공기압-유압 혼합식 브레이크 및 전자 시스템

제동장치 압축공기 브레이크의

3. 공기압-유압 혼합식 브레이크 시스템

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 스물한 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 혼합식과 전자식’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

이 형식의 브레이크시스템은 대부분 피견인차(trailer)를 견인하지 않는, 최대 허용하중 6t~13t까지의 중형 상용자동차 및 버스, 코치(coach) 등에 사용된다.

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1) 공기압-유압 혼합식의 장점

제동력을 유압을 통해 전달하기 때문에 다음과 같은 장점이 있다.

① 부품의 크기는 작으나 큰 제동압력을 얻을 수 있다.

② 임계시간(threshold peak)이 짧으며, 브레이크의 반응속도가 빠르다.

2) 구조(design)

① 압축공기 공급시스템은 압축공기 브레이크 시스템용으로서 4개의 공급회로를 갖추고 있으나, 공기탱크는 2개만 사용한다.

② 주제동브레이크 밸브는 탠덤-마스터실린더의 부스터-실린더를 공기압으로 제어한다. 탠덤-마스터실린더는 ALDBFR을 거쳐 휠 실린더를 유압으로 작동시킨다.

③ 주차브레이크 및 보조브레이크밸브는 후차축의 스프링-부하된 액추에이터를 공기압으로 제어한다. 별도의 링키지를 사용하지 않는다.

4. 전자제어 압축공기 브레이크 시스템

ABS 시스템에 대해서는 유압 브레이크 시스템에서 자세하게 설명하였으므로, 여기서는 생략한다. 피견인차를 견인하는 차량에서는 피견인차 ABS용 커넥터를 갖추고 있다.

TCS 폐회로 제어에는 브레이크를 제어하는 경우와 기관을 제어하는 경우로 구분할 수 있다.

브레이크를 제어하는 경우에는 일정 주행속도(예 : 약 30km/h)에서부터 제어를 시작한다. 기관을 제어하는 경우에는 대부분 분사량을 제어하는 기술을 사용한다.

5. EBS의 주요 기능 [Electronic Brake System]

EBS는 전자제어식 압축공기브레이크의 최신 버전으로서, 시스템의 주요 기능은 다음과 같다.

① 전자제어식 브레이크

제동거리를 단축하고, 브레이크 라이닝의 수명을 연장한다.

② 통합식 커플링 포스 제어(integrated coupling force control)

제동 중 견인차와 피견인차 사이의 커플링 포스(coupling force)가 실질적으로 0(zero)이 되도록 피견인차의 제동효과를 변환시킨다.

③ ABS-제어를 통한 제동

견인차의 조향성과 직진성(＝안정성)을 확보한다.

④ TCS를 이용한 발진

한쪽 바퀴 또는 양쪽 바퀴가 미끄러운 노면에서 주행할 때, 접지력(＝발진력)을 증가시킨다.

⑤ ESP를 이용한 궤적 안정화(track stabilization)

시스템은 불안정한 주행조건을 인식하고, 임계상황(critical situations) 하에서도 자동차를 제어 가능한 상태를 복귀시킨다.

⑥ 적응식 정속주행(ACC : Adaptive Cruise Control)

주행속도에 따라, 앞차와의 간격을 일정하게 유지한다.

6. 전자제어 브레이크 시스템

1) 구조(design)

전자-공압식으로 제어되는 브레이크 시스템이다. 전/후 차축용으로 2개의 주제동브레이크 회로, 그리고 주차 브레이크회로를 갖추고 있다.

2) 작동 원리

① EBS 제동

운전자가 브레이크 페달을 밟으면, 센트럴-ECU에는 페달행정센서가 장착된 푸트-브레이크 모듈에 의해 신호가 입력된다. CAN을 통해 EBS/ABS 모듈레이터 및 피견인차 브레이크 시스템이 작동된다. 센트럴-ECU는 운전자의 입력에 일치시켜 솔레노이드밸브를 통해서 브레이크 실린더의 제동압력을 제어한다. 휠회전속도센서는 감속도를 계산한다. 라이닝의 마모는 라이닝센서에 의해 감지된다. 피견인차 제어모듈은 피견인차의 브레이크 시스템을 작동시킨다.

② 통합식 커플링-포스 제어

피견인차가 연결된 견인차의 경우, 견인차와 피견인차 사이의 커플링 포스(coupling force)가 실질적으로 0(zero)이 되도록 견인차와 피견인차의 제동압력을 최적화시킨다. 이를 위해서는 차량의 총중량과 하중분포를 계산하여야 한다. 총중량을 계산하기 위해서 가속응답성을 평가한다. 하중분포는 견인차와 피견인차의 제동응답성으로부터 파악한다. 이들 평가된 값들은 ECU에 저장되며, 다음 번 제동을 위한 기초정보로 사용된다. 계산된 제동감속도에 도달하지 않으면, 제동압력은 단계적으로 조금씩 증가한다. 이 과정 역시 ECU에 저장되며, 다음 번 제동에 다시 이용된다.

