤을 과연 어느 정도의 자율에 맡기느냐 였다. 레이스 도중에 피트에서 레이스 세팅을 바꿀 수 없게 한 이후로, 점화 타이밍이나 쓰로틀과 연료의 맵핑 같은 것들은 선수들이나 지정된 온보드 시스템들에 의해서 결정이 이루어져야만 했다. 그리고 이는 언제, 어떻게 심지어는 정확히 원하는 지점에서 성능이 나올 수 있게 이루어져있다.

(가와사키는 부드러운 파워 전달을 위해 존재하는 다양한 센서들에 의존하고 있다.)

하지만 실시간 센서 입력에 의해서 어떻게 이 결정들이 이루어 지는가는 확실하게 아는바가 없었다. 트랙 위에서의 바이크 포지션이 균일하게 입력될까? 만일 그렇다면 어떻게 이를 신뢰할 수 있을까? 그리고 공기/연료가 혼합되는 도중에 '라이드-바이-와이어'같은 전자 장비가 어떻게 선수의 쓰로틀 어플리케이션에 맞추어져 있을까? 모든 콘트롤 기능들에 작용하는 정렬된 센서의 사용에 대해서도 더 많은 의문들이 생겼다. 무엇을 측정하는 걸까? 어떤 데이터들을 이 센서들이 측정하는지 그리고 어떻게 팀들이 이 데이터들을 수집하는지 궁금했다. 가장 핵심되는 부분은 데이터 수집, 데이터 분석 그리고 이를 통한 최종 결정을 내리는 것이었다. 이 방대한 데이터들 중에서 어떻게 머신을 향상시킬 수 있는 제대로 된 결정을 내릴 수 있는 걸까?

나는 이후 많은 질문들을 던졌고 최종적으로는 상당한 답변들을 얻을 수 있었다. 친절하게 시간을 내어서 개개의 노력 뒤에 숨은 전자 공학들을 설명하는데 시간을 할애해준 팀들에게 감사드린다.

레브를 올리며

가와사키의 이안 휠러는 올해 라구나 세카의 현장 EFI 기술진인 안드레아 도소리와 함께 검토를 했다. 크루 치프였고 현재 모토크로스 라이더인 안드레아가 검토하는 핵심 사항은 전체 시스템과 트랙에서 이루어지는 선수의 라이딩 결과를 통한 전자 시스템들의 전체적인 균형을 맞추는 것이다.

올해 가와사키의 핵심 사항은 새롭고 좋아진 엔진 콘트롤 유닛(ECU)이다. 오랜 파트너인 이탈리아의 마그네티 마렐리와 함께 작업하면서 가와사키는 더욱 경쟁력 있는 콘트롤 시스템을 위해서 핵심 전략들을 더욱 심층적으로 개발했다. 이와 같이, 더욱 풍부해진 데이터 자료들에 더 많은 데이터 분석이 요구되었고 바이크의 움직임에 성공적인 그림을 그려내기 위해서 소프트웨어 분석이 중요하게 되었다.

가와사키의 전자 콘트롤 시스템

하지만 메카트로닉스와 제어 루프는 여전히 사람의 작동 방식에 비하면 완벽하지 않다. 그럼에도 불구하고 가와사키를 제외한 나머지 팀들은 모두 풀(full) 라이드-바이-와이어 시스템(쓰로틀 어플리케이션이 엔진의 가속을 전자적으로 전달하는 시스템)을 사용한다. 반면 현재 가와사키는-최소한 지금은-그들 고유의 반반 섞인(하이브리드) 시스템을 사용중이다. 선수들의 쓰로틀 부분에 실제 케이블이 연결 되어서 4 실린더의 쓰로틀 바디중에서 반을 제어한다. 그리고 나머지 반은 전자식 시스템이 제어를 담당한다. 도소리는 팀이 가진 '바이크의 필링에 대한 철학'이 있음을 인정했다. 그것은 선수가 좀 더 완전하게 머신과 일체감을 느껴야 한다는 것이다.

내가 놀랐던 부분은 도소리가 모터사이클이 서킷의 어느 위치에 있는지를 실시간으로 파악하는 콘트롤 시스템을 언급했다는 것이다. 이 시스템은 테스트 트랙에서는 사용되었지만 실제 레이스를 위해서 완전히 완성된 것은 아니었다. 이 시스템은 확실히 더 향상된 후대를 위한 개발이며 이것의 완전한 도입은 곧 이루어질 터였다. 그렇지만 도소리는 실시간 콘트롤 시스템을 자신들의 현재 MotoGP 바이크에는 탑재하길 거부했다. 대신에 도소리가 사용할 방법은 더 신뢰성이 있는 GPS를 이용한 트랙 위의 위치 표시 방법이었다. 이는 현재 우리가 차를 운전하면서 매번 짜증나는 길 안내 음성으로 사용하고 있는 네비게이션 시스템과 유사한 것이다.

