자동차 제동(브레이크) 장치

자동차 제동(브레이크) 장치

운동하고 있는 기계의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치를 제동장치·브레이크 장치라고도 부른다. 제동(브레이크) 장치는 자동차·전동차·엘리베이터 따위와 같이 운동하고 있는 기계의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치를 통틀어 일컫는다. 자동차 제동(브레이크) 장치도 달리고 있는 차량의 속도를 줄이거나 정지시키는 기능을 하는 장치를 말한다.

제동장치를 설명하기에는 너무나도 광범위하기에 우리들이 알아야 할 기초적인 내용으로 아래와 같이 단락을 나누어 한 달락식 포스팅을 이어가도록 한다.

목차

1. 제동(브레이크) 장치 일반  https://bch4518.tistory.com/38

2. 유압 브레이크  https://bch4518.tistory.com/39

3. 기계식 브레이크  https://bch4518.tistory.com/45

4. 브레이크 배력 장치  https://bch4518.tistory.com/46

5. 제동력 제한 밸브와 제동력 조절밸브  https://bch4518.tistory.com/49

6. 전자제어 시스템  https://bch4518.tistory.com/51

7. 압축공기(에어) 브레이크  https://bch4518.tistory.com/60

8. 전자제어 압축공기 브레이크 시스템  https://bch4518.tistory.com/62

9. 제3브레이크  https://bch4518.tistory.com/63

그럼 오늘은 자동차의 안전장치에서 없어서는 안 될 아주 중요한 장치인 제동(브레이크) 장치를 큰 구성원에서 일반적인 내용에 대하여 알아보도록 하자.

1. 제동(브레이크) 장치 일반

앞서 정의했듯 브레이크는 주행 중인 자동차의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치이며, 자동차의 고속성에 비추어 매우 중요한 것이다. 브레이크는 운전석에 있는 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실린더에서 발생된 유압이 가는 튜브를 통해서 각 바퀴에 있는 휠 실린더나 캘리퍼에 전달되어 작동한다.

브레이크에서 가장 일반적인 것은 바퀴와 함께 회전하는 드럼의 안쪽에서 슈가 휠 실린더에 의해 드럼에 압착되어, 마찰을 일으켜 브레이크 기능을 하도록 되어 있는 드럼 브레이크이다. 이 형식은 브레이크를 여러 번 반복 사용하면 마찰열 때문에 드럼이 팽창하여 나중에는 작용하지 않게 된다. 이 결함을 없애기 위해 디스크 브레이크가 고안되었는데, 이것은 바퀴와 함께 회전하는 디스크를 양쪽에서 패드로 압착하여 마찰을 일으키게 되어 있다. 디스크가 공기 속에 회전하여 열을 발산하므로 여러 번 사용해도 기능이 낮아지지 않는다. 그러나 주차(駐車) 브레이크로서의 기능은 약하기 때문에 중요한 앞바퀴만을 디스크로 하고, 뒷바퀴는 드럼으로 한 차가 많다.

디스크 브레이크는 처음에는 경주용 자동차에 사용되었으나, 오늘날에는 승용차에 널리 보급되고 있다. 대형 트럭이나 버스, 대형 승용차, 고성능 차 등에는 브레이크 기능을 향상시키는 한편, 페달을 밟는 힘을 줄이기 위해 기관의 흡기다 기관(吸氣多岐管)의 음압(陰壓)을 이용하는 등의 배력 장치(培力裝置)를 비치한 것도 있는데, 이러한 것을 서보 브레이크(servo brake) 또는 동력 브레이크라고 한다.

브레이크 회로는 예전에는 1계통으로 되어 있어 회로 파이프의 한 곳이라도 파손되면 전체 브레이크가 작용하지 않게 되어 위험하므로, 근래에는 회로를 앞바퀴용과 뒷바퀴용으로 나누어 2계통으로 한 브레이크(2중 회로 브레이크)가 사용된다. 미국의 안전기준이나 국제 스포츠 법전의 부칙 J 항은 이와 같은 이중 브레이크를 요구하고 있다.

자동차에는 이 밖에 주로 뒷바퀴에 작용하도록 된 주차 브레이크도 장치되어 있으며, 계기판 아래나 바닥 위에 있는 레버를 잡아당겨 기계적으로 작동시킨다. 주차 브레이크는 주 브레이크가 작용하지 않을 때 비상 브레이크로도 사용된다. 최근에는 제동 시 바퀴가 지면에서 미끄러지기 시작하면 이를 감지하여 브레이크를 풀어 미끄러짐을 방지하는 ABS(antilocking brake system)가 사용된다.

