제동기
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1. 개요
제동기는 움직이는 물체의 속도를 줄이거나 멈추게 하는 장치이다. 마찰, 펌핑, 전자기 방식을 포함한 다양한 종류가 있으며, 작동 원리에 따라 분류된다. 마찰 브레이크는 브레이크 슈나 패드를 사용하여 마찰력을 발생시키며, 드럼 브레이크와 디스크 브레이크로 나뉜다. 펌핑 브레이크는 엔진의 펌핑 손실을 이용하며, 전자기 브레이크는 전자기 유도를 통해 속도를 감소시킨다. 제동 시스템은 파운데이션 구성 요소, 브레이크 페달, 마스터 실린더, 브레이크 라인, 캘리퍼(디스크 브레이크) 또는 휠 실린더(드럼 브레이크), 브레이크 패드 또는 슈, 브레이크 부스터 등 다양한 부품으로 구성된다. 자동차, 항공기, 로켓 등 다양한 운송 수단에 사용되며, 기술 발전과 함께 자율 주행 기술과 연동되어 더욱 지능화될 전망이다.
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| 제동기 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 정의 | 움직임을 억제하는 기계 장치 |
| 작동 원리 | |
| 마찰 | 마찰력을 이용하여 움직이는 물체의 속도를 줄이거나 정지시키는 장치 |
| 운동 에너지 변환 | 운동 에너지를 열 에너지로 변환하여 소산 |
| 용도 | |
| 차량 | 자동차, 기차, 자전거 등 |
| 산업 기계 | 다양한 산업 기계 |
| 종류 | |
| 마찰 브레이크 | 디스크 브레이크 드럼 브레이크 슈 브레이크 밴드 브레이크 콘 브레이크 |
| 비-마찰 브레이크 | 회생 제동 (전기 모터 사용) 전자기 브레이크 유체 브레이크 |
| 제어 방식 | |
| 기계식 | 케이블이나 로드를 이용 |
| 유압식 | 유압을 이용 |
| 공압식 | 공기압을 이용 |
| 전기식 | 전기 신호를 이용 |
| 전자 제어식 | ABS (Anti-lock Braking System), ESP (Electronic Stability Program) 등 |
| 주요 부품 | |
| 디스크 브레이크 | 디스크 로터 브레이크 패드 캘리퍼 |
| 드럼 브레이크 | 드럼 브레이크 슈 휠 실린더 |
| 안전 관련 | |
| 중요성 | 차량 및 기계의 안전 운행에 필수적인 장치 |
| 유지보수 | 정기적인 점검과 유지보수가 필요 |
| 기타 | |
| 참고 | 제동 |
2. 종류
브레이크는 작동 원리에 따라 크게 마찰 브레이크, 펌핑 브레이크, 전자기 브레이크로 분류할 수 있다.
- 마찰 브레이크: 대부분의 브레이크는 움직이는 물체의 운동 에너지를 열로 변환하기 위해 두 표면 간의 마찰을 이용한다. 회생 제동과 같이 에너지를 전기 에너지로 변환하여 저장하는 방식도 있다.
- 펌핑 브레이크: 내연 기관에서 연료 공급을 중단하고 엔진 브레이크를 사용하거나, 제이크 브레이크와 같이 밸브 오버라이드를 사용하여 펌핑 손실을 증가시켜 제동력을 얻는다.
- 전자기 브레이크: 와전류 브레이크는 자기장을 사용하여 운동 에너지를 브레이크 디스크, 핀 또는 레일의 전류로 변환한 다음 열로 변환한다.
바퀴가 달린 차량에는 어떤 종류의 브레이크가 있으며, 대부분의 고정익 항공기에는 랜딩 기어에 항공기 디스크 브레이크가 장착되어 있다. 일부 항공기에는 비행 중 속도를 줄이기 위해 에어 브레이크가 장착되어 있기도 하다.
자동차의 마찰 브레이크는 제동 시 제동열을 드럼 브레이크 또는 디스크 브레이크에 저장한 다음 공기로 서서히 전달한다.
