ABS 시스템의 실체

제동장치의

ABS 시스템의 실체

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 열다섯 번째 시간으로 ‘브레이크 전자제어 ABS 시스템의 실체’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

ABS 성능시험 이미지  <이미지 출처: 네이버>

1) ABS 시스템의 분류

ABS 시스템을 구성하는 주요 부품은 휠센서(펄스 링 포함), ECU, 그리고 유압 모듈레이터(솔레노이드 밸브 포함)이다. ABS 시스템을 제어채널 또는 센서의 개수, 그리고 제어방식에 따라 분류하면 다음과 같이 분류할 수 있다.

① 4-채널 시스템

4개의 휠센서를 사용하며, 전/후 또는 대각선(X형) 브레이크 회로에 주로 사용한다. 일반적으로 각 차륜을 개별적으로 제어하지만, 후륜은 ‘개별제어’ 또는 ‘select-low’ 원리에 따라 공동으로 제어한다.

② 3-채널 시스템

3개 또는 4개의 휠센서를 사용하며, 대각선(X형) 브레이크 회로에 사용한다. 앞바퀴들은 개별 제어하고, 뒤쪽 좌/우 차륜은 1개의 유압제어 유닛으로 ‘select-low’ 원리에 따라 제어한다.

③ 개별제어(Individual Control : IC)

각 차륜에 가능한 최대 제동압력을 작용시킨다. 따라서 제동력은 최대가 된다. 예를 들어 노면의 어느 한쪽이 결빙된 상태일 경우에 1개의 차축에서도 각 차륜에 작용하는 제동력이 서로 크게 다르기 때문에 요-토크가 발생할 수 있다.

④ 실렉트-로-제어(Select-Low Control : SLC)

SLC의 경우, 1개의 차축 좌/우 차륜들의 노면과의 마찰계수가 서로 다를 때, 마찰계수가 낮은 바퀴를 기준으로 좌/우 차륜의 제동력을 제어한다. 뒷바퀴 좌/우 차륜에 거의 동일한 제동력이 작용하기 때문에, 마찰계수가 서로 다른 노면에서 제동할 경우에도 요-토크의 크기는 작다.

2) 폐회로에 리턴펌프가 설치된 ABS 시스템

제동압력이 강하할 때, 브레이크액은 휠 실린더로부터 먼저 축압기(accumulator)로 보내진다. 동시에 리턴펌프는 브레이크액을 각각의 마스터실린더 브레이크회로로 펌핑(pumping)한다.

① 구조 (기존의 브레이크 시스템에 아래와 같은 부품들이 추가된다.)

• 휠센서

• ECU

• 유압 모듈레이터(modulator)

• 경고등

㉠ 휠센서(wheel sensors)

각 차륜에 마다 설치된다. 각 센서는 차륜의 회전속도와 같은 속도로 회전하는 펄스 링(pulse ring)과 짝을 이루고 있다. 유도센서 또는 홀(Hall)-센서가 사용된다.

㉡ ECU

센서들로부터의 입력신호를 처리하여, 솔레노이드밸브의 필요한 절환위치를 결정하며, 솔레노이드밸브를 작동시키기 위한 신호를 출력한다. ECU의 기능은 자기진단에 의해 계속적으로 감시된다.

㉢ 유압 모듈레이터(hydraulic modulator)(리턴 펌프 포함)

제어를 위한 솔레노이드밸브, 각 브레이크회로의 브레이크액 축압기(accumulator) 및 전기 구동식 리턴펌프 등으로 구성되어 있다. 리턴펌프는 릴레이에 의해 구동되며, ABS-제어가 이루어지고 있는 동안은 항상 작동한다.

㉣ 경고등(warning lamp)

시동 시에 ABS의 기능이 정상일 경우에 알려 준다. ABS-제어가 고장일 경우에는 점등된다. ABS-시스템이 고장일지라도 자동차 브레이크 시스템은 정상적으로 기능한다.

② 3/3-솔레노이드밸브식의 작동원리

ABS-시스템에서 제동압력을 변환, 조정하기 위해, ECU는 각 채널용 유압 모듈레이터에 내장된 3/3-솔레노이드밸브를 트리거링(triggering)한다. 3-단계의 제어단계에 대응하여 마스터실린더는 다음과 같이 연결된다.