2. 제동(브레이크) 장치의 구성과 종류

제동(브레이크) 장치는 보통 운전자의 조직력 또는 보조 동력으로 발생한 마찰력을 이용해 자동차의 운동에너지를 열에너지 등으로 바꾸어 제동 작용을 일으키는 방식으로 작동한다.

승용차에는 대부분 마찰식 가운데서도 유압식이 많이 사용되는데, 운전자가 페달을 밟는 힘이 중간 매체인 유압을 거쳐 바퀴의 제동력으로 변환되도록 되어 있다. 승용차와 달리 버스나 트럭 등 대형 차량에는 공기 브레이크가 많다.

크게 나눠보면

① 운전자의 조직력이나 보조 동력 따위를 이용해 제동에 필요한 힘을 발생시키는 제동력 발생 장치로 진공·유압·공기 브레이크 등 보조 동력과 마스터 실린더, 부스터 등이 있다.

② 제동력 발생 장치에서 발생한 힘을 이용해 차량의 속도를 줄이거나, 차량을 직접 정지시키는 제동장치로 드럼·디스크 브레이크 등이 있다.

③ 제동력 발생 장치에서 발생한 힘을 제동장치에 전달하는 부수 장치 등으로 이루어져 있는데 이는 진공펌프와 에어 컴프레서 등이 속한다.

브레이크는 다시 용도에 따라 자동차의 주행 속도를 낮추거나 급정차하는 데 필요한 제동 브레이크, 주차 또는 정차 상태를 유지하거나 비탈길에서 주정차한 자동차가 미끄러지지 않도록 하는 주차브레이크, 비탈길을 내려갈 때 속도를 제어하는 보조 브레이크 따위로 분류된다.

또 마찰 방식에 따라 마찰식과 비 마찰식으로 나뉜다. 마찰식에는 주차·중앙·휠·상용·유압·공기 브레이크 등이 있고, 비 마찰식에는 감속·배기·엔진·전자식·유체식 브레이크 등이 있다.

3. 브레이크의 분류

브레이크는 용도에 따라 주제동 브레이크, 주차 브레이크 및 보조 브레이크(제3 브레이크)로, 사용 에너지에 따라 유압식, 압축공기식, 전기식, 기계식 브레이크로 분류할 수 있다.

① 주제동 브레이크(service brake system)

주제동 브레이크는 자동차의 주행속도를 낮추거나, 경우에 따라 급정차시키는 데 사용된다. 운전자가 발로 조작하는 족동식(足動式)이 대부분이며, 운전자의 조작력은 유압 또는 공기압이라는 중간 매체를 거쳐 차륜의 제동력으로 변환된다.

주제동 브레이크는 제동력이 전/후 차륜 간에 서로 다르게 모든 차륜에 동시에 작용하도록 설계된다. 페달 담력은 일반적으로 승용차에서는 약 500N, 대형 상용차에서는 약 700N을 초과하지 않도록 설계한다. 더 큰 담력이 필요한 경우에는 배력장치(booster)를 이용한다.

② 주차 브레이크(parking brake system)

주차 브레이크는 주차 또는 정차상태를 유지하거나 또는 언덕길에 주/정차한 자동차가 저절로 굴러가지 않도록 하는 기능을 한다. 안전상의 이유 때문에 대부분 기계식을 사용한다. 승용차의 경우, 손 또는 발로 조작하며 케이블 또는 링키지를 통해 작동시키고 요즘엔 전자식도 있다. 주로 1개의 차축에만 설치된다. 주제동 브레이크가 제 기능을 발휘할 수 없을 경우, 주차 브레이크는 보조 브레이크로서의 기능도 수행할 수 있도록 설계되어 있다.

③ 보조 브레이크(retarding brake system)

긴 언덕길을 하향 주행할 때, 주행속도를 제어하는 데 사용되는 브레이크로 주제동 브레이크나 주차 브레이크 이외의 제동장치를 말한다.

와전류 감속기(eddy current retarder), 배기(exhaust) 브레이크, 유압 감속기(hydro-dynamic retarder) 및 공기저항 감속기(air-resistance retarder) 등이 여기에 속한다.

이 외에도 제동 중 차륜의 슬립(slip)을 자동으로 측정, 제동력을 제어하여 차륜의 잠김(lock : 차륜이 회전하지 않고 미끄러지는 상태)을 방지하는 ABS(Anti-lock Brake System) 시스템을 비롯해서, BAS(Braking Assistance System), SBC(Sensortronic Brake System), TCS(Traction Control System), VDC(Vehicle Dynamic Control；ESP 및 DSC) 등 다양한 전자제어 시스템으로 분류할 수도 있다.

4. 제동장치에 관한 법규(발췌)

각 나라마다 제동장치에 대해 법률 또는 규칙에 제한 또는 강제 조항을 두고 있다. 규제 강도의 차이는 있으나 대부분 거의 유사한 내용들이다.

