10년 전만하더라도 자동차의 측면이나 유리창에 ABS System (Anti-lock Braking System 또는 Anti-skid Braking System)이라고 쓰여진 스티커를 자랑 삼아 붙이고 다니던 때가 있었습니다.
 이제는 기본옵션이라 할 만큼 채용되고 있는 ABS 시스템(Anti-Lock Brake System)은 자동차 Brake 기술의 혁명이라 할 만큼 안전에 획기적인 기여를 하고 있습니다. ABS시스템은 영국의 Dunlop 社가 항공기용으로 개발한 이래 70년대부터 크라이슬러와 포드에서 승용차에 적용하면서 개발에 박차를 가하게 되었습니다.

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1. Brake의 종류

 자동차의 브레이크(Brake)에는, ①Hand Brake와 ②Foot Brake가 있습니다. Hand Brake는, 주차 Brake라고도 불리고, 일반적으로 수동으로 레버를 당기면 철선이 좌우 후륜 (FF차량에서는 전륜의 경우도 있음)을 고정(Lock)시켜, 차체 정지 시 바퀴가 밀리지 않게 합니다. 자동차의 주행시 Brake를 밟아 속도를 늦추거나 정지시키는 것은, 모두 차축에 장착된 원반(Disk) 또는, 몸통(Drum)을 누르는 압박에 의한 것 입니다.

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2. Brake Mechanism

 보통 승용차의 경우 아래 그림과 같이 앞 바퀴는 수지를 이용한 브레이크 패드가 둥근 금속 디스크를 양쪽으로 눌러 속도를 줄이거나, 정차시키는 디스크 형 브레이크가 장착됩니다. 뒷바퀴에는 드럼 형으로 Brake Shoe가 냄비처럼 생긴 드럼(Drum) 안쪽 면을 밀어 제동을 하게 됩니다.

Disk	Drum

Disk Brake            Drum Brake

3. 자동차의 미끄러짐(Skid)

 흔히 도로에서 급정거하는 차가 "끼익"하는 굉음을 내는 것을 들어본 경험이 있을 것 입니다. 급제동을 걸면 타이어의 회전은 멈추지만 자동차는 관성에 의해 아래 그림과 같이 곧바로 멈추지 않습니다. 타이어가 회전하지 않는 상태에서 마치 스키를 타듯이 도로와 타이어의 마찰력에도 불구하고 자동차는 미끄러지게 됩니다. 이렇게 되면 타이어의 한 단면만이 도로와 마찰을 일으켜 도로에는 검은 타이어 자국이 남게 되는데 이것을 브레이크 잠긴(Lock) 현상이라고 합니다.

 급제동시 타이어가 잠기게 되면 어떤 일이 벌어질까요? 첫 번째 가장 큰 문제는 핸들로 차의 진행방향을 바꿀 수 없다는 것 입니다. 타이어가 회전하고 있어야 핸들로 앞 타이어의 각도를 바꿔 원하는 방향으로 갈 수 있는데 타이어가 잠긴 상태에서는 아무리 핸들을 돌려도 조종이 되지 않습니다. 따라서, 운전자의 의지와는 상관없이 자동차가 회전하거나 미끄러져 사고의 위험이 커지게 됩니다. 두 번째는 제동거리가 길어 집니다.

4. ABS방식

 바퀴가 미끄러지는 경우, 가장 효과적인 제동방법은 열심히 발로 브레이크를 밟았다 놓기를 반복하는 것으로 타이어가 잠기기 바로 직전까지 브레이크 페달을 밟아 최대의 접지력을 유지시켜 주는 것 입니다. 그러나 운전자가 밟는 빠르기로는 너무 느려 별 소용이 없습니다. ABS 브레이크 시스템은 1초에 10차례 이상의 이런 반복동작을 수행합니다. 이렇게 빠르게 브레이크의 작동을 반복시켜 사람의 힘으로 불가능한 속도로 바퀴가 잠기지 않도록 쉴새 없이 잡았다 놓았다를 반복하는 것 입니다.

 이런 문제를 해결코자 적용하는 ABS 시스템은 주행하는 노면이 빙판, 빗물 등 타이어가 미끄러질 수 있는 조건에서 급 브레이크 시 바퀴의 회전축이 브레이크를 작동하는 동안 완전히 잠기지(Lock)않게 함으로 운전자가 핸들 작동을 가능케 함과 동시에 미끄러짐 없이 가능한 최단거리로 차량을 정지시킬 수 있게 하는 시스템 입니다. 

 즉, ABS시스템은 각 바퀴 별로 노면 조건에 따라 제어가 달라지게 함으로 바퀴의 미끄러짐을 방지하며 핸들의 조향성능을 최대한 유지하면서 자동차가 미끄러지기 직전의 상태로 각 바퀴의 브레이크 제동을 조정해주는 시스템입니다. ABS 시스템은 바퀴마다 스피드 센서가 있어 여기서 감지되는 바퀴의 회전 속도를 분석, 만일 한쪽 바퀴가 잠기면(locked) 그 바퀴 만 펌핑하여 네 바퀴의 접지력이 동일하도록 만들어 줍니다.