• 휠브레이크 실린더에 압력을 형성하는 경우에는 휠 실린더와 연결.

• 제동압력을 그 상태로 유지하는 경우에는 연결이 없음.

• 제동압력을 감소시키는 경우에는 리턴펌프와 연결.

③ 2/2-솔레노이드밸브 식의 작동원리

이 시스템의 경우, 유압 모듈레이터에는 소형, 경량이며, 빠르게 스위칭되는 2/2-솔레노이드밸브가 내장되어 있다. 각 제어채널에는 각각 1개씩의 흡입밸브와 토출밸브가 설비되어 있다.

ECU는 제어단계별로 솔레노이드밸브를 다음과 같이 스위칭한다.

• 압력형성 단계(pressure build-up) : 흡입밸브(inlet valve；IV)는 개방하고 토출밸브(outlet valve；OV)는 폐쇄한다.

• 압력 유지 단계(pressure holding) : 두 밸브 모두 폐쇄한다.

• 압력 감소(pressure reduction) : 흡입밸브는 폐쇄하고, 토출밸브는 개방한다. 리턴펌프는 과잉된 브레이크액을 축압기로부터 해당 마스터실린더로 펌핑한다.

3) 개회로에 리턴펌프가 설치된 ABS 시스템(2/2-솔레노이드밸브 식)

제어가 진행되는 동안, 과잉된 브레이크액은 무압력 상태로 브레이크액 탱크로 보내진다. ECU는 브레이크페달 센서의 위치정보를 이용하여 유압펌프를 선택한다. 유압펌프는 브레이크회로 내의 부족한 브레이크액을 브레이크액 탱크로부터 각각의 브레이크회로로 고압으로 압송한다. 따라서 브레이크 페달은 자신의 초기위치로 복귀하게 된다. 그러면 유압펌프는 작동을 중단한다.

① 구조 (이 시스템은 다음과 같은 부품으로 구성되어 있다.)

• ECU

• 휠센서

• 조작 유닛

• 유압 유닛

• 경고등

㉠ ECU(Electronic Control Unit)

입력신호들을 처리하여, 제어신호를 솔레노이드밸브에 전송한다. 브레이크페달의 행정센서로부터의 신호들이 ABS 제어시스템의 유압펌프를 제어한다. ECU가 시스템의 고장이나 결함을 감지하면, ABS 시스템은 비활성화되고, ABS-경고등은 점등된다.

㉡ 휠센서(wheel sensors)

각 휠에 설치되며, 휠 회전속도 정보를 ECU에 전송한다.

㉢ 조작 유닛(actuation unit)

조작 유닛은 브레이크페달 행정센서가 내장된 진공배력장치 및 브레이크액 탱크를 포함한 ABS 탠덤 마스터실린더로 구성되어 있다. 페달행정센서는 브레이크페달의 위치정보를 ECU에 전송한다.

㉣ 유압 유닛(hydraulic unit)

모터-펌프 유닛으로서, 2-회로 전기구동식 유압펌프 및 밸브블록으로 구성되어 있다. 각 제어회로마다 2개씩의 2/2 솔레노이드밸브를 갖추고 있다. 2/2 솔레노이드밸브는 1개의 흡입밸브(IV)와 1개의 토출밸브(OV), 그리고 병렬 연결된 넌-리턴(non-return) 밸브로 구성되어 있다.

② ECU의 작동원리

예를 들어, ECU가 앞 왼쪽 바퀴가 잠기는(lock) 경향성을 감지하면, ECU는 흡입밸브를 닫고, 토출밸브를 연다. 이제 브레이크액은 무압력 상태로 브레이크액 탱크로 복귀한다. 압력형성을 위해 스위칭하였을 경우, 토출밸브는 닫히고, 흡입밸브는 열린다. 휠 실린더의 부족한 브레이크액은 마스터실린더 피스톤에 의해 보충된다. 따라서 브레이크 페달 및 마스터실린더 피스톤은 약간 밀려들어간다. 브레이크페달 행정센서는 페달의 이동정보를 ECU에 전송한다. 그러면 ECU는 유압펌프를 스위치 ‘ON’ 시킨다. 유압펌프는 원래의 페달위치에 다시 도달할 때까지 브레이크액을 펌핑한다.

