ABS

 


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ABS 경고등
1. 개요
2. 역사
3. 원리
4. 안전성 논란
5. ABS 장착 차량 운전자들이 반드시 숙지해야 할 요령
6. ABS 제동력 그래프


1. 개요

'''A'''nti-lock '''B'''rake '''S'''ystem, 잠김 방지 브레이크 시스템.
브레이킹 록 또는 브레이크의 잠김 현상[1]을 방지하고 탑승자의 안전을 보장해 주는 브레이크 시스템이다.

2. 역사

ABS의 시초는 보쉬사에서 개발한 것으로, 1929년 프랑스의 항공기 제작사에서 비행기에 도입한 것이 최초이다. 이 시스템은 플라이휠과 유압으로 브레이크 실린더를 작동하는 방식이며 덕분에 30% 가량 브레이크 성능이 향상되었다고 한다. 1950년대에는 철도 차량에도 도입되어 바퀴가 잠길 때 마찰로 인해 사각형이 되는 걸 방지하기 위해 사용되었다. 이 시스템은 현대의 전철에도 중심 기능 중 하나로 여전히 남아있다. 자가용에 ABS가 도입된 것은 미국의 오토바이 제작회사가 철도에 쓰인 시스템을 자사의 슈퍼바이크에 사용한 것이 최초였으며 비행기와 마찬가지로 상당한 효과를 얻을 수 있었으나, 곧 회사가 도산하는 바람에 양산에 들어가진 못했다. 1960년대까지는 기계식 ABS 밖에 없었기 때문에 차량에 도입된 사례는 다섯 손가락 안에 들어갈 정도로 적다.
1960년대 말, 콩코드 초음속 여객기부터 최초로 전자식 ABS 시스템이 구현되었으며, 이어서 1970년대부터 이 전자식 ABS가 차량에 대거 도입되기 시작한다. 1971년 크라이슬러의 임페리얼에 적용된 것 부터 시작하여 각 자동차 회사들의 플래그십 차량부터 ABS를 경쟁적으로 달기 시작했다. 다만 최초로 대중적으로 장착된 사례는 1978년 벤츠의 S클래스. 1988년에는 최초의 전자식 ABS 장착 오토바이가 BMW에서 출시되었다.

