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오버런 (철도)

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1. 개요

오버런(철도)은 열차가 제동 시 정해진 지점을 지나쳐 과도하게 이동하는 현상을 의미한다. 이는 제동 시 미끄러짐, 속도 차이, 진동, 제동력 부족, 측면 안정성 저하, 후진 시 작동 문제, 경사로에서의 제동 능력 감소, 스프링 유격으로 인한 견인 차량 부하 가중 등 다양한 문제로 발생한다. 이를 해결하기 위해 댐핑 시스템 도입 등 기술적 개선이 이루어지고 있으며, 대한민국을 포함한 각 국가별로 철도 안전을 위한 규제를 시행하고 있다.

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오버런 (철도)

2. 일반적인 용도

오버런 브레이크(서지 브레이크)는 다양한 상황에서 활용되지만, 주로 특정 조건을 만족하는 트레일러에 적용된다. 특히 전기 제동 시스템의 설치가 어렵거나 부적합한 경우에 대안으로 사용되는 경우가 많다. 예를 들어, 중량급 트레일러, 렌탈 트레일러, 그리고 보트 트레일러와 같이 해양 환경에서 사용되는 트레일러에 자주 쓰인다. 이는 오버런 브레이크가 견인 차량에 별도의 복잡한 제동 시스템을 요구하지 않으면서도 필요한 제동력을 제공할 수 있기 때문이다. 따라서 제동 장치가 필요할 만큼 무거우면서도, 견인 차량에 별도의 전기 제동 시스템이 없는 경우 효과적인 대안이 된다.

2. 1. 중량급 트레일러

오버런 브레이크는 다양한 용도로 사용되지만, 주로 중량급 트레일러나 렌탈 트레일러용 키트로 판매되며, 특히 해양 환경에서 사용되는 보트 트레일러에 많이 쓰인다. 이는 전기 제동 시스템이 제대로 밀봉되지 않으면 물 속에서 단락될 위험이 있고, 중량급 트레일러를 견인하는 대부분의 차량에는 전기 제동 시스템이 기본적으로 장착되어 있지 않기 때문이다. 따라서 일반적으로 907kg 이상의 보트 트레일러에는 전기 브레이크 대신 오버런 브레이크가 사용되는 경우가 많다. 오버런 브레이크는 제동 장치가 필요할 만큼 충분히 무거우면서도, 견인 차량에 별도의 고급 제동 시스템 설치를 요구하지 않는 무게의 트레일러에 적합하여 그 간극을 효과적으로 메운다. 이러한 이유로 시중에서 판매되는 키트나 렌탈 트레일러에 널리 적용되고 있다.

2. 2. 렌탈 트레일러

서지 브레이크는 다양한 용도로 사용되지만, 특히 렌탈 트레일러나 특정 무게 범위의 트레일러용 키트로 판매되는 경우가 많다. 또한 해양 환경에서 사용되는 보트 트레일러에도 자주 적용되는데, 이는 전기 제동 시스템이 물 속에서 제대로 밀봉되지 않으면 단락될 위험이 있기 때문이다. 더불어 무거운 트레일러를 견인하는 차량 중 상당수가 전기 제동 시스템을 갖추고 있지 않다는 점도 서지 브레이크가 사용되는 이유 중 하나이다.

서지 브레이크는 브레이크가 필요할 정도로 충분히 무겁지만(일반적으로 약 907.18kg 또는 907kg 이상), 견인 차량에 별도의 고급 제동 시스템 설치를 요구하지 않을 정도의 무게를 가진 트레일러에 적합하다. 이러한 특성 때문에, 다양한 종류의 차량에 연결될 가능성이 있는 렌탈 트레일러나 특정 조건을 만족하는 키트 판매용 트레일러에 서지 브레이크가 효과적인 대안으로 널리 사용된다.

2. 3. 해양 환경 트레일러

이러한 제동 시스템은 다양한 용도로 사용되지만, 일반적으로 중량급 트레일러나 렌탈 트레일러를 위한 키트로 판매되며 해양 환경에서 사용되는 트레일러에 주로 적용된다. 보트 트레일러와 같이 물에 자주 접하는 트레일러의 경우, 전기 제동 시스템은 제대로 밀봉되지 않으면 물 속에서 단락될 수 있다. 또한, 중량급 트레일러를 견인하는 대부분의 차량에는 전기 제동 시스템이 기본적으로 장착되어 있지 않다.

