자동차 브레이크 작동 방식: 브레이크 시스템에 대한 전체 가이드

자동차 브레이크 마찰을 통해 차량의 운동 에너지를 열 에너지로 변환하여 차량을 제어된 정지 상태로 만듭니다. 브레이크 페달을 밟으면, 수압으로 인해 발에 가해지는 힘이 3~6배 증가합니다. , 회전하는 디스크나 드럼에 브레이크 패드를 밀어서 감속하는 데 필요한 마찰을 생성합니다. 최신 차량은 안전하고 안정적인 제동력을 보장하기 위해 ABS 및 전자 제동력 분배와 같은 정교한 시스템과 함께 디스크 브레이크, 드럼 브레이크 또는 이 둘의 조합을 사용합니다.

유압 브레이크 시스템 기초

유압 시스템은 현대 자동차 제동의 중추를 형성합니다. 브레이크 페달을 밟으면 브레이크액이 담긴 마스터 실린더가 작동합니다. 이 밀폐형 시스템은 밀폐된 유체에 가해지는 압력이 시스템 전체에 균등하게 전달되는 파스칼의 원리에 따라 작동합니다.

마스터 실린더 작동

마스터 실린더에는 별도의 유압 회로에서 압력을 생성하는 두 개의 피스톤이 있습니다. 1967년에 이중 회로 시스템이 의무화되었습니다. 안전 규정에 따라 중복성이 요구된 후, 한 회로에 오류가 발생하면 다른 회로가 부분 제동 기능을 유지합니다. 일반적인 마스터 실린더는 800-1200psi의 유압 정상 제동 중에는 최대 2000psi, 비상 정지 중에는 최대 2000psi.

브레이크액 특성

브레이크액은 -40°F에서 400°F 이상의 온도를 견디면서 극한의 조건에서도 비압축성을 유지해야 합니다. 도트 3, 도트 4 및 도트 5.1 유체는 끓는점이 서로 다른 글리콜 기반 유체입니다.

글리콜 기반 유체의 흡습성 특성은 시간이 지남에 따라 습기를 흡수하여 끓는점을 낮추고 제동 성능을 저하시킨다는 것을 의미합니다. 제조사에서는 2~3년마다 브레이크액 교체를 권장하고 있습니다. 마일리지와 상관없이요.

디스크 브레이크 구성 요소 및 기능

디스크 브레이크는 탁월한 열 방출과 일관된 성능으로 인해 최신 차량을 지배하고 있습니다. 이 시스템은 휠 허브에 부착된 로터, 유압 피스톤을 수용하는 캘리퍼, 로터에 마찰을 일으키는 브레이크 패드로 구성됩니다.

브레이크 로터 디자인

로터는 다양한 구성으로 제공되며 각각은 다양한 용도에 최적화되어 있습니다.

• 솔리드 로터 발열이 적은 경제형 차량의 리어 액슬에 사용되는 일체형 주물입니다.
• 통풍 로터 로터를 통해 공기를 펌핑하는 내부 냉각 베인이 있어 급제동 중에 온도를 100~200°F까지 낮춥니다.
• 드릴된 로터 가스 축적을 방출하고 무게를 줄이는 구멍이 있지만 극심한 열 스트레스로 인해 깨질 수 있습니다.
• 슬롯형 로터 홈을 사용하여 브레이크 먼지를 제거하고 패드 물림을 유지합니다. 이는 고성능 차량에 흔히 발생합니다.

대부분의 승용차 로터는 직경이 10~14인치이고 무게는 15~25파운드입니다. 고성능 응용 분야에서는 두께가 28~32mm인 최대 16인치의 로터를 사용하여 반복적인 하드 정지를 처리합니다. 110피트 미만에서 60mph .

캘리퍼 유형 및 작동

캘리퍼는 두 가지 기본 디자인으로 제공됩니다. 플로팅 캘리퍼는 하나의 패드를 로터에 밀어 붙이는 동시에 캘리퍼 본체를 당겨 반대쪽 패드를 적용하는 단일 피스톤을 사용합니다. 이 디자인은 비용이 적게 들고 대부분의 경제형 및 중형 차량에 나타납니다. 고정 캘리퍼는 견고하게 장착되며 반대쪽 피스톤(일반적으로 4, 6 또는 8)을 사용하여 양쪽에서 균일하게 압력을 가합니다. 고정 캘리퍼는 15-20% 더 높은 조임력을 제공합니다. 더 나은 열 관리 기능을 통해 스포츠카와 고급 세단의 표준이 되었습니다.