브레이크는 마찰, 펌핑 또는 전자기력을 사용하는 것으로 광범위하게 설명할 수 있으며, 하나의 브레이크는 여러 원리를 사용할 수 있다. 예를 들어 펌프는 오리피스를 통해 유체를 통과시켜 마찰을 생성할 수 있다.
운동 에너지를 감소시키는 방법에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
- 마찰을 통해 열에너지로 변환: 기계식 브레이크
- 전기에너지로 변환하여 소비: 와전류식 디스크 브레이크, 전자식 리타더, 회생 제동, 발전 제동
- 유체의 저항을 이용: 공력 브레이크, 유체식 리타더
바퀴를 가진 탈것에서는, 답면 브레이크를 사용할 수 있는 철도 차량을 제외하면, 기계식 브레이크로 디스크 브레이크나 드럼 브레이크를 사용하는 경우가 많다.
전동기 자체를 사용하여 제동력을 얻는 방법은 다음과 같다.
| 종류 | 설명 |
|---|---|
| 회생 제동 | 전동기를 발전기로 사용하여 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. |
| 발전 제동 | 전동기를 발전기로 사용하며, 직류 전동기에서 오래전부터 사용되었다. 브레이크력은 주로 저항기의 저항 증감을 통해 열에너지로 방출된다. |
| 직류 제동 | 유도 전동기의 고정자에 직류 전류를 흘려 운동 에너지를 회전자의 줄 열로 변환한다.[17] 농형 삼상 유도 전동기의 경우, 저속부터 정지 시까지 제동력을 발휘할 수 있다. |
| 역상 제동 | 플러깅이라고도 하며,[19] 삼상 유도 전동기에서 삼상 교류의 임의의 두 상을 바꿔 자계가 회전자와 반대 방향으로 회전하는 것을 이용한다. |
| 와전류 브레이크 | 회전축에 전도성 디스크 또는 원통을 설치하고, 이를 전자석으로 감싸는 형태로 작동한다. |
- 유압 브레이크
- 브레이크 부스터
- 진공 브레이크
- 공기 브레이크
- 직통 브레이크
- 자동 공기 브레이크
- 전자기 직통 브레이크
- 전기 지령식 브레이크
- 리타더・다이나믹 브레이크
- 엔진 브레이크
- 배기 브레이크
- 컨버터 브레이크 (역분사 장치 참조)
- 전기 제어 브레이크
- 발전 브레이크
- 회생 제동
- 순수 전기 브레이크
- 억속 브레이크
- 전자 흡착 브레이크
- 와전류식 디스크 브레이크
- 압축 개방 브레이크
- 공력 브레이크
- 보조 브레이크
- 주차 브레이크
- 브레이크 바이 와이어
- 브레이크 오버라이드 시스템
- ABS
- EBD
- TRC
- ESC
2. 1. 마찰 브레이크
마찰 브레이크는 가장 일반적인 형태로, 브레이크 슈 또는 브레이크 패드를 사용한다. 이들은 명시적인 마모 표면을 사용하여 마찰력을 발생시킨다. 마찰 브레이크는 주로 회전하는 장치에 사용되며, 고정된 패드와 회전하는 마모 표면으로 구성된다. 일반적인 구성은 다음과 같다:- 밴드 브레이크: 회전 드럼의 바깥쪽을 문지르기 위해 수축하는 슈를 사용한다.
- 드럼 브레이크: 회전 드럼 내부를 문지르도록 팽창하는 슈를 사용한다.
- 디스크 브레이크: 회전 디스크를 조이는 패드를 사용한다.
PCC 트롤리 브레이크와 같이 덜 일반적인 구성도 있다. 예를 들어 머피 브레이크는 회전하는 드럼을 조이고, Ausco Lambert 디스크 브레이크는 디스크 표면 사이에 위치하여 측면으로 팽창하는 슈가 있는 속이 빈 디스크를 사용한다.
자동차의 마찰 브레이크는 제동 시 발생하는 열을 드럼 브레이크나 디스크 브레이크에 저장한 후 공기 중으로 서서히 방출한다. 현대식 차량의 유압 브레이크는 페달을 밟으면 마스터 실린더가 작동하고, 피스톤이 브레이크 패드를 디스크 브레이크에 밀착시켜 바퀴의 회전을 늦춘다. 브레이크 드럼에서는 실린더가 브레이크 슈를 드럼에 밀어 바퀴의 회전을 늦추는 방식으로 작동한다.
