ABS장치 및 각종안전장치

ABS [anti-lock brake system]

1) 개요
  ABS(Anti-Lock Brake System)은 급제동시나 눈길, 빗길과 같이 미끄러지기 쉬운 노면에서 제동시 발생되는 차륜의 슬립현상을 감지하여 브레이크 유압을 조절함으로써, 차륜의 잠김에 의한 슬립을 방지하고 제동시 방향 안정성 및 조종성 확보, 제동거리 단축 등을 수행하는 시스템이다. ABS가 장착된 자동차는 바퀴마다 스피드센서가 달려 있어, 여기서 감지되는 정보를 분석하여 만일 한쪽 바퀴가 잠기면 그 바퀴만 바퀴가 잠기지 않도록 펌핑을 해줘 브레이크를 밟았다 놓았다하여 네 바퀴의 균형을 유지시킨다. 따라서 자동차가 미끄러지는 스키드현상이 일어나지 않아 조종력을 잃지 않으며 바퀴가 잠길 만큼 급하고 세게 브레이크를 밟은 상황에서는 ABS가 작동하는 것이 바퀴가 잠겨 타이어가 미끄러지는 것보다 제동거리가 줄어들게 된다. 다만, ABS 장치는 방향안정성 및 조종성 확보능력은 뛰어나지만 제동거리를 줄이는 효과는 그렇게 높지 않으며 눈길 또는 자갈길 같은 노면에서는 제동거리가 비(非)장착차량에 비해 오히려 길어지게 될 수 있다. 또한, 바퀴가 잠기지 않는 상태에서는 ABS는 작동하지 않기 때문에 제동거리와 하등의 관계가 없다. 따라서 ABS의 주 목적은 제동거리를 줄이는 것보다 조향안전성을 확보하기 위한 것이다.
 
2) 필요성
  주행 중 급제동 또는 노면의 악조건 상태에서 제동시 차륜의 Lock으로 인하여 차량 이 제어불능 상태로 진행되어 조향력 상실은 물론 제동거리 또한 길어지게 된다. 이러한 Lock-up 현상을 미연에 방지하고 운전자의 조향안전성 확보를 위해 꼭 필요한 장치이다.
 
3) 장착 목적
 - 조향력 확보 : 급제동시 모든 차륜의 LOCK을 방지하여 조향력을 확보할 수 있다.
 - 안정성 확보 : 선회시나 좌우 또는 앞, 뒷바퀴의 노면상태가 다른 경우 제동을 하여도 차체를 안정되게 할 수 있다.
 
4) ABS 시스템의 요건
 - 어떠한 도로조건에서도 주행안정성과 조향성 보장
 - 제동거리 단축에 우선하여 최적 제동할 것
 - 주행속도 전영역에서 제어될 것(보행속도이하시 제외)
 - 마찰계수 변화에 신속 대응
 - 마찰계수 불균일 노면에서 Yaw Moment가 천천히 발생하도록 함
 - 커브한계속도 이하에서 최소제동거리 유지
 - 수막현상 감지 대응
 - 엔진브레이크에 신속 대응
 - Locking 현상 피할 것
 - Fail-Safe(ABS장치가 고장나더라도 일반제동은 가능) 기능을 가질 것

5) 장착 효과
 - ABS가 장착되지 않은 차량의 경우 : 좌우 차륜의 노면상태가 다른 경우 미끄러운 노면(마찰계수가 낮은 노면)의 차륜은 Lock 되어 스핀(spin)이 발생된다. 또한 고속주행 중 전방에 장애물 출현시 급제동과 급회전을 동시에 실시하면 핸들에 잠김현상이 발생하여 핸들조작이 불가능하게 된다.
- ABS를 장착한 차량의 경우 : 제동시 각 차륜의 제동력이 독립적으로 제어되므로 조향력을 확보하여 직진상태를 유지하므로 미끄러운 노면의 선회 주행 중 제동시에도 타이어 잠김을 방지하여 주행선에 따라 운전자의 의지대로 주행할 수 있고. 또한 고속주행 중 전방에 장애물 출현시 급제동과 급회전을 동시에 실시하여도 핸들 잠김 현상을 방지하여 급제동과 동시에 핸들을 조작하여 장애물을 피할 수 있다.

6) 구성 부품
 
TCS(Traction Control System)
TCS(Traction Control System)는 ABS가 가지는 기능 외에 가속 순간의 접지력을 최대한 활용하기 위해 제동과 가속을 반복함으로써 바퀴가 헛도는 것을 방지해주는 장치입니다. TCS가 장착되지 않은 경우 눈길이나 빙판길 혹은 미끄러운 언덕길에서 구동을 하거나 주행을 할때 바퀴가 헛돌거나 조향이 제대로 되지 않는 경우가 발생합니다. 그러나 TCS가 장착된 차량의 경우는 빙판길과 같은 저마찰 노면이나 바퀴의 좌우 상태가 다른 노면에서 출발을 하거나 속도를 높일 때 구동력을 확보하고 조정 안정성을 향상시켜 운전자의 안전운전을 도와주는 기능을 합니다.