이러한 이유로, 일반적으로 907kg 이상의 보트 트레일러에는 전기 브레이크 대신 서지 브레이크가 사용되는 경우가 많다. 서지 브레이크는 제동력이 필요할 만큼 충분히 무거우면서도, 견인 차량에 별도의 고급 제동 시스템 설치를 요구하지 않을 정도의 무게를 가진 트레일러에 적합하여 그 간극을 효과적으로 메운다. 이는 시중에서 판매되는 키트 형태나 렌탈 트레일러 모두에 해당되는 일반적인 적용 방식이다.

3. 문제점

구형 스프링을 기반으로 한 오버런 브레이크 시스템은 성능상의 여러 문제점을 안고 있다. 설계나 구현이 부적절할 경우, 시스템이 제대로 작동하지 않거나 심하면 운행 자체가 불가능해지는 상황이 발생할 수도 있다.

주요 문제점으로는 제동트레일러가 앞으로 밀리면서 발생하는 미끄러짐 현상, 이로 인한 속도 차이와 관성 때문에 발생하는 불안정한 제동 및 심한 진동, 트레일러 자체의 제동력 부족으로 인한 견인 차량의 부담 가중 등이 있다. 이러한 불안정한 제동은 차량의 측면 안정성을 떨어뜨려 잭나이프(jackknife)의 위험을 높인다. 또한, 차량을 후진할 때 의도치 않게 브레이크가 작동하거나 경사로에서 제동 능력이 감소하는 문제도 발생할 수 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 스프링의 유격을 줄이는 등의 시도가 있었지만, 이는 오히려 견인 차량에 더 많은 제동 부담을 주어 전체적인 제동 성능을 저하시키는 결과를 낳기도 한다. 많은 견인 차량은 이러한 추가적인 부하를 감당하도록 설계되지 않았다.

이러한 안전 문제 때문에 대부분의 OECD 국가에서는 스프링 기반 제동 시스템을 장착한 트레일러의 최대 도로 운행 가능 중량을 제한하고 있다. 예를 들어, 영국에서는 최대 3500kg으로 제한한다. 최근에는 이러한 구형 시스템의 단점을 보완한 댐핑(damping) 방식의 새로운 제동 시스템이 개발되어 더 효과적이고 안정적인 성능을 보여주고 있다.

3. 1. 구형 스프링 기반 시스템의 작동 문제

구형 스프링 기반 시스템은 성능에 문제가 있었으며, 설계나 구현이 제대로 이루어지지 않으면 작동하지 않거나 운행이 불가능한 경우가 발생할 수 있다. 이러한 시스템의 주요 문제점은 다음과 같다.

견인 차량이 제동할 때, 연결된 트레일러는 앞으로 밀리면서 실제 제동이 걸리기 전에 일정 거리를 미끄러지게 된다. 이 과정에서 발생하는 속도 차이와 관성은 트레일러 브레이크가 견인 차량의 속도보다 낮아질 때까지 급격하고 점진적으로 강하게 작동하게 만든다. 그러나 이내 브레이크가 완전히 풀리게 되고, 견인 차량은 여전히 감속 중이므로 이 과정이 반복된다. 결과적으로 심한 진동이 발생할 뿐만 아니라, 트레일러 브레이크가 제 역할을 하지 못해 견인 차량이 제동의 대부분을 부담하게 된다. 이는 견인 차량의 제동 효율을 떨어뜨리고, 측면 안정성을 저하시켜 잭나이프(jackknife) 상황의 위험을 높인다.

또한, 차량을 후진할 때 의도치 않게 브레이크가 작동될 수 있으며, 경사로에서는 기울기 때문에 제동 능력이 감소하는 문제도 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 스프링의 유격을 최소화하고 드로우바(drawbar) 힘에 따른 트레일러 제동력을 줄이는 방법이 시도되었다. 하지만 이 경우 견인 차량이 트레일러 제동 하중의 일부를 추가로 부담하게 되어, 종종 설계 한계를 넘어서는 부담을 주게 된다. 결국 전체적인 제동 성능은 오히려 저하될 수 있다.