확실히, 실시간이 아닌 후기 분석을 위한 GPS 위치 시스템에서의 데이터 수집은 더 안심이 가는 방법이다. 그러나 즉각적인 결정들은 선수의 입력에 대한 반응과 모터사이클의 거동을 충분히 제어할 수 있게 하는 방법들을 설명할 수 있는 센서들을 통해서 이루어진다.

파워를 제어하다

MotoGP 엔진의 배기량 감소가 2년째에 들어가면서 엔지니어들에게 강력한 엔진 파워 제어는 예전보다 덜 중요하게 되었다. 이제는 부드러운 파워 전달이 핵심이 되었다. ECU의 중요성은 절정에 달하게 되고, 엔진 사이즈가 더 작아지게 되면서 엔진 출력 곡선은 유순하게 변했다. 도소리는 가와사키 MotoGP 머신의 실시간 콘트롤을 위해서 중요한 가속 센서, 뱅크각 측정 센서, 프론트 휠과 GPS 속도 그리고 프론트 휠의 서스펜션 움직임등을 재는 각종 센서들을 보여주었다.

휠 스핀을 제어하는 것은 레이서가 더 빨리 달리게 하기 위한 도구지만 너무 많은 제어는 극단적으로 '하이-사이드'라는 사고를 야기시키게 되고 선수가 바이크에서 떨어지게 만든다. 그래서 프론트와 리어의 휠 속도를 GPS 속도와 엔진의 회전수와 함께 비교하는데, 바이크는 그립력을 유지하기 위한 트랙션 콘트롤 시스템(TCS)의 필요에 따라서 쓰로틀에서 이루어지는 입력에 조용하게 반응한다. 실제로 시판용 바이크로 경기를 하던 선수들이 MotoGP에 오면 전에 경험하지 못한 타이어 그립, TCS, 라이더-바이-와이어 그리고 풍부한 센서들을 기반으로 한 콘트롤 시스템에 놀라곤 한다. 몇몇 선수들은 그들이 코너에서 얼마나 빨리 가속을 할 수 있는지를 언급하곤 한다.

그렇다면 가와사키의 전자 콘트롤 시스템은 어떻게 생겼을까? 물론 팀은 절대 이에 대해서 전부 이야기해주지 않지만 도소리는 대략 50개의 센서들이 온보드에 자리잡고 있다고 가르쳐 주었다. 그리고 이런 센서들의 커뮤니케이션은 복합 ECU/데이터로거 피드들과 CAN 버스들을 통해서 이루어진다고 말해주었다. 30개의 아날로그 센서들이 4개의 온도 감지 장치, 익죠스트의 산소 레벨(람다 센서) 그리고 다른 디지털 센서들과 함께 위치하고 있다. ECU 콘트롤과 데이터로거는 이를 처리하는데 바쁘게 작동한다. 예를 들자면, '퀵 쉬프터'가 작동되면 풋 쉬프트시의 정도를 측정하여 클러치에서 기어를 바꾸는 시기에는 잠깐 점화를 컷 시키는 타이밍을 계산하게 된다. 이런 동작들이 KHz의 샘플링 비율에 의해서 이루어진다.

또한 많은 데이터들이 레이스 바이크에서 정보들을 다운로드 하고 새로운 콘트롤 프로그램들을 짧은 순간에 업로드 하기 위해서 이더넷 인터페이스를 필요로 한다. 하지만 모든 작업들이 레이스가 진행중일때 이루어지지만은 않는다. 연습 이후와 퀄리파잉이 끝나면, 엔지니어들과 기술진들이 이를 통해 획득한 작은 데이터들로 레이스를 위한 셋업과 시스템들을 향상시키고 이어지는 시즌을 대비하기 위해 머리를 맞대고 고민한다.

출처:EEtimes.com

MotoGP의 전자 장비(1), (2)

+전자 공학을 전공하지 않아서 일부 전문 용어들은 틀릴 수도 있습니다. 잘못된 부분들에 대해서는 피드백 부탁드립니다. 수정하도록 하겠습니다.

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[cause you]

수준높은 정보 감사합니다. ^^

[바이크뿌]

정말 감사한 정보입니다~ 꾸벅~ 스크랩 하나 해가겠습니다