ASR(Anti Spin Regular)
브레이크를 밟는 과정에서가 아니라 가속페달을 밟는 과정에서 바퀴가 헛도지 않게 해주는 기능이다. ASR은 브레이크 제어 이외에 운전자가 엑셀레이터 페달을 밟는 정도에 관계없이 노면 상태에 따라 엔진의 출력을 조절함으로써 미끄러운 노면에서 발진, 선회, 차선 변경 등의 가속시에도 구동 바퀴의 공회전 또는 미끄러짐을 억제하여 최적의 구동력 확보 및 차량 안전성을 향상시키는 시스템을 말한다.
ASR과 더불어 ABD(EBD)라는 것도 있는데 ABD(EBD)는 Automatic Braking Differential(Electronic Brake Force Distribution)의 약자로 ABS 기능 이외에 한쪽바퀴 또는 양쪽 바퀴의 브레이크를 제어하여 좌•우 구동 바퀴의 노면 상태가 서로 다른 도로에서 출발이나 등판 또는 선회시 차량의 안전성을 향상시킬 수 있도록 구동력을 주절해 주는 장치를 말한다.

VDC(Vehicle Dynamic Control)
차체자세제어라고도 한다. 쉽게 말해 차량을 미끄러짐으로부터 안전하게 보호하는 차량 안전 시스템이다. 여기에는 구동 중일 때 바퀴가 미끄러지는 것을 적절히 조절하는 TCS, ABS, EBD, 자동감속제어, 요모멘트제어(yaw-moment control:한쪽으로 쏠리는 것을 막는 자세제어 따위가 모두 포함된다. 가장 큰 역할은 스핀 또는 언더·오버 스티어 따위가 발생하는 것을 제어해, 이로 인해 일어날 수 있는 사고를 미연에 방지하는 것이다.

ESP(Electronic stability program)
ESP(Electronic stability program)는 ABS와 TCS의 기능을 더욱 향상시켜 적용한 첨단 장치입니다. ESP는 급격한 코너링이나 위험한 돌발 상황시 차량의 여러 위치에 장착된 센서 차량의 거동을 빠르게 감지하여 제어함으로써 미끄럼을 방지하고 운전자가 의도하는 데로 방향 전환이 가능하도록 개발한 첨단 장치입니다. 반면 ESP가 장착되지 않은 차량은 미끄러운 급커브길에서 코너링을 하거나 고속 주행시 갑자기 나타난 장애물을 피해야할 경우에 급회전과 급제동시 차량은 중심을 잃게 되고 운전자가 의도하는 것과는 다른 방향으로 틀어지면서 위험한 상황에 직면하게 됩니다.
ESP가 장착된 차량의 경우를 살펴보면 차량이 급격하게 좌회전을 할 때 오버스티어링(후륜구동 차량에서 도로 안쪽으로 파고드는 현상)이 발생하여 차량이 도로를 이탈하려고 합니다. 이때 ESP 센서가 바깥쪽 앞바퀴에 짧게 제동을 가해 반대 방향의 회전력을 발생시킴으로써 차량을 안전하게 주행할 수 있도록 제어합니다. 또한 언더스티어링(전륜구동 차량에서 도로 바깥쪽으로 나가려는 현상)의 경우 차량이 도로 밖으로 벗어나려고 할 때 차량의 안쪽 뒷바퀴에 제동을 가해 가고자 하는 방향을 잡아주는 역할을 합니다. 이렇듯 ESP는 ABS와 TCS가 제어할 수 없는 부분까지 제어가 가능하며 여기에 적용되는 센서는 ABS와 TCS를 구성하는 차륜속도센서 (wheel speed sensor)를 비롯해 운전자의 의도를 감지하기 위한 조향각 센서(steering angle sensor), 그리고 가속페달센서(acceleration pedal sensor)와 압력센서(pressure sensor)가 있으며 차량의 거동을 감지하기 위한 선회속도센서(yaw fate sensor)와 측방향가속도센서(lateral G sensor)등으로 구성됩니다. ESP의 가장 큰 특징은 차량의 여러 위치에 장착되어 있는 이 센서로 부터 차량의 거동을 빠르게 감지하고 정보를 입수하여 분석된 정보를 통해 차량의 운동을 제어함으로써 운전자의 차량조정능력을 극대화 시킨 장치입니다. ESP는 차량이 주행을 할때 물리적 한계상황에서도 최대한 차선을 벗어나지 않게 함으로써 차량의 진행 방향을 유지시켜 주며 긴급한 상황에서 조향력을 잃어 사고로 이어지는 상황을 미연에 방지해주고 측면 충돌에 대한 위험을 극소화 시켜주는 역할을 하는 것입니다.

VSM(Vehicle stability Management)
VSM(Vehicle stability Management)는 차량통합제어시스템으로서 차체자세제어장치(VDC), 스마트크루즈콘트롤(SCC), 전자식주차브레이크(EPB) 등 차량에 탑재된 시스템들을 통합적으로 제어하여 최상의 편의성과 안전성을 제공하는 역할을 한다.
특히 부주의한 운전, 전방 차량의 급감속 등으로 차량 추돌 위험도가 높은 상황이 되면 운전자에게 충돌 관련 경보를 제공하고, 충돌 직전에는 브레이크와 시트벨트를 제어하여 충돌했을 때 피해를 경감시켜주는 최첨단 통합 안전 시스템이다.