안티록 브레이크 시스템

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배경

안전하게 정지하는 것은 자동차가 수행할 수 있는 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 브레이크 시스템의 고장은 거의 예외 없이 재산 피해, 부상 또는 사망을 초래할 수 있습니다. 결과적으로 지난 90년 동안 트럭과 승용차의 브레이크 시스템을 개선하기 위해 많은 고려가 이루어졌습니다. 최신 개선 사항 중 하나는 이름에서 알 수 있듯이 젖어 있거나 빙판길에서 급정거할 때 차량의 브레이크가 잠기거나 미끄러지는 것을 방지하는 잠김 방지 브레이크 시스템입니다.

미끄러짐 문제는 모든 자동차 제동 시스템의 압도적인 약점을 드러냅니다. 바로 타이어와 도로 사이의 정지 마찰 계수에 크게 의존한다는 것입니다. 어떤 이유로든 브레이크를 밟는 동안 타이어가 일시적으로 노면에 대한 접착력을 잃으면 드럼이나 로터에 대한 브레이크의 마찰로 인해 휠이 단단히 잠기고 타이어가 도로를 미끄러지기 시작합니다. 이 상태에서 휠의 제동력은 타이어와 노면 사이의 미끄럼 마찰에 따라 달라지며, 이는 정지 마찰보다 훨씬 적습니다. 습하거나 얼음이 많은 조건에서는 슬라이딩 마찰이 더욱 감소하여 정지 거리가 훨씬 더 길어집니다. 또한 앞바퀴가 이 상태일 때 차량을 조종하는 데 사용할 수 없습니다. 앞바퀴의 각도에 관계없이 차량은 운전자가 브레이크를 해제하거나 차량이 정지할 수 있을 만큼 단단한 물체와 충돌할 때까지 모멘텀이 보내는 방향으로 계속 미끄러집니다.

여러 세대의 운전자는 미끄러지는 동안 브레이크를 빠르게 적용 및 해제하거나 펌핑하여 이 상태를 처리하도록 배웠습니다. 그러나 이 훈련은 패닉 상황에서 종종 손실되었습니다. 또한 가장 침착하고 가장 잘 훈련된 운전자라도 초당 2~3회보다 빠르게 브레이크를 펌프질할 수 없어 기술의 효율성이 제한되었습니다.

제동 시 미끄럼을 처리하는 더 나은 방법은 지상 차량에 도입되기 전 수십 년 동안 항공기에서 사용되었습니다. 항공기는 자동차 및 트럭과 마찬가지로 견인력이 낮은 조건에 노출되었으며, 이미 미미하게만 조종 가능한 미끄러지는 항공기는 탑승자와 주변 사람들에게 진정으로 위험했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 항공기에는 ABS로 알려진 잠김 방지 브레이크 시스템이 장착되어 있어 미끄러운 활주로에서 제동 바퀴가 잠기거나 미끄러지는 것을 방지했습니다.

처음에 이것은 브레이크를 빠르게 켜고 끄는 정교하고 값비싼 유압 제어 장치를 통해 이루어졌으며, 항공기가 미끄러운 조건에서도 조종할 수 있도록 하면서도 여전히 상당한 정지 능력을 허용했습니다. 나중에 전자 제어는 실제 지상 조건에 더 반응하는 잠금 방지 조치를 허용했습니다.

항공기 ABS의 전자 및 유압 부품이 더 작고 저렴해짐에 따라 트럭 및 자동차 제조업체가 관심을 갖기 시작했습니다. 처음에는 잠금 방지 브레이크 시스템이 대형 트럭 전용으로 개발되었습니다. 최대 80,000파운드(36,364kg)의 트럭 트랙터-트레일러 조합인 대형 세미 트럭은 운전자의 통제를 벗어났을 뿐만 아니라 관절형 또는 잭나이프형이기 때문에 미끄러졌을 때 주변 교통에 특히 위험했습니다. 자주 뒤집힙니다. 오늘날, 안티록 브레이크 시스템은 많은 자동차와 트럭의 표준입니다.