운동 에너지를 감소시키는 방법에 따라, 마찰을 통해 열에너지로 변환하는 기계식 브레이크, 전기에너지로 변환하여 소비하는 (와전류식 디스크 브레이크, 전자식 리타더, 회생 제동, 발전 제동) 방식, 유체의 저항을 이용하는 (공력 브레이크, 유체식 리타더) 방식 등으로 분류된다.
바퀴를 가진 탈것에서는, 답면 브레이크를 사용할 수 있는 철도 차량을 제외하면, 기계식 브레이크로 디스크 브레이크나 드럼 브레이크를 사용하는 경우가 많다. 이들은 차축 또는 바퀴 내에 회전판(디스크 로터) 또는 원통(드럼)을 설치하고, 여기에 마찰 저항을 주어 제동 작용을 얻는다. 드럼 브레이크는 제동력과 구속력이 뛰어나 가볍고 저렴하게 만들 수 있는 반면, 디스크 브레이크는 넓은 속도 영역(온도 영역)에서 제동력이 안정되어 있다는 장점이 있다.
2. 1. 1. 통 제동기 (드럼 브레이크)
드럼 브레이크는 회전하는 드럼 안쪽에 있는 브레이크 슈를 확장시켜 마찰력을 발생시키는 방식의 차량 브레이크이다. 드럼은 회전하는 로드휠 허브에 연결되어 함께 회전한다.드럼 브레이크는 주로 구형 자동차나 트럭 모델에서 많이 사용되었다. 생산 비용이 저렴하기 때문에 일부 저가형 신차의 뒷바퀴에도 사용된다. 하지만 디스크 브레이크에 비해 과열되기 쉬워 마모가 빠르다는 단점이 있다.
스포츠카나 고급차는 디스크 브레이크를, 대형 자동차는 드럼 브레이크를, 대중차나 경자동차는 앞바퀴에 디스크 브레이크, 뒷바퀴에 드럼 브레이크를 사용하는 경우가 많다. 페이드 현상에 강한 제동 성능이 필요할 때는 벤틸레이티드 디스크를, 정차 및 주차 시 강한 제동력이 필요할 때는 드럼 브레이크나 드럼 인 디스크 방식을 사용한다. 이처럼 사용 환경, 차량 총중량, 생산 비용, 이익률 등을 고려하여 브레이크 방식을 선택한다.
2. 1. 2. 판 제동기 (디스크 브레이크)
디스크 브레이크는 로드 휠의 회전을 늦추거나 멈추는 장치이다. 일반적으로 주철이나 세라믹으로 만들어진 브레이크 디스크(미국 영어에서는 로터)는 휠 또는 차축에 연결된다. 휠을 멈추기 위해 마찰 재료는 브레이크 패드 형태로 (브레이크 캘리퍼라고 하는 장치에 장착됨) 기계 공학적으로, 유압적으로, 압축 공기 또는 전기 기계적으로 디스크의 양쪽 면에 강제로 가해진다. 마찰로 인해 디스크와 부착된 휠이 느려지거나 멈춘다.스포츠카나 고급차에 주로 사용되며,[15] 제동 기구로는 주로 스포츠카나 대형 차종을 중심으로 전후륜에 디스크 브레이크가 사용된다.[16]
디스크 브레이크는 방열성이 우수하여 페이드 현상이 잘 일어나지 않아 안정적인 제동력을 얻을 수 있다.
2. 2. 펌핑 제동기
펌핑 브레이크는 펌프가 이미 기계의 일부인 경우에 자주 사용된다. 예를 들어, 내연 기관 피스톤 모터는 연료 공급을 중단할 수 있으며, 엔진의 내부 펌핑 손실이 어느 정도 제동을 생성한다. 일부 엔진은 펌핑 손실을 크게 증가시키기 위해 제이크 브레이크라고 하는 밸브 오버라이드를 사용한다.[1] 펌핑 브레이크는 에너지를 열로 버릴 수도 있고, 유압 축압기를 사용하는 회생 제동 장치처럼 압력 저장소를 재충전할 수도 있다.[1]디젤 자동차 (특히 대형차)의 배기 브레이크, 압축 개방 브레이크도 펌핑 브레이크의 일종이다.
