1. ABS(anti lock brake system)

1.1. ABS의 개요

ABS란 주행 중 제동을 할 때 바퀴의 고착을 방지하는 것으로 급제동 또는 노면의 악조건 상태에서 제동을 할 때 바퀴의 고착으로 인하여 차량이 제어 불능상태로 진행되어 조향력 상실은 물론 제동거리 또한 길어지게 된다. ABS는 이러한 바퀴의 고착 현상을 미연에 방지하여 최적의 점착력을 유지하므로 사전에 사고의 위험성을 감소시키는 예방 안전장치이다. ABS설치 목적으로는 방향 안정성 확보(stability)로 스핀(spin)방지, 조정 성능 확보(steerability), 제동거리 단축(stopping distance)등이다.

1.2. ABS의 구성

바퀴의 회전속도를 감지하는 휠 스피드 센서에서 고착 예정 상태를 판단하여 감압 및 증압 명령을 내리는 컴퓨터, 컴퓨터의 명령에 의하여 휠 실린더의 유압을 제어하는 하이드롤릭 유닛(hydraulic unit) 등이 주요 구성부품이다.

ABS의 기본 개요도

(1) 휠 스피드 센서(wheel speed sensor)

마그네트와 코일로 구성되어 있으며, 톤 휠(tone wheel)은 휠 스피드 센서로 부터 나오는 자속이 변화하며 교류 전압이 발생한다. 이 교류 전압은 구동축의 회전속도에 비례하여 주파수가 변화하기 때문에 이에 의하여 4바퀴 각각의 회전속도를 검출한다.

휠 스피드 센서의 구조

휠 스피드 센서의 설치 위치

(2) G-센서(4WD)

자동차 앞뒤 방향의 가속도를 검출하였을 때 전압 차이에 대응하는 신호를 컴퓨터로 입력시킨다.

(3) 하이드롤릭 유닛(유압 조절기, HCU)

컴퓨터 제어 신호에 의해서 각 휠 실린더로 가는 유압을 조절하여 바퀴의 회전상태를 제동 제어한다.

1) 솔레노이드 밸브

컴퓨터에 의해 전류가 ON일 때 코일에 발생된 자력에 의하여 플런저를 움직여 감압 모드를 수행하고 전류가 OFF되면 스프링 장력에 의하여 플런저가 다시 닫혀 증압 모드를 수행한다.

2) 오일탱크

제동을 할 때 바퀴가 고착되기 직전에 컴퓨터의 신호에 의해 솔레노이드 밸브를 작동할 때 캘리퍼 내의 유압은 감압되며 이때 복귀된 브레이크 오일이 오일탱크로 들어가 저장된다.

3) 어큐뮬레이터

ABS가 작동할 때 펌프로부터 토출된 고압의 브레이크 오일을 일시적으로 저장하여 유압의 맥동을 완화시키는 역할을 한다.

4) 펌프

FL(front left)/RR(rear right), FR(front right)/RL(rear left)회로용 2개의 방사형 유압 발생 피스톤으로 구성되어 있으며, ABS가 작동할 때 유압을 발생시켜 압송하는 역할을 한다.

5) 모터

모터는 12V DC 4극으로 구성되어 있으며 모터 축에 압입된 편심 캠의 회전으로 피스톤 펌프를 작동시키는 역할을 한다.

(4) 컴퓨터

컴퓨터는 ABS 제어기능을 실행하는 부분으로 안전성과 직접 연결되는 만큼 매우 높은 신뢰성이 요구된다. 휠 스피드 센서 신호를 입력 처리하는 입력 증폭회로, 제어를 위한 연산과 페일 세이프(fail safe)를 실행하는 ABS 제어 및 안전 회로 및 하이드롤릭 유닛의 구동을 실행하는 출력 회로, 전압을 일정하게 유지하는 전압 조정 회로 및 고장을 기억하는 페일 메모리(fail memory)회로 등으로 구성되어 있다. 주요 연산부분은 2개의 마이크로컴퓨터(micro computer)를 사용하여 컴퓨터 사이의 신호 이상을 감지하고 센서, 액추에이터 등의 고장진단 기능을 지니고 있으며, 고장이 발생한 경우에도 페일 세이프 기능이 작동하여 통상의 브레이크로 작동하도록 한다.

1) 입?출력신호

입력신호와 출력신호의 관계는 각 휠 스피드 센서에서 신호를 받아 컴퓨터 내의 프로그램(program)에 의해 연산을 실행하여 하이드롤릭 유닛 및 경고등에 대하여 제어 신호를 출력 제어한다.

2) 마이크로컴퓨터의 연산

컴퓨터는 4개의 휠 스피드 센서의 신호 또는 G-센서(4WD의 경우)의 신호에 의하여 각각의 바퀴 가감속도를 연산하여 바퀴의 슬립 상태를 판단하고 상태에 맞춰서 하이드롤릭 유닛내의 솔레노이드 밸브에 대한 증압 및 감압모드를 결정하여 제어 신호를 출력한다.

3) 최초 점검기능

기관을 시동한 후 자동차 주행속도가 약 6km/h 정도에 도달하면 하이드롤릭 유닛의 각 솔레노이드 밸브, 휠 스피드 센서, 모터 펌프 및 하니스 와이어링(harness wiring)에 대한 전기적 점검을 실행하여 이상 유무를 진단한다.

