하성용 교수

(1)

1.제동장치의 필요성과 중요성을 이해할 수 있다.

2.제동장치의 구성부품 기능을 이해할수 있다.

3.부스터의 작동원리를 설명할 수 있다.

1.제동장치의 개요 2.유압식 제동장치의 구성 3.브레이크 본체

4.주차브레이크

제동장치는 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시킴과 동시에 정지 상태를 유지하기 위한 중요한 장치다.일반적으로 마찰력을 이용한 마찰식 브레이크를 사용하며 유압식 브레이크와 공기식 브레이크를 사용하고 있다.이장에서는 유압식 브레이크를 중심으로 설명하고 있다.

제동장치는 부스터,마스터실린더,디스크 브레이크,캘리퍼,드럼브레이크,휠실린더 등으로 구성되어 있다.

자동차 구조 실습

하성용 교수

Ⅰ. 차시

차시 횟수 12차시 차시명

새시실무-제동장치

Ⅱ. 학습 개요

1) 해당 차시 학습 목표

2) 해당 차시 학습 목차(세부목차)

3) 해당 차시에서의 Keyword

(2)

절제목 ^개요 항제목

항(절)의 학습 내용

1. 제동장치

1-1 제동장치의 개요

제동장치(Brake System)는 주행하는 자동차를 감속 또는 정지시킴과 동시에 주차 상태를 유지하기 위해 사용하는 중요한 장치이며, 일반적으로 마찰력을 이용하여 자동차의 운동에너지를 열에너지로 바꾸어, 그것을 대기 속으로 방출시켜 제동작 용을 하는 마찰식 브레이크를 사용하고 있다.

또한 제동장치는 주행할 때 주로 사용하는 주 브레이크(Foot Brake)와 자동차를 주차할 때 사용하는 주차 브레이크(Parking Brake)가 있고, 주 브레이크는 운전자 의 발로 조작하기 때문에 풋 브레이크라 하고 주차 브레이크는 보통 손으로 조작 하기 때문에 핸드 브레이크라고도 한다.

브레이크 장치의 조작기구는 로드나 와이어를 사용하는 기계식과 유압을 이용하 는 유압식이 있으며, 일반적으로 아래 그림과 같이 풋 브레이크는 유압식, 주차 브 레이크는 기계식을 사용하고 있다.

(3)

장제목 제동장치

절제목 유압식 제동장치의 구성

항제목 유압브레이크 계통도

Ⅲ. 학습

(4)

항제목 ^{마스터 실린더}

1-2 유압식 제동장치

유압식 브레이크는 파스칼의 원리를 응용한 것으로 그림 1- 2와같이 브레이크 페 달을 밟으면 유압이 발생하는 마스터 실린더(Master Cylinder)와 그 유압을 받아 브레이크 슈(Shoe)를 드럼에 밀어 붙여 제동력을 발생케 하는 휠 실린더(Wheel Cylinder), 브레이크 파이프 및호스 등으로 구성되어 있다.

1) 마스터 실린더

마스터 실린더는 페달을 밟을을 발생하는부분이며, 근간에는 브레이크액이 새어 도 남은 한쪽을 안전하게 작동시킬 수 있도록 되어있는 탠덤(Tandem) 마스터 실 린더를 많이 사용하고 있다.

(5)

항제목 ^{브레이크 부스터}

2) 브레이크 부스터

브레이크 부스터(Brake Booster :진공 배력식)는 흡기 매니폴드의 흡입 부압을 이 용하여 페달을 밟을 때 마스터 실린더에 가해지는 힘을 배력시키는 장치로, 운전 자가 브레이크를 밟는 힘을 적게하면서도 제동력을 크게 할 수 있는 장점이 있기 때문에 대부분의 승용차에서 많이 사용되고 있다.

Ⅲ. 학습

(6)

항제목 ^{휠 실린더}

3) 휠 실린더

휠 실린더는 드럼식 브레이크인 경우 마스터 실린더의 유압을 받아 두개의 피스톤 이 바깥쪽으로 팽창하게 되고, 피스톤의 팽창에 따라 브레이크슈가드럼을 제동하 게 된다.이것은 그림 1-4와 같이 피스톤, 컵및 푸시 로드로 구성되어 있다.

