[논문]대형차량 정착용 미끄럼방지 제동장치 전자제어기의 성능평가에 관한 연구

이기창; 전정우; 황돈하; 남택근; 김용주

대형차량 정착용 미끄럼방지 제동장치 전자제어기의 성능평가에 관한 연구
A Study on the Performance Evaluation of Antilock Brake Controller for a Heavy Vehicle 원문보기

이기창 (한국전기연구원 산업전기연구단 기기제어응용연구그룹) , 전정우 (한국전기연구원 산업전기연구단 기기제어응용연구그룹) , 황돈하 (한국전기연구원 산업전기연구단 기기제어응용연구그룹) , 남택근 (한국전기연구원 산업전기연구단 기기제어응용연구그룹) , 김용주 (한국전기연구원 산업전기연구단 기기제어응용연구그룹)

미끄럼방지 제동장치는 차량의 급제동 시 바퀴의 장김을 방지하여, 바퀴의 슬립을 최적으로 유지 시킴으로써 제동거리를 단축시키고, 운전자가 차량 조향성을 유지할 수 있게 만드는 차량 안정장치이다. 이 장치는 비행기의 착륙거리를 줄이기 위해 개발된 이래로, 철도 및 차량 등에도 널리 적용되고 있으며, 국내에서도 이미 승용차를 위주로 양산되고 있는 추세이다. 이러한 미끄럼방지 제동 장치는 공압 브레이크 장치를 사용하는 대형차량 분야에서는 아직 국내에서 적용된 사례가 없었으나, 지난 3 년간의 연구개발의 성과로 대형 버스에 적용 가능한 미끄럼방지 제동장치의 전자제어기가 개발 완료되었으며, 국제 규격을 바탕으로 국내 현실에 적합한 미끄럼방지 제동장치 장착 대형차량의 시험 규격을 정하여 이 규격에 의거 제동시험을 실시하고 개발 제어기의 성능을 평가하였다. 각 제동 시험은 $\mu$-Jump 제동시험 및 Split-$\mu$ 제동시험 등의 직진 주행 중 급제동시험, 급제동 중 차선변경 시험, 장애물 회피 제동시험 등을 포괄하며 국제적인 규격을 기준으로 정한 독자 규격을 만족하였다. 본 논문에서는 공압 브레이크를 장착한 대형차량의 미끄럼방지 제동장치의 제동성능평가 시험방법을 소개하고, 이 방법에 의해 성능평가 시스템 및 측정 시스템을 구성하여, 개발 전자제어기의 우수성을 확인하였으며, 그 측정결과의 일부를 제시하였다.

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문제 정의

ABS는 위급한 제동시에 사고 회피효과가 그 목적이 르로, 본 논문에서는 회피능력 및 차량의 거동을 파악하기 위하여, Low μ 노면 및 Split μ 노면에서의 직진 제 동 시험의 결과 파형을 제시하였다. 또한 차선변경 및 장애믈 회피 제동 시험의 독자 규격 및 그 결과도 같이 제시하여, 개발 전자제어기를 장착한 차량이 JASO, SAE, ECE 법규 등의 국제적인 규격에도 만족함율 보였다.