(1) 우리나라의 법규(자동차 안전기준에 관한 규칙 제15조)

① 주(主) 제동장치와 주차 제동장치는 각각 독립적으로 작용할 수 있어야 하며, 주제동장치는 모든 차륜을 동시에 제동하는 구조일 것. 다만 최고 속도가 25km/h 이하의 자동차는 제동장치를 1계통으로 할 수 있다.

② 피견인 자동차의 주제동장치는 견인자동차의 주제동장치와 연동하여 작동하는 구조일 것. 다만, 차량 총중량이 750kgf 이하의 피견인자동차의 경우에는 관성 제동 구조로 할 수 있다.

③ 자동차에는 주제동장치의 제동 기능 결함을 감지할 수 있도록 운전석에서 브레이크액의 기준 유량(공기식의 경우에는 기준 공기압)을 인지할 수 있는 경고 장치를 갖추어야 한다.

④ 견인자동차와 피견인자동차를 연결한 상태에서의 제동장치는 법에 규정된 기준을 만족하여야 한다. 제동능력은 건조하고 평탄한 포장도로에서 측정한다.

주제동장치의 급제동정지거리 및 조작력 기준(제15조 제1항 제10호 관련)

주제동장치의 제동능력 및 조작력 기준(제15조 제1항 제11호 관련)

주차제동장치의 제동능력 및 조작력 기준(제15조 제1항 제12호 관련)

(2) 외국의 법규(예)

ISO 규정 및 EURO 규정 중 일부 내용들을 간략하게 정리한다.

① 3륜 이상의 자동차는 서로 독립된 2계통의 제동장치를 장착하거나, 1계통의 제동장치에 서로 독립된 2개의 조작 장치를 부착하여, 하나가 고장일 경우 나머지 하나를 작동시킬 수 있는 구조일 것.

② 2계통의 제동장치 중 하나는 기계적으로 작동되어야 하며, 주/정차 시 자동차의 구름을 방지하도록 고정할 수 있는 구조일 것. 그리고 기계식 브레이크는 동시에 최소한 2륜 이상을 제동하는 구조일 것.

③ 주제동 브레이크는 주행속도 50km/h에서 제동할 때 평균 2.5m/s2의 제동감속도를, 주차 브레이크는 1.5m/s2의 제동감속도를 얻을 수 있어야 한다.

④ 2축 이상의 피견인자동차에는 평균 제동 감속도가 최소 2.5m/s2 이상인 제동장치를 갖추어야 한다. 그리고 견인자동차에서 피견인자동차를 분리하였을 경우, 피견인자동차는 그 자신이 주차 상태를 유지할 수 있는 구조이어야 한다.

⑤ 피견인자동차가 연결된 상태에서 견인자동차는 법규에 규정된 제동감속도를 얻을 수 있고, 공차 상태에서의 축 중이 3톤(ton) 이하일 경우의 1축 피견인자동차는 별도의 독립된 제동장치를 생략해도 된다.

⑥ 버스(시외)는 차량 총중량 5.5톤 이상, 기타 자동차나 피견인자동차는 차량 총중량 9톤 이상이면, 반드시 제3브레이크(감속 브레이크)를 추가로 장착해야 한다. 감속 브레이크는 구배 7%, 거리 6km의 언덕길을 최대 적재 상태로 주행할 때, 30km/h 이하의 속도를 일정하게 유지할 수 있는 구조일 것.

⑦ 승용 자동차용 피견인자동차가 1축 식이고, 피견인자동차의 중량이 견인 승용 자동차의 공차 상태 중량에 750N을 더한 값의 1/2 이하일 경우(최대 7,500N 이하)는 별도의 제동장치를 설비하지 않고도 승용 자동차로 견인할 수 있다.

⑧ 최고 속도가 50km/h 이상인 자동차의 경우, 주제동 브레이크의 작동상태를 후방 30m에서 확인할 수 있는 적색 등을 설치할 것.

자동차가 법규를 만족하는 상태일지라도 정기적으로 제동장치를 점검하고 또 확인검사를 받아야 한다.

또 ABS 시스템의 장착을 의무화하는 차종(예 : 승합, 버스, 트럭 등)들이 늘어나고 있다.

 

이상으로 오늘은 제동 장치 첫 번째 시간으로 ‘제동(브레이크) 장치 일반’에 대하여 간단하게 법령과 함께 알아봤다. 다음 시간에는 제동장치 두 번째 시간으로 ‘유압 브레이크’에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 제동 장치의 이해로 자동차 관리에 도움 되어 안전운전으로 쾌적한 자동차 생활이 되시기 바랍니다.