캘리퍼형 디스크 브레이크(Disk Brake)인 경우에는 그림 1-5와 같이 유압을 받은 피스톤은 안쪽으로 작동하여 브레이크 패드(Pad)가 디스크를 제동하도록 되어 있 다.

드럼브레이크 휠실린더

디스크브레이크 휠실린더

(7)

절제목 ^{브레이크 본체} 항제목 ^{드럼식 브레이크}

1-3 브레이크 본체

브레이크 본체는 마스터 실린더에서 오는 유압을 휠 실린더가 받아 브레이크 슈와 드럼에 제동력을 발생하는 부분이며, 구조상으로는 드럼식 브레이크와 디스크식 브레이크로 구분된다.

1) 드럼식 브레이크

드럼식 브레이크는 그림 1-6과 같이 휠 실린더, 브레이크 슈, 백 플레이트 및 브레이크 드럼 등으로 구성된 내부 확장식이다. 브레이크 페달을 밟으면 마스 터 실린더 내의 피스톤이 브레이크 유압을 높여주고, 이 압력은 브레이크 파이프 를 통해 휠 실린더에 전달된다. 휠 실린더는 유압에 의해 피스톤을 밀게 되고, 피 스톤의 움직임에 따라 브레이크 슈는 드럼에 압착되어 제동작용을 한다. 이러한 드럼식 브레이크는 주로 뒤 바퀴 제동용에 많이 사용되는 기본적인 형식이다.

Ⅲ. 학습

(8)

절제목 ^{브레이크 본체} 항제목 ^{디스크 브레이크}

2) 디스크식 브레이크

최근의 자동차는 고속화 경향으로 드럼식보다 방열과 열변형에 의한 제동력 저하 가 적은 디스크 브레이크가 많이 사용되고 있으며, 특히 앞쪽 브레이크는 거의가 디스크 브레이크(부동 캘리퍼형)를 사용하고 있다.

디스크 브레이크는 바퀴와 함께 회전하는 브레이크 디스크의 양쪽에 설치된 패드 에 의해 제동된다.

패드 바깥쪽에 있는 하우징을 캘리퍼(Caliper)라고 하고, 이 캘리퍼에는피스톤과 오일 통로가 있어 마스터 실린더에서 발생한 오일의 압력을 받게되면, 피스톤은 패드를 밀어 디스크에압착하고 또 그 반력으로 캘리퍼가 반대방향으로 움직여 반 대쪽 패드도 스크에 압착시켜 제동력을 얻도록 되어 있다.디스크형 브레이크의 장 단점은 다음과 같다.

① 방열 작용이 좋다.

② 좌우 바퀴의 제동력이 안정되어 편제동이 적다.

③ 열 변형이 없어 페달 밟는 거리의 변화가 적다.

④ 패드는 내마멸성이 매우 큰 재료를 사용해야 하고 패드 마모가 드럼식보다 빠 르다.

⑤ 구조상 가격이 비싸다.

(9)

절제목 ^{브레이크 본체} 항제목 ^{디스크브레이크}

Ⅲ. 학습

디스크브레이크 형식

디스크브레이크 작동원리

(10)

절제목 ^{주차브레이크} 항제목

1-4 주차 브레이크

주차 브레이크는 정지상태의 차량을 움직이지 못하게 하는 장치로서 핸드 브레이 크 또는 사이드(Side) 브레이크라고도 하며, 아래 그림에서와 같이 레버를 당기면 케이블에 의해 뒤 브레이크 슈 레버가 움직여 라이닝이 드럼에 밀착되므로 제동상 태를 유지할 수가 있다.

- 드럼식 브레이크의 주차브레이크 작동원리 설명

(11)

Ⅳ. 평가

번호 문제 정답 및 해설

1

1.다음중 유압브레이크의 구성부품이 아닌 것은?

