Electro-Mechanical Brake (EMB)의 혁신과 장점

 자동차 기술이 점점 전자화되고 있는 가운데, 제동 시스템 또한 큰 변화를 겪고 있습니다. 기존의 유압식 브레이크 시스템이 여전히 주류를 이루고 있지만, 이를 대체할 수 있는 기술로 Electro-Mechanical Brake(EMB), 즉 전자기계식 브레이크가 주목받고 있습니다. EMB는 전기 모터와 전자 제어 기술이 결합된 차세대 제동 시스템으로, 특히 전기차 및 자율주행차에서 핵심 기술 중 하나입니다.

만도 EMB

 

 

EMB의 동작 원리 및 구성 요소

 

 EMB는 기본적으로 전기 모터를 통해 브레이크를 작동시킵니다. 전기 모터는 회전 운동을 하고, 연결된 볼 스크류(Ball Screw)를 움직여 회전 운동을 직선 운동으로 전환합니다. 볼스크류는 패드를 앞으로 전진시켜 디스크에 밀착시킵니다. 

EMB 시스템 구성 요소

• 전기 모터: 브레이크 작동을 위한 주 동력원
• 피스톤 (볼 스크류) : 회전 운동을 직선 운동으로 변환
• 전자 제어 장치(ECU): 각 휠에 장착된 EMB의 작동을 제어
• 브레이크 페달 센서: 운전자의 제동 의지를 감지해 디지털 신호로 변환
• CAN 통신 : 차량 전체와 EMB 제어기 사이의 데이터 전달

 EMB는 운전자의 제동 의지를 페달 내 설치 된 센서를 통해 디지털 신호로 변환하고, 해당 신호를 바탕으로 전자 제어 장치가 모터를 작동시켜 브레이크를 제어합니다. 이 과정은 수 msec 내의 실시간으로 이루어지며, 각 바퀴를 독립적으로 제어할 수 있기 때문에 차량의 주행 안정성과 제동 정밀도가 향상됩니다.

 

EMB의 핵심 장점 (OEM)

정밀한 제동력 제어 성능 및 단순화 된 인터페이스

 기존 유압식 브레이크는 중앙 집중식 시스템으로, 브레이크 페달의 압력을 유체를 통해 전달하는 구조이기 때문에 각 바퀴에 대한 제동 제어가 제한적입니다. 반면 EMB는 전자식 제어이기 때문에 각 휠마다 독립적인 제어가 가능하여, 더 정밀하고 효율적인 제동이 가능합니다. 예를 들어 유압에서는 한 휠에 대한 가압을 하고자 한다면 다른 휠에 영향을 주지 않기 위해 다른 휘들의 적용 된 벨브들을 동작 시켜야 합니다. 하지만, EMB는 벨브 제어가 빠지기 때문에 제어의 용이성이 높아 집니다.

실시간 상태 모니터링

 전자 제어 시스템과 연결되어 있어, 브레이크 시스템의 작동 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. 예방 정비(Predictive Maintenance)나 고장 진단 시스템과 연계되어 차량의 샤시 제품에 대한 안정성과 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 유압의 경우 유압 라인의 고장이 나거나 유압 배력 장치가 고장 나는 경우 감지가 어렵습니다. 불가능한 건 아니지만 어렵습니다. EMB의 경우 모터로 구동이 되기 때문에 상대적으로 모터 위치 정보와 토크 정보를 활용해서 쉽게 현재 상태를 모니터링 할 수 있습니다.

회생 제동 협조 제어의 용이성

 전기차나 하이브리드 차량의 핵심 기술 중 하나인 회생 제동 시스템과의 협조 제어도 용이합니다. 기존 유압식 시스템에서는 회생 제동과 마찰 제동 간의 블렌딩을 위해 매우 복잡한 알고리즘이 필요했지만, EMB에서는 단순하게 목표 제동력에서 회생 제동력을 빼는 방식으로 협조 제어가 가능합니다.

• 요구 총 제동력 = 마찰 제동력 + 회생 제동력
• 회생 제동력 = 요구 총 제동력 - 마찰 제동력

 사실 일반적인 유압 시스템에서는 가해지는 압력을 빼기가 쉽지는 않습니다. 근래에는 smart booster 형태로 모터가 가압을 하는 시스템이 나오면서 조금은 용이해 졌지만, 그래도 유압이기 때문에 생각보다 벨브제어가 지속적으로 필요하다는 한계가 있었습니다. 하지만, EMB는 전진, 유지, 후진 3가지 명령으로 모든 제어가 가능하다고 보시면 됩니다. 단, EMB 도 각 동작 시에 rate에 제어는 분명 어려움이 있기는 합니다. 

에러 대응 및 진단 구조 간소화

 유압 시스템의 경우 이상 발생 시 정비성이 낮고, HW 에 대한 진단도 어렵습니다. EMB는 각 휠에 내장된 ECU가 진단 기능을 탑재할 수 있어 OEM 입장에서는 정비 편의성과 AS 비용 절감의 효과를 얻을 수 있습니다. 

