지금은 대부분의 자동차에 기본으로 장착되어 있지만 초기에는 획기적인 기술이었습니다. 과거 브레이크 잠김 때문에 많은 사고가 발생했는데, ABS 시스템이 개발되고 나서 사고가 현저하게 감소하였습니다. ABS는 제동을 했을 때 바퀴의 회전이 잠겨서(멈추어서) 제동력도 떨어지고 조향이 불가능한 경우를 막아주는 장치입니다. 즉, 바퀴의 잠금을 막고, 조금씩 회전하도록 만들어 주는 장치입니다. 오늘은 ABS 시스템에 대해서 상세하게 알아보겠습니다.
1. ABS란 무엇인가?
ABS는 Anti-lock Braking System의 약어입니다. 우리말로 설명하면 브레이크 잠김 방지 장치입니다. 자동차의 브레이크를 제어하는 시스템의 일종입니다. 그러면 왜 ABS 장치가 필요한가? 자동차가 운행 중에 브레이크를 강하게 밟으면 바퀴가 회전하지 않는 현상이 발생합니다. 바퀴 잠김 현상입니다. 자동차의 특성상 바퀴가 회전하지 않으면 자세 제어나 조향을 할 수 없습니다. 브레이크를 강하게 걸어서 자동차의 멈추는 속도가 빨라질 것이라 생각하겠지만 실제로는 멈추는 거리도 증가하게 됩니다. 바퀴가 돌지 않으면 한쪽면만 계속적인 마찰이 발생해서 타이어의 성능은 점점 나빠질 것입니다. 그래서 제동 거리도 증가하게 됩니다. 다행히 앞의 물체와 충돌 직전에 멈춘다면 문제가 없겠지만 그렇지 않을 경우 핸들을 돌려서 회피를 해야 합니다. 하지만 바퀴가 회전하지 않으면 전혀 조향을 할 수 없습니다. 그래서 바퀴가 완전히 잠기지 않고 조금씩이라도 회전할 수 있는 장치가 필요한 것입니다. 그 기능을 구현한 장치가 ABS입니다.
ABS 시스템은 브레이크 페달을 강하게 밟을 때 바퀴가 잠기는 것을 방지하여 차량의 안전성을 높입니다. ABS 시스템이 작동하면 바퀴의 잠금을 방지하여 차량이 제어력을 유지할 수 있게됩니다. 이러한 기능으로 인해 ABS 시스템은 급정거나 급정차 상황에서 차량의 안전성을 높일 수 있습니다. 최근에는 대부분의 차량에 기본적으로 장착되어 있으며, 차량의 브레이크와 연계하여 동작합니다. ABS 시스템은 차량의 안전성을 높일 뿐만 아니라 브레이크 패드와 타이어의 마모도 줄일 수 있습니다.
ABS 시스템의 개발 배경
자동차 ABS(Anti-lock Braking System) 시스템은 1950년대에 개발되었습니다. 초기에는 항공기 바퀴의 마모를 줄이기 위해서 개발되었습니다. 항공기에서 사용되는 제동시스템 기술을 응용하여, 자동차에 적용을 시도하였으나, 기술적인 한계로 인해 상용화되지는 못하였습니다.
- 1960년대에 ABS 시스템 개발에 대한 연구가 활발해졌습니다. 이 시기에는 전자 기술의 발전으로 인해 ABS시스템이 좀 더 정교해지고 신뢰성이 많이 향상되었습니다.
- 1970년대에 Bosch사가 상용화된 첫 번째 ABS시스템을 출시하였습니다. ABS기술이 대중화되기 시작했습니다.
- 1990년대 이후, ABS 시스템은 더욱 정교해지면서 차량의 안전성과 제어성을 높이는 역할을 하게 되었습니다. 이후에는 EBD(Electronic Brake-force Distribution), TCS(Traction Control System), ESP(Electronic Stability Program) 등 다양한 고급 브레이크 제어 시스템이 개발되면서 차량의 안전성이 대폭 향상되었습니다.