이러한 문제들 때문에 OECD 회원국 대부분은 스프링 기반 제동 시스템을 사용하는 차량의 최대 도로 운행 가능 견인 중량을 제한하고 있다. 예를 들어 영국에서는 최대 3500kg으로 제한한다. 최근 개발된 댐핑(damping) 시스템은 이러한 문제 없이 더 효과적으로 작동한다.

3. 2. 제동 시 미끄러짐

구형 스프링 기반 제동 시스템은 성능상의 문제가 있으며, 설계나 구현이 부적절할 경우 제대로 작동하지 않아 운행이 불가능해질 수 있다. 이러한 시스템의 주요 문제는 다음과 같다.

1. 견인 차량이 제동을 시작하면, 연결된 트레일러는 관성에 의해 앞으로 밀리면서 트레일러 자체의 제동이 걸리기 전까지 일정 거리를 미끄러지게 된다.

2. 이 과정에서 발생하는 견인 차량과 트레일러 간의 속도 차이 및 관성은 트레일러 브레이크가 점차 강하게 작동하도록 만든다. 브레이크는 트레일러의 속도가 견인 차량의 속도보다 낮아질 때까지 계속해서 더 강하게 작동한다.

3. 그러나 곧이어 브레이크는 완전히 해제된다.

4. 견인 차량은 여전히 감속 중이므로, 1~3의 과정이 반복된다. 이로 인해 차량에는 심한 진동이 발생하며, 트레일러 브레이크의 제동 효과가 부족해져 결국 견인 차량이 제동 부하의 대부분을 감당하게 된다. 이는 견인 차량의 제동 효율을 떨어뜨리고, 차량의 측면 안정성을 저하시켜 잭나이프 현상의 위험을 높인다.

5. 또한, 이 시스템은 차량 후진 시 의도치 않게 브레이크가 작동될 수 있는 문제점을 안고 있다.

6. 경사로에서는 차량의 기울기 때문에 제동 능력이 감소하는 문제도 발생한다.

이러한 문제들은 스프링의 유격을 최소화하고, 드로우바(drawbar)에 가해지는 힘에 따른 트레일러 제동력의 양을 줄임으로써 일부 완화할 수 있다. 하지만 이 경우, 트레일러 제동 부하의 일부를 견인 차량이 부담하게 되는데, 많은 견인 차량은 이러한 추가 부하를 감당하도록 설계되지 않았기 때문에 전체적인 제동 성능 저하로 이어질 수 있다.

이러한 안전 문제 때문에 OECD 회원국들은 스프링 기반 제동 시스템을 사용하는 차량의 최대 도로 운행 가능 견인 중량을 제한하고 있다. 예를 들어, 영국에서는 최대 3500kg (약 약 3499.92kg)으로 제한된다.

최근 개발된 댐핑(damping) 시스템은 스프링 시스템의 단점을 보완하여 더욱 효과적으로 작동하며, 위에서 언급된 문제들을 겪지 않는다.

3. 3. 속도 차이와 관성

구형 스프링을 기반으로 한 제동 시스템은 견인 차량과 피견인 차량(트레일러) 사이의 속도 차이와 관성 때문에 성능 문제를 일으킬 수 있다.

견인 차량이 제동을 시작하면, 트레일러는 관성에 의해 즉시 감속하지 못하고 앞으로 밀리면서 일정 거리를 미끄러지게 된다. 이 과정에서 발생하는 속도 차이는 트레일러의 브레이크를 작동시키는 힘으로 작용한다. 트레일러의 브레이크는 트레일러 속도가 견인 차량의 속도보다 낮아질 때까지 점진적으로 강하게 작동하지만, 속도가 맞춰지면 다시 해제된다.

견인 차량이 계속해서 속도를 줄이는 동안 이러한 제동과 해제 과정이 반복되면서 심한 진동이 발생할 수 있다. 더 큰 문제는 트레일러의 제동 효율이 떨어져, 실제 제동의 대부분을 견인 차량이 부담하게 된다는 점이다. 이는 전체적인 제동 성능 저하로 이어질 뿐만 아니라, 차량의 측면 안정성을 해쳐 잭나이프(jackknife) 현상의 위험을 높인다. 또한, 후진 시 의도치 않게 브레이크가 작동하거나 경사로에서 제동 능력이 감소하는 문제도 발생할 수 있다.

