적용분야

포뮬러 스튜던트(Formula Student)는 전 세계에서 가장 까다로운 학생 엔지니어링 대회 중 하나입니다. 전 세계의 팀들은 매년 새로운 레이스카를 개발해 국내 또는 국제 대회에서 성능을 시험합니다. TU 베를린의 포뮬러 스튜던트 팀인 FaSTTUBe는 차량 성능 최적화를 위해 최신 기술을 활용하고 있으며, 브레이크와 타이어 온도 모니터링을 위해 Optris 적외선 파이로미터를 사용하고 있습니다. 이들이 직면한 가장 큰 과제 중 하나는 브레이크와 그 주변 부품과 같은 민감한 구성 요소의 온도를 효과적으로 제어하는 것입니다. 과도한 온도 노출은 소재 피로부터 안전상의 위험에 이르기까지 심각한 문제를 초래할 수 있습니다. 연속적인 온도 측정이 이루어지지 않으면, 온도 변화 추세에 대한 체계적인 분석과 성능 최적화는 사실상 불가능합니다.

브레이크의 경우, 고온이 매우 빠르게 발생하며 이를 수동으로 추적하는 데에는 한계가 있습니다. 과거 테스트 주행에서는 과열로 인해 소재 손상이 반복적으로 발생했습니다. 정확한 온도 데이터가 없으면 과도한 마찰이나 설계 결함과 같은 원인을 제때 파악할 수 없습니다. 움직이는 부품에 접촉식 온도계를 설치하는 것은 현실적으로 어렵습니다.

타이어 온도 역시 차량 성능에 있어 매우 중요한 요소입니다. 최대의 그립력과 균일한 타이어 마모를 확보하기 위해서는 최적의 작동 온도를 지속적으로 유지해야 합니다. 온도 분포가 불균일할 경우 서스펜션 세팅에 문제가 있음을 의미할 수 있으며, 이러한 이상은 조기에 감지되어야 합니다.

움직이는 부품에 접촉식 온도계를 설치하는 것은 실질적으로 불가능합니다. 또한 과열이 발생하는 부품이 아닌 그 인근에 접촉식 온도 센서를 설치할 경우, 온도 신호가 부정확하거나 측정 반응이 지연되거나 아예 온도 변화가 감지되지 않는 문제가 발생합니다.

FaSTTUBe 레이싱 팀은 연속적인 온도 측정을 위해 Optris CSmicro 파이로미터를 사용하고 있습니다. 이 파이로미터는 컴팩트한 디자인이 특징으로, 레이스카에 손쉽게 통합할 수 있습니다. 센서는 차량의 핵심 위치에 장착되어 브레이크 디스크와 타이어의 온도를 정밀하게 측정합니다. 응답 속도가 단 8ms에 불과해, 센서는 온도 변화를 거의 실시간으로 포착할 수 있습니다.

Optris 파이로미터를 선택한 중요한 이유 중 하나는 고속 주행으로 인해 측정 환경이 매우 까다로운 동적 조건에서도 정확하게 작동할 수 있다는 점이었습니다. FaSTTUBe 팀은 노면 이물질이나 공기역학적 영향으로 인한 간섭을 피하면서도 측정 대상 영역을 명확히 확보할 수 있도록 센서를 전략적으로 배치했습니다. 또한 다양한 레이스 조건에 맞게 파이로미터를 보정함으로써, 제동 구간에서 극단적인 온도가 빠르게 발생하는 상황에서도 정확한 측정값을 확보하고 있습니다.

Optris CSmicro 파이로미터는 2.3µm의 스펙트럼 범위에서 측정하며, 금속 표면 측정에 최적화되어 있습니다. 온도 측정 범위는 50°C에서 600°C까지로, 모터스포츠 분야에 이상적인 사양을 제공합니다. 최대 33:1의 광학 해상도를 통해 비교적 먼 거리에서도 정확한 온도 측정이 가능합니다. 또한 IP65 보호 등급을 갖추고 있어, 까다로운 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있습니다. 이 파이로미터는 확장 가능한 아날로그 출력(0–5V, 10V, 4–20mA)과 디지털 통신 기능을 통해 차량 제어 시스템에 유연하게 통합할 수 있습니다. CSmicro 파이로미터의 스테인리스 스틸 하우징 역시 IP65 보호 등급을 제공하며, 최대 85°C의 온도를 견딜 수 있어 혹독한 모터스포츠 환경에서도 안정적인 사용이 가능합니다.

테스트 주행 중 기록된 온도 데이터는 차량의 온보드 데이터 수집 시스템에 저장되며, 이후 전문 소프트웨어를 통해 분석됩니다. FaSTTUBe 엔지니어들은 실시간 시각화와 사후 분석을 위해 Optris CompactConnect와 같은 소프트웨어 솔루션을 활용합니다. 이 소프트웨어를 통해 엔지니어들은 온도 임계값을 설정하고, 여러 차례의 테스트 세션에 걸친 온도 변화 추세를 추적할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 차량 세팅의 변화가 온도 분포에 어떤 영향을 미치는지를 파악할 수 있는 인사이트를 제공하며, 보다 데이터 기반의 최적화 전략 수립을 가능하게 합니다.