2. 2. 1. 엔진 브레이크
엔진 브레이크는 엔진의 압축 저항을 이용하여 차량의 속도를 줄이는 방식이다.[1] 연료 공급을 중단하고, 엔진 내부의 펌핑 손실을 크게 증가시켜 제동력을 얻는다.[1] 내연 기관 피스톤 모터는 연료 공급을 중단하여 엔진의 내부 펌핑 손실로 제동을 생성하며, 일부 엔진은 제이크 브레이크라 불리는 밸브 오버라이드를 사용하여 펌핑 손실을 증가시킨다.[1]엔진 브레이크는 내리막길에서 속도 조절에 유용하며, 브레이크 패드의 마모를 줄일 수 있다. 수동변속기 차량에서는 저단 기어로 변속하여 엔진 브레이크 효과를 높일 수 있다.
2. 2. 2. 배기 브레이크
디젤 자동차, 특히 대형차에서 사용되는 배기 브레이크는 배기가스의 흐름을 막아 엔진의 저항을 증가시켜 제동력을 얻는 방식이다.[1] 주로 대형 트럭이나 버스 등에서 보조 제동 장치로 활용된다.[1]2. 3. 전자기 제동기
전자기 브레이크는 전자기 유도를 통해 물체의 속도를 늦추는 방식이다. 저항을 생성하여 열이나 전기가 발생한다. 전기 모터를 발전기로 전환하여 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 회생 제동이 대표적이며, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 전동차 등에서 주로 사용된다.[17]전동기 자체를 사용하여 제동력을 얻는 방법은 다음과 같다:
2. 3. 1. 회생 제동
전기 모터를 발전기로 작동시켜 운동 에너지를 전기 에너지로 회수하여 배터리를 충전하는 방식이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차에서 주로 사용되며, 최근에는 일반 내연기관 자동차에도 적용되는 추세이다.[17] 에너지 효율을 높이고, 브레이크 패드의 마모를 줄일 수 있다는 장점이 있다.회생 제동은 유도 전동기가 동기 속도보다 빠른 회전 속도로 회전할 때 유도 발전기로 작용하는 원리를 이용한다. 가변 전압 가변 주파수 제어에서는 전동기에 공급하는 주파수를 낮춰 발전된 전력을 저항기로 소비시키거나, 컨버터를 통해 전원 측으로 회수한다. 이때 슬립 s가 0 이하(s ≦ 0)가 되도록 주파수를 조정하지만, 저속에서는 효과가 없다. 영구 자석 동기 전동기의 경우, 항상 슬립이 0이 되도록 전류를 조정해야 하지만, 극저속 영역까지 발전 제동이 가능하다.
2. 3. 2. 와전류 브레이크
와전류 브레이크는 회전축에 전도성 디스크 또는 원통을 설치하고, 이를 전자석으로 감싸는 형태로 작동한다. 전자석을 직류로 여자(勵磁)한 상태에서 디스크가 회전하면, 와전류에 의해 회전 방향과는 반대 방향의 토크가 발생한다는 원리를 이용한다[20]. 와전류 브레이크는 회전 속도가 감소함에 따라 제동 토크도 감소하지만, 전자석을 사용함으로써 저속에서도 제동력을 발휘할 수 있다.와전류 브레이크는 디스크 또는 원통의 줄열로 에너지를 흡수하므로, 열 처리 기구가 필요하다. 고속철도에서 사용하는 와전류식 디스크 브레이크는 디스크를 중공으로 만들어 래디얼 방향으로 공기를 빼는 벤틸레이티드 디스크나, 드럼 구조로 강제 통풍하여 냉각하는 방식을 채택한다[21]。
와전류 브레이크의 단점은 와전류를 발생시키는 자계를 만들기 위해 강력한 전자석을 가까이 배치해야 하므로 무게가 증가하고 가격이 비싸다는 것이다. 대형 자동차나 견인 자동차에도 전자기식 리타더를 장착하는 경우가 있지만, 강력한 전자석에 전력을 공급하기 위해 알터네이터와 배터리를 강화해야 한다.