제안 방법

ABS 장착 버스가 직진주행 중에 아스팔트 노면(High μ)에서 ABS로(low μ)의 천이구간에서 급제동 하였을 때 차량 바퀴의 Locking 발생, 제동 응답성 및 ABS의 정상 작동 여부를 평가하는 시험인 μ-Jump 시험을 위해 제동 시 μ-Jump 통과 속도를 50km/h가 되도록 시험을 실시하였다. High g 노면에서 급제동을 한 후 Low μ 노면으로 천이되면서 일시적으로 필요이상으로 과도한 제동압력이 차량 바퀴에서 일시적으로 Silp이 발생하게 되면, ABS Logice Locking을 풀어주는 기능을 수행한다.
직진주행 중 급제동 시험을 High μ 노면 조건, Low μ 노면 조건 및 Split μ 노면 조건에서 실시하였다. 각 경우에 테스트 차량인 대형차량의 제동초기 속도를 정하고, 그 기준에 의하여 제동시간 및 거리둥옱 측정하였다.
공압 미끄럼방지 제동 장치의 및 전자제어기의 성능을 평가하기 위한 제동시험은 직진 제동시험, 차선 변경시험 몇 장애물 회피 제동 시험으로 나누어 실시되었다. 이러한 ABS 장착 차량의 성능평가 시험항목 및 결과를 표 2에 나타내었다.
공압식 브레이크 장치를 사용하는 대형차량의 ABS 시스템의 핵심 부품인 전자제어기의 성능평가롤 위하여, 다양한 국제 규격을 기준으로 하여, 대형차량의 테스트에 적합한 독자 기준을 제시하고, 그 기준을 바탕으로, ABS 장착 차량의 제동시험을 실시하였다. 또한 제동 성능을 객관적으로 평가하기 위하여 시험차량의 각종 운동 특성 신호를 측정할 수 있는 측정시스템을 구축하고, 자동차 부품 연구원의 주행시험장의 ABS로에서 실차 주행시험을 수행하였으며, 성능평가를 위한 제동시험은 크게, 직진제동시험, 차선변경시험 및 장애물 회피 제동 시 험으로 실시되었타.
공압식 브레이크 장치를 사용하는 대형차량의 ABS 시스템의 핵심 부품인 전자제어기의 성능평가롤 위하여, 다양한 국제 규격을 기준으로 하여, 대형차량의 테스트에 적합한 독자 기준을 제시하고, 그 기준을 바탕으로, ABS 장착 차량의 제동시험을 실시하였다. 또한 제동 성능을 객관적으로 평가하기 위하여 시험차량의 각종 운동 특성 신호를 측정할 수 있는 측정시스템을 구축하고, 자동차 부품 연구원의 주행시험장의 ABS로에서 실차 주행시험을 수행하였으며, 성능평가를 위한 제동시험은 크게, 직진제동시험, 차선변경시험 및 장애물 회피 제동 시 험으로 실시되었타.
하지만 현실적으로는 다양한 조건의 노면을 구현하기가 어려우므로, 일반적으로 High-μ, Low-μ 및 Split-μ 노면 조건으로 나누어 테스트 한다. 본 논문에서는 아스팔트 노면（Dy Wet）과 ABS 로（Basalt 노면 살 수） 및 이 두 도로의 경계로써, High-μ, Low-μ 및 Split-μ 조건을 구현하였다. 테스트 장소인 자동차 부품 연구원의 ABS 로는 점착율 μ=035로 설계되어 관리되고 있으며, 아스팔트노면은 점착율 μ=0.
이러한 조건의 노면에서, 개발 전자제어기의 ABS 기능을 ON 시키거나 OFF 시킨 상태에서 제동 시험을 실 시함으로써 비교 테스트를 실시하였다. 이와 같은 실차 주행시험 Data를 측정하기 위하여 기존 미끄럼방지 제동장치의 구성품 외예, 다음과 같은 측정 시스템을 구현 하여, 제동 시 차량 거동 Data를 실시간으로 취득할 수 있었다
이러한 조건의 노면에서, 개발 전자제어기의 ABS 기능을 ON 시키거나 OFF 시킨 상태에서 제동 시험을 실 시함으로써 비교 테스트를 실시하였다. 이와 같은 실차 주행시험 Data를 측정하기 위하여 기존 미끄럼방지 제동장치의 구성품 외예, 다음과 같은 측정 시스템을 구현 하여, 제동 시 차량 거동 Data를 실시간으로 취득할 수 있었다
시험코스는 그림 4에 도시하였다. 장애물 회피거리는 제동 및 조향 개시 점으로부터 장애물까지의 거리이며, 초기에 설정한 거리에서 2희 이상 성공하면 l[m]씩 줄이고, 2회 이상 실패하면 1 [m]씩 연장하면서 회피거리를 측정하였다. 이 때, 장애물 회피거리는 High μ에서는 29 [m]로 동일하지만, Low U 노면에서는 ABS 사용 시 43 [m]로 브레이크를 사용하지 않고 조향한 거리는 35 [m]
직진주행 중 급제동 시험을 High μ 노면 조건, Low μ 노면 조건 및 Split μ 노면 조건에서 실시하였다. 각 경우에 테스트 차량인 대형차량의 제동초기 속도를 정하고, 그 기준에 의하여 제동시간 및 거리둥옱 측정하였다.

이론/모형

하시만, 상기와 같은 시험만으로는 ABS 장착 차량의 특성을 평가하기에 미흡하기 때문에 일본 자동차공학회 (JASO)나 미국 자동차공학회(SAE) 등에서는 차선변경 시험에 대한 규정도 정린하고 있으므로 본 논문에서 단독자 규격을 정함에 있어서 KS 규격뿐만 아니라, JASO 및 SAE 등의 규격도 참고하였다. 표 1에 각국의 단체 규격은 요약하였다.

성능/효과

이 때, Slip 발생 시간이 짧을수록 우수한 ABS라고 할 수 있는데, 보통 ABS Maker들은 이 시간을 500 [ms] 이내로 규정하고 있다. 개발 전자제어기를 장착한 ECU는 발생된 최대 Slip 시간이 250 [ms] 이하로 상용 제품규격에도 만족함을 알 수 있었다.
ABS는 위급한 제동시에 사고 회피효과가 그 목적이 르로, 본 논문에서는 회피능력 및 차량의 거동을 파악하기 위하여, Low μ 노면 및 Split μ 노면에서의 직진 제 동 시험의 결과 파형을 제시하였다. 또한 차선변경 및 장애믈 회피 제동 시험의 독자 규격 및 그 결과도 같이 제시하여, 개발 전자제어기를 장착한 차량이 JASO, SAE, ECE 법규 등의 국제적인 규격에도 만족함율 보였다.
그림 3에 차선변경 제동시험 주행코스를 나타내었다. 시험차량은 40[m]의 차선변경구간 내에서 Low μ 노면에서 High μ 노면으로 무사히 통과하여 제동하였으므로 ABS 전자 제어기가 충분한 조향안정성을 확보해줌을 알 수 있다.

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