ABS에 대해서 이해하기 위해서는 우선 브레이크, Rolling, 그리고 스티어링이 어떤 원리를 가지는 지를 이해해야한다. 운전자가 브레이크를 밟게 되면, 위 사진처럼 타이어 옆에 있는 Brake pad (연두색)이 작동하고, 타이어의 디스크를 누른다. 이는 바퀴의 회전을 멈추고, 바닥과 타이어 사이의 마찰력에 의해서 차량이 멈추게 된다.
차가 앞으로 나가기 위해서는 바퀴가 구르는 동안 translational movement와 rotational movement가 동시에 일어난다. 바퀴가 땅과 붙어 있는 지점에서는 rotational velocity와 translational velocity가 방향만 다르고 크기가 같기 때문에 해당 지점의 속도는 0이 된다.
차에서 만약 핸들을 돌리게 되면, 차의 바퀴는 위 사진처럼 돌아가게 되고, rotational velocity의 방향이 바뀌게 된다. 만약 사진처럼 translational velocity의 방향이 바뀌지 않는다면 바퀴와 땅이 붙어 있는 지점의 속도가 0이 아니기 때문에 slip이 일어날 것이다.
차에서 slip이 일어나지 않게 하는 방법은 위 사진처럼 rotational velocity의 바뀐 방향에 따라 translational velocity의 방향이 바뀌는 것이고, 차에서는 이러한 일이 자동적으로 일어난다. 이것이 스티어링의 원리이다.
ABS가 없는 상태에서 브레이크를 밟게 되면 위 사진처럼 rotational velocity가 사라지게 되면서 핸들을 돌려도 translational velocity의 방향이 바뀌지 않는다. 따라서 브레이크를 밟은 상태에서는 방향 조작을 할 수 없게 되고, 차는 직선적으로 미끄러져 사고가 발생 할 수 있다.
또한, ABS가 없다면 바닥의 마찰력이 모두 다른 상황에서 브레이크를 밟았을 때, 각 바퀴에 작용하는 마찰력이 달라 차에 torque가 발생하게 되고, 차량이 회전하는 상황이 일어날 수 있다.
ABS는 각각의 바퀴에 speed sensor를 갖고 있는데, sensor들에서 바퀴가 lock up 되는 것을 감지하면 modulator unit이 brake pad를 부분적으로 풀어준다. (풀었다 잠갔다를 반복한다.)
이를 통해서 바퀴는 브레이크를 밟는 동안에도 간헐적으로 회전 할 수 있게 된다. 따라서 바퀴들은 rotational velocity 를 가지게 되고, 스티어링이 작동할 수 있게 된다.
ABS를 사용하면 slip이 일어나는 제동 거리를 줄일 수 있는데, 이 이유를 알기 위해서는 타이어와 길 사이에 friction coefficient가 어떻게 변하는 지를 알아야한다.
Pure rolling 상태일 때는 위 사진처럼 마찰 계수가 0이다. Pure sliding 상태 일 때는 특정한 마찰 계수의 값을 가진다. 타이어는 braking 도중에 shape deformation이 일어나는 물질이기 때문에 위 사진과 같은 마찰 계수의 모양을 보인다. Slip ratio가 12% 정도일 때 최대의 friction coefficient를 가지고, 점차 감소한다.
ABS가 없는 차량은 slip이 일어날 때 sliding friction value의 값을 가진 상태로 미끄러지게 되지만 ABS가 있는 상태에서는 센서들이 차량의 slip ratio가 0.12이 되도록 break pressure를 조절한다. 따라서 ABS가 있을 경우 최대 friction coefficient를 가지면서 slip
'공부 > 기계 작동 원리' 카테고리의 다른 글
| Universal Wheel Drive System (현대 유니휠) (0) | 2025.04.28 |
|---|---|
| Car Window (자동차 유리) (0) | 2025.04.28 |
| Linear Moter (리니어 모터) (0) | 2025.04.27 |
| Tesla Model3 Motor (테슬라3 모터) (0) | 2025.04.27 |
| 증기 터빈 (Steam Turbine) (0) | 2025.04.27 |