①마스터 실린더 ②솔레노이드 밸브 ③부스터

④프로포셔닝 밸브

②

※유압브레이크에서 솔레노이드밸브는 없고 프로포셔닝밸브는 급제동시에 스핀 방지를 위해 뒤쪽 바퀴로 가는 브 레이크 유압을 감압 시켜주는 밸브이다.

2

2.브레이크 페달 밟는 힘을 적게하면 서 제동력을 크게 하는 것은?

①부스터

②마스터실린더 ③P밸브

④휠 실린더

①부스터

※부스터는 진공과 대기압의 압력차에 의해 배력 작용을 하여 브레이크작동 을 쉽게 하도록 도와주는 장치

3

3. 다음중 드럼과 라이닝 의 마찰열이 축적되어 제동력이 감소되는 현상은?

①베이퍼록 현상 ②슬립현상

③로크현상

④페이드현상

※라이닝에 마찰열이 축적되면 마찰 계 수가 상실되어 드럼과 라이닝 마찰시 미 끄러지는 현상

4

4. 다음중 휠 실린더의 역할은?

①바퀴를 회전시킨다

②브레이크 드럼을 확장시킨다 ③마스터실린더의 오일을 보충시킨

다

④브레이크슈를 확장 시킨다

④

※휠 실린더는 마스터실린더에서 발생 된 유압으로 휠 실린더 피스톤이 슈(라 이닝)을 확장 시킨다

(12)

-유압브레이크는 부스터,마스터실린더,p밸브,휠실린더,디스크브레이크켈리퍼 -주차브레이크로 구성되어 있다.

1. 부스터

배력작용을 하여 제동을 도와준다.

2. 마스터실린더

브레이크유압이 발생되어 휠실린더에 공급한다.

3. p밸브

급제동시 뒤바퀴로 가는 유압을 감압하여 자동차의 스핀을 회피하는 밸브 4. 휠실린더

마스터실린더의 유압을 받아 브레이크슈(라이닝)을 확장하여 드럼에 마찰을 한다.

5. 디스크브레이크 캘리퍼

마스터실린더의 유압을 받아 캘리퍼의 피스톤을 밀어 디스크 패드로 회전하는 디스크를 마찰 한다.

6. 주차브레이크

기계식 브레이크로 정지상태를 유지 시켜주는 브레이크

(13)

1.ABS의 적용목적 및 안전성을 이해 수 있다.

2.ABS의 제어원리를 설명할 수 있다.

3.ABS의 구성부품 기능을 이해할 수 있다.

1.ABS의 필요성 및 목적 2.ABS 효과

3.ABS 원리

4.ABS 시스템의 구성

눈길이나 비에 젖은 아스팔트 노면 등에 급제동을 하게 되면 바퀴가 고정되어 조향을 하더라 도 조향되지 않고 미끄러져 제동거리가 길어져 위험하다. 이와 같은조건에서 안정된 제동 및 선회를 위하여 ABS가 장착된다. ABS는 바퀴의 잠김 상태를 센서가 감지하여 컴퓨터가 유압 제어를 실행하여 바퀴가 고정 되는것을 방지하여 최적의 제동력확보 및 조정안정성 확보에 목 적이 있다. 구성부품은 휠스피드센서,ECU,하이드로닉 유니트,경고등 으로 구성 되어 있다.

자동차 구조 실습

Ⅰ. 차시

차시 횟수 12주차 차시명

제동장치(ABS시스템)

Ⅱ. 학습 개요

1) 해당 차시 학습 목표

2) 해당 차시 학습 목차(세부목차)

3) 해당 차시에서의 Keyword

(14)

절제목 ABS의 필요성 및 목적

항제목 ^ABS란

2 ABS 시스템

2-1 ABS의 필요성 및 목적

1) ABS란(Anti-lock Brake System)

자동차의 고성능화 추세에 따라 안정성과 충분한 제동성능을 가진 브레이크 장치 가 절실히 요구되고 있기 때문에 제동력과 안정성을 보유한 제동장치가 필요하다.

자동차를 정지시키기 위해 제동력은 타이어와 도로면 사이에 발생하는 마찰력으 로 얻을 수 있는데 이 마찰력의 크기는 도로면의 상태와 타이어의 종류에 따라 크 게 다르다.

