타이어는 자동차의 동력이 노면에 전달되는 가장 말단의 부위로, 자동차가 노면을 박차고 추진을 하기 위해서 꼭 필요한 부품이다. 그렇기 때문에 자동차에서 타이어는 엔진과 변속기 등에 준할 만큼 중요한 부품이라고 할 수 있다. 자동차의 타이어는 1년 365일 내내 노면의 온갖 요철 및 이물질 등과 부대끼며 자동차의 추진을 최종적으로 책임진다. 그러므로 주행 중 타이어의 상태는 시시각각으로 달라진다.
타이어의 상태를 알아보는 데 가장 중요한 척도 중 하나는 공기압이라고 할 수 있다. 타이어의 공기압은 타이어의 성능 발휘에 가장 중요하게 작용하는 변수다. 적정 공기압 상태에서는 타이어의 성능을 온전히 발휘할 수 있지만 공기압이 적정량 이상, 혹은 이하인 경우에는 타이어가 제 성능을 발휘할 수 없으며, 기계 계통에도 무리를 준다. 또한 타이어의 공기압이 지나치게 낮아지는 경우에는 갑작스런 파열 등이 발생할 수 있어, 매우 위험하다.
그러므로 자동차 타이어의 상태를 확인할 수 있는 기술이라고 할 수 있는 타이어 공기압 감지 시스템(Tire Pressure Monitoring System, 이하 TPMS)의 의무화는 자동차 교통 안전 상으로 그 의의가 크다고 할 수 있다. 타이어 내 공기압을 실시간으로 감지하여, 운전자에게 알리는 똑똑하고 기특한 장치, TPMS는 누가 먼저 시도했으며, 어떤 원리로 작동될까?
TPMS를 세계 최초로 도입한 자동차 제조사는 독일의 `포르쉐`로, 광기에 젖어 있었던 WRC의 `그룹 B`에 출전하기 위해 만들어졌던 슈퍼카, `포르쉐 959`에 처음 탑재했다. 하지만 `안전`이라는 측면에서 이 장치를 대중화하는 데 적극적이었던 제조사는 미국의 `포드`였다. 포드가 이 장치의 도입에 적극적으로 나섰던 이유는 90년대 자사의 SUV 모델, `익스플로러(Explorer)`에 장착되어 있었던 타이어에서 비롯되었다.
당시 이 차의 타이어는 미국의 유명 타이어 제조사인 파이어스톤(Firestone) 사에서 납품하고 있었다. 그런데 이들이 납품했던 타이어 중 일부가 공기압이 낮은 상태에서 고속도로 주행 중 잇달아 파열, 119명의 사망자와 수 천명의 부상자가 발생한 대형 교통사고가 일어났다. 포드와 파이어스톤은 이 사고로 인해 특정 자동차에 장착된 타이어 650만 개를 전량 교체해야만 했다. 이 사건을 전후로 포드를 비롯한 미국의 자동차 업계는 TPMS에 주목하기 시작했고, TPMS를 통해 타이어로 인한 안전사고를 미연에 방지하는 것은 물론, 타이어를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 되는 계기를 마련하게 되었다.
오늘날 자동차의 TPMS는 감지 방식에 따라 크게 직접방식과 간접방식으로 나뉜다. 직접방식은 타이어의 공기 주입 밸브에 센서가 부착되는 형태다. 이 센서가 타이어 내 공기압과 온도를 감지하여 자체 송신기를 통해 차내 수신기로 정보를 실시간으로 전달한다.
이 방식은 상당한 수준의 기술을 요구한다. 직접방식의 TPMS 센서는 주로 마이크로 컨트롤러(Micro Controller Unit, MCU), 압력 센서, 온도 센서, RF 송신기, 그리고 배터리로 구성된다. 여기에 동일한 주파수 대역을 사용하는 TPMS 간의 간섭 및 오작동을 막기 위해 개개의 자동차 전용의 인증 코드를 부여해야 한다. 또한, 타이어 자체가 끊임없는 노면과의 마찰로 인해 열을 많이 받는 부위이기 때문에, 여기에 사용되는 센서는 최소한 영상 40도~영상 180도까지 오르는 가혹한 운행 조건을 견뎌내야 한다. 오늘날에는 분해능(分解能) 감도가 높은 센서의 개발과 같은 기술 발전으로 이러한 난점들이 대부분 해결된 상태로, 대중적으로 쓰이고 있다.
하지만 직접식 TPMS는 제조단가가 높고, 고도의 기술이 필요했기 때문에 TPMS의 도입 초기에는 후술할 간접방식을 주로 사용하였다. 간접방식은 안티-록 브레이크 시스템(Anti-lock Break System, ABS)에서 습득하게 되는 바퀴의 회전수에 대한 정보를 토대로, 타이어의 공기압 상태를 판별하는 방식이다. 공기압이 높으면 타이어의 둘레가 커지고, 낮으면 작아지는 원리를 이용한 것이다.
이 방식은 고도의 기술력을 필요로 했던 직접방식과는 달리, ABS의 개조 작업만을 통해 상대적으로 쉽게 구현할 수 있어, 널리 사용되었다. 그러나 이러한 방식은 주행 중인 차량의 타이어 마모도가 큰 변수로 작용한다. 네 타이어의 공기압이 모두 적정량이더라도 한쪽, 혹은 모든 타이어의 마모도가 심하다면, 정확한 공기압의 상태를 파악하기 어렵다. 또한, 이러한 방식은 타이어의 공기압을 측정하는 데 필요한 분해능 감도가 직접방식에 비해 낮다. 따라서 최근에는 직접방식이 더 증가하고 있는 추세다.