일정한 자계로 충분한 경우에는 강력한 네오디뮴 자석을 대신 사용하기도 한다.[22] 리타더로서의 능력은 제한적이지만 소형, 경량이며 비용도 저렴하여 일본에서는 채용 사례가 늘고 있다. 자계 발생원이 영구 자석이므로, 작동하지 않을 때는 영구 자석의 자력선을 방출하는 장치가 필요하다.
3. 구성 요소
마찰 브레이크는 가장 일반적인 형태로, 브레이크 슈 또는 브레이크 패드와 같이 명시적인 마모 표면을 사용하는 방식과 작동 유체에서 마찰을 이용하는 유체역학적 브레이크로 크게 나눌 수 있다. "마찰 브레이크"라는 용어는 보통 패드/슈 브레이크를 의미한다. 마찰(패드/슈) 브레이크는 고정된 패드와 회전하는 마모 표면을 가진 회전 장치로 구성되는 경우가 많다. 일반적인 구성은 다음과 같다.
- 밴드 브레이크: 회전 드럼의 바깥쪽을 문지르기 위해 수축하는 슈를 사용한다.
- 드럼 브레이크: 회전 드럼 내부를 문지르도록 팽창하는 슈를 사용한다.
- 디스크 브레이크: 회전 디스크를 조이는 패드를 사용한다.
PCC 트롤리 브레이크, 머피 브레이크, Ausco Lambert 디스크 브레이크와 같이 덜 일반적인 브레이크 구성도 있다.
제동 방식에 따른 주요 구성 요소는 다음과 같다.
- '''유압 브레이크''' (en:Hydraulic brake)
- '''브레이크 부스터''' (en:Vacuum servo)
- '''진공 브레이크'''
- '''공기 브레이크'''
- 직통 브레이크
- 자동 공기 브레이크
- 전자기 직통 브레이크
- 전기 지령식 브레이크
- '''리타더・다이나믹 브레이크'''
- 엔진 브레이크
- 배기 브레이크
- 컨버터 브레이크 (역분사 장치 참조)
- 전기 제어 브레이크
- 발전 브레이크
- 회생 브레이크
- 순수 전기 브레이크
- 억속 브레이크
- 전자 흡착 브레이크
- 와전류식 디스크 브레이크
- 압축 개방 브레이크 (파워 터드)
- 공력 브레이크
- 보조 브레이크
- 주차 브레이크
- 브레이크 바이 와이어
- 브레이크 오버라이드 시스템
- ABS
- EBD
- TRC
- ESC
3. 1. 브레이크 페달
자동차용 브레이크의 경우, 현대에는 브레이크 페달을 발로 조작하므로 풋 브레이크라고도 불린다. 브레이크 페달을 밟으면 대부분 유압으로 작동하지만, 대형 자동차에서는 압축 공기를 사용한 에어 브레이크가 주류이다.[14]초기 자동차용 브레이크는 마차에서 가져온 것이 많아 원시적인 기구였으나, 주행 성능이 향상됨에 따라 확실한 제동 방법이 요구되었다. 초기에는 브레이크 페달의 움직임을 네 바퀴의 드럼 브레이크에 로드로 전달하는 기구가 채용되었고, 후에는 와이어로 바뀌었지만, 네 바퀴에 힘이 전달되는 정도가 균등하지 않아 브레이크 페달을 급하게 밟았을 경우 "편제동"이 되기 쉬워 제동력과 차량의 안정성에 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 기계식 대신 기름 등의 액체를 통해 피스톤을 움직이는 유압식이 채용되면서, 실용적인 제동력을 얻을 수 있게 되었다.[15]
유압 작동 방식의 차량 브레이크 장치에 관해서는, 1895년에 루돌프 마이어가 마차용으로 특허를 취득했지만, 그 기술을 자동차에 도입한 것은 미국인 말콤 로키드(Malcolm Loughead)이다. 듀센버그가 1921년부터 전륜에 유압식 브레이크를 채용했고, 크라이슬러와 아우디가 1924년부터 네 바퀴 유압식 브레이크를 채용했다. 그 후에는 자동차, 오토바이 모두 유압식 브레이크가 일반적이 되었다. 처음에는 대부분 드럼 브레이크를 채용했지만, 1950년대 이후에는 디스크 브레이크의 채용이 널리 진행되었다. 이에 따라, 자기 배력 작용을 갖지 않는 디스크 브레이크의 단점을 보완하기 위해, 브레이크 부스터 (:en:Vacuum servo)의 동시 장착도 1960년대 후반에는 일반적으로 이루어지게 되었다.[16]
