행복남의 일상

제동장치의

SBC [Sensotronic Brake Control]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 열여들 번째 시간으로 ‘브레이크 전자제어 시스템 SBC’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

SBC는 기능의 안전을 제공하며 동시에 전반적인 전력 소모는 줄여 주면서 고장 대처(Fail Silent) 기능을 갖춰 고장이 발생하는 경우에도 대응이 가능하게 예측가능시스템으로 안전 목표를 둔 장치다.

SBC 시스템은 “Brake by Wire” 시스템으로서 전자 유압식 브레이크(Electro-Hydraulic Brake；EHB)라고도 한다. 즉, 운전자의 제동의지를 전선을 통해 전달한다. 이 시스템은 ABS, TCS, BAS 및 ESP의 기능이 복합되어 있다.

1) SBC 시스템의 구성

SBC 시스템은 본질적으로 축압기(pressure accumulator)를 포함한 유압 유닛, 액추에이팅 유닛, ECU, 회전속도센서 및 요-앵글(yaw angle)센서로 구성된다.

기존의 브레이크 시스템과는 반대로, 처음에 모든 차륜에 가능한 한 급속하게 높은 브레이크압력을 작용시키고, 이어서 압력을 제어한다. 그리고 SBC에서는 각 차륜의 브레이크압력을 개별적으로 제어한다.

ECU는 센서들로부터 전송된 정보를 근거로 실제 주행상황을 파악하고, 이들로부터 각 차륜이 필요로 하는 최적 제동압력을 계산한다. 이를 이용하여 예를 들면, 오른쪽 커브를 선회할 때 부하를 더 많이 받는 왼쪽 차륜을 더욱더 강력하게 제동할 수 있다. 따라서 커브를 선회 중에 제동할 때, 최적 제동이 가능하며, 안정적인 주행특성을 얻을 수 있다.

기존의 유압식 브레이크의 기능에 다음과 같은 기능들을 추가할 수 있다.

① 언덕길에서 자동차의 정차상태를 유지하는 기능(hill-hold control : HHC)

언덕길에서 운전자가 브레이크 페달에서 발을 뗀 다음, 가속페달을 밟아 발진하는 동안에 자동차가 뒤로 굴러가는 것을 방지하는 기능이다. 특히 수동변속기가 장작된 자동차에 짐을 많이 적재하였거나, 피견인차를 연결한 상태 하에서 발진할 때, 크게 도움이 된다.

② 젖은 드럼과 디스크가 건조될 때까지 주제동 브레이크와 핸드브레이크를 작동시키는 기능

③ 제동 시 다이브(dive)를 방지하기 위한 소프트 스톱(soft stop) 기능

④ 급감속을 인지하였을 때 브레이크 라인을 채우는 기능.

비상제동 동작 중에 보다 빠르게 브레이크압력을 형성할 수 있다.

⑤ 자동 적응식 주행속도제어 및 차간거리제어 기능(ACC : Adaptive Cruise Control)

주행속도 약 30km/h부터 1km/h 단위로 증속 또는 감속하는 시스템이 주로 이용되고 있다.

제동시, 클러치를 작동시킬 때 그리고 운전자가 가속페달을 밟을 때에는 정속주행 및 차간거리제어는 중단한다. 또 커브가 많거나 표면이 단단하지 않은 도로, 교통량이 많아 정속주행이 어려울 경우에는 이용하지 않는 것이 더 좋다.

⑥ HDC(Hill Descent Control)

언덕길(구배 약 8~50%) 하향 주행보조장치로서 특정속도(예 : 60km/h) 이하의 주행속도에서 작동시킬 수 있으며, 언덕길 하향주행 시 특정 주행속도 범위(35km/h 이하에서 8km/h 정도까지)에서 일정속도로 제어한다. 가속페달을 밟거나, 제동을 걸어 약 5km/h~35km/h 사이에서 변경이 가능하다. 60km/h 이상의 속도에서는 자동적으로 비활성화된다.

SBC는 브레이크 배력장치를 필요로 하지 않는다. 일렉트로닉 시스템에 고장이 발생한 경우, 제동은 제한된 범위 내에서 비상 유압회로를 통해서 이루어진다.

2) 작동원리 및 기능

운전자가 브레이크 페달을 작동시키면, 마스터실린더의 두 회로에는 제동압력이 형성된다. 압력은 압력센서 b1에 의해 측정, ECU에 전송된다.