3. 원리

ABS에 대해 이야기하기 전, 우리가 오해하고 있는 것이 있다. 브레이크는 차를 정차시키는 장치가 아니라 바퀴를 멈추게 하는 장치다.
브레이크를 강하게 밟으면 제동력에 의해 차량이 멈추기 전에 바퀴가 멈추게 되는데 이를 락업(lock-up)이라 한다. 즉, 바퀴가 잠기는 것. 하지만 자동차는 여전히 움직이는 상태이기 때문에 도로에 스키드 마크를 그리며 차량은 계속 밀려나게 된다. 이렇게 될 때 자동차의 제동력은 평소보다 떨어지게 되는데, 이 때는 운동마찰력이 작용하기 때문이다.(정지마찰력 > 운동마찰력) 이해하기 쉽게 말하자면 타이어가 도로의 접지력을 놓쳐서 주욱 미끄러지며 멈추는 것 보다 브레이크를 잠깐 놓다가 다시 잡더라도 타이어가 제대로 땅을 잡고 있을때 제동력이 더 뛰어나다는 의미이다. [2]또한, 락업이 걸린 상태에서는 (타이어가 노면을 놓친상황)아무리 핸들을 돌려도 조향이 전혀 불가능해진다. 이 문제를 해결하기 위해 예전부터 ABS가 안 달린 차량을 운전할 때 운전자의 상식 중 하나는 브레이크를 꽉 눌러도 차가 멈추지 않으면 연속해서 빠르게 떼었다 끝까지 밟는 펌핑 브레이크 라는 테크닉이 있었다. 그리고 이걸 기계가 자동으로 처리해주는 것이 ABS이다.
ABS는 휠에 센서를 달아서 타이어가 락업이 걸렸다고 판단되었을 때 개입하여 바로 살짝 제동력을 하락, 바퀴를 살짝 돌려준 후 또 다시 제동력을 올리는 방식으로 타이어에 지속적으로 정지마찰력이 걸리도록 도와준다. 이 상태에서는 바퀴도 조향력을 상실하지 않기 때문에 브레이크를 걸고 있는 중간에도 핸들을 돌려서 커브길이나 장애물을 긴급회피할 수 있는 기회를 마련해준다.[3]또한, 최근의 발전한 ABS에서는 타이어 4개마다 별도의 센서 및 제동력을 걸어줘서 다양한 노면에도 대응하고 있다. 예를 들어 도로의 절반만 젖은 노면으로 미끄러운 경우, 일반차량은 양쪽의 제동력의 차이로 차가 획 돌아버리곤 하는데 ABS가 장착된 차량은 각 바퀴의 제동력에 차등점을 둬서 자동차의 방향은 안정적으로 직진을 유지할 수 있다. ABS가 작동할 경우 제동력을 걸었다 푸는 속도는 1초에 10번이 넘기 때문에 아무리 전문적인 레이서라도 절대 따라갈 수 없다. 작동시 드르르르륵 하고 차가 떠는데 이 떨림 한 번이 브레이크를 잡았다 놓으면서 생기는 것임을 생각하면 엄청난 속도이다 특히 바퀴 4개의 제동력을 별개로 작동하는 건 인간으로서는 무리.
ABS가 없는 차량을 운전할 때 상기의 락업 현상이 일어나려고 한다면, 미끄러지기 직전까지 브레이크를 밟았다가 미끄러지려는 순간에 브레이크를 놓으면 최대 정지 마찰력을 이용할 수 있다. 미끄러지기 직전에 작용하는 최대 정지 마찰력은 바퀴가 미끄러질 때 바퀴와 노면 사이에 작용하는 운동 마찰력(미끄러질 때 작용하는 마찰력)보다 크므로 제동 거리를 줄일 수 있다. ESP, TCS는 운전자의 실력에 따라서, 꺼버리는 편이 더 좋은 결과를 낼 수도 있으나[4], 이 ABS만큼은 어지간한 프로 카레이서 조차도 뛰어넘지 못한다.[5] 또한, 핸들을 조향하고자 한다면 펌핑하는 중간에 틀거나 브레이크를 살짝 들어올린 상태이어야 하는데 이 또한 프로레이서들도 힘들어하는 조작이다.