[주의 사항]

 ABS기능이 있다고 만능은 아닙니다. 만일 ABS가 장착됐으나 고장이 난 상태에서 ABS를 과신하고 브레이크를 힘껏 밟았다고 가정하면 사고의 위험성이 있습니다. 물론 고장일 경우 계기판에 경고 표시가 들어 오지만 평소 계기판을 잘 보지 않으면 실수 하기 쉽습니다. 고장이 아닌 경우에도 ABS가 가지고 있는 문제는 있습니다. 과속이 아닌 경우에 오히려 ABS를 장착한 차량의 제동 거리가 일반 브레이크를 장착한 경우보다 길 수도 있는데 이는 불필요하게 펌핑을 해 주기 때문입니다.

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 ABS 시스템은 급 브레이크 시 자동차의 조정과 정지 거리를 줄여주는 역할을 할 뿐 미끄러운 지면에서 항상 자동차를 안전하게 멈추어주는 것은 아니기 때문에 ABS 시스템을 과신해서는 안됩니다. 일부 운전자 중 브레이크 페달을 밟으면 페달과 운전대에서 진동이 있다고 하는 경우가 있는데, 이는 펌핑 작용을 하는 ABS의 유압 진동이 페달까지 전달되기 때문이므로 크게 걱정할 필요는 없습니다.

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5. Brake Fluid

 최근 자동차의 중량이 커지고 또한 주행시의 차량의 회전력이 매우 커지기 때문에, 운전자의 힘 만으로 차량을 제동하기에는 너무 큰 힘이 요구되어, 작은 힘으로도 큰 힘을 얻을 수 있는, Brake Fluid를 작동 매체로 사용하는, 유압시스템을 사용하게 되었습니다.

 Brake Fluid 규격으로는 미국 정부규격인 FMVSS¹ 116- DOT² 3, DOT 4, DOT 5, DOT 5.1,을 비롯, SAE-J1703, J1704, J1705, ISO-4025, 및 일본의 JIS-K 2233 및 Car OEM의 자체 규격이 있습니다. 日本의 JIS규격은 미국의 DOT 규격을 그대로 차용, Glycol Ether를 Base Oil로 하여, DOT 3, DOT 4, DOT 5에 맞춰 JIS K 2233 3종/4종/5종으로 자동차용 비광유계 Brake Fluid를 규정하고 있습니다.

㈜ ¹ Federal Motor Vehicle Safety Standards(미국 연방 차량 안전 기준)
   ² DOT : Department of Transportation(미 교통국)
 

 Brake Fluid는 기본적 2 가지 Type으로 ① Petroleum Base(광유계) 와 ② Non Petroleum Base가 있습니다. 광유계 Type Brake Fluid는 자동차에 거의 사용되지 않고 Non Petroleum Base가 대부분 사용됩니다. 따라서 미국 정부 규격인 FMVSS-116 Brake Fluid은 Non Petroleum Base에 기초하고 있습니다. 이 규격은 전세계적으로 인증된 Spec으로 사용되고 있을 뿐 아니라 각 OEM Spec의 근간이 되고 있으며 그 규격 중 주요 항목을 아래 표에 요약하였습니다. 참고로 Brake Fluid에는 점도조정제, 금속부식방지제, pH조정제 등의 첨가제가 배합되고 있으며 일반적으로 45,000 miles 교환주기를 권장하고 있습니다.

Characteristics of common braking fluids(US DOT 분류)

㈜  ¹ 0% H2O,  ² 3.7% H2O, ³ 점도규격@100℃ 1.5 cSt ↓

 운전하시는 분은 상기 표의 규격 내에 있는 각 Brake Fluid간의 차이를 알아 두는 것이 좋습니다. 먼저, Brake Fluid간의 Chemical 특성을 이해하는 것이 중요한데, DOT 3, DOT 4, DOT 5.1 Brake Fluid는 Glycol과 Glycol Ether의 혼합물이며 DOT 5는 Silicone Base 입니다.

1) Boiling Point : 상기 표 참조
2) Viscosity : DOT 3, DOT 4, DOT 5, DOT 5.1는 1.5 cSt @100℃ 이하. 40℃ 점도는 상기 표 참조
3) Color : 시판중인 제품의 색상
  • DOT 3  : 투명, Pale Yellow, Blue & Crimson Red Color
  • DOT 4  : 투명, Pale Yellow & Crimson Red Color
  • DOT 5.1 : 투명, Pale Yellow & Blue Color
  • DOT 5  :  Purple & Violet

 위에서 보는 바와 같이 Brake Fluid의 색상은 Type을 구분하는 절대적인 Criteria는 아니고 누유확인을 위해 첨가되며 품질에 영향을 미치지는 않습니다.