브레이크 패드 구성

최신 브레이크 패드는 마찰, 소음, 먼지 및 마모 특성의 균형을 맞추기 위해 여러 재료를 혼합합니다. 반금속 패드에는 강철, 철, 구리를 포함한 금속 함량이 30~65%로 포함되어 있어 우수한 열전달 및 내구성을 제공합니다. 서비스 수명 40,000~70,000마일 . 세라믹 패드는 세라믹 섬유와 비철 소재를 사용해 먼지와 소음이 적지만 가격이 40~60% 더 비쌉니다. 유기 패드는 조용한 작동을 제공하지만 젖으면 더 빨리 마모되고 성능이 저하됩니다.

드럼 브레이크 역학

드럼 브레이크는 드럼의 내부 표면을 바깥쪽으로 누르는 곡선형 브레이크 슈를 사용하여 회전 드럼 내부의 마찰 부품을 둘러쌉니다. 드럼은 대부분 프론트 액슬의 디스크로 대체되지만, 제조 비용이 낮고 효과적인 주차 브레이크 통합으로 인해 트럭과 경제형 자동차의 리어 액슬에서는 여전히 일반적으로 사용됩니다.

선두 및 후행 신발 디자인

대부분의 드럼 시스템은 리딩 트레일링 슈 구성을 사용합니다. 선두 슈는 드럼 회전 방향으로 움직여 제동력을 배가시키는 자체 에너지 효과를 생성합니다. 트레일링 슈는 회전 반대 방향으로 움직여 안정성을 제공하고 잠김을 방지합니다. 이 합의는 다음을 제공합니다. 25-30% 더 적은 페달 노력으로 일관된 제동력 동등한 디스크 시스템보다

휠 실린더 기능

마스터 실린더의 유압은 두 개의 반대 피스톤을 포함하는 휠 실린더로 들어갑니다. 이 피스톤은 리턴 스프링 장력에 맞서 브레이크 슈를 바깥쪽으로 밀어냅니다. 일반적인 휠 실린더 보어의 직경은 0.75-1.0인치로, 생성하기에 충분한 힘을 생성합니다. 신발에서 드럼까지의 압력 400-600파운드 .

열 방출 제한

밀폐된 디자인은 드럼 어셈블리 내부에 열을 가두어 반복적인 급제동 기능을 제한합니다. 드럼은 일반적인 사용 중에 400-600°F에 도달할 수 있지만, 500°F 이상의 온도가 지속되면 마찰재가 효과를 잃어 브레이크가 약해집니다. 이러한 보온성은 현대 자동차가 앞 차축에 디스크 브레이크를 사용하는 이유를 설명합니다. 전체 제동력의 60~70% 감속 중.

브레이크 부스팅 시스템

브레이크 부스터는 페달 힘을 증폭시켜 운전자의 노력을 줄이는 동시에 정밀한 제어를 유지합니다. 도움 없이 고속도로 속도에서 3,500파운드의 차량을 정지하려면 150파운드 이상의 페달 압력이 필요합니다. 이는 대부분의 운전자에게 지속 불가능한 요구 사항입니다.

진공 브레이크 부스터

진공 부스터는 엔진 흡기 매니폴드 진공을 사용하여 다이어프램 전체에 압력차를 생성합니다. 브레이크 페달을 밟으면 밸브가 열려 다이어프램의 한쪽에는 대기압이 들어가고 다른 쪽에는 진공이 유지됩니다. 이 14.7psi 압력 차이 마스터 실린더를 보조하는 막대를 밀어 입력 힘을 3~4배로 늘립니다. 일반적인 부스터의 직경은 8~11인치이며 페달 어셈블리와 마스터 실린더 사이에 장착됩니다.

유압 브레이크 어시스트

디젤 엔진과 터보차저 차량에는 진공이 부족한 경우가 많아 유압 보조 시스템이 필요합니다. 이들은 엔진 구동 펌프를 사용하여 유압유에 압력을 가합니다. 2,000-3,000psi , 누산기에 저장됩니다. 이 시스템은 엔진 부하에 관계없이 일관된 부스트를 제공하고 자동 비상 제동과 같은 고급 기능을 활성화합니다.

전자기계 부스터

하이브리드 및 전기 자동차는 지속적인 엔진 작동이 부족하기 때문에 전자 기계식 브레이크 부스터를 사용합니다. 모터 구동 볼 스크류 또는 기어박스는 페달 입력을 증폭시켜 즉각적인 반응을 제공하고 회복 가능한 회생 제동 시스템과 원활하게 통합됩니다. 운동 에너지의 최대 70% 감속 중.