이러한 안전 문제 때문에 OECD 국가들은 구형 스프링 기반 제동 시스템을 사용하는 트레일러의 최대 도로 운행 가능 중량을 제한하고 있다. 예를 들어 영국에서는 최대 3500kg까지만 허용된다. 최근에는 이러한 단점을 개선한 댐핑 시스템이 개발되어 더 효과적인 제동 성능을 제공한다.

3. 4. 진동 현상

구형 스프링 기반 제동 시스템은 성능에 문제가 있었으며, 설계나 구현이 제대로 이루어지지 않으면 작동하지 않아 운행이 불가능한 경우도 있었다. 이러한 시스템에서 진동이 발생하는 과정은 다음과 같다.

# 견인 차량이 제동을 시작하면, 연결된 트레일러는 관성에 의해 앞으로 밀리면서 트레일러 자체의 제동이 걸리기 전까지 일정 거리를 미끄러진다.

# 이 과정에서 발생하는 속도 차이와 관성 때문에 트레일러 브레이크는 점점 더 강하게 작동하게 되고, 결국 트레일러의 속도가 견인 차량의 속도보다 느려지게 된다.

# 이 시점에서 트레일러 브레이크는 완전히 해제된다.

# 하지만 견인 차량은 여전히 감속 중이므로, 위의 과정이 계속 반복된다.

이러한 제동과 해제의 반복은 심한 진동을 유발할 뿐만 아니라, 트레일러의 제동 효과를 크게 떨어뜨린다. 결과적으로 견인 차량이 거의 모든 제동 부담을 지게 되어 전반적인 제동 성능이 저하된다. 또한, 차량의 측면 안정성이 나빠져 잭나이프 상황이 발생할 위험도 커진다. 이 외에도 차량 후진 시 의도치 않게 브레이크가 작동하거나, 경사로에서는 각도로 인해 제동 능력이 감소하는 문제도 발생할 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해 스프링의 유격을 최소화하고, 드로우바(견인봉)에 가해지는 힘에 비해 트레일러 제동력이 덜 걸리도록 조절할 수 있다. 그러나 이는 견인 차량이 트레일러 제동 부하의 일부를 추가로 부담하게 만들어, 종종 설계 한계를 넘어서는 부담을 주게 되고 결국 제동 성능 저하로 이어질 수 있다.

이러한 문제들 때문에 OECD 국가들은 스프링 기반 제동 시스템을 사용하는 차량의 최대 도로 운행 가능 견인 중량을 제한하고 있다. 예를 들어, 영국에서는 최대 3500kg까지만 허용된다. 최근에는 댐핑 시스템을 적용한 새로운 방식이 개발되어 더 효과적으로 작동하며, 구형 스프링 시스템과 같은 문제를 겪지 않는다.

3. 5. 제동력 부족

구형 스프링 기반의 트레일러 제동 시스템은 성능상의 문제가 발생할 수 있으며, 설계나 구현이 잘못된 경우 제대로 작동하지 않을 수 있다. 이러한 시스템의 주요 문제점은 다음과 같다.

견인 차량이 제동을 시작하면, 트레일러는 관성에 의해 앞으로 밀리면서 실제 제동이 걸리기 전에 일정 거리를 미끄러지게 된다. 이로 인해 발생하는 속도 차이와 관성은 트레일러 브레이크가 강하게 작동했다가 금방 해제되는 과정을 반복하게 만든다. 그 결과, 심한 진동이 발생할 뿐만 아니라 트레일러 자체의 제동 효과는 거의 사라지고 견인 차량이 제동 부하의 대부분을 감당하게 된다. 이는 견인 차량의 제동 성능을 저하시키고, 차량의 측면 안정성을 떨어뜨려 잭나이프의 위험을 높인다. 또한, 후진 시 의도치 않게 브레이크가 작동하거나 경사로에서 제동력이 감소하는 문제점도 가지고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 스프링의 유격을 최소화하고 트레일러의 제동력을 줄이는 방법이 시도되었으나, 이는 견인 차량에 더 많은 제동 부담을 주게 되어 전체적인 제동 성능 저하를 초래한다. 많은 경우 견인 차량은 이러한 추가적인 부하를 감당하도록 설계되지 않았다.