제조업체 또는 차량 유형에 관계없이 모든 잠금 방지 브레이크 시스템은 유사한 방식으로 작동합니다. 휠 속도 센서는 제어할 각 휠에 배치됩니다. 각 속도 센서에는 일반적으로 기어와 같은 톱니 바퀴가 있으며 차량 바퀴나 차축과 같은 속도로 회전합니다. 영구 자석 으로 이 톱니바퀴에 가까이 장착되지만 만지지는 않습니다. 픽업 코일이라고 하는 와이어 코일로 싸여 있습니다(그림 참조). 각 치아가 영구 자석을 지나 회전함에 따라 자기장이 집중되고 약간 증가합니다. 이것은 차례로 와이어 코일에 작은 전류 펄스를 유도합니다. 초당 펄스 수는 휠의 속도에 정비례합니다. 바퀴가 빨리 돌수록 치아가 자석을 더 빨리 통과하고 맥박이 빨라집니다.

휠 속도 센서의 펄스 출력은 다른 휠의 속도에 대한 각 휠의 속도를 모니터링하는 전자 컨트롤러로 전달됩니다. 브레이크가 적용되지 않고 모니터링되는 모든 휠이 거의 동일한 속도로 회전하는 한 시스템은 아무런 조치도 취하지 않습니다. 그러나 브레이크가 적용되고 모니터링되는 하나 이상의 휠이 갑자기 다른 휠보다 더 빠른 속도로 속도를 줄이기 시작하면(도로에서의 트랙션 손실 및 임박한 휠 잠금 및 미끄러짐을 나타냄) 컨트롤러가 활성화됩니다. 잠금 방지 시스템.

모든 차량의 잠금 방지 브레이크 시스템은 기존 차량 브레이크 시스템에 추가된 모니터링 및 제어 기능일 뿐입니다. ABS는 두 번째 브레이크 시스템이 아니며 차량 브레이크 시스템을 대체하지도 않습니다. 자동차의 네 바퀴를 모두 모니터링하고 제어하는 ​​시스템을 4채널 ABS라고 합니다. 앞 두 바퀴와 뒷 차축(각 뒷 바퀴가 개별적으로는 아님)을 제어해야 하는 경우 시스템을 3채널 ABS라고 합니다. 두 개의 후방 구동 차축이 있는 대형 트럭에서 ABS는 일반적으로 앞바퀴와 네 개의 뒷바퀴 중 두 개를 제어하는 ​​4채널 시스템입니다. 대형 트럭 트랙터로 견인되는 트레일러에는 트랙터의 ABS와 상호 연결해야 하는 별도의 ABS가 있을 수도 있습니다.

자동차에서 브레이크는 유압에 의해 작동됩니다. ABS 컨트롤러는 마스터 브레이크 실린더의 고압측에 내장된 솔레노이드 밸브를 작동합니다. 이 밸브는 일반적으로 열려 있으며 제동을 방해하지 않습니다. 컨트롤러는 제동하는 동안 휠이 잠기는 것을 감지하면 먼저 솔레노이드를 활성화하여 영향을 받는 휠의 브레이크 라인에 있는 밸브를 닫아 압력이 더 이상 증가하는 것을 방지합니다. 잠긴 휠이 계속 속도를 잃으면 컨트롤러는 영향을 받는 브레이크 라인에서 압력을 빼내는 두 번째 솔레노이드를 활성화하여 운전자가 여전히 브레이크 페달을 밟고 있는지 여부에 관계없이 해당 휠의 브레이크를 사실상 해제합니다. 휠이 견인력을 회복하고 속도가 증가하면 솔레노이드가 비활성화되고 정상적인 제동이 재개됩니다. 물론, 휠이 다시 미끄러지기 시작하는 조건이라면 브레이크가 즉시 잠기기 시작하고 ABS가 대신합니다. 이 사이클은 도로 상태가 바뀌거나 운전자가 브레이크를 놓을 때까지 초당 12~15회 반복됩니다. 운전자는 브레이크 페달을 통해 느껴지는 진동으로 이 빠른 사이클링을 감지할 수 있지만 아무 조치도 취하지 않아도 됩니다. ABS는 미끄럼을 최소화하고 운전자가 차량의 방향 제어를 유지할 수 있도록 합니다.

대형 트럭의 브레이크는 유압이 아닌 공기압에 의해 작동됩니다. 트럭의 잠금 방지 브레이크 시스템은 잠금 방지 공기 압력 제어 밸브가 각 바퀴 근처의 차량 프레임 레일에 있다는 점을 제외하고 자동차의 ABS와 유사한 방식으로 작동합니다.