4) 페일 세이프

컴퓨터 신호계통, 하이드롤릭 유닛 계통 및 컴퓨터 본체에 이상이 발생한 경우 페일 세이프 회로는 솔레노이드 밸브로 전원을 공급하는 릴레이를 OFF시킴과 동시에 제어 신호 출력을 정지하고 경고등을 점등시켜 운전자에게 ABS 이상을 알리며, 이 경우 ABS를 설치하지 아니한 자동차와 동일한 조건으로 일반적인 브레이크 기능을 확보한다.

1.3. EBD(electronic brake-force distribution control)

주행 중 급제동을 하면 자동차 무게의 이동으로 인하여 뒷바퀴가 앞바퀴보다 먼저 고착되어 자동차 스핀발생으로 인한 사고를 일으킬 수 있다. 그러므로 이에 대한 대응 방법으로 P밸브(proportioning 밸브 - 승용차에 부착)나 또는 LCRV(load conscious reducing valve), LSPV(load sensing proportioning valve - 소형 상용 자동차에 부착)을 설치하여 뒷바퀴의 유압을 앞바퀴 보다 감소시켜 뒷바퀴가 먼저 고착되는 것을 방지하였다. 그러나 이것들은 모두 기계적 장치이므로 이상적인 뒷바퀴의 유압 분배는 실현하지 못하였다. 특히 소형 상용 자동차에 설치한 LCRV 및 LSPV는 자동차의 하중에 따른 뒤 브레이크의 유압을 어느 정도 분배를 하였으나 승용차에 설치한 P밸브는 무게 증가에 따른 제동력을 배분을 실행하지 못하여 제동력 열세가 문제점으로 지적된다. 또한 브레이크 라이닝 및 패드의 마찰 재료 산포에 따라 각 바퀴에서 발생되는 제동력의 차이가 발생하여 각 바퀴에 따라 이상적으로 제동하기 위한 요구 유압 분배 곡선은 차이가 발생하지만 기계적인 P 밸브나 LCRV 또는 LSPV만 가지고는 일정한 유압 분배 곡선만 유지되어 이상적인 제동을 수행할 수 없다. 그리고 P밸브나 LCRV 또는 LSPV 등이 고장을 일으켰을 때 운전자가 알 수 없으며, 이것들이 고장이 발생하면 급제동을 할 때 차체의 스핀이 발생할 수 있다. 이런 문제점을 해소하기 위해 뒷바퀴와 앞바퀴를 동일하게 제어하거나 또는 뒷바퀴가 늦게 고착되도록 ABS의 컴퓨터가 제어하는 방식을 EBD(전자 제동력 분배 제어)라 한다.

1.4. 바퀴 공전 조정 장치(ASR)

ASR(Anti Spin Regulator)는 노면의 조건이 서로 다른 경우(예: 한쪽은 빙판 다른 쪽은 아스팔트) 또는 빙판길 노면에서 차량이 출발할 때나 저속에서 가속을 할 때 마찰력이 작은 노면(예:빙판)에서 미끄러짐이 발생하게 되면, ABS의 ECU가 미끄러짐이 발생한 바퀴의 브레이크를 작동시켜 바퀴의 공회전을 방지시킴과 동시에 마찰력이 큰 노면(예:아스팔트)의 바퀴에 대부분의 구동력을 전달하여 발진성과 주파성을 향상시키도록 하는 장치이다. 즉 ASR은 ABS에 결합되어 있는 장치이다. 작동 시기는 차량 출발시 및 주행중 40Km/h 이하 범위이고 작동 조건은 매우 미끄러운 도로에서 구동축 바퀴가 미끄러질 경우(전 /후륜 속도차이가 25Km/h 이상일 경우), 후륜 좌우 바퀴의 속도 차이가 25Km/h 이상일 경우이다.

1.5. 브레이크 장치 점검 및 정비

(1) 브레이크 페달의 유격이 과다한 경우

① 브레이크 슈의 조정불량

② 브레이크 페달의 조정불랑

③ 마스터 실린더 또는 휠 실린더의 파손

④ 유압 회로에 공기 유입

(2) 브레이크가 풀리지 않는 원인

① 마스터 실린더의 리턴 스프링 불량

② 마스터 실린더의 리턴 구멍의 막힘

③ 드럼과 라이닝의 소결

④ 푸시로드의 길이가 너무 길 때

(3) 브레이크가 작동하지 않는 원인

① 브레이크 오일 회로에 공기가 유입 되었을 때

② 휠 실린더의 피스톤 컵이 손상되었을 때

③ 브레이크 드럼과 슈의 간격이 너무나 과다할 때

(4) 유압식 제동장치에서 제동력이 떨어지는 원인

① 브레이크 오일의 누설

② 패드 및 라이닝 마멸

③ 유압장치에 공기 유입

◎ 공주거리, 제동거리, 정지거리

① 공주거리 : 운전자기 위험을 느끼고 브레이크를 밟아 브레이크가 듣기 시작하기 전까지 자동차가 주행한 거리

② 제동거리 : 브레이크가 듣기 시작하여 자동차가 정지할 때 까지의 거리

③ 정지거리 : 공주거리+제동거리

◎ 제동거리 공식

① 제동 토크 =    <!--[if !vml]--><!--[endif]-->  , TB : 브레이크토크, μ : 드럼과 라이닝의 마찰계수, r : 드럼의 반지름, p : 드럼에 걸리는 브레이크 압력

② 제동거리

 L : 제동거리(m), V : 제동초속도(m/sec), g : 중력가속도(9.8m/sec2), μ : 타이어와 노면과의 마찰계수(포장도로에서는 0.5~0.7)

, S : 제동거리(m), V : 주행속도(km/h), F : 제동력, W : 차량 총중량(kgf), W′: 회전부분 상당 중량(kgf)