친환경성과 차량 설계 자유도 향상

 EMB는 브레이크 오일을 사용하지 않기 때문에 친환경적입니다. 유압식 시스템에서는 정기적으로 오일을 교체해야 하며, 사용된 오일은 산업 폐기물로 처리해야 하는 번거로움이 있습니다. 반면 EMB는 오일이 전혀 필요 없어 유지보수가 간편하고, 환경에 미치는 영향도 거의 없습니다. 구조적 간소화는 결과적으로 차량의 무게 감소로 이어져 에너지 효율성 향상에도 기여합니다.

생산 시간 단축 가능성

OEM(완성차 제조사) 입장에서는 EMB 도입 시 다음과 같은 조립 공정 간소화 이점이 생깁니다. 유압 라인을 제거했을 때 경량화 효과가 크게 발생 됩니다. 유압 브레이크 시스템은 다음과 같은 구성 요소로 이루어져 있습니다.

유압라인 제거에 따른 경량화

• 브레이크 오일 (DOT4 등)
• 마스터실린더 + 브레이크 부스터
• 배관 (하드라인/소프트호스)
• 캘리퍼(유압식)
• 리저버(오일 저장 탱크)

 차량 전체에서 해당 요소를 제거할 경우 약 5~15kg 정도의 무게 감소가 가능합니다. 특히 대형 SUV나 상용차량처럼 브레이크 배선이 길거나 복잡한 경우에는 그 이상도 고려 할 수 있습니다. 물론 EMB 시스템 자체도 모터와 제어 장치 때문에 기본 무게가 있지만, 배선 최적화 및 패키징의 자유도 확보 면에서 더 큰 장점을 갖습니다.

브레이크 배관 작업 제거

• 기존 유압식 브레이크는 차체 생산 단계에서 브레이크 라인을 수작업으로 구부리고 연결 해야 함
• 인력 의존도가 높고, 오일 주입 및 누유 테스트까지 공정의 복잡도 증가함
• 모듈 단위로 휠에 고정하면 끝이기 때문에 공정의 효율화 가능함

브레이크 오일 주입 & 에어 제거 불필요

• 기존 시스템은 브레이크 오일을 주입한 뒤, 에어 빼기(Bleeding) 작업이 필수
• 시간도 오래 걸리고 자칫 오류가 발생 할 경우 브레이크 응답 성능에 치명적인 영향을 미칠 수 있음
• EMB는 오일이 없기 때문에 해당 공정 자체가 없음

모듈화 조립성 확보

• EMB는 각 휠에 독립 모터와 제어기를 부착하는 방식이라 사전 조립된 유닛을 간단히 체결하면 됩니다.
• 따라서 생산 자동화 수준이 높아지고, 불량률도 줄어듭니다.

프렁크(Frunk) 공간 확보

내연기관 차량은 보닛 아래에 브레이크 부스터, 마스터실린더, 오일 탱크가 있어 프렁크 공간 확보가 어려웠지만,
EMB는 해당 장비를 모두 없앨 수 있기 때문에 프렁크가 완전히 열리는 수납공간으로 활용이 가능합니다.

EMB의 핵심 장점 (소비자)

보다 빠르고 정확한 제동 반응

EMB는 기계적 전달이나 유압 전달 없이 전기 신호만으로 작동하기 때문에 유압 대비 빠른 응답 특성을 갖습니다.

• 제동 반응속도가 빠릅니다 (수 ms 단위)
• 각 휠을 독립적으로 제어하므로 정밀한 제동 제어가 가능합니다.

안전한 제동 성능

EMB는 ABS, ESC, TCS 같은 주행 안전 장치들과의 통합이 용이 합니다.

• 모든 제동력이 디지털로 제어되기 때문입니다.
• 시스템이 차량 상태를 실시간 모니터링하며 최적 제동력을 조정 가능합니다. 
• 유압의 경우 휠 벨브 제어로 인한 노이즈나, 제어 복잡도와 난이도가 상당히 높습니다.
• 유압의 경우 한휠, 두휠, 세휠 제어가 동시에 필요한 경우 제어 우선 순위를 선정 제어를 해야하는 경우도 있습니다. 
• 동일 유압 제동 시스템 대비 5~10% 수준의 제동거리 감소가 가능합니다. 

 생각 보다 유압 시스템의 경우 노이즈로 인해 성능을 손해 보는 경우가 많습니다. 하지만, EMB는 노이즈 free 하기 때문에 성능 위주의 개발이 가능합니다. 즉 trade-off 관계없이 성능 위주의 개발과 튜닝이 가능합니다. 소비자 뿐만 아니라, 부품 개발자와 OEM 입장에서는 정말 편해집니다. 대부분의 필드 컴플레인은 노이즈로 부터 시작되기 때문입니다. 

회생 제동 효율 극대화 → 연비 향상 & 전비 향상

전기차 기준으로 생각해보면 더욱 특화 된 기능을 확인 할 수 있습니다.