③ ABS의 전기회로도

아래 이미지의 ABS-전기회로도는 러턴펌프식 4채널 ABS-시스템으로서, 폐회로방식이며, 4개의 휠센서와 8개의 2/2-솔레노이드밸브를 사용하는 시스템이다.

점화 키스위치를 ‘ON’ 시켰을 때, 전자식 보호 릴레이의 컨트롤 코일(control coil)에는 단자 15로부터 전압이 인가된다. ECU는 핀 1(ECU의 플러그-인 커넥션)을 거쳐 단자 30(＋)을 연결, 스위칭한다. 동시에 경고등이 점등된다. 이유는 경고등이 단자 15(＋)에 연결되고, 단자 L1을 거쳐 밸브 릴레이에, 그리고 밸브릴레이의 다이오드를 거쳐서 접지되기 때문이다.

ECU는 이제부터 ABS의 결함여부를 점검한다. ABS 시스템에 결함이 없고 기능이 완벽할 경우, ECU는 핀 27을 거쳐서 밸브 릴레이 코일을 접지로 결선한다. 밸브릴레이는 스위칭된다. ECU의 핀 32는 단자 30으로부터 (＋)전압이 인가된다. 동시에 다이오드의 음극(cathode)에도 (＋)전압이 인가된다. 경고등은 소등된다. 이제 솔레노이드밸브에는 (＋)전압이 인가된다.

예를 들어 ECU가 FR(앞 우측 차륜)이 잠기는 위험을 감지하게 되면, 핀 28은 접지로 연결된다. 모터 릴레이 스위치는 리턴펌프를 스위치 ‘ON’ 시킨다. 이제 핀 35 또는 핀 37을 접지시켜 FR을 제어단계로 절환시킬 수 있다.

ABS의 전기회로도(예) <이미지 출처: 네이버>

④ ABS 전기시스템의 점검(예)

점검은 전압 및 저항측정기, 테스트-다이오드 또는 특수 테스터를 이용하여 수행할 수 있다. ECU의 커넥터를 분리하기 전에, 반드시 점화를 스위치 ‘OFF’ 시켜야 한다.

㉠ ECU의 전원 점검

점화 ‘ON’ 상태에서 핀 1과 접지 사이, 전압이 규정값(예 : 10V) 이상이면 정상.

㉡ 밸브 릴레이 기능

핀 27과 접지 사이 연결, 점화 ‘ON’ 상태에서 릴레이 스위칭 감지；또는 핀 32와 접지 사이의 전압이 규정값(예 : 10V) 이상이면 정상.

전류회로 제어코일 : 점화 ‘OFF’ 상태에서 핀 1과 27사이의 저항측정(예 : R ≈ 80Ω)

㉢ 휠회전속도센서 FR 저항

점화 ‘OFF’ 상태에서 핀 11과 21사이의 저항측정(예 : R≈750Ω~1.6kΩ)

기능 : 휠 회전(1초당 1회전), 핀 11과 21 사이에서 전압측정,(예 : 교류 30mV 이상이면 정상)

㉣ 모터 릴레이 기능

점화 ‘ON’ 상태에서 핀 28과 접지 사이 연결, 릴레이 스위칭 감지 또는 핀 14와 접지 사이의 전압이 규정값(예 : 10V) 이상이면 정상, 리턴펌프 작동(소음으로 확인).

전자제어 시스템의 관련글 ABS 개요 https://bch4518.tistory.com/53 ABS 역사 https://bch4518.tistory.com/54 ABS 실체 https://bch4518.tistory.com/55 TCS https://bch4518.tistory.com/56 VDC (ESP, DSC) https://bch4518.tistory.com/57 SBC https://bch4518.tistory.com/58

 

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 열다섯 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘브레이크 전자제어 ABS 시스템의 실체’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 열여섯 번째 시간으로 ‘제동 장치 전자제어 시스템의 TCS’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.