슬립률과 최적 슬립 제어

 차량이 주행 중 제동할 때 바퀴와 노면과의 마찰력, 그리고 브레이크 패드와 디스크의 마찰로 인하여 바퀴의 회전 속도가 감소하면서 자동차의 주행 속도가 감소한다. 이때 자동차의 주행속도와 바퀴의 회전 속도에 차이가 발생하는 것을 슬립 현상이라고 하며 그 슬립량을 백분율로 표시하는 것을 슬립률이라고 한다.

제동력은 슬립의 크기에 의존하는 특성을 나타내며 슬립률은 아래와 같은 공식으로 정의한다.

 

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 주행 중 제동 시 차륜은 Lock되나 관성에 의해 차체가 진행하는 것을 의미하며, 슬립률은 차량속도가 빠를수록, 제동 토크가 클수록 크다.

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 마찰력, 제동력, 코너링 포스의 관계는 아래 그림과 같다.

 제동력 및 코너링 포스의 특성 곡선

A: 노면 마찰계수가 높은 제동력 특성 곡선

A': 노면 마찰계수가 낮은 제동력 특성 곡선

B: 노면 마찰계수가 높은 코너링 포스 특성 곡선

B': 노면 마찰계수가 낮은 코너링 포스 특성 곡선

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위 그림에서 보이는 특성 곡선은 제동 특성 및 코너링 포스 특성에 대하여 바퀴와 노면 사이의 마찰 계수와 바퀴 슬립률의 관계를 보여주는 예이다. 가로축은 바퀴의 슬립률을 표시하고 0%는 바퀴가 노면에 대하여 원활하게 회전하는 정상 주행 상태를 나타내며(차체 속도 = 차륜 속도), 100%는 바퀴가 100% 고착된 상태를 보여준다(차륜 속도 0).

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A와 A' 곡선에서 보이듯이 브레이크 특성에 따라 슬립률이 20% 전후에 최대의 마찰계수가 얻어지며 그 이후에는 감소한다. 선회의 특성에 따라 슬립률이 증가하면 마찰 계수가 감소되어 슬립률 100%에서는 마찰계수가 0이 된다. 이러한 현상은 마찰계수가 높은 노면이나 낮은 노면에서는 마찬가지이다.

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따라서 바퀴가 고착되면 제동력이 저하하여 제동거리가 길어지면서 코너링 포스를 잃어 조종 및 방향 안정성이 상실하고 자동차의 슬립이 일어날 수 있다. 즉 코너링포스는 슬립 0%에서 최대가 되고, 슬립률 증가와 함께 감소하여 슬립 100%에서는 코너링포스는 거의 0이 된다. ABS는 이러한 원리를 이용하여 그립의 색이 칠해진 부분인 슬립률 20% 부근에서 제동력을 최대한 발휘하여 사고를 미연에 방지한다.

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출처:

https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO200414713757279.pdf

 

관련문항: (차량기술사 2021년 125회차 3교시 1번 문제)
슬립률을 정의하고, 마찰력, 제동력, 코너링 포스의 관계와 최적 슬립 제어를 설명하시오.