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자동차 브레이크 시스템
브레이크 시스템은 제동장치라고 한다.
브레이크에는 주행 중의 감속과 정지에 사용하는 서비스 브레이크와 주차 중인 자동차의 위치를 고정하는 파킹브레이크가 있다.
서비스 브레이크는 발로 조작하기 때문에 풋 브레이크라고도 한다.
브레이크 시스템은 마찰을 발생시켜 운동에너지를 열에너지로 변환시켜서 감속을 하는 마찰 브레이크가 중심이었지만. 전기 자동차와 하이브리드 자동차에는 회생제동이 사용되어 둘을 함께 제어하는 회생협조 브레이크가 중요해지고 있다.
마찰 브레이크에서 실제로 마찰을 발생시키는 부분을 브레이크 본체라고하며, 여기에는 디스크여기에는 디스크 브레이크와 드럼 브레이크가 있다.
풋 브레이크는 조작력의 전달을 유압으로 하는 유약식 브레이크로, 브레이크 부스터로 어시스트를 한다.
다만 회생협조 브레이크는 브레이크 페달을 밟는 힘을 직접 브레이크 본체에 전달하지 않는 경우도 있다.
풋 브레이크는 ABS에 의해 급브레이크시의 안전성을 높였다. ABS의 발전형으로 구동력을 안정시키는 TC와 자동차의 움직임을 안정시키는 ESC도 일반화되고 있으며, 브레이크 시스템은 제동하는 장치에서 구동과 안정을 제어하는 장치로 그 영역이 넓어지고 있다.
파킹 브레이크는 기계적인 힘을 전달하는 기계식브레이크가 일반적이지만 전동화도 시작되고 있는 추세다.
유압식 브레이크
유압식 브레이크의 제동을 위한 유압은 브레이크 마스터 실린더에서 만들어진다.
여기에는 브레이크 플루이드라는 액체가 사용되며 브레이크 플루이드 리저버 탱크에 예비분량이 들어있다. 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실리더의 피스톤이 눌려져 유압이 발생한다. 브레이크 페달과 마스터 실린더 사이에는 힘의 어시스트를 하는 브레이크 부스터가 설치된다. 마스터 실린더에서 발생한 유압은 ABS액추에이터를 경유해서 각 바퀴의 브레이크 본체로 보내진다.
유압경로는 만약을 대비해 2계통이 있다.
분배방법은 앞뒤 바퀴에서 독립시키는 전후 계통식과 오른쪽 앞바퀴와 왼쪽 뒷바퀴를 1계통, 왼쪽 앞바퀴와 오른쪽 뒷바퀴를 1계통으로 하는 X자형 계통식이 있다. 유압배관에는 금속제 브레이크 파이프와 고무재질의 자동차 브레이크 호스가 사용됩니다. 회생협조 브레이크는 마스터 실린더의 유압이 직접 브레이크 본체로 보내지지 않는 경우도 많다.
장점: 유압은 힘의 증폭과 분배를 쉽게 할 수 있다. 브레이크 본체의 피스톤 면적을 마스터 실린더 피스톤 면적의 2배로 하면 힘이 2배가 된다.
앞뒤바퀴 브레이크 본체의 피스톤 면적을 바꾸면 제동력의 배분이 달라진다. 경로가 복잡해도 유압이라면 문제없이 앞력을 전달할 수 있다. 거리가 달라지는 경우에도 고무재질의 배관을 느슨하게 대처가 가능하다.
디스크 브레이크
디스크 브레이크는 자동차 바퀴와 함께 회전하는 원판 모양의 디스크 로터(브레이크 디스크라고도 한다.)의 양쪽에 마찰재를 갖춘 브레이크 패드를 밀어붙여서 제어를 한다.
패드는 로터에 걸치듯이 배치된 브레이크 캘리퍼라는 부품 안에 설치된다 .켈리퍼에는 실린더가 되는 원통의 공간이 있으며, 여기에 피스톤이 들어가 있다.
자동차 브레이크 페달을 밟아서 브레이크 마스터 실린더로부터의 유압이 캘리퍼의 실리더로 보내지면 피스톤이 밀려나온다. 이 힘에 의해 패드가 디스크에 밀어붙여진다. 캘리퍼의 구조에는 플로팅 캘리퍼와 대향 피스톤 캘리퍼가 있으며, 각각 여러 개의 피스톤이 사용되는 경우도 있다 .
브레이크 본체는 열의 영향을 받기 쉽다. 디스크 브레이크는 마찰이 발생되는 부분이 노출되어 있어 방열성이 높아 열의 영향을 잘 받지 않는다. 마찰면에 물, 진흙 등의 이물질이 묻어도 원심력에 의해 날라가므로 안정된 성능을 발휘할 수 있다.
자동차 브레이크 패드
패드는 주로 마찰을 발생시키는 금속가루와 골격을 이루는 금속섬유나 폴리아미드 섬유 등으로 결함재를 수지와 함께 성형한 것이다. 이것을 주철 재질의 받침에 설치한다. 모양과 크기가 다양하며 페이드 현상, 소음 대책을 위해 홈이 파인 것과 모서리를 깎아낸 것도 있다. 브레이크를 사용할 때마다 마찰재가 마모되어 얇아진는 소모품이다.
브레이크와 열
브레이크는 움직이고 있는 자동차의 운동에너지를 마찰열의 열 에너지로 변환시켜 감속을 하는 방식이므로 대량의 열이 발생한다. 이 열에 의해 브레이크 본체의 온도가 올라간다. 브레이크 패드 등의 마찰재는 일정 이상의 고온이 되면 마찰력이 크게 떨어진다. 이것을 페이드 현상이라고 하며, 브레이크가 작동하지 않게 되기도 하기 때문에 가끔씩은 체크가 필요하다.
자동차 브레이크 본체의 열이 유압경로로 전달되어 브레이크 액체가 일정 이상의 고온이 되면 끓어서 기화된다. 기체는 압축이 잘 되므로 유압경로에 기포가 발생하면 유압이 전달되지 않는다. 이것을 베이퍼 로크현상이라고 하며, 이렇게 되면 브레이크를 사용할 수 없다. 스포츠 타입의 자동차는 냉각능력을 높이기 위해서 전용 덕트나 가이드로 브레이크 뒷면에 공기를 보내기도 한다.