이러한 안전 문제로 인해 OECD 국가들은 스프링 기반 제동 시스템을 사용하는 트레일러의 도로 운행 가능 최대 중량을 제한하고 있다. 예를 들어, 영국에서는 최대 3500kg까지만 허용된다. 최근에는 이러한 스프링 시스템의 단점을 보완한 댐핑 방식의 제동 시스템이 개발되어 더 효과적으로 작동하며 안정적인 제동 성능을 제공한다.

3. 6. 측면 안정성 저하

구형 스프링 기반 제동 시스템은 작동 과정에서 심한 진동을 유발하고 트레일러 브레이크의 효과를 떨어뜨리는 문제가 있다. 이 때문에 견인 차량이 제동의 대부분을 책임지게 되는데, 이는 전방 차량의 제동 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 측면 안정성까지 저하시킨다. 결과적으로 차량이 접히는 듯한 형태가 되는 잭나이프 현상이 발생할 위험이 커진다.

3. 7. 후진 시 작동 문제

구형 스프링을 사용하는 방식의 오버런 브레이크 시스템은 여러 가지 작동상의 문제점을 안고 있다. 그중 하나는 차량을 후진할 때 발생하는데, 시스템의 구조적인 특성 때문에 후진 시에도 견인 차량과 트레일러 사이에 압력이 생겨 운전자의 의도와 다르게 브레이크가 걸릴 수 있다. 이는 특히 좁은 공간에서 후진으로 주차하거나 방향을 바꿀 때 불편함을 야기하며, 불필요한 제동으로 작업 효율을 저하시키기도 한다.

이러한 후진 시의 오작동 문제는 구형 스프링 시스템이 가진 다른 단점들, 예를 들어 제동 시의 심한 진동, 제동 효과 부족으로 인한 견인 차량의 제동 부담 증가, 잭나이프의 위험 증가 등과 함께 나타나는 경향이 있다.

3. 8. 경사로에서의 제동 능력 감소

구형 스프링 기반 제동 시스템의 여러 문제점 중 하나로, 경사로에서는 각도로 인해 제동 능력이 감소하는 현상이 지적된다. 이는 경사로의 기울기 때문에 발생하는 문제이다.

3. 9. 견인 차량 부담 가중

구형 스프링 기반 제동 시스템은 여러 성능 문제를 가지고 있다. 견인 차량이 제동할 때 발생하는 속도 차이와 관성으로 인해 제동이 불안정해지고, 심한 진동과 함께 제동 효과가 떨어져 견인 차량이 대부분의 제동 부담을 지게 되는 경우가 많다. 이는 잭나이프 상황의 위험을 높이고, 후진 시나 경사로에서의 제동 문제를 야기하기도 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 스프링의 유격을 최소화하고 트레일러에 가해지는 제동력을 줄이는 방식이 시도되었다. 하지만 이 방법은 트레일러 제동 부하의 일부를 견인 차량이 떠안게 되는 결과를 낳는다. 많은 견인 차량은 이러한 추가적인 제동 부하를 감당하도록 설계되지 않았기 때문에, 결국 전체적인 제동 성능이 저하될 수 있다.

이러한 안전상의 이유로 OECD 회원국들은 스프링 기반 제동 시스템을 사용하는 트레일러의 도로 운행 가능 최대 중량을 제한하고 있다. 예를 들어, 영국에서는 최대 3500kg(약 3499.92kg)까지만 허용된다.

최근에는 이러한 스프링 시스템의 단점을 개선한 새로운 댐핑 시스템이 개발되어 더 효과적으로 작동하며, 앞서 언급된 문제들을 겪지 않는다.

4. 해결 방안 및 개선

기존 스프링 기반 제동 시스템의 성능 문제와 불안정성을 해결하기 위한 노력이 이루어졌다. 초기에는 스프링의 유격을 조정하는 등 기계적인 개선 시도가 있었지만, 이는 견인 차량에 부담을 가중시키는 등 근본적인 해결책이 되지 못했다. 이러한 문제점으로 인해 OECD 국가들을 중심으로 해당 시스템을 사용하는 트레일러의 중량을 제한하는 규제가 도입되기도 했다. 이후 기술 발전을 통해 기존 시스템의 단점을 보완한 새로운 댐핑 시스템이 개발되어 문제 해결의 실마리를 제공했다.

