풋 브레이크는 페달에 실린 힘을 브레이크 본체에 전달하고 디스크 브레이크는 원판이 마찰열을 발생시켜 속도를 줄입니다.
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애니메이션에서 자동차가 급제동하는 장면을 보면, 타이어가 회전을 멈추면서 노면과의 마찰로 연기가 피어오릅니다. 매우 익숙한 장면이지만 이것은 잘못된 묘사입니다. 회전을 멈추면 타이어는 노면 위에서 미끄러집니다. 마찰이 전혀 발생하지 않는 것은 아니지만 그렇게 크지 않습니다.
구동력의 마찰력의 반력인 것처럼 자동차를 감속시키거나 멈추게하는 제동력도 마찰력의 반력입니다. 주행 중에 타이어를 본래 회전하던 속도보다 느리게 회전시키면 타이어와 노면 사이에 마찰이 발생해 제동력이 발휘됩니다. 타이어의 회전을 느리게 할수록 마찰력이 커지며 제동력도 커집니다.
로크업
그러나 구동력의 경우와 마찬가지로 타이어와 노면의 마찰력에는 한계가 있습니다. 타이어의 회전을 너무 늦추면 마찰력의 한계를 넘어서서 마찰이 발생하지 않습니다. 그러면 타이어의 회전이 멈추고, 타이어는 노면 위에서 미끄러집니다. 이것을 로크업이라고 합니다.
비탈길에서 타이어가 노면을 누르는 힘이 약해지기 때문에 마찰력의 한계가 낮아져 로크업이 일어나기 쉽습니다. 특히 내리막길의 겨웅, 자동차의 중량 중 노면에 대해 수평인 부분이 구동력처럼 작용하기 때문에 경사가 없는 노면보다 큰 구동력이 필요해집니다.
ABS
이런 마찰력의 한계를 감지하며 브레이크 조작을 하기는 어렵습니다. 그러나 현재는 로크업을 방지하는 장치인 ABS가 필수장치로 탑재되기 떄문에 특별한 페달 조작이 필요하지 않습니다.
브레이크 본체
제동을 위해 타이어의 회전을 늦추는 장치가 제동 장치입니다. 제동 장치도 마찰을 이용하는 장치로, 마찰열(운동에너지가 열에너지로 변환)을 일으켜 타이어의 회전을 늦춥니다. 제동 장치 가운데 바퀴의 회전축인 차축에 장착되어 실제로 마찰열을 발생시키는 부분을 브레이크 본체라고 합니다. 브레이크 본체의 종류로는 디스크 브레이크와 드럼 브레이크가 있습니다.
풋브레이크
브레이크 본체를 작동시키는 힘은 다름 아닌 운전자의 발힘입니다. 그래서 이 제동 장치를 풋브레이크라고 합니다. 힘을 전달하는 데는 유압기구가 이용됩니다. 브레이크 페달의 밑동 부근에는 브레이크 마스터 실린더라는 실린더와 피스톤이 장착되어 있는데 여기서 유압이 발생합니다.
브레이크 본체에도 유압으로 힘을 발생시키는 실린더와 피스톤이 장착되어 있으며, 브레이크 파이프나 브레이크 호스라는 배관을 이용해 마스터 실린더와 연결되어 있습니다. 브레이크 페달을 밟으면 마스터 실린더에 유압이 발생하고, 그 유압이 브레이크 본체를 작동시킵니다.
X자형 계통식
유압기구의 경우, 배관의 어딘가 한 군데라도 구멍이 뚫리면 유압을 전달하는 액체가 새어나와 힘을 전달하지 못합니다. 그래서 유압 브레이크 시스템은 안전을 위해 반드시 두 계통으로 나뉘어 있습니다. 읿나적으로 오른쪽 앞바퀴와 왼쪽 뒷바퀴, 왼쪽 앞바퀴와 오른쪽 뒷바퀴가 한 조를 이룹니다. 이렇게 조합할 경우 배관이 X자 모양이 되기 떄문에 이 브레이크 배관을 X자형 계통식이라고 합니다. 참고로 ARS 장치는 이 유압 배관의 중간에 설치합니다.
풋 브레이크의 유압 시스템
브레이크 페달을 밟은 힘이 마스터 실린더에서 유입되어 각 바퀴의 브레이크 본체로 보내집니다.
브레이크의 유압 경로
- 브레이크 마스터 실린더 : 브레이크 페달의 움직임에 따라 피스톤이 밀려 유입을 발생시키빈다.
- 배력 장치 : 브레이크 페달을 밟는 힘을 보조합니다.
- 브레이크 페달 : 지렛대의 작용으로 페달을 밟은 힘보다 강한 힘을 마스터 실린더에 전달할 수 있습니다.
- 브레이크 호스 : 바퀴 등 움직이는 부분의 유압 배관에 사용합니다
- 브레이크 파이프 : 차내나 바닥 등 움직이지 않는 부분의 유압 배관에 사용됩니다.
- 브레이크 본체 : 마찰을 발생시켜 바퀴의 회전을 늦추는 장치입니다
브레이크 플루이드
예전에는 풋 브레이크의 유압 기구에서 유압의 전달에 사용되는 액체를 브레이크 오일이라고 불렀지만 지금은 브레이크 플루이드라고 부를 때가 많습니다.
디스크 브레이크
디스크 브레이크는 차축과 함께 회전하는 금속제 원판의 양쪽을 마찰재로 눌러서 마찰을 발생시킵니다. 원판을 디스크 로터 또는 브레이크 디스크라고 하며, 마찰재를 브레이크 패드라고합니다. 패드마다 실린더와 피스톤이 장착되어 있는 경우도 있지만, 한 조의 실린더와 피스톤으로 양쪽 패드를 움직이는 시스템이 일반적입니다.
브레이크 캘리퍼
패드가 장착된 부분을 브레이크 캘리퍼라고 하며 여기에 실린더와 피스톤을 내장합니다. 브레이크 캘리퍼는 로터에 걸치듯이 배치되며, 로터와 마주하는 면에 패드를 장착합니다. 브레이크 캘리퍼는 로터의 회전축 방향으로 이동할 수 있도록 만들어져 있습니다. 캘리퍼의 경우 마스터 실린더에서 전달된 유압에 피스톤이 밀리면 오른쪽 패드가 왼쪽으로 이동해 로터를 누릅니다. 이떄 캘리퍼는 반력을 받습니다.
이 반력에 캘리퍼 전체가 오른쪽으로 이동하면서 왼쪽이 패드가 로터에 눌립니다. 반력을 이용하기 때문에 양 패드가 누르는 힘은 항상 같습니다.
피스톤 실
피스톤이 유압에 밀려날 때는 피스톤 주위에 배치된 피스톤 실이라는 고무로 만든 부품이 변형됩니다. 그리고 브레이크 페달에서 발을 뗴어 유압이 저하되면 피스톤 실의 탄력으로 피스톤이 제자리로 돌아가기 때문에 패드가 로터에서 떨어집니다.
벤틸레이티드 디스크 브레이크
참고로 브레이크는 과열에 약합니다. 그래서 방열 효과를 높이기 위해 노