자동차 섀시구성 및 주행시스템-4

4.3 현가 시스템 < 5. 자동차의 진동현상 >

1) 섀시 스프링 위 진동

 섀시 스프링 위 진동 : 섀시 스프링을 지지하고 있는 스프링 윗분의 차체에서 생기는 진동을 말하며 다음과 같이 분류한다.

(1) 상하 진동 : 차체가 상하로 진동하는 것으로 말하며, Z축방향으로 평행하게 상하 운동하는 고유 진동이다.

(2) 앞뒤 흔들림 : 차체의 중심을 지나는 좌우 수평축 주위의 진동을 말하며, Y축을 중심으로 회전 운동하는 고유 진동이다.

(3) 가로 흔들림 : 자동차의 세로축 주위의 진동을 말하며, X축을 중심으로 회전하는 고유진동이다.

(4) 요잉 : 주행 중 차체의 앞부분이 좌우로 진동하는 것을 말하며, Z 축을 중심으로 회전하는 고유 진동이다.

2) 스프링 아래 진동

 섀시 스프링으로 지지하고 있는 스프링 아래 부분의 차축과 휠에서 생기는 진동을 말하며 다음과 같이 분류된다.

(1) 상하 진동 : Z 축 방향으로 상하 평행 운동하는 진동이다.

(2) 휠 트램프 : X축을 중심으로 하여 회전하는 진동이다.

 이외에도 X축 방향(앞뒤 방향), Y축 방향(좌우 방향), Y축을 중심으로 하여 회전운동을 하는 진동(wind up) 등을 들 수 있다.

 

4.4 제동시스템

 제동시스템은 주행하는 자동차를 정지시킴과 동시에 주차 상태를 유지하기 위해서 사용하는 중요한 장치이다. 일반적으로 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열 에너지로 바꾸어 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동 작용을 하는 마찰식 브레이크를 사용하고 있다. 제동시스템이 갖추어야 할 조건을 들면 다음과 같다.

- 작동이 확실하고 제동력이 좋아야 한다.

- 신뢰성과 내구성이 뛰어나야 한다.

- 점검 및 조정이 용이해야 한다.

 제동시스템은 사용 목적에 따라 주행할 때 주로 사용하는 상용 브레이크와 주차할 때 사용하는 주차 브레이크 및 보조 브레이크로 구분된다. 브레이크 장치의 조작 기구로는 로드나 와이어를 사용하는 기계식과 유압을 이용하는 유압식 및 압축공기를 이용하는 공기 브레이크가 있다. 일반적으로 풋 브레이크는 유압식 또는 공기 식이고, 주차 브레이크는 기계식을 사용하고 있다. 또한 유압식 브레이크는 조작력을 가볍게 하기 위해 기관의 흡입 부압이나 압축공기를 이용하여 배려식 브레이크로 사용하고 있다.

 

1. 사용 브레이크

 상용 브레이크는 일반적으로 바퀴의 안쪽에 결합되어 있는 브레이크 드럼 또는 브레이크 디스크 등에 마찰력을 이용하여 제동력을 발생하게 하는 것으로, 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 모든 바퀴에 제동력이 발생하도록 되어 있다.

1) 유압식 브레이크

 유압식 브레이크는 브레이크 페달을 밟으면 유입이 발생하는 마스터 실린더와 그 유압을 받아 브레이크 슈(또는 패드)를 브레이크 드럼(또는 디스크)에 밀어붙여 제동력을 작동하게 하는 휠 실린더, 유로를 형성하는 브레이크 파이프 및 호소로 구성되어 있다.

(1) 마스터 실린더

 유압식 브레이크 장치에서 유압을 발생시키는 부분으로써 구성은 실린더, 피스톤, 피스톤 캡, 리턴 스프링 및 토출 밸브로 되어 있다. 종류는 싱글 마스터 실런더와 탠덤 마스터 실린더가 있다. 탬덤 마스터 실린더는 실린더가 세로 방향으로 2개 배열된 2 계통식의 구조로 되어 있는 것으로 대부분의 자동차에서 이것을 사용하고 있다.