4. 1. 댐핑 시스템의 등장

구형 스프링 기반 시스템은 성능에 문제가 있었으며, 설계나 구현이 제대로 되지 않으면 작동하지 않아 운행이 불가능한 경우도 있었다.

'''스프링 기반 제동 시스템의 문제점'''

문제 상황상세 내용
제동 지연 및 충격견인 차량이 제동할 때 트레일러는 앞으로 밀리며 일정 거리를 미끄러진 후에야 제동이 시작된다. 이 과정에서 발생하는 속도 차이와 관성 때문에 트레일러 브레이크가 불규칙하고 강하게 작동했다가 해제되기를 반복한다.
제동 성능 저하 및 불안정성심한 진동이 발생하고 트레일러 브레이크의 효과가 떨어져 견인 차량이 제동 부하의 대부분을 감당하게 된다. 이는 견인 차량의 제동 성능 저하로 이어지며, 측면 안정성도 나빠져 잭나이프 현상의 위험을 높인다.
오작동차량 후진 시 의도치 않게 브레이크가 작동될 수 있다.
경사로 성능 저하경사로에서는 각도로 인해 제동 능력이 감소한다.



이 문제를 해결하기 위해 스프링의 유격을 최소화하고 드로우바 힘에 따른 트레일러 제동력을 줄이는 방법이 시도되었으나, 이는 트레일러의 제동 부하 일부를 견인 차량이 부담하게 만들어, 종종 설계되지 않은 부담을 주어 오히려 전체적인 제동 성능을 저하시키는 결과를 낳았다.

이러한 문제점 때문에 OECD 국가들은 스프링 제동 시스템을 사용하는 차량의 최대 도로 운행 가능 견인 중량을 제한하고 있다 (영국의 경우 최대 3500kg 또는 약 3499.92kg). 새롭게 개발된 댐핑 시스템은 이러한 문제 없이 더 효과적으로 작동한다.

5. 국가별 규제 현황

OECD 회원국들은 안전상의 이유로 특정 제동 시스템을 사용하는 트레일러의 최대 견인 중량을 제한하고 있다. 특히 구형 스프링 방식의 제동 시스템은 성능 및 안전 문제로 인해 여러 국가에서 규제 대상이 되며, 구체적인 문제점은 하위 섹션에서 자세히 다룬다.

예를 들어, 영국에서는 이러한 구형 제동 시스템을 장착한 트레일러의 경우 최대 견인 가능 중량을 3500kg으로 제한하고 있다. 이는 견인 차량의 제동 부담을 줄이고 사고 위험을 낮추기 위한 조치이다. 반면, 개선된 댐핑 시스템을 사용하는 경우에는 이러한 중량 제한 규제가 다르게 적용될 수 있다.

5. 1. OECD 국가의 최대 견인 중량 제한

구형 스프링 방식의 제동 시스템은 여러 성능 문제를 안고 있다. 견인 차량이 제동할 때 트레일러가 관성에 의해 앞으로 밀리면서 제동이 즉각적으로 이루어지지 않고, 이 과정에서 심한 진동이 발생하며 트레일러 자체의 제동 효과가 떨어지는 문제가 대표적이다. 결국 견인 차량이 제동 부담의 대부분을 지게 되어 전체적인 제동 성능이 저하될 뿐만 아니라, 트레일러가 접히는 듯한 잭나이프 현상의 위험도 높아진다. 또한, 차량 후진 시 의도치 않게 브레이크가 작동하거나 경사로에서 제동력이 감소하는 문제도 발생할 수 있다.

이러한 안전상의 문제 때문에 OECD 모든 회원국에서는 이러한 구형 제동 시스템을 사용하는 경우, 도로에서 운행 가능한 최대 견인 중량을 제한하고 있다. 예를 들어 영국에서는 최대 3500kg까지만 허용된다.

반면, 더욱 새로운 댐핑 시스템은 이러한 문제점들을 개선하여 더 효과적으로 작동하며 스프링 시스템과 같은 문제를 겪지 않는다.


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