눈길이나 비에 젖은 아스팔트 노면 등에서 급제동을 하게 되면 바퀴가 고정되어 조향을 하더라도 조향되지 않고 미끄러져 제동거리가 길어져 위험하다.

이와 같은 조건에서 안정된 제동 및 선회를 위하여 ABS가 자동차에 장착되었다.

ABS 장치는 각 바퀴의 회전수를 센서에 의해 컴퓨터가 감지하여 각바퀴의 변화에 따라 제동력을 제어하는 방식으로 어떤 조건에서도 바퀴가 고정되는 것을 방지 하 도록 유압을 제어하는 시스템이다. 즉 도로조건 및 타이어에 관계없이 최적의 거 리로 제동할 수 있다. 그리고 조향성 확보에도 그 목적 또한 크다고 할 수 있다.

ABS제어 관련 동영상

ABS 장착 ABS 미 장착

(15)

장제목 ABS시스템

절제목 ^ABS효과 항제목

2-2 ABS의 효과

ABS의 효과는 차량 주행조건 및 노면상태에 따라 차이가 있다.

1) 직진 주행 제동시

차량이 직진 방향으로 주행중 한쪽 바퀴의 노면이 미끄러운 상태에 있고, 또 한쪽 은 노면이 통상상태(마찰계수가 높음)일 경우 제동시 바퀴가 고정되어 ABS 비장 착차는 전륜측이 마찰계수가 높은 노면측으로 기울어져 그림 2-1과 같이 차량이 스핀을 한다. 반면 ABS 장착차량은 제동력이 직진 상태로 제어되어 안정된 조향 을 얻을 수 있고 제동거리도 단축된다.

2) 선회주행 제동시

미끄러운 노면에서 선회시 급제동을 하면 ABS 비장착차는 바퀴가 고정되어 그림 2-1과 같이 선회 코스의 접선 방향으로 미끄러진다.

반면 ABS 장착차는 바퀴가 고정되는 것을 방지하여 안전하게 운전할 수 있다.

Ⅲ. 학습

비균일(Split) 노면 직진 제동 제동하면서 장애물 회피

ABS 장착 ABS 비장착 ABS 장착

CLAS H ABS 비장착

고 마찰 노면 저 마찰

노면

비균일(Split) 노면 직진 제동 제동하면서 장애물 회피

ABS 장착 ABS 비장착 ABS 장착

노면

ABS 장착 ABS 비장착

ABS 비장착 ABS 장착

노면

(16)

절제목 ^{ABS의 원리} 항제목 ^{슬립현상과 슬립율}

2-3 ABS의 원리

1) 슬립현상과 슬립율

주행중 제동을 하면 타이어와 노면의 마찰력에 의해 바퀴의 회전속도가 낮아지면 서 차량속도도 낮아진다.

이 경우 차량속도와 바퀴의 회전속도에 차이가 발생하는데 이러한 현상을 슬립현 상이라 하며 그 슬립의 크기를 나타내는 수치를 슬립율이라 한다.

슬립율 =차량속도 - 바퀴회전수도× 100%

차량속도

다음에 표시되는 특성 곡선은 제동특성 및 선회특성에 대한 바퀴와 노면과의 슬립 율 관계를 표시한 예이다.가로축은 바퀴와 슬립율을 표시한 것으로 0%는 바퀴가 노면에 대해 완전히 회전하는 상태를, 100%는 바퀴가 고정되어 있는 상태를 나타 낸다.브레이크 특성에 따라 슬립율이 증대되면 동시에 마찰계수는 감소되어 슬립 율이 100%면 0가 된다.ABS 제어범위

최대의 마찰계수는 건조한 아스팔트인경우 약20%에서 얻어지지만 이후 에는감소 된다. 이러한 경향은 마찰계수가높은 노면이나 낮은 노면에서도 동일하게 나타난 다.따라서 바퀴가고정(슬립율 100%)되면제동력이 저하 되고 제동거리도 길게되 며 동시에 선회력이 상실되어 조정안정성및 방향 슬립율, λ ( % )

안정성을 상실하여 스핀을 일으키게된다.그 때의 제동력과 선회력 양쪽을 그림 확보하는 슬립율 20% 전후로 바퀴의 슬립율이 유지되도록제어하는 장치이다.