보통 브레이크를 초반부터 걷어차듯이 콱 때려밟으면 바로 작동이 된다. 반대로 세게 누르더라도 밟는 강도를 서서히 높히면 발생 빈도와 시간이 줄어든다. 이는 갑자기 풀브레이킹을 할 시 제동으로 인한 전륜으로의 하중이동이 끝나기 전 단계, 즉 전륜의 그립이 충분히 증가하지 못한 상태에서 브레이크가 잡혀버리므로 제동한계치가 낮아 금방 타이어가 lock이 걸리고 ABS가 빨리 개입하게 되는 것이다. 반대로 서서히 답력을 높여간다면 전륜의 그립이 점차적으로 증가함과 동시에 디스크의 압력도 증가하므로 브레이크와 타이어의 포텐셜을 한계까지 끌어낸 이후에야 ABS가 작동을 시작한다. 이 외에도 차량의 속도, 중량, 브레이크의 제동성능, 노면의 상태, 타이어의 상태 등 여러가지 작동/비작동 상황의 요인이 존재한다.
ABS가 작동했다면 차량의 거동이 한계점까지 다다랐다는 의미이기도 하다. 즉 어떤 방면에서든 차량에 무리가 갈 요인이 있으며, 더욱이나 안전장치중 하나이므로, 작동됐다면 어찌됐건 주행에 있어서 위험한 상황이었던 경우가 대다수이다.
웬만한 차량은 기본 안전옵션으로 장착해 주나, 기본 옵션에 ABS가 없는 차량도 많다. 2012년 8월 16일부터 ABS 의무장착이 법으로 정해져 그 이후에 나오는 차량은 반드시 ABS가 장착된다. ABS 미장착 차량은 2012년대 이전 생산차량이나 영업용 차량, 운전면허 시험장 에서 종종 만나 볼 수 있다. 참고로 16인승 이상 승합차와 적재중량 7.5톤 이상의 화물차는 2003년 1월부터 ABS 장착이 의무화되었다.
그렇다고 해서 의무장착 규정 이전에 ABS가 쓰이지 않았던 건 아니다. 의무장착 자체는 12년부터였지만 당연히 그 이전부터 ABS 차량들은 많았다. 애초에 차량에 ABS가 달리기 시작한게 70년대니만큼 웬만한 대기업이라면 의무장착 시행 이전부터 달기 시작했다. 국산차 가운데에는 1989년 출시된 현대 그랜저 1세대 3.0 V6 모델에 ABS가 옵션으로 들어갔고, 대우 프린스 역시 1991년 출시되며 ABS를 장착하고 나왔다. 대형트럭/대형버스의 경우 승용차보다 ABS의 채택을 비교적 일찍 했는데, 특히 대우 로얄시리즈 버스의 경우 보쉬제 ABS를 채택하여 노란색 글자로 ABS BY BOSCH라고 적힌 스티커를 붙인 버스들이 제법 있었다.
최근에는 오토바이에도 많이 적용되는 추세이다.[6] BMW S1000RR이 ABS를 장착하고 나오면서 대다수의 레플리카에는 필수가 되었다. 4바퀴인 자동차와 달리 2바퀴인 오토바이는 바퀴가 락이 걸리는 순간 차체가 넘어져서 큰 사고로 이어지기 때문에 오히려 더 필수적인 장비라고 할 수 있다. 유럽은 2016년, 일본은 2018년 이후에 출시되는 모든 바이크는 의무적으로 ABS를 장착하여야 한다. 대한민국은 2020년부터 125cc[7]초과 이륜차에 대해 ABS 의무화를 실시할 예정이다. 할리 데이비슨도 거의 전 라인업에 ABS가 장착되었다. 비포장도로(오프로드)용 이륜차의 경우, ABS가 장착되면 오히려 방해된다며 싫어하는 이들도 있어 ABS를 끄고 켤 수 있는 기능이 탑재되기도 한다.
심지어 자전거용도 출시되었다. 림 브레이크에 비해 제동력이 강한 디스크 브레이크를 단 자전거에 많이들 단다. 물론 전자식은 아니다.
트랙션 컨트롤 시스템, 차체 자세 제어장치는 이 장비의 파생형이다.[8]