① SBC- 정상 제동

SBC (정상 제동) 유압회로 <이미지 출처: 네이버>

ECU가 2개의 분리밸브 y1, y2에 전기를 공급하면, 분리밸브 y1, y2를 통한 앞차축의 유압회로는 차단된다. 브레이크 시스템의 압력공급은 이제 축압기 3을 통해 이루어진다. 축압기 압력은 전기적으로 구동되는 유압펌프 m1에 의해 형성되며, 압력센서 b2에 의해 측정된다. 축압기 압력은 약 150bar에 이른다. 축압기 압력이 일정한 값 이하로 낮아지면, 유압펌프는 다시 작동한다.

ECU는 각 차륜에 대해 최적 제동압력을 계산하여, 인렛밸브(y6, y8, y10, y12)와 아웃렛밸브(y7, y9, y11, y13)를 이용하여 각 차륜의 제동압력을 제어한다. 압력센서들(b3, b4, b5, b6)은 각 차륜의 실제 제동압력을 측정하여 ECU에 전송한다.

밸런스 밸브(y3, y4)들은 제동 중, 1개의 차축 좌/우 차륜들의 압력을 평형(balancing)시킨다. 커브에서 제동할 때, 그리고 ESP 시스템이 작동할 때, 밸런스밸브는 활성화되어 유압회로를 닫는다. 이제 각 차륜의 제동압력을 개별적으로 제어할 수 있게 된다.

2개의 동작유체 분리기(media isolator) 7, 8은 축압기 3으로부터 누설된 질소가 마스터실린더 1로 유입되는 것을 방지한다.

② SBC의 고장 시 비상 제동

SBC (비상 제동) 유압회로 <이미지 출처: 네이버>

2개의 분리밸브(y1, y2)에는 전기가 흐르지 않으므로, 밸브들은 열린 상태를 유지한다.

운전자에 의해 마스터실린더에서 형성된 제동압력은 앞차축 브레이크 실린더에 직접 작용한다. 뒤차축은 제동되지 않는다. 브레이크 배력장치가 없기 때문에 제동효과는 아주 낮다. 그러므로 자동차 주행속도는 ECU에 의해 일정 수준(예 : 최대 90km/h) 이하로 제한된다.

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 열여들 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘브레이크 전자제어 시스템 SBC’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 열아홉 번째 시간으로 ‘제동 장치 압축공기 브레이크’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.

2019. 2. 26.

제동장치의

VDC (ESP, DSC) [Vehicle Dynamic Control]

이번 시간에는 앞 시간에 이어서 ‘제동 장치’의 열일곱 번째 시간으로 ‘브레이크 전자제어 시스템 VDC’에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

VDC는 운전자가 별도로 제동을 가하지 않더라도, 차량 스스로 미끄럼을 감지해 각각의 바퀴 브레이크 압력과 엔진 출력을 제어하는 장치로 VDC (Vehicle Dynamic Control)는 제조사마다 EPS, DSTC, DSC 등으로 불리기도 하는데, 어떠한 환경 속에서도 달리는 차체를 운전자가 원하는 방향으로 움직일 수 있도록 도와주는 차체제어장치다. 각 바퀴와 핸들 등을 분석해 차체의 자세를 교정하며 운전자가 원하는 방향으로 움직일 수 있도록 도와준다. 단! 빗길이나 눈길에선 역으로 VDC 장치를 끈 후 주행 방향을 수정해야 한다.

1) EPS 시스템의 구성요소

차륜들을 개별적으로 제동하여 차체의 길이(x축)방향 및 옆(y축)방향 안정성을 확보할 수 있다. 따라서 이를 통해 자동차를 수직(z)축을 중심으로 회전하게 하는 요-토크의 발생을 방지할 수 있다.

ESP(Electronic Stability Program)의 경우, 다음과 같은 시스템들이 동시에 상호작용한다.

• ABS(Anti-lock Brake System)

• ABV(Automatic Braking-force distribution1))

• EDTC를 포함한 TCS(TCS with Engine Drag Torque Control)

• YMR(Yaw Moment Regulation) : 요-토크 제어

시스템은 네트워크화된 데이터-버스를 이용하여, 휠 회전속도, 브레이크압력, 요잉률(yawing rate), 조향각, 횡가속도 및 저장된 특성곡선 등을 이용하여 브레이크 간섭을 제어한다.