잠김 방지 제동 시스템

ABS는 초당 최대 15회 유압을 조절하여 급제동 중에 휠 잠김을 방지합니다. 이 시스템은 타이어 견인력을 유지하여 제동력을 극대화하는 동시에 조향 제어를 가능하게 합니다. ABS는 젖은 노면에서 정지 거리를 10~20% 줄여줍니다. 얼음이나 자갈 위에서는 더욱 그렇습니다.

구성 요소 작업

각 바퀴에는 회전 속도를 모니터링하는 속도 센서가 있습니다. ABS 제어 모듈이 다른 휠보다 빠르게 감속하는 휠을 감지하면(잠김 임박을 나타냄) 유압 모듈레이터에 명령을 내려 해당 휠 브레이크에 가해지는 압력을 줄입니다. 시스템은 세 단계를 거쳐 순환됩니다.

1. 압력 유지 휠 슬립이 시작될 때 현재 제동력을 유지합니다.
2. 압력 감소 브레이크 압력을 해제하여 바퀴 회전을 복원합니다.
3. 압력 증가 바퀴가 견인력을 회복하면 제동력을 다시 적용합니다.

성능 특성

최신 ABS 시스템은 5~10밀리초마다 센서 데이터를 처리하여 밀리초 단위의 정밀도로 브레이크 압력을 조정합니다. 일반적인 시스템은 타이어 마찰이 최고조에 달하는 10~20% 사이에서 최적의 슬립 비율을 유지합니다. 이는 ABS 활성화 중 펄스 페달 감각을 설명합니다. 즉, 유압 변조기가 밸브를 빠르게 순환하여 압력을 제어합니다.

전자식 제동력 분배

EBD는 차량 적재 및 감속률을 기반으로 전방 차축과 후방 차축 사이의 브레이크 균형을 최적화합니다. 제동 중에는 무게가 앞으로 이동하여 뒷타이어의 견인력이 감소합니다. EBD는 뒷바퀴의 조기 잠김을 방지하기 위해 뒷브레이크 압력을 비례적으로 줄여 앞브레이크 효과를 극대화합니다.

시스템은 개별 휠 속도를 모니터링하고 최적의 압력 분포를 지속적으로 계산합니다. 적재된 픽업트럭에서 EBD는 다음과 같은 메시지를 보낼 수 있습니다. 프론트 액슬에 75%의 제동력 제공 , 빈 스포츠카는 보다 균형 잡힌 65-35 분할을 받습니다. 이러한 동적 조정은 안정성을 향상시키고 다양한 조건에서 정지 거리를 줄입니다.

브레이크 시스템 유지 관리 요구 사항

적절한 유지 관리는 일관된 제동 성능을 보장하고 조기 구성품 고장을 방지합니다. 마모 패턴과 서비스 간격을 이해하면 문제가 안전을 위협하기 전에 식별하는 데 도움이 됩니다.

패드 및 로터 서비스 수명

브레이크 패드는 일반적으로 운전 스타일과 재질 구성에 따라 30,000~70,000마일마다 교체해야 합니다. 대부분의 패드에는 마모 표시기가 포함되어 있습니다. 즉, 패드 두께가 다음과 같을 때 로터와 접촉하는 금속 탭입니다. 3mm, 최소 안전 사양 . 로터는 50,000~100,000마일 정도 지속되지만 패드 교체 시 측정이 필요합니다. 최소 사양보다 두께가 낮거나 표면 런아웃이 0.002인치를 초과하면 로터를 교체해야 합니다.

유체 검사 및 교체

브레이크액 테스트는 수분 함량과 끓는점을 측정합니다. 오염된 유체는 투명한 호박색 대신 진한 갈색으로 나타나며 눈에 보이는 입자를 포함할 수 있습니다. 전문적인 테스트에 따르면 수분 함량 3%로 끓는점 25% 감소 , 산을 내려오거나 반복적으로 급정거하는 동안 페이드 위험이 크게 증가합니다.

브레이크 문제의 경고 신호

• 삐걱거리거나 갈리는 소음은 마모된 패드를 즉시 교체해야 한다는 의미입니다.
• 페달 맥동은 사양을 초과하는 두께 변화로 뒤틀린 로터를 나타냅니다.
• 부드럽거나 스폰지 같은 페달 느낌은 유압 라인의 공기 또는 내부 마스터 실린더 마모를 나타냅니다.
• 제동 중에 차량이 한쪽으로 쏠리는 것은 캘리퍼 피스톤이 막혔거나 패드가 오염되었음을 나타냅니다.
• 정지 거리가 증가하면 종합적인 검사가 필요한 전반적인 시스템 성능 저하가 발생함을 나타냅니다.

이러한 증상을 신속하게 해결하면 다른 구성 요소의 손상을 방지하고 비상 정지에 필수적인 안전 여유를 유지할 수 있습니다.