속도계: 작동 원리와 속도 측정 오차가 생기는 이유

우리는 모두 속도계를 알고 있습니다. 차에서 그때그때 주행 속도를 알려 주는 장치입니다. 하지만 우리가 거의 의식하지 못한 채 사용하는 매우 흔한 장치 중 하나임에도 불구하고, 대부분의 운전자에게는 잘 알려지지 않은 부분입니다. 속도 측정에 오차가 있다는 사실조차 대부분 모르고 있습니다. 이 오차에는 여러 원인이 있는데, 이에 대해서는 아래에서 설명하겠습니다. 그 전에 먼저 현재 사용되는 두 가지 유형의 속도계와 그 작동 방식을 소개하고자 합니다.

속도계의 종류

속도계에는 두 가지 종류가 있습니다. 하나는 오래된 방식이고, 다른 하나는 최신 모델에 장착되는 더 현대적인 방식입니다. 두 방식 모두 같은 원리를 기반으로 합니다. 다만 그것을 구현하는 방식이 다릅니다. 속도계로 차량의 주행 속도를 알려면 바퀴의 지름과 일정 시간 동안 바퀴가 회전하는 횟수를 알아야 합니다.

첫 번째 방식에서는 림의 크기에 타이어 단면 높이를 두 번 더한 값을 계산해야 합니다. 보통 지름은 제조사가 차량에 어떤 타이어를 장착하는지 알고 있기 때문에 이미 알려져 있습니다. 그러므로 이제 남은 것은 존재하는 두 종류의 속도계와 그 작동 방식을 이해하는 것입니다.

기계식 속도계

기계식 속도계는 몇 년 전까지 차량에 장착되었습니다. 현재의 방식보다 단순하며, 변속기의 보조축에 연결된 케이블의 회전을 통해 속도를 측정합니다. 이 회전 속도는 디퍼런셜의 변속비에 따라 바퀴의 회전 속도에 비례합니다.

케이블의 다른 쪽 끝에는 자석이 있습니다. 이 자석이 회전하면서 전류를 발생시켜 속도계 바늘을 눈금판 위에서 움직이게 합니다. 이 눈금을 정하고 가능한 한 정확하게 맞추려면, 이 움직임에 관여하는 모든 힘을 고려해야 합니다. 예를 들어 바퀴 지름에 맞게 보정되어야 하는 스프링의 비틀림 저항, 유도 전류의 세기, 디퍼런셜의 변속비 및 기타 변수들이 있습니다. 이렇게 해서 차량 속도의 표시를 제공할 수 있습니다.

전자식 속도계

전자식 속도계는 더 현대적이며, 설계가 더 실용적이고 단순하며 신뢰성도 더 높습니다. 변속기의 보조축에는 회전 센서가 설치되어 가변 전압 신호를 중앙 제어 장치(ECU)로 보내고, 제어 장치는 이를 해석하여 속도 신호로 변환합니다. 이 신호는 이후 계기판에서 아날로그 또는 디지털 형식으로 확인할 수 있습니다.

회전 센서는 홀 타입 센서라고도 부르며, 동시에 회전하는 두 개의 자석으로 구성됩니다. 이 두 자석 사이에 센서가 있으며, 이것이 전류를 생성합니다. 자석이 회전하면서 생성된 전자를 재배열하고, 이렇게 얻은 값은 이후 제어 장치에서 데이터로 변환됩니다.

전자식 속도계는 ABS의 톤 휠을 이용해서도 차량의 속도를 측정할 수 있습니다. 이 방식은 측정에 추가적인 오차가 생길 수 있습니다. 곡선 구간에서는 한쪽 바퀴가 다른 쪽보다 조금 덜 회전하기 때문입니다.

속도계의 오차

속도계는 속도 측정에 오차를 발생시킵니다. 아주 큰 오차는 아니지만, 실제 속도의 10%를 조금 넘을 수도 있습니다. 놀라운 점은 이 오차가 법으로 규정되어 있다는 것입니다. 유럽연합은 속도계에 표시되는 속도가 실제 속도보다 높아야 한다고 정하고 있습니다. 실제 속도와 속도계 표시 속도 사이의 이 차이는 10% 더하기 4 km/h로 규정되어 있습니다.

즉, 속도계 기준으로 120 km/h로 주행하는 차량은 실제로는 그보다 낮은 속도로 달리고 있는 셈입니다. 이러한 차이 때문에 운전자에게 심리적인 효과가 생깁니다. 운전자는 도로의 최고 속도로 달리고 있다고 생각하지만, 실제로는 그 속도에 도달하지 않는 것입니다.

일본이나 미국에서는 실제 속도와 표시 속도 사이에 위아래로 4%의 차이를 허용합니다. 속도계 표시 오차에 영향을 주는 다른 요인으로는 기계 부품의 마모, 시스템이 보정된 지름과 다른 지름의 바퀴 사용, 타이어 공기압 등이 있습니다. 타이어 공기압은 바퀴의 실제 회전 정도에 영향을 주어 속도와 주행 거리에도 영향을 미칠 수 있습니다.