4. 안전성 논란

자동차 커뮤니티 등지에서 겨울만 되면 나오는 것이 ABS로 인해 사고가 더 크게 났다는 논란 글인데, 이는 ABS 시스템의 약점과 관련이 있다.
ABS는 마찰력이 높은 콘크리트, 아스팔트 등의 지형에서 최대의 효과를 발휘한다. 일반 도로에서는 아무리 프로레이서가 애를 써도 ABS 달린 차량의 제동력을 따라갈 수 없다. ABS는 그 누가 써도 타이어와 브레이크의 제동성능을 100%에 가깝게[9] 사용할 수 있도록 만들어준다. 프로레이서는 발로 브레이크를 조절해서 락을 안걸리게 해준다는 의견도 있지만 그건 핸들 조향 없이 접지력이 일정한 노면에서만의 경우다. 코너링 도중엔 바깥쪽 타이어로 무게중심이 쏠린다. 브레이크 페달은 1개 뿐이고 ABS는 4바퀴를 독립적으로 제어한다. 아무리 실력이 뛰어난들 브레이크 페달 1개로 4바퀴의 제동력을 다르게 배분할 수 있겠는가?
2004년 오스트리아의 대학이 조사한 결과에 따르면 ABS가 장착된 차량은 연쇄추돌 위험을 18% 줄여주며, 오프로드에서도 추돌이 일어날 위험을 35% 줄여준다고 한다.
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ABS의 유무라는 제목으로 도는 사진.
하지만, 마찰력이 상대적으로 떨어지는 모래, 눈이 많이 쌓인 지형에서는 효과가 ABS 없는 차량보다 떨어질 수도 있다. 눈이나 모래가 쌓여있는 것 같이 단단하고 마찰력이 높은 지형 위에 마찰력을 떨어뜨리는 장애물이 쌓여 있을 경우, 제동력을 상승시키기 위해서 장애물을 파헤치고 바닥과 타이어가 직접 닿는 것이 중요하다. 이를 위해 스노우 타이어도 홈을 많이 파서 접촉면적을 줄이고, 대신 파고드는 힘을 올려서 땅바닥과 타이어를 닿게하여 마찰계수를 올린다. (같은 이유로 광폭타이어는 겨울에 완전 쥐약이다. 스레드가 넓적하고 접촉면적이 넓어서 차량 무게로 빗길이나 눈길을 제대로 파고들지 못해서 그렇다.) 헌데, 눈길을 파헤치려면 ABS와 같이 타이어가 굴러가는 상태보다는 락업이 걸린 상태가 좀 더 유리하다는 것이다. 1999년 미국 교통안전부에서 내놓은 자료에 따르면 모랫길에서 ABS의 제동거리는 27.2% "상승"한다고 보고하였다. 이는 자동차 매뉴얼에도 적혀있는 내용이다. 국내에서는 모든 상황에서 ABS가 전지전능하다는 오해가 퍼져있는데, 위와 같은 맹점을 잘 알아두어야 안전운전을 할 수 있다. 반론 중 하나는 보잉 747을 예로 들었는데 비행기는 자동차와의 비교대상이 아니다. 그러한 여객기는 엄청난 무게와 속도를 타이어 몇 개로 때우기 때문에 ABS 없이 착륙했다가는 접촉면이 녹아버려 오히려 제동거리가 길어질 뿐만 아니라 타이어가 손상되어 한번 착륙하면 더 이상 쓸 수 없게 된다.
ABS가 오작동 될 가능성도 몇가지 있다. ABS는 브레이크 페달을 끝까지 밟아야 하는데, 옛날 ABS가 없던 시절의 차량을 몰던 습관이 있는 드라이버라면 몇차례에 나눠서 밟는 펌핑작업을 하게 될 수도 있다. 물론 이는 ABS만도 못하고 ABS가 제대로 작동할 시간을 줄이기 때문에 차라리 처음부터 끝까지 꾸욱 밟는 것이 가장 제동력이 좋다. 또한, 운전자가 공포에 질려서 브레이크 페달을 전부 밟지 못하고 중간 정도까지만 밟는 경우(패닉 스탑)에도 ABS는 작동 안한다. 또 다른 문제로는 ABS가 장착된 차량과 장착되지 않은 차량이 혼재되어 있을 경우, 차량 간 제동력의 차이가 심해서 ABS 미장착 차량이 다른 차량을 덮친다는 보고도 있다. 물론 이 문제는 ABS가 적용된 차량의 비율이 일정 이상으로 올라가면 해결되는 문제이긴 하다. 한국에서는 2012년부터 출고되는 모든 차량에 ABS 장착이 의무화된 상태이다.
그 외에는 브레이크 조작과 관련된 기계적 반동이 페달에도 그대로 전달되어 페달이 떨리면서 '''그그그그그''' 하고 소음이 일어나는 문제가 있는데 안전장치임을 감안하면 사실 큰 문제라고 하기 힘들다.
사실 VDC 등의 차체 제어장치로 인해 발생한 문제를 ABS로 착각하고 ABS가 안 좋다고 말하는 사람이 더 많다. 특히 한국의 봄~가을 계절동안 일어나는 ABS 시비글은 파고들어가면 대부분 VDC 결함쪽이다.
사실 많은 사람들이 간과하고 있는 ABS의 가장 중요한 기능은, 단순 제동거리를 줄이는 게 아니라 급제동 중 차량의 거동을 운전자가 제어 가능하도록 유지하는 것이다.
브레이크 성능이 아무리 뛰어나다한들 브레이크가 완전히 잠겨 버린 상황에서 타이어가 슬립이 일어나면 차량은 제어를 상실하고 속절없이 미끄러진다.
빗길이나 눈길 등 미끄러운 노면에서 ABS 탑재 차량의 제동거리는 크게 늘어나는데, 실제로 눈길에서 급제동을 시도해 보면 ABS가 걸리면서' 드드드드드득'하는 요란한 소리와 진동만 들릴 뿐 차는 거의 서지 않는 듯한 느낌에 등골이 오싹해진다.
다만 이런 상황에서도 ABS는 운전자가 차량의 거동을 제어할 수 있는 최소한의 그립은 확보하기 때문에, 운전자로 하여금 제동을 계속하면서 전방의 위험요소를 스티어링 조작 등을 이용해 회피할 수 있도록 하는 것이다.
같은 상황에서 일반적인 운전자가 ABS 없는 차량으로 급제동을 시도한다면 제동거리는 둘째치고 바로 슬립 또는 스핀이 일어나며 차량의 제어를 완전히 상실하게 될 것이다. 제어 불가능한 상황에서 눈앞에 다가오는 위험을 피할 수 있겠는가.
ABS는 제동거리를 줄여주는 장비가 아니라 제동 중 차량의 거동 제어를 유지해 주는 장비임을 명심하고, 만약의 경우에 대비하여 운전 중 항상 앞 차와의 안전거리를 확보해 두는 것이 중요하다.