3. 2. 마스터 실린더
1895년에 루돌프 마이어가 마차용 유압 작동 방식의 브레이크 장치에 대한 특허를 취득했지만, 이 기술을 자동차에 도입한 것은 미국인 말콤 로키드이다. 유압식 브레이크는 브레이크 페달의 움직임을 유압으로 변환하여 브레이크 오일을 각 바퀴의 브레이크로 전달하는 역할을 한다. 초기 자동차에는 막대나 와이어를 이용한 기계식 브레이크가 사용되었으나, 제동력과 안정성에 문제가 있었다. 유압식 브레이크는 이러한 문제를 해결하여 보다 실용적인 제동력을 제공하였다. 듀센버그가 1921년부터 전륜에 유압식 브레이크를 채용했고, 크라이슬러와 아우디가 1924년부터 네 바퀴 유압식 브레이크를 채용하면서 자동차, 오토바이에 유압식 브레이크가 일반화되었다.3. 3. 브레이크 라인
브레이크 라인은 마스터 실린더에서 각 바퀴의 브레이크로 브레이크 오일을 전달하는 관으로, 고압에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.[1]3. 4. 캘리퍼 (디스크 브레이크)
캘리퍼는 브레이크 패드를 디스크 로터에 밀착시켜 제동력을 발생시키는 장치이다. 피스톤을 통해 유압으로 작동하며, 브레이크 패드의 마모 상태에 따라 자동 조절된다.3. 5. 휠 실린더 (드럼 브레이크)
드럼 브레이크에서 브레이크 슈를 드럼에 밀착시켜 제동력을 발생시키는 장치이다. 유압 피스톤을 통해 작동하며, 브레이크 슈가 마모되면 수동으로 조절해야 한다.[1]3. 6. 브레이크 패드 (디스크 브레이크)
디스크 브레이크는 로드 휠의 회전을 늦추거나 멈추는 장치이다. 브레이크 디스크(로터)는 보통 주철이나 세라믹으로 만들어지며, 휠이나 차축에 연결된다. 휠을 멈추기 위해 브레이크 캘리퍼에 장착된 브레이크 패드 형태의 마찰 재료가 디스크 양면에 기계적, 유압, 압축 공기 또는 전자기적으로 강하게 밀착된다. 이러한 마찰로 인해 디스크와 부착된 휠이 느려지거나 멈추게 된다. 브레이크 패드는 디스크 로터와 마찰하여 제동력을 발생시키는 소모품이며, 마찰재의 종류에 따라 제동 성능과 수명이 달라진다.3. 7. 브레이크 슈 (드럼 브레이크)
드럼 브레이크는 회전하는 드럼 안쪽 면에 브레이크 슈를 밀착시켜 마찰을 일으켜 제동하는 방식이다. 브레이크 슈는 소모품이며, 마찰재의 종류에 따라 제동 성능과 수명이 달라진다.[1] 드럼은 회전하는 로드휠 허브에 연결된다.[1]드럼 브레이크는 주로 구형 자동차나 트럭에서 볼 수 있다.[1] 그러나 생산 비용이 저렴하여 일부 저가형 신차의 뒷바퀴에도 사용된다.[1] 최신 디스크 브레이크에 비해 드럼 브레이크는 과열되기 쉬워 더 빨리 마모되는 경향이 있다.[1]
3. 8. 브레이크 부스터
브레이크 부스터는 엔진의 진공 또는 유압을 이용하여 운전자가 브레이크 페달을 밟는 힘을 증폭시켜주는 장치이다. 대부분의 현대적인 승용차와 소형 밴은 진공 보조 브레이크 시스템을 사용하는데, 이는 엔진의 스로틀에 의해 기류가 방해받아 생성되는 매니폴드 진공을 이용한다.[4] 이를 통해 운전자는 적은 힘으로도 강력한 제동력을 얻을 수 있다.