(2) 휠 실린더

 유압 브레이크에서 브레이크 슈를 미는 작동을 하는 것으로 브레이크 플런저에 부착되어 있다. 마스터 슬린더에서 압송된 오일은 휠 실린더의 중앙으로 들어가 2개의 피스톤을 좌우로 밀어 브레이크 슈를 드럼에 밀착시킨다. 구조로는 단동식과 복동식이 있다. 휠 실린더에는 유압계 중의 공기 빼기를 위해 외측에 공기 블리더 나사가 설치되어 있다.

2) 드림 브레이크

 드럼 브레이크는 휠 실린더, 브레이크 슈 및 이것을 설치하는 백 플레이트 및 브레이크 드럼으로 구성되어 있다. 브레이크 작동은 휠 실린더가 브레이크 슈를 외측으로 확장시켜 바퀴와 일체로 회전하는 원통형의 브레이크 내면에 접촉시켜 마찰력을 주어 제동 작용을 한다. 드럼 브레이크는 브레이크 슈의 작동 방향을 좌우 양쪽으로 확장시키면 드럼이 회전하고 있을 때에는 좌측 슈의 확장부는 회전에 대하여 돌출 축이 되어 마찰력에 의해 화장력은 더욱 커진다. 이 작용을 자기 작동 작용이라 한다. 즉 이경우는 브레이크 힘을 발생시키는 마찰 자체를 이용하여 브레이크력을 강하게 하는 작용을 한다. 따라서 브레이크 페달에 작은 힘을 가해서 큰 제동력을 얻을 수 있으며 일종의 자기 배력 작용이 된다.

 이때 자기 작동 작용을 하는 슈를 리딩슈라 하고 자기작동 작용을 하지 않는 슈를 트레일링 슈라 한다.

 드럼 브레이크의 종류에는 자기 배력 작용의 형태에 따라 리딩 트레일링 브레이크, 투 리딩 브레이크, 유니 서보 브레이크, 듀어 서보 브레이크 등이 있다.

3) 디스크 브레이크

 디스크 브레이크는 회전하는 원판형의 디스크에 패드를 밀착시켜 제동력을 발생시키는 방법으로 휠 허브와 함께 회전하는 디스크, 디스크에 밀착되어 마찰력을 발생시키는 패드, 유압이 발생하는 피스톤, 피스톤이 들어 있는 캘리퍼 등으로 구성되어 있다. 디스크 브레이키는 마찰열의 발산이 잘 되기 때문에 드럼 브레이크에 비해 브레이크 페이드 현상이 잘 일어나지 않는다.  

 

2. 배력식 브레이크

 유압 브레이크에 제동 배력 보조장치(서보 기구)를 병용하여 ㅈ동력을 크게 하는 것으로 종류에는 A. 브레이크 페달 쪽에 진공백을 설치하여 대기압과 흡기관의 압력차를 이용하여 제동력을 배력 시키는 마스터 백 배력 장치, B. 유압 배관 도중에 진공백을 설치하는 하이드로 마스터, C. 압축공기를 사용하여 브레이크 유압을 배가하는 공기 바력장치 및 D. 동력 조향장치의 유압을 이용하는 유압식 배력장치 등이 있다. 

1) 진공 배력 장치

 진공식 배력장치는 브레이크 부스터 또는 하이드로 마스터 등이 형식이 있다.

 가솔린 자동차에서는 흡기 매니 홀드의 부압을 이용하여 브레이크 페달 쪽에 설치한 마스터 백을 이용하여 배력 작용을 하게 되고, 디젤 자동차에서는 흡기 부압이 높지 않으므로 일반적으로 엔진에 의하여 구동되는 전용 진공펌프를 구동하여 필요한 진공을 얻는다.

2) 압축공기 배력 장치

 이것은 원리적으로 하이드로 배력장치와 동일하고, 다른 점은 기관으로 구동하는 공기 압축기에 의한 압축공기를 사용하여 브레이크의 유압을 배가하는 장치이다. 이것은 진공 배력장치보다 소형이고 강력한 제동력을 얻을 수 있으며, 조정이 쉽다는 장점이 있다.

 

3. 공기 브레이크

 공기 브레이크는 브레이크 슈를 압축공기의 압력을 이용하여 드럼에 밀어붙여서 제동 하는 것으로, 브레이크 페달의 조작력은 작아도 큰 제동력이 발생하여 트럭, 버스 등 대형 자동차에서 많이 사용한다.

 

4. 주차 브레이크

 주차 브레이크는 사이드 브레이크라고도 하며, 추진축에 설치된 브레이크 드럼을 제동하는 센터 브레이크 식과 뒷바퀴를 제동하는 뒷바퀴 브레이크 식이 있으며, 조작 기구는 특수형 외에는 모두 기계식을 사용한다.

 

5. 보조 브레이크

 보조 브레이크는 일반적으로 구동바퀴인데, 엔진을 회전시켜 자동차의 제동에 이용하는 엔진 브레이크를 많이 사용한다. 그러나 그 외에 트럭이나 버스 등의 대형화 고속화에 따라 보통 으 브레이크 및 엔진 브레이크 만으로는 원하는 제동력을 충분히 얻을 수 없기 때문에 제3 브레이크로서 보조 브레이크를 사용하며, 배기 브레이크와 와전류식 브레이크, 유체식 브레이크 등의 세 종류가 있다.

1) 배기 브레이크 : 일반적으로 4 행정 사이클 디젤엔진을 사용하는 대형 자동차에서 사용되는 것으로, 배기관을 막는 방법을 사용하며, 내리막길이나 고속 주행할 때 감속용으로 사용된다.

2) 와전류 브레이크 : 와전류에 의한 제동력을 이용한 것으로 와전류와 자장의 상호작용으로 제동력이 얻어진다.

3) 유체 브레이크 : 토크 컨버터와 비슷한 원리를 이용한 것으로 로터에 의해 물이나 오일의 작동유체에 와류를 발생시킬 때 유체의 마찰 저항을 제동력에 이용한 것이다.

 

6. ABS

1) 개요 : 일반적인 제동장치를 부착한 자동차에서 주행 중 급제동을 하면 각 바퀴가 고정되어 바퀴가 구르지 않는 상태에서 자동차가 미끄러지는 스키드 현상이 쉽게 발생한다. 이로 인하여 제동력이 급격히 저하되어 제동거리가 길어지며, 자동차가 옆으로 미끄러져 스핀을 일으키거나 조향핸들의 조작이 불가능해져 위험을 유발한다. ABS(Anti-skid(or Anti-lock) Brake System)는 이러한 단점을 보완하여 급제동 시나 도로가 비 또는 눈 등으로 인해 미끄러지기 쉬운 경우, 어떤 도로 조건에서도 바퀴의 고정을 방지하여 운전자가 핸들의 조작을 가능하게 해 주고 가장 짧은 거리에서 자동차가 정지할 수 있도록 하는 장치이다. ABS의 기존적인 작동은 바퀴의 회전 속도를 센서가 측정하여 그 정보를 ECU가 기억하고 있는 이상적인 제동 조건으로 맞추어 브레이크 계통을 조절한다.

2) ABS의 구조

(1) 모듈레이터(또는 하이드로릭 유닛)

 모듈레이터는 ECU의 신호에 의해 각 휠 실린더에 작용하는 유압을 조절해 준다. 조절 상태에는 정상상태, 감압 상태, 유지상태, 중압 상태 등 네 가지가 있으며, 모듈레이터는 동력 공급원과 모듈레이터 밸브 블록으로 구성되고, 동력은 모터에 의해 작동되며 동력은 바퀴 속도 센서에 의해 감지되고 있는 오일펌프에 의해 공급된다.

(2) 솔레노이드 밸브

 솔레노이드 밸브는 제어 피스톤으로 보내는 오일의 압력을 조절하며, 솔레노이드 밸브에 전류가 흐르면 니들 밸브가 흡인되어 유압기와 제어 피스톤 사이의 회로를 차단하고, 제어 피스톤과 오일저장 탱크의 회로가 열린다. 이와 반대로 전류가 차단 되면 니들 밸브는 어큐물레이터의 유압에 의해 열려 제어 피스톤으로 회로가 열며, 오일저장 탱크의 회로는 닫힌다.

(3) 프로포셔닝 밸브

 ABS가 고정이 났을 때 평상의 제동장치로 작동한다. 이때 뒷바퀴의 고정으로 인한 미끄러짐을 방지하기 위하여 비례제어 밸브를 두고 있다.

(4) 바퀴 속도 센서

 구조는 영구자석, 톤 휠로 구성되며, 앞바퀴는 너클 스핀들에 뒷바퀴는 허브 스핀들에 설치된다. 작동은 센서 로터의 회전을 바퀴 속도센서가 감지하여 바퀴의 회전 신호를 ECU로 보낸다