HYUNDAI MOBIS

육중한 자동차를 제어하는 힘, 브레이크

브레이크는 자동차 제동장치로, 주행 중인 차량의 속도를 감속하거나 정지시킨다.
가볍게 브레이크 페달을 누르기만 하면 빠르게 달리던 육중한 자동차가 멈추게 되는 것이다.
달리는 것 못지않게 우리의 안정성을 위해 그 어떤 부품보다도 중요한 브레이크의 원리와 발달을 살펴보자

운전자의 안전을 위해 태어난 브레이크

최초의 자동차 사고를 기록한 사건이 있다. 18세기 나온 증기기관이 차와 결합하면서 역사상 처음으로 기계의 힘으로 스스로 움직이는 도구가 생겨났을 적의 일이다. 프랑스의 N.J.퀴뇨가 제작한 이 자동차는 앞바퀴 하나만을 구동하는 삼륜차로, 그 속도가 겨우 사람이 걷는 정도인 시속 5㎞였다. 하지만 이 차는 브레이크가 없었고, 결국 언덕길에서 속도를 줄이지 못해 벽에 부딪히면서 최초의 자동차 사고로 남게 되었다. 이후 자동차의 기술력이 발전하면서 브레이크 역시 변화해왔다. 자동차의 평균 속도가 시속 15㎞였던 1800년대, ‘슈 브레이크 (블록 브레이크)’가 등장했다. 슈 브레이크는 타이어 가장자리에 벽돌 모양으로 생긴 마찰제인 슈(Shoe)를 밀어붙여 속도를 줄이는 방식이었다. 당시 차들은 클러치와 변속기가 없고 엔진과 구동축이 직접 연결되어 있어 엔진 브레이크의 효과가 큰 슈 브레이크 만으로도 자동차를 멈추기에는 충분했다. 1880년대에이르러 슈 브레이크에서 한 단계 발전된 형태인 ‘밴드 브레이크’가 나타났다. 바퀴 구동축에 브레이크 드럼을 설치하고 거기에 밴드를 감아, 밴드를 조이면 구동축의 움직임을 멈추게 하는 방법이다. 1904년에 나온 ‘드럼 브레이크’는 영국 롤스로이스사에 의해 처음 개발되었다. 휠 안쪽에 드럼을 장착하고, 드럼 내부에 슈 브레이크가 있어 드럼을 바깥쪽으로 죄어서 제동력을 발휘하게 한다. 아직도 앞바퀴보다 제동력이 덜 걸리는 뒷바퀴에 많이장착되고 있는 브레이크다. 드럼 브레이크에 비해 제동 능력이 더 뛰어난 ‘디스크 브레이크’는 지금까지도 많이 장착되고 있다. 이 브레이크는 1902년 영국의 란체스터가 처음 고안하여 특허를 냈으나 열악한 주변 상황으로, 1950년대에 이르러 승용차에 적용되었다. 디스크 브레이크는 원반(디스크) 형태의 구조물이 바퀴와 같은 구조체에 연결되어 있어, 바퀴가 회전 할 때 디스크도 함께 회전하다 운전자가 브레이크 페달을 밟으면 유압이 전달되어 회전하는 디스크를 양쪽에서 디스크 패드라는 마찰재로압박하여 회전 속도를 떨어뜨려 멈추게 하는 방식이다.

진화를 멈추지 않는 브레이크

이처럼 브레이크 페달을 밟았을 때 자동차가 멈출 수 있는 것은크게 두 가지 원리를 사용했다는 걸 알 수 있다. 첫 번째는 지레의 원리다. 받침점을 기준으로 페달 쪽 길이를 길게 만들어 페달에 작은 힘을 가하더라도 반대편에서는 큰 힘이 나오게 된다. 두번째는 관로 속의 압력은 늘 일정하다는 파스칼의 법칙을 이용한 유압의 원리다. 실린더가 브레이크 오일이 가득 찬 좁은 관에 힘을 가하면 반대쪽에서는 브레이크 패드를 밀 수 있을 만큼 큰 출력이 일어나고, 브레이크 패드는 브레이크 디스크를 고정시켜 바퀴를 멈춘다. 이러한 원리로 브레이크는 제대로 작동하지만, 타이어의 마찰력을 초과하는 제동력이 가해질 때 타이어는 회전을 멈추고 지면에 미끄러지기 시작한다. 때문에 항공기용 브레이크였던 ABS(AntilockBrake System)를 자동차용으로 적용하게 되었다. 제동 거리의 단축, 제동 때 차체 거동의 안정성, 급제동 때 차체 제어 가능성 등을 이루기 위해 1960년대 개발, 1960년대 말 포드의 고급차 링컨 컨티넨탈에 처음 쓰였다.

이후 우리나라에서는 현대자동차가 1992년 뉴 그랜저에 국내 최초로 CS(Traction ControlSystem) 및 ABS를 달았고, 소형차로는 1994년 5월 엑센트가 처음 ABS를 달았다.또한, 빨라지는 자동차의 속도를 제어하기 위해 함께 발전한 브레이크는 현재 두 종류로 장착되어 있다. 발로 페달을 밟아서 차량을 감속하거나 완전히 멈추게 하는 ‘풋 브레이크’와 오르막 또는 내리막 경사로에 차량을 안전하게 주차하기 위한 ‘주차 브레이크’다. 특히 주차 브레이크는 풋 브레이크 고장 등 비상 상황에서 차량을 제동하는 장치로도 사용된다. 요즘에는 손가락으로 눌러 간단히 작동하는 전자식 주차 브레이크(EPB: Electronic Parking Brake) 방식으로 된 차량도 많이 늘어나고 있다. EPB 시스템은 ESC(Electronic Stability Control, 전자식 차체 자세 제어 장치)와 연계돼 있어 주차 브레이크를 사용한 비상 제동 상황에서 차량 스핀 방지 등 제어 기능이 향상된다.특히 친환경 자동차의 수요가 늘고 있는 때에 맞춰, 현대모비스에서는 국내 최초이자 세계 두 번째로 친환경 자동차용 차세대 전동식 통합 ‘회생 제동 브레이크 시스템(iMEB: Integrated Mobis Electronic Brake)’을 개발했다. 이 브레이크는 차량이 멈출 때의 운동에너지로 모터를 발전시켜 배터리를 충전하는 시스템이다. 기존 브레이크 시스템 대비 손실률을 70% 가까이 줄였다. 앞으로도 운전자의 안전을 책임지는 제동 장치인 브레이크의 새로운 발전이 기다려진다.

Prev Top