• EMB는 회생 제동과 마찰 제동 간 제동 블렌딩이 매우 쉬움
• 가능한 최대의 회생 제동을 사용할 수 있음
• 전비(전력 소비 효율)가 향상 → 한 번 충전으로 더 멀리 감
• 브레이크 패드 마모도 줄어 유지보수 비용 ↓

정숙한 주행 경험

EMB는 유압 벨브 작동음, 마스터 부스터 작동음 등이 없습니다. 천국입니다. 움직이면 소리가 나는게 당연한 이치입니다만, 외부 노면 노이즈와 타이어 및 휠 노이즈로 거의 들리지 않습니다. 

• 전기차에선 특히 정숙성이 중요한데, EMB 의 특성과 딱 맞습니다. 
• 유압 시스템의 동작음, 즉 벨브 노이즈가 없습니다. 

브레이크 유지보수 부담 감소

 장기적으로 봤을 때, 총 유지보수 비용이 줄어들고 번거로운 오일 교체 걱정도 사라집니다. 다만 한번 망가지면 교체가 대부분이기 때문에 내구만 확보 된다면 고객 입장에서는 생각보다 장점이 될 것이라고 생각 됩니다. 

• 브레이크 오일 교체 주기 X
• 오일 누유 문제 X
• 패드 마모량도 줄어들어 정기 정비 주기 연장

브레이크 응답 커스터마이징 가능 (디지털화된 감성)

전기 제어 기반이기 때문에, OEM에서 제공만 해준다면 다양한 형태의 브레이크 응답 특성을 생성 할 수 있습니다. 

• 브레이크 응답 강도, 패들 제동 반응, 회생 제동량 등을 사용자 설정할 수 있음
• 특히 스포츠 모드, 에코 모드 등에서 브레이크 피드백 감도 변화 가능
• 초보 운전자를 위한 스페셜한 모드 제공 가능

EMB의 단점과 한계점

높은 가격

 EMB는 각 휠에 전기 모터와 제어 유닛이 별도로 장착되기 때문에 구성 부품이 복잡하고 가격이 비쌉니다. 기존의 마스터실린더, 부스터, 유압 캘리퍼 세트에 비해 초기 비용이 높기 때문에 상용화에 부담이 됩니다. 특히 전기 모터에 사용되는 희토류 자원의 대부분이 중국에서 생산되고 있어, 자원 확보와 가격 경쟁력 측면에서 리스크가 존재합니다. 이러한 이유로 현재까지는 고급 차량 위주로 적용이 시도되고 있으며, 대중차량으로의 확대에는 시간이 필요합니다. 다만, 근래에는 EMB 의 필수 구성 요소로 여겨지던 클램핑 포스 센서를 제외 하면서 점점 가격이 내려가고 있습니다.

법규 및 안전성 문제

 EMB 시스템은 차량의 제동을 전자적 방식으로 수행하기 때문에, 만약 시스템 전체가 오류를 일으킬 경우 노 브레이크의 가능성이 있습니다. 이러한 이유로 법적으로는 다음과 같은 조건이 요구됩니다:

• 주 제동 장치와 보조 제동 장치가 동시에 고장 날 경우에도 제동 가능할 것
• 시스템 자체의 오류를 감지하고 안전하게 대응할 수 있는 백업 시스템 탑재
• 비상 시 수동 제어 전환 가능 여부

 안전 규제를 만족시키기 위해 다중 제어 구조, 이중화 설계는 기술적 난이도를 높이고, 개발 비용의 증가가 발생됩니다.  해당 규제는 사실 보수 적인 국내에서는 개선의 한계점이 있습니다. 국내 법은 작성된 내용만 하세요라면, 미국의 경우 작성된 내용이 아니면 뭐든 해도 되기 때문입니다. 현재 해외 분위기는 중국, 미국의 OEM과 부품사에서 개선 된 법안을 밀고 있는 것으로 보여집니다. 

 

마무리

 

 전자기계식 브레이크(EMB)는 자동차 제동 기술의 마지막 남은 솔루션입니다. 유압을 대체하는 전기 기반 제동 시스템으로서, 회생 제동과의 협조 제어, 친환경 설계, 실시간 모니터링 등 다양한 장점을 제공합니다. 왜 중요하냐면, 제동 시스템의 추가적인 선행 아이템이 거의 없다고 보셔도 됩니다. 와전류 제동 장치가 남아 있기는 하지만, 아직은 먼일인 듯 싶습니다. 

 아직까지는 가격과 법적 제약 등 넘어야 할 장벽이 존재하지만, 향후 전기차 시장 확대와 법규 정비가 이루어진다면 EMB는 제동 시스템의 표준이 될 가능성이 큽니다. 특히 자율주행차 및 친환경차 시장에서 EMB의 가치는 점점 더 중요해질 것입니다. 앞으로의 자동차 산업에서 EMB는 단순한 제동 장치를 넘어서, 차량 전체의 전자화 흐름을 주도할 중심 기술로 자리매김할 것입니다. 개인적으로 자동차 업계에 있지만, 기술적 완성도와 법규 충족이 완료되는 시점에서, EMB 양산화를 기대해 봅니다. 제발 양산화 개발이 되어야 저도 한 10년은 해당 아이템으로 회사를 다닐 수 있을 듯 싶습니다. 해당 글은 개인적인 경험의 글들이니 웃고 넘기셔도 좋고 참조 하셔도 좋습니다.