2. 시스템의 구조
자동차 ABS(Anti-lock Braking System) 시스템은 크게 센서, 제어 유닛, 액츄에이터 세 부분으로 구성되어 있습니다. 대부분은 3개의 부품이 결합된 모듈 형태로 되어 있습니다. ABS 시스템은 기존의 브레이크 시스템의 진공배력장치 다음에 위치하며 유압 배관과 연결되어 브레이크 유압을 제어합니다.
- 센서 : 센서는 휠 속도 센서와 브레이크 압력 센서가 있습니다. 휠 속도 센서는 각 바퀴의 속도를 감지하고, 브레이크 압력 센서는 브레이크 압력을 감지합니다. 이 센서에서 감지된 신호는 ABS를 효과적으로 제어하는데 활용됩니다.
- ECU : ECU는 ABS 시스템에서 가장 중요한 부품 중 하나입니다. 센서에서 수집한 정보를 바탕으로 브레이크 압력을 제어하며, 차량이 미끄러지지 않도록 바퀴의 회전을 감지하여 브레이크 압력을 조절합니다.
- 액츄에이터 : 액츄에이터는 브레이크 압력을 조절하는 데 사용되는 부품입니다. 솔레노이드 밸브와 모터펌프 등의 액추에이터를 사용합니다. 솔레노이드 밸브는 브레이크 압력을 개별적으로 조절하는 역할을 하며, 모터나 펌프는 브레이크 압력을 조절하기 위해 필요한 유압 압력을 생성합니다.
- 브레이크모듈 : 브레이크 모듈은 ABS 시스템에서 ECU와 액츄에이터, 브레이크 마스터 실린더 등의 부품이 모두 통합된 부품으로, 브레이크 압력의 조절을 담당합니다.
3. 작동원리
자동차 ABS시스템은 브레이크 압력을 정밀하게 제어하여 브레이크가 잠기는 것을 막는 시스템입니다. 즉, 긴급으로 제동 시에는 자동차는 움직이지만 바퀴는 정지하게 됩니다. 이렇게 되면 차량의 자세 제어가 대단히 어려워집니다. 그래서 바퀴를 조금이라도 회전할 수 있도록 하는 장치로써 초당 10~20회 정도 유압 밸브를 조정하여 제동력을 최대로 하지만 바퀴가 조금이라도 돌 수 있도록 유압을 가압했다가 풀었다가를 반복합니다. ABS는 상시 작동하는 것이 아닙니다. 대부분의 경우는 거의 작동하는 것을 느낄 수 없을 것입니다. 위기의 상황에서 한 번씩 작동하는 장치입니다. 눈길 등등에서 브레이크를 작동했을때 브레이크 페달이 진동하는 것을 느낀다면 이는 ABS가 작동하고 있는 것입니다. 고장난 것이 아닙니다. 눈길에서 작동하는 것은 ABS와 엄연하게는 다른 기능이지만 ABS 장치가 잘 작동하고 있다는 증거 입니다.
- 휠 속도 감지 : ABS 시스템은 주행 중인 차량의 각 바퀴의 속도를 휠 속도 센서로 측정합니다.
- 브레이크 압력 감지 : ABS 시스템은 브레이크 압력 센서를 사용하여 브레이크 페달을 밟았을 때의 압력을 측정합니다.
- 브레이크 압력 조절 : ABS 시스템은 위의 센서에서 수집한 정보를 바탕으로 브레이크 압력을 조절합니다. 차량이 미끄러지지 않도록 바퀴의 회전을 감지하여 브레이크 압력을 조절합니다. 예를 들어, 하나의 바퀴가 미끄러져서 회전 속도가 느려질 경우, 해당 바퀴의 브레이크 압력을 높이지 않고 유지하거나 낮추어 바퀴 회전 속도를 높입니다. 이렇게 하면 바퀴가 블로킹되지 않고 차량이 안정적으로 제동 됩니다.
- 브레이크 압력의 유지 : ABS 시스템이 브레이크 압력을 조절하는 동안에도 브레이크 압력을 일정하게 유지해야 합니다. 이를 위해 ABS 시스템은 압력 유지 밸브를 사용하여 일정한 압력을 유지합니다.
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