5. ABS 장착 차량 운전자들이 반드시 숙지해야 할 요령


  • ABS는 만능이 아니다. 어디까지나 바퀴 잠김 방지를 도와줄 뿐이지, 제동력을 획기적으로 상승시키는 물건이 아니다. 그러므로 ABS를 과신하고 과속, 난폭운전같은 위험한 주행을 하지 말자.
  • 30km/h 이하시 ABS는 작동하지 않는다. 그 정도 속도면 굳이 ABS가 개입하지 않아도 잘 선다. 극한 상황[10]처럼 아예 기어가는 경우는 엔진 브레이크를 쓰자.
  • 브레이크 페달은 한번만 밟는다. 나눠서 밟으면 안된다. 페달에 밀어내는 듯한 진동이 느껴진다면 ABS가 정상적으로 작동된 것이다.[11]
  • 스티어링 휠을 원하는 방향으로 조향해서 안전하게 대처한다.
※ 덧붙여 말하자면, ABS는 어떤 노면(눈길, 빗길, 흙길, 마른 노면 등)이라도 ABS 자체가 맛이 간게 아니라면 정상적으로 작동을 하니 믿고 밟자. 실제로 마른 길에서 급감속시 락업이 걸려 ABS가 걸리는 상태가 꽤 있다.
  • 시동을 켜기 전 키를 ON으로 했을때 TCS, VDC, ABS 경고등이 켜지고, 시동이 켜진 후에는 경고등이 전부 꺼져야 한다. 만약 경고등이 켜져 있다면 시스템 점검중 이상이 발견되어 ABS가 작동하지 않고 프로포셔닝 밸브를 통한 일반적인 제동력 배분만이 기능하고 있는 상태이다. 이 상황에서 ABS가 작동하는 차량처럼 급제동을 해버리면 대형사고를 일으킬수 있다. 일반적으로 ABS가 고장나면 VDC(차체 제어 제어장치)등 안전장치의 작동도 멈춘다. 차량에 이상이 생겼으므로 과격한 주행을 하지 말고 즉시 정비소나 제조사 서비스센터 부터 가라. 평일인데도 정비소나 제조사 서비스센터가 문 닫을 시간이거나, 주말 및 공휴일이라서 쉬고있는 탓에 방문 할 수가 없다면 직장 내 윗사람한테 미리 양해를 구하고 평일 서비스가 시작하는 시간안에 가서라도 수리해야 한다.[12]

ABS가 제대로 작동하면 이 영상과 같이 된다. 그러니 진동이 느껴져도 영상 속 버스기사 처럼 중간에 발을 떼지말자.