③ ABS 제동

제동 중 차륜이 잠기는(lock) 경향성은 휠회전속도센서가 감지한다. 휠이 잠기면, 앞차축의 솔레노이드밸브와 ABS-모듈레이터가 작동한다. 승용자동차에서의 ABS-제동과 마찬가지로 제어단계는 압력형성단계, 압력유지단계 및 압력제거단계로 구분된다. 압력이 형성되면(＝압력이 증가하면), 더 이상 잠길 위험이 없을 때까지 압축공기는 조절되어 대기로 방출된다.

④ TCS 발진제어

발진단계에서는 TCS-브레이크제어 및 TCS-엔지제어가 간섭하여 접지력을 증대시킨다.

㉠ TCS 브레이크 제어

차량이 발진할 때 또는 일정속도(예 : 40km/h) 이하에서 가속할 때 차륜이 헛돌면, 헛도는 바퀴는 반대쪽 바퀴와 회전속도가 같아질 때까지 맥동적으로 제동된다. 휠회전속도센서와 압력센서는 이에 필요한 정보를 ECU에 제공한다.

㉡ TCS 엔진 제어

가속할 때, 양쪽 차륜이 모두 헛돌면, 휠 회전속도로부터 원주속도가 자동차의 주행속도보다 약간 더 높은 값에 도달할 때까지 기관토크를 감소시킨다. TCS 엔진제어는 모든 회전속도 범위에서 효과를 발휘한다.

㉢ 오프-로드(Off-road) TCS

스위치를 이용하여, 예를 들면, 스노-체인을 장착하고 주행할 때 또는 오프-로드를 주행할 때는 TCS를 스위치 “OFF”시켜, 차량이 꿀꺽거리는(＝요동하는) 것을 방지할 수 있다.

⑤ 엔진간섭과 브레이크간섭을 이용한 ESP 제어

이 시스템은 주로 2가지 방식으로 작동한다.

마찰계수가 낮거나 중간 정도일 경우에는, 언더-스티어링과 오버-스티어링 현상, 그리고 견인차와 피견인차의 잭-나이핑(jackknifing) 현상에 역으로 대응한다.

마찰계수가 중간 정도이거나 높을 경우에는, 롤링(rolling) 현상에 역으로 대응한다.

㉠ 오버-스티어링(over-steering)하는 동안의 제어

예를 들어 커브를 선회할 때, 또는 조향할 때 연결차량이 오버-스티어링하거나 연결차량에 잭-나이핑 현상이 발생하면, ESP는 커브의 바깥쪽 앞바퀴를 제동한다. 이를 통해 생성된 요-토크는 차량을 안정시키는데 도움을 준다.

차량의 잭-나이핑(jackknifing) 현상에 역으로 대응하기 위해서는, 경우에 따라서는 피견인차도 제동시켜야 한다. 이와 같은 방법으로 피견인차의 미끄러짐(sliding) 또는 옆으로 미끄러지는(skidding) 현상을 방지하게 된다.

이와 같은 ESP 기능을 위해서는 피견인차에도 ABS가 장착되어 있어야 한다.

㉡ 언더-스티어링(under-steering)하는 동안의 제어

차량이 언더-스티어링하는 경향성이 발생하면, ESP는 견인차의 다수의 휠을 제동하고, 피견인차의 브레이크에는 맥동적으로 주기적으로 간섭하여, 미끄러짐(sliding)과 옆으로 미끄러지는 현상(skidding)에 역으로 대응을 시도한다. 예를 들어 좌회전 커브길을 주행할 경우, 커브의 안쪽 뒷바퀴를 제동하여 언더-스티어링 경향성에 역으로 대응하는 요-토크를 발생시킨다.

ESP 간섭을 위한, 개별적인 브레이크압력을 계산하기 위해 ECU는 여러 가지 신호들 예를 들면, 마찰계수, 적재하중, 조향각 및 요(yaw) 경향성 등을 필요로 한다. 경우에 따라서는 구동륜이 헛도는 현상을 제어하기 위해 엔진에 간섭하여 기관의 출력도 제한해야 한다.

⑥ 전복 보호(Rollover protection : ROP)

이 기능을 활용하여, 마찰계수가 높거나 중간 정도일 경우에 차량의 과도한 롤링을 방지하게 된다. 이를 위해서는 먼저 자동차주행속도를 낮추고, 필요할 경우에는 위험한(critical) 롤링상황을 제어할 수 있을 때까지 차량을 제동시킨다.

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이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 스물한 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘압축공기 브레이크의 라인과 시스템’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 스물두 번째 시간으로 ‘압축공기 브레이크의 혼합식과 전자식’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.