디자인

잠김 방지 브레이크 시스템은 특정 차량용으로 설계되었습니다. 시멘트 믹서처럼 트레일러를 당기지 않는 트럭은 하나 이상의 트레일러를 끄는 트럭 트랙터와 ABS가 약간 다릅니다. 마찬가지로 트레일러의 잠금 방지 브레이크 시스템은 다른 디자인을 가질 것입니다.

자동차용 ABS는 훨씬 더 구체적일 수 있으며 특정 용도로 설계될 수 있습니다. 제조업체나 차량 유형에 관계없이 모든 잠금 방지 브레이크 시스템은 유사한 방식으로 작동합니다. 휠 속도 센서는 제어할 각 휠에 배치됩니다. 각 속도 센서에는 일반적으로 차량 바퀴 또는 차축과 같은 속도로 회전하는 톱니 바퀴가 있습니다. 브레이크가 적용되고 모니터링되는 하나 이상의 휠이 갑자기 다른 휠보다 더 빠른 속도로 속도를 줄이기 시작하면 컨트롤러가 잠김 방지 시스템을 활성화합니다. 자동차의 브랜드 이름과 모델. ABS 구성 요소는 각 모델의 기존 차량 구성 요소와 함께 적합하고 기능해야 하기 때문에 새로운 안티록 브레이크 시스템의 설계 및 제조 프로세스는 자동차 제조업체와 ABS 공급업체 간의 파트너십을 통해 수행됩니다.

원자재

속도 센서의 톱니 바퀴 또는 기어는 부드러운 철, 보통 캐스팅. 철은 높은 투자율과 낮은 자기 저항 때문에 선택됩니다. 자기 저항은 전기 저항과 거의 동일하며 때로는 톱니 바퀴를 릴럭터라고 합니다. 톱니바퀴의 기능은 영구 자석의 자기장이 각 톱니를 쉽게 통과하여 순간적으로 자기장 강도가 집중되어 픽업 코일에 전류를 유도하는 것입니다. 픽업 코일은 코어에 영구 자석이 있으며 구리 와이어 코일로 감겨 있습니다.

컨트롤러는 일반적으로 접지측이 아닌 회로의 전원측을 제어하는 ​​핫 사이드 드라이버로 알려진 트랜지스터를 사용합니다. 이 트랜지스터는 전자 회로에서 평소보다 더 많은 열을 생성합니다. 플라스틱 또는 스탬프 강철 하우징에 배치하는 대신 핀이 있는 방열판이 있는 주조 알루미늄 하우징에 부착되어 열을 발산합니다.

자동차에 사용되는 유압 브레이크 압력 솔레노이드는 강철 밸브와 몸체가 있는 구리 코일 요소의 표준 구조를 가지고 있습니다. 일반적으로 알루미늄으로 주조되는 브레이크 시스템 마스터 실린더와 동일한 케이싱에 들어 있습니다.

전기 배선은 종종 가교 폴리에틸렌 절연체가 있는 구리입니다. 배선을 통해 고전력 무선 신호를 수신하여 시스템을 활성화할 수 있는 무선 주파수 간섭(RFI)을 방지하기 위해 모든 배선을 차폐하거나 전선을 꼬임 쌍으로 실행하여 전파의 영향을 상쇄합니다. . 커넥터는 내부 구리 접점이 있는 플라스틱입니다.

제조
프로세스

안티록 브레이크 시스템의 제조 공정은 구성 부품을 제조한 다음 해당 부품을 차량에 설치하는 것으로 구성됩니다. 부품은 한 공장에서 제작된 다음 포장되어 설치를 위해 차량 조립 공장으로 배송됩니다. 이것은 자동차 안티록 브레이크 시스템의 전형적인 공정이다.

마스터 브레이크 실린더 만들기

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1 솔레노이드 본체의 베이스를 포함한 마스터 실린더는 일체형으로 주조됩니다. 안착 및 밀봉 표면은 매끄럽게 가공되고 연결 포트는 나사산이 있습니다.

2 개별 1차 및 2차 피스톤, 솔레노이드 코일, 저장소 캡 및 씰, 축압기, 모든 계량 및 비례 밸브가 설치됩니다. 솔레노이드 몸체는 4개 이상의 나사로 마스터 실린더에 부착되는 덮개가 있으며 가스켓으로 밀봉되어 있습니다.

휠 속도 센서 만들기

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3 톱니바퀴는 철로 주조됩니다. 장착 지점에서 약간의 가공이 필요할 수 있습니다.