6. ABS 제동력 그래프

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많은 사람들이 ABS사용시 풀브레이킹(100%)과, 노브레이킹(0%)를 한다고 알고 있지만, 실제로는 10~30%구간이 가장 효율이 좋으며, ABS는 이 구간을 브레이크 잡았다가 놓았다가 한다. 바퀴가 완전히 멈추지 않고 30%만큼 미끄러졌다가 10% 미끄러졌다가 한다는 의미이다. 그리고, 눈길에서는 ABS를 사용하지 않고 완전히 바퀴의 회전이 멈추는것이 브레이크 성능이 좋은데, 눈길 특성상 풀브레이킹을 잡으면 타이어 앞에 쌓이게 되어 효과가 더 좋아진다.

[1] 자동차의 급제동 시 브레이크의 제동능력이 타이어의 접지력을 넘어서 바퀴가 굴러가지 않고 멈추는 상태가 되면 접지력/제동력/조향성능이 크게 떨어지는데, 이를 브레이킹록이라고 한다. 자전거 뒷브레이크를 세게 잡거나 픽시의 스키딩을 생각하면 된다.[2] 사실 그립이 높은 깨끗한 노면이라면 4륜전체를 lock시켜도 제동거리 자체는 어느정도 확보할 수 있다. 다만 타이어가 잠긴 상태에서는 후술할 조향성의 상실과 빗길, 눈길에서는 ABS의 중요성이 강조된다[3] 하지만 타이어의 그립이 이미 제동에 거의 대부분 사용되고 있는 상황이라 정상적인 코너링은 불가능하고 언더스티어 형태의 움직임이 나타나게 된다[4] 출력과 브레이크를 자동으로 속도를 줄여버리니 코너를 고속으로 돌아나가기 어렵다. 카레이서들은 트랙션이 없어도 고속 코너링하면서 충분히 차체를 컨트롤하기 때문에 트랙션을 켜놓으면 오히려 코너링 스피드가 줄어서 랩타임에 불리하다. 단, 조금만 미끄러워도 바로 스핀나고 오버스티어로 미끄러지고...[5] F1 경주 차량은 규정에 의해 ABS를 장착할 수 없다.#[6] BMW Motorrad에서는 1988년 최초로 바이크에 ABS를 적용하였으며, 타 오토바이 메이커에서 ABS 옵션 선택 여부는 사실상 21세기에 들어서야 가능해졌다.[7] 전동기는 11kW [8] 다만, 이 장비와는 달리 ABS는 따로 끌 수 없도록 별도의 스위치가 없다. 굳이 끄기 위해서는 보닛을 열고 ABS 퓨즈를 뽑아야 한다. 퓨즈를 뽑으면, 계기판에 ABS 경고등 및 TCS(VDC) 경고등 점등과 함께 작동을 안한다. 다시 꽃으면, 경고등이 소등되고 작동을 한다.[9] 100%는 아니다.[10] 도로가 얼어있거나, 눈이 오거나, 흙길이라거나 하는 마찰계수가 필연적으로 떨어질 수밖에 없는 노면상황.[11] 이런 센서류들은 전자기기인만큼 밀리세컨드 수준(1000분의 1초 단위)으로 값을 보고받아 작동하므로, 인간이 가진 능력보다 더 안전하고 정확하게 제동시켜주니 ABS를 믿고 밟자.[12] 단 이륜차용 ABS의 경우에는 키온후 시동을 켜고도 ABS경고등이 꺼지지 않는다. 주행 시작 후 일정 속도 이상 올라간 뒤에 꺼진다.

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