그림으로 표현

ABS 제 어 범 위

(17)

절제목 ABS시스템의 구성

항제목

2-4 ABS 시스템의 구성

근간의 차량에 사용중인 시스템은 4개의 바퀴 속도를 검출하여 제어하는 4채널 방식 을 많이 적용하고 있다.

구성부품을 살펴보면 바퀴 속도 검출용 톤휠 또는 로터, ECU, 하이드로릭 유닛, 스 피드 센서, ABS 릴레이 박스, ABS 경고등 등으로 구성되어 있다

Ⅲ. 학습

ECUECU

Sensing Sensing

Motor Motor

HUHU 센서에 의해4륜 각각의 속도 및 감가속도를 연산하여 차륜의 슬립상태를 판단하며 이를 통하여HECU의 밸브 및 모터를 구동하여 증압,감압, 유지 형태 및 펌핑등을 제어한다.

ECU (Electronic Control Unit)

ECU가 4륜 각각의 속도 및 감가속도를 연산할 수 있도록 톤 휠(Tone Wheel)의 회전에 의해 검출된Data를 항상 ECU로 전달한다.

센서(Sensor)

ABS 작동 시 ECU의 신호에 의해 모터가 회전하고 축과 베어링에 의하여 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변화 시켜 브레이크 오일을 순환시킨다.(펌핑) 모터(Motor)

기본 유압 회로는1차와 ABS 작동 시 사용 되는2차 회로로 구성되어 있으며, 실제로 각 바퀴로 전달되는 유압을 제어하는 부품 들의 집합체이다.

센서로 부터 전달된 검출 신호에 의해 ECU가 연산작업 실시, 슬립 상태를 판단 하고ABS 작동여부가 결정되면, ECU의 제어Logic에 의하여 밸브와 모터가 작동 되면서 증압, 감압, 유지형태 및 펌핑등이 제어된다.

HU (Hydraulic Unit)

ECUECU

Sensing Sensing

Motor Motor

HUHU 센서에 의해4륜 각각의 속도 및 감가속도를 연산하여 차륜의 슬립상태를 판단하며 이를 통하여HECU의 밸브 및 모터를 구동하여 증압,감압, 유지 형태 및 펌핑등을 제어한다.

ECU (Electronic Control Unit) ECU (Electronic Control Unit)

센서(Sensor)

센서(Sensor) 센서(Sensor)

ABS 작동 시 ECU의 신호에 의해 모터가 회전하고 축과 베어링에 의하여 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변화 시켜 브레이크 오일을 순환시킨다.(펌핑) 모터(Motor)

ABS 작동 시 ECU의 신호에 의해 모터가 회전하고 축과 베어링에 의하여 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변화 시켜 브레이크 오일을 순환시킨다.(펌핑) ABS 작동 시 ECU의 신호에 의해 모터가 회전하고 축과 베어링에 의하여 회전 운동을 직선 왕복운동으로 변화 시켜 브레이크 오일을 순환시킨다.(펌핑) 모터(Motor)

모터(Motor) 기본 유압 회로는1차와 ABS 작동 시 사용

되는2차 회로로 구성되어 있으며, 실제로 각 바퀴로 전달되는 유압을 제어하는 부품 들의 집합체이다.

HU (Hydraulic Unit)

HU (Hydraulic Unit) HU (Hydraulic Unit)

(18)

항제목 ^{휠 스피드센서}

2-5 ABS 구조 1) 휠 스피드 센서

바퀴 속도 검출용 로터가 각 휠 허브에 장착되어 휠 허브와 등속도로 회전한다.

휠센서 앞 휠센서 뒤

휠센서 앞

휠센서 앞 휠센서 뒤휠센서 뒤

(19)

항제목 ^{ABS ECU}

2) ABS ECU

트렁크내 좌측에 장착되며 휠 스피드 센서로 부터의 신호에 의해 하이드로릭 유닛 내의 솔레노이드 밸브, 모터 및 ABS 경고등을 제어한다.

