브레이크 시스템에 대한 개요

브레이크 시스템은 제동장치라고 합니다. 브레이크에는 주행 중의 감속과 정지에 사용하는 서비스 브레이크와 주차 중인 자동차의 위치를 고정하는 파킹 브레이크가 있습니다. 서비스 브레이크는 발로 조작하기 때문에 풋 브레이크라고도 합니다. 브레이크 시스템은 마찰을 발생시켜 운동에너지를 열에너지로 변환시켜서 감속을 하는 마찰 브레이크가 중심이었지만 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 회생제동이 사용되어 둘을 함께 제어하는 회생협조 브레이크가 중요해지고 있습니다. 마찰 브레이크에서 실제 마찰을 발생시키는 부분을 브레이크 본체라고 하며 여기에는 디스크 브레이크와 드럼 브레이크가 있습니다. 풋 브레이크는 조작력의 전달을 유압으로 하는 유압식 브레이크로, 브레이크 부스터로 어시스트를 합니다. 다만 회생협조 브레이크는 브레이크 페달을 밟는 힘을 직접 브레이크 본체에 전달하지 않는 경우도 있습니다. 풋 브레이크는 ABS에 의해 급브레이크 시의 안전성을 높였습니다. ABS의 발전형으로 구동력을 안정시키는 TC와 자동차의 움직임을 안정시키는 ESC도 일반화되고 있으며 브레이크 시스템은 제동하는 장치에서 구동과 안정을 제어하는 장치로 그 영역이 넓어지고 있습니다. 파킹 브레이크는 기계적인 힘을 전달하는 기계식 브레이크가 일반적이지만 전동식 브레이크도 있습니다. 유압식 브레이크의 제동을 위한 유압은 브레이크 마스터 실린더에서 만들어집니다. 여기에는 브레이크 플루이드라는 액체가 사용되며 리저버 탱크에 예비분량이 들어있습니다. 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실린더의 피스톤이 눌려져 유압이 발생합니다. 브레이크 페달과 마스터 실린더 사이에는 힘의 어시스트를 하는 브레이크 부스터가 설치됩니다. 마스터 실린더에서 발생한 유압은 ABS액추에이터를 경유해서 각 바퀴의 브레이크 본체로 보내집니다. 유압경로는 만약을 대비해 2계통이 있습니다. 분배방법은 앞뒤 바퀴에서 독립시키는 전후 계통식과 오른쪽 앞바퀴와 왼쪽 뒷바퀴를 1계통, 왼쪽 앞바퀴와 오른쪽 뒷바퀴를 1계통으로 하는 X자형 계통식이 있습니다. 유압 배관에는 금속제 브레이크 파이프와 고무재질의 브레이크 호스가 사용됩니다. 회생협조 브레이크는 마스터 실린더의 유압이 직접 브레이크 본체로 보내지지않는 경우도 있습니다. 디스크 브레이크는 자동차 바퀴와 함께 회전하는 원판 모양의 디스크의 양쪽에 마찰재를 갖춘 브레이크 패드를 밀어붙여서 제어합니다. 패드는 로터에 걸치듯 배치된 브레이크 캘리퍼라는 부품 안에 설치됩니다. 캘리퍼에는 실린더가 되는 원통의 공간이 있으며 여기에 피스톤이 들어가 있습니다. 브레이크 페달을 밟아서 브레이크 마스터 실린더로부터의 유압이 캘리퍼의 실린더로 보내지면 피스톤이 밀려나옵니다. 이 힘에 의해 패드가 로터에 밀어붙여집니다. 캘리퍼의 구조에는 플로팅 캘리퍼와 대향 피스톤 캘리퍼가 있으며 각각 여러 개의 피스톤이 사용되는 경우도 있습니다. 브레이크 본체는 열의 방향을 받기 쉽습니다. 디스크 브레이크는 마찰이 발생되는 부분이 노출되어있어 방열성이 높아 열의 영향을 잘 받지 않습니다. 마찰면에 물, 진흙 등의 이물질이 묻어도 원심력에 의해 날아가므로 안정된 성능을 발휘할 수 있습니다. 브레이크 패드는 주로 마찰을 발생시키는 금속가루와 골격을 이루는 금속섬유나 폴리아미드 섬유 등으로 결함재를 수지와 함께 성형한 것입니다. 이것을 주철 재질의 받침에 설치합니다. 모양과 크기가 다양하여 페이드 현상, 소음 대책을 위해 홈이 파인 것과 모서리를 깍아낸 것도 있습니다. 브레이크를 사용할 때마다 마찰재가 마모되어 얇아집니다. 브레이크는 움직이고 있는 자동차의 운동에너지를 마찰열의 열에너지로 변환시켜 감속을 하므로 대량의 열이 발생합니다. 이 열에 의해 브레이크 본체의 온도가 올라갑니다. 브레이크 패드 등의 마찰재는 일정 이상의 고온이 되면 마찰력이 크게 떨어집니다. 이것을 페이드 현상이라고 하며 브레이크가 작동을 제대로 못하게 됩니다. 브레이크 본체의 열이 유압경로로 전달되어 브레이크 플루이드가 일정 이상의 고온이 되면 끓어서 기화됩니다. 기체는 압축이 잘 되므로 유압경로에 기포가 발생하면 유압이 유압이 잘 전달되지 않습니다. 이것을 베이퍼 로크현상이라고 하며 이렇게 되면 브레이크를 사용할 수 없습니다. 스포츠 타입의 자동차는 냉각능력을 높이기 위해서 전용 덕트나 가이드로 브레이크 뒷면에 공기를 보내기도 합니다. 디스크 로터는 마찰을 발생시키는 디스크부와 중앙의 햇 부분으로 구성되어 있습니다. 햇 부분은 휠 허브를 넣기 위해 돌출되어 있는 경우가 많습니다. 디스크 부분은 1장의 판으로 만들어진 솔리드 디스크 외에 2장 구조의 사이에 공기 통로를 만들어 냉각능력을 높인 벤틸레이티드 디스크도 있습니다. 소재는 일반적으로 주철로 만들며 경량화와 열 대책을 위해 카본이나 세라믹 등의 복합재를 사용하는 경우도 있습니다. 이것을 카본 세라믹 디스크 브레이크라고 합니다. 이 방식은 성능은 좋지만 가격이 비쌉니다.