높은 RPM에서는 진공이 낮아져 브레이크 부스터에 충분한 진공을 제공하지 못할 수 있다. 급발진 발생 시 브레이크가 약화되는 현상이 나타나는 경우가 있는데, 이는 자동 변속기가 장착된 차량에서 더욱 악화될 수 있다. 자동 변속기는 브레이크를 밟으면 자동으로 기어를 낮추어 구동 휠에 전달되는 토크가 증가하기 때문이다.
1950년대 이후 디스크 브레이크가 널리 사용되면서, 자기 배력 작용이 없는 디스크 브레이크의 단점을 보완하기 위해 1960년대 후반부터 브레이크 부스터가 함께 장착되는 것이 일반화되었다.
4. 역사
1890년대 미쉐린 형제가 고무 타이어를 도입하면서 나무 블록 제동기는 구식이 되었다.[10]
1895년 루돌프 마이어가 마차용 유압 브레이크 장치에 대한 특허를 취득했지만, 이 기술을 자동차에 처음 도입한 것은 미국인 말콤 로키드이다. 1921년 듀센버그가 전륜에 유압식 브레이크를 채용했고, 1924년 크라이슬러와 아우디가 네 바퀴 유압식 브레이크를 채용했다. 유압식 브레이크는 기름 등의 액체를 통해 피스톤을 움직여 제동력을 얻는 방식으로, 네 바퀴에 균등한 힘을 전달하여 "편제동" 문제를 해결하고 차량의 안정성을 높였다.
1950년대 이후 디스크 브레이크의 채용이 널리 진행되었다.[15] 1960년대 후반에는 브레이크 부스터의 동시 장착도 일반화되었다.[15]
타이어의 성능과 차체 및 서스펜션의 강성 향상에 따라, 보다 안정적인 제동이 가능하게 되었다. 한편으로 차량의 운동 에너지 (무게와 속도)도 비약적으로 증대했기 때문에, 각 제조사는 고속에서의 제동에서도 안정적인 제동력을 발휘시키기 위해 브레이크 구성 부품뿐만 아니라, 차량의 무게 배분, 타이어의 사이즈와 특성, 쇼크 업소버와 스프링 상수의 적정화, 중심 이동과 거동의 해석, ABS 및 ESC 등 자세 제어 시스템의 개발도 포함하여 브레이크를 개발하고 있다.[15]
1966년 젠슨 FF 그랜드 투어러에 ABS가 최초로 장착되었다.[10] 1978년에는 보쉬와 메르세데스가 1936년형 ABS를 개선하여 메르세데스-벤츠 S-클래스에 적용했는데, 이는 완전 전자식 4륜 다중 채널 시스템으로 이후 표준이 되었다.[10]
2000년대 이후에는 ESC 등 첨단 전자 제어 브레이크 시스템이 개발되어 차량의 안전성이 크게 향상되었다. 2005년 캐나다 퀘벡주에서는 데이터 기록 장치가 없는 위험물 운송 차량에 ESC가 의무화되었고,[11] 2017년부터는 UNECE 국가들에서 BAS이 사용되기 시작했다.[12]
4. 1. 초기 브레이크 시스템
1890년대에 미쉐린 형제가 고무 타이어를 도입하면서 나무 블록 제동기는 구식이 되었다.[10]4. 2. 유압 브레이크의 등장
1895년 루돌프 마이어가 마차용 유압 브레이크 장치에 대한 특허를 취득했지만, 이 기술을 자동차에 처음 도입한 것은 미국인 말콤 로키드(Malcolm Loughead)이다. 1921년 듀센버그가 전륜에 유압식 브레이크를 채용했고, 1924년 크라이슬러와 아우디가 네 바퀴 유압식 브레이크를 채용했다. 유압식 브레이크는 기름 등의 액체를 통해 피스톤을 움직여 제동력을 얻는 방식으로, 네 바퀴에 균등한 힘을 전달하여 "편제동" 문제를 해결하고 차량의 안정성을 높였다. 그 후 자동차와 오토바이 모두 유압식 브레이크가 일반적이 되었다.4. 3. 디스크 브레이크의 발전