4 픽업 코일은 코일 와인더라는 기계에서 영구 자석 코어에 감겨 있습니다. 전체 어셈블리는 전기 커넥터가 부착된 플라스틱 수지로 둘러싸여 있습니다.

컨트롤러 만들기

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5 전자 컨트롤러 구성 요소는 인쇄 회로 기판에 납땜됩니다.

6 보드는 보호 하우징 내부에 연결되고 주조 알루미늄 방열판 베이스에 장착됩니다. 각 속도 센서의 입력 배선과 마스터 브레이크 실린더의 솔레노이드에 대한 출력 배선을 위해 외부 전기 연결이 제공됩니다.

ABS 설치

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7 자동차 조립 공장에서는 스틸 튜브 브레이크 라인이 차체 프레임워크에 설치됩니다. 방화벽이라고 하는 엔진실과 탑승자 실 사이의 칸막이에서 각 바퀴 부근까지 이어집니다. ABS용 전선도 각 바퀴 부근에서 컨트롤러 위치로, 컨트롤러에서 방화벽까지 연결됩니다.

8 브레이크 마스터 실린더는 브레이크 페달 근처 엔진룸의 방화벽에 볼트로 고정되어 있습니다. 브레이크 라인은 솔레노이드 본체의 해당 포트에 연결되고 전선이 연결됩니다.

9 톱니형 센서 휠은 외부 등속 조인트 또는 액슬 스핀들의 끝 부분에 눌러져 휠 내부에 장착됩니다. 액슬이 프레임에 부착되면 브레이크 라인이 부착되고 코일의 끝이 톱니바퀴에 가까워지도록 픽업 코일이 설치됩니다. 그런 다음 픽업 코일은 컨트롤러의 전선에 전기적으로 연결됩니다.

10 컨트롤러는 계기판 아래 또는 차량 트렁크에 설치됩니다. 퓨즈 박스를 통한 차량 배터리의 전원 연결을 포함하여 전기 연결이 이루어집니다.

품질 관리

전자 시스템이 차량의 브레이크 작동을 대신할 수 있다는 아이디어는 어떤 사람들에게는 혼란스럽습니다. 이러한 이유로 시스템의 작동은 사전에 철저히 테스트되고 설치 품질은 지속적으로 검토됩니다.

또한 모든 잠김 방지 브레이크 시스템은 안전 장치로 설계되었습니다. 즉, 구성 요소에 장애가 발생하면 브레이크가 전반적으로 안전하게 작동할 수 있는 방식으로 시스템에 장애가 발생합니다.

미래

가까운 장래에 연방 정부가 특정 차량에 잠금 방지 브레이크 사용을 의무화할 가능성이 높습니다. ABS는 몇 년 동안 사용되어 왔으며 특히 차량 정지 거리를 개선하고 매우 미끄러운 도로 조건에서 차량 방향 제어를 유지하는 기능과 같은 이점에 대한 증거가 있습니다.

그러나 이러한 결과에 논란이 없는 것은 아닙니다. ABS의 이점에 대한 초기 주장은 상당히 과장되었으며 많은 운전자는 ABS가 특정 상황에서 거의 또는 전혀 이점을 제공하지 않는다는 것을 발견했습니다. 그런 점에서 논란은 안전벨트를 둘러싼 논란과 조금 비슷하다.

기본 ABS의 이점을 향상시키는 추가 시스템이 개발되었습니다. 이러한 시스템 중 하나는 ATC라고 하는 자동 트랙션 컨트롤입니다. ATC는 ABS와 동일한 구성 요소를 사용하지만 속도 스펙트럼의 반대편에서 작동하여 미끄러운 조건에서 차량을 시동할 수 있습니다. 작동 시 각 바퀴의 속도를 감지하여 하나 이상의 바퀴가 "느슨해지거나" 회전하기 시작할 때를 감지합니다. 그런 일이 발생하면 속도를 줄이고 견인력을 되찾기 위해 초당 12~15회 해당 바퀴에 브레이크를 적용합니다. 시위에서 차량은 얼음으로 덮인 경사면의 블록에 의해 고정되었습니다. 차량이 출발하고 블록이 당겨지면 ATC가 장착되지 않은 차량은 바퀴를 돌려 천천히 경사면을 따라 내려가고 ATC가 장착된 차량은 얼음 위로 올라갑니다.

ABS는 다른 신차 제품들과 함께 가격이 내려가고 장점이 더욱 부각되면서 계속해서 인기를 끌 것으로 예상된다.