ESP 시스템의 구성요소 <이미지 출처: 네이버>

2) ESP(Electronic Stability Program)의 작동원리

센서들을 통해 수집한 정보들(예 : 휠 회전속도, 조향운동 및 횡가속도)은 실제값으로서 ECU에 입력된다. 이들 실제값은 ECU에 저장되어 있는 규정값과 비교된다. 규정값에 대한 실제값의 차이가 특정 한계를 초과하면, 시스템은 어느 한 휠을 제동하여 주행방향을 수정하는 방법으로 자동차의 안정상태를 유지한다.

ESP 시스템은 다음과 같은 경우에는 작동시키지 않는다.

• 스노 체인(snow chain) 장착 시

• 눈이 많이 쌓인 도로 및 비포장도로 주행 시

• 진창길에서 빠져나오기 위해 전/후진할 경우

휠 스핀(wheel spin)을 필요로 하지 않을 경우에는 ESP를 스위치 ON시켜야 한다. ESP는 조향각도와 주행속도를 근거로 운전자가 의도하는 주행방향을 판단하여, 이를 실제 주행방향과 지속적으로 비교한다. 실제 주행방향이 운전자의 의도와 다르게 나타나면(예 : 미끄러질 때), 해당 차륜을 제동하여 주행방향을 수정한다.

ESP 시스템은 다음을 결정한다.

• 어느 차륜을 얼마만큼의 강도로 제동해야 하는가?

• 엔진 토크를 감소시켜야 하는지의 여부

① 언더 스티어링(under steering)경향 - 커브 안쪽 뒷바퀴 제동

자동차가 커브를 선회할 때 또는 장애물을 피하기 위해 갑자기 방향을 바꿀 때 언더 스티어링 경향성이 있으면, 자동차는 앞차축에 의해 직진방향으로 밀리게 된다. ESP 시스템은 1차 공급펌프(pre-supply pump；그림 5-69 참조)를 통해 커브 안쪽 뒷바퀴의 브레이크압력을 제어한다. 이를 통해 형성된 요-토크가 자동차를 수직(Z)축을 중심으로 회전시켜 언더-스티어링 경향성에 역으로 작용한다.

② 오버 스티어링(over steering) - 커브 바깥쪽 앞바퀴 제동

자동차가 커브를 선회할 때 오버 스티어링 경향성이 있으면, 시스템은 커브 바깥쪽 앞바퀴를 제동하여 자동차를 안정시킨다.

3) ESP(Electronic Stability Program)의 유압회로도

① 압력 형성(pressure build-up)

ESP가 제어에 간섭하게 되면, 1차 공급펌프 P1은 브레이크액을 브레이크액 탱크로부터 펌프 P2로 공급한다. 이렇게 함으로서 온도가 낮은 경우에도 시스템은 브레이크회로의 제동압력을 신속하게 형성할 수 있다. 리턴펌프 P2 역시 똑같은 방법으로 작동하여, 휠이 제동될 때까지 제동압력을 상승시킨다. 이때 고압절환밸브 Y1 및 인렛(inlet)밸브 Y2는 열린다. 아웃렛(outlet)밸브 Y3은 닫히고 스위칭밸브 Y4는 블로킹(blocking)된다.

② 압력 유지(pressure holding)

이 단계에서, 고압절환밸브 Y1 및 인렛밸브 Y2는 닫힌다. 제동압력은 일정하게 유지된다.

③ 압력 감소(pressure reduction)

이 단계에서, 아웃렛 밸브 Y3 및 스위칭밸브 Y4는 열린다. 브레이크액은 리턴펌프를 통해 마스터실린더로 복귀한다.

ESP의 유압 회로도 <이미지출처: 네이버>

이상으로 이번 시간에는 ‘제동 장치’ 열일곱 번째 시간으로 제동(브레이크) 장치 중에서 ‘브레이크 전자제어 시스템 VDC’에 대하여 간단하게 알아봤습니다. 다음 시간에는 ‘제동장치’ 열여들 번째 시간으로 ‘제동 장치 전자제어 시스템의 SBC’에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 이 포스팅이 여러분들의 ‘자동차 제동 장치의 이해’로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.