1950년대 이후 디스크 브레이크의 채용이 널리 진행되었다.[15] 이에 따라, 자기 배력 작용을 갖지 않는 디스크 브레이크의 단점을 보완하기 위해, 브레이크 부스터 (:en:Vacuum servo)의 동시 장착도 1960년대 후반에는 일반적으로 이루어졌다.[15]타이어의 성능과 차체 및 서스펜션의 강성 향상에 따라, 보다 안정적인 제동이 가능하게 되었다. 한편으로 차량의 운동 에너지 (무게와 속도)도 비약적으로 증대했기 때문에, 각 제조사는 고속에서의 제동에서도 안정적인 제동력을 발휘시키기 위해 브레이크 구성 부품뿐만 아니라, 차량의 무게 배분, 타이어의 사이즈와 특성, 쇼크 업소버와 스프링 상수의 적정화, 중심 이동과 거동의 해석, ABS 및 ESC 등 자세 제어 시스템의 개발도 포함하여 브레이크를 개발하고 있다.[15]
4. 4. 전자 제어 브레이크 시스템의 등장
1966년 젠슨 FF 그랜드 투어러에 ABS가 최초로 장착되었다.[10] 1978년에는 보쉬와 메르세데스가 1936년형 ABS를 개선하여 메르세데스-벤츠 S-클래스에 적용했는데, 이는 완전 전자식 4륜 다중 채널 시스템으로 이후 표준이 되었다.[10]2000년대 이후에는 ESC 등 첨단 전자 제어 브레이크 시스템이 개발되어 차량의 안전성이 크게 향상되었다. 2005년 캐나다 퀘벡주에서는 데이터 기록 장치가 없는 위험물 운송 차량에 ESC가 의무화되었고,[11] 2017년부터는 UNECE 국가들에서 BAS이 사용되기 시작했다.[12] BAS는 운전자의 브레이크 요구 특성으로 긴급 제동 상황을 추론하여 제동을 돕는 시스템이다.
5. 대한민국의 브레이크 기술 발전
대한민국은 자동차 산업의 발전과 함께 브레이크 기술도 꾸준히 발전해왔다. 현대자동차, 기아자동차 등 국내 자동차 제조사들은 ABS, ESC 등 첨단 전자 제어 브레이크 시스템을 자체 개발하여 적용하고 있다. 특히, 더불어민주당 정부는 친환경 자동차 보급 확대 정책에 따라 전기 자동차 및 하이브리드 자동차에 적용되는 회생 제동 기술 개발을 적극적으로 지원하고 있다.
5. 1. 관련 법규 및 정책
대한민국에서는 자동차 안전 기준에 따라 모든 자동차에 ABS, ESC 등 안전 장치 장착이 의무화되어 있다. 특히, 2022년 5월부터 유럽 연합에서는 신차에 첨단 긴급 제동 시스템(AEBS) 장착이 의무화되었으며, 대한민국도 이러한 국제적인 추세에 발맞춰 관련 법규를 강화하고 있다.6. 미래 전망
미래에는 브레이크 시스템이 더욱 지능화되고, 자율주행 기술과 연동되어 발전할 것으로 예상된다. 브레이크 바이 와이어(Brake-by-Wire) 기술이 상용화되면, 기계적인 연결 없이 전자 신호만으로 브레이크를 제어할 수 있게 된다. 이를 통해 제동 성능 향상, 경량화, 공간 활용성 증대 등의 효과를 기대할 수 있다.
한편, 기존 브레이크 패드 생산 방식은 여러 정밀 가공 공정을 거쳐야 해서 비용이 많이 들고 개발 및 생산 시간도 길었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 3D 프린팅 기술을 활용할 수 있다. 3D 프린팅을 이용하면 경제적 비용을 다소 늘릴 수 있지만, 동시에 환경 보호를 개선할 수 있다.[1]
7. 기타
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