파이로미터 외에도 FaSTTUBe는 특히 배터리 개발 분야에서 Optris 적외선 카메라를 활용하고 있습니다. 팀은 수년간 배터리 팩을 자체 개발해 왔으며, 성능과 안전성을 모두 확보하기 위해 정밀한 열 관리가 필수적입니다. 열화상 기술을 활용하면 FaSTTUBe 엔지니어들은 차량의 신뢰성에 영향을 미치기 전에 잠재적인 과열 문제를 사전에 감지할 수 있습니다. 수집된 데이터는 레이스 이후 분석되어 배터리 냉각 시스템을 개선하고, 향후 레이스카 모델에서 에너지 효율을 최적화하는 데 활용됩니다.

Optris 적외선 기술을 도입함으로써 FaSTTUBe의 레이스카 성능은 크게 향상되었습니다. 또한 FaSTTUBe의 경험에 따르면, 주행 중 온도 측정은 먼지나 공기 난류와 같은 외부 요인으로 인해 종종 복잡해질 수 있습니다. 따라서 센서의 위치 선정은 데이터 품질을 좌우하는 매우 중요한 요소입니다. 정확한 온도 제어를 통해 과열 문제를 조기에 감지할 수 있으며, 보다 정밀한 서스펜션 세팅도 가능해집니다. 특히 제동 시스템과 같은 핵심 구간에서의 임계 온도를 신속히 파악하고, 소재 손상을 방지하기 위한 적절한 대응 조치를 취할 수 있습니다.

온도 데이터를 지속적으로 모니터링하고 기록함으로써, FaSTTUBe 엔지니어들은 과거와 현재의 테스트 결과를 비교하며 장기적인 성능 개선 추이를 분석할 수 있습니다. 파이로미터 데이터는 실시간 분석에 활용될 뿐만 아니라 향후 참고를 위해 저장되어, 여러 시즌에 걸쳐 차량 세팅을 최적화하는 데 사용됩니다. 이를 통해 매 시즌 새롭게 제작되는 레이스카는 이전 테스트 결과를 기반으로 성능을 개선할 수 있으며, 이미 확인된 과열 문제를 반복하는 것을 효과적으로 방지할 수 있습니다.

Optris CSmicro 파이로미터의 핵심적인 장점 중 하나는 컴팩트하면서도 견고한 설계입니다. 이 센서는 공간이 제한적인 환경에도 무리 없이 통합할 수 있어, 모터스포츠 분야에서 특히 중요한 요소로 작용합니다. 또한 ±(측정값의 0.3% + 1°C)의 높은 정확도와 빠른 응답 속도를 제공하여 정밀한 데이터 분석을 가능하게 합니다. 가혹한 환경에서도 안정적으로 작동하는 성능은 다양한 트랙 조건과 기상 환경에서도 신뢰할 수 있는 데이터를 확보하는 데 핵심적인 역할을 했습니다.

더 나아가 FaSTTUBe는 Optris 센서를 활용해 타이어 성능 최적화에도 성공했습니다. 타이어 온도는 그립력과 마모에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 팀은 실시간 열 데이터를 바탕으로 서스펜션 세팅을 동적으로 조정합니다. 내구 주행 테스트 동안 엔지니어들은 타이어 각 구역의 온도 분포를 분석하여, 모든 타이어가 최적의 작동 조건에 도달하도록 관리합니다. 그 결과, 대회에서의 핸들링 성능과 전반적인 랩 타임이 크게 향상되었습니다.

온도 데이터는 자체 소프트웨어와 외부 분석 도구를 통해 처리되며, 이를 통해 팀은 상세한 열 분포 맵과 온도 기울기 추세를 기반으로 차량 세팅을 정밀하게 조정할 수 있습니다. FaSTTUBe의 엔지니어들은 서로 다른 테스트 세션의 데이터를 비교 분석하여, 설계상의 취약점을 시사할 수 있는 이상 징후를 식별합니다. 이처럼 높은 수준의 정밀 분석을 통해 잠재적인 문제를 대회 출전 전에 사전에 해결할 수 있습니다.

배터리 개발 과정에서 Optris 열화상 카메라를 활용한 것은 매우 효과적인 추가 요소로 입증되었습니다. 배터리 내부의 열 변화를 포착함으로써 에너지 시스템의 안전성과 효율성을 극대화할 수 있습니다. 수집된 데이터는 차량의 지속적인 성능 개선에 직접적으로 기여하며, FaSTTUBe가 국제 대회에서 경쟁력을 유지할 수 있도록 지원합니다.

Optris는 적외선 센서와 열화상 카메라를 통해 모터스포츠 분야에서 신뢰할 수 있고 정밀한 온도 측정 솔루션을 제공합니다. 높은 측정 주파수, 컴팩트한 설계, 그리고 뛰어난 정확도는 Optris를 까다로운 레이스카 적용 분야에 이상적인 파트너로 만듭니다. FaSTTUBe는 Optris 센서의 장기적인 신뢰성을 바탕으로 지속적으로 차량 세팅을 개선하며, 전기 레이스카 성능의 한계를 계속해서 넓혀가고 있습니다.