ECU

Motor

HU

Ⅲ. 학습

(20)

항제목 ^{하이드로릭 유닛}

3) 하이드로릭 유닛

솔레노이드 밸브 4개, 유량제어 밸브 4개, 리저버, 모터 펌프 등으로 구성되어 ECU의 제어신호에 의해서 각 실린더로 가는 유압을 조정하여 바퀴의 회전상태를 제어한다.

ECU

Motor

HU

(21)

항제목 ^{모터 펌프}

4) 모터 펌프

모터 펌프는 배터리 12V로 구동되며 모터축에 압입되어 있는 편심캠의 회전으로 피스톤 펌프를 작동시키는 역할을 한다.

ECU

Motor

HU

Ⅲ. 학습

(22)

항제목 ^{ABS 경고등}

5) ABS 경고등

ABS 경고등은 계기판에 부착되어 있으며 점화 스위치 ON상태에서 약 2초간 점등 후 소등된다.

경고등이 소등되지 않거나 운행중 간헐적 또는 지속적으로 켜지는 경우는 ABS 장 치에 결함이 있음을 나타낸다.

장치의 결함의 경우에는 ABS는 작동되지 않고 일반 브레이크 장치가 작동된다.

경고등 점등조건 따른 표현

(23)

Ⅳ. 평가

번호 문제 정답 및 해설

1

1.ABS시스템의 구성부품 으로 맞는것 은?

①휠 스피드센서 ②차속센서 ③제동력 감지센서 ④조향각 센서

①휠스피드센서

※각 바퀴의 회전속도를 검출하여 ABS ECU로 신호를 보내주는 역할을 한다.

2

2.휠스피드 센서는 어디에 설치 되는 가?

①각 휠싷린더

②각 바퀴 ③추진축

④뒤 차축

②각 바퀴

※각 바퀴 드라이브 샤프트에 설치되어 있다.

3

3. ABS시스템의 사용 목적과 거리가 먼 것은?

①방향 안정성(spin)방지 ②조정성 확보

③구동력 제어

④제동거리 단축

③

※구동력 제어는 TCS시스템이 구동시 슬립 제어 하는것.

4

4. 하이드로닉 유닛의 구성부품이 아 닌 것은?

①모터펌프

②IN밸브 ③OUT 밸브

④프로포셔닝 밸브

④

※프로포셔닝 밸브는 일반제동장치의 구성부품 중에 하나며 뒤 바퀴로 공급되 는 유압을 조절하여 스핀을 방지해주는 장치.

(24)

방지하여 스핀회피 및 조정안정성확보,제동거리단축에 목젇이 있다..

-ABS시스템은 휠 스피드센서, ABS ECU, 하이드로닉 유닛, 경고등 으로 구성되어 있다.

1. 휠 스피드센서

바퀴 속도 검출용 로터가 각 휠 허브에 장착되어 휠 허브와 등속도로 회전한다.

2. ABS ECU

휠 스피드 센서로 부터의 신호에 의해 하이드로릭 유닛 내의 솔레노이드 밸브, 모터 및 ABS 경고등을 제어한다.

3. 하이드로닉 유닛

솔레노이드 IN밸브 4개, OUT 밸브 4개, 모터 펌프 등으로 구성되어 ECU의 제어 신호에 의해서 각 실린더로 가는 유압을 조정하여 바퀴의 회전상태를 제어한다.

4. 모터 펌프

모터 펌프는 배터리 12V로 구동되며 모터축에 압입되어 있는 편심캠의 회전으로 피스톤 펌프를 작동시키는 역할을 한다.

5.ABS경고등

ABS 경고등은 계기판에 부착되어 있으며 점화 스위치 ON상태에서 약 2초간 점 등후 소등된다.

경고등이 소등되지 않거나 운행중 간헐적 또는 지속적으로 켜지는 경우는 ABS 장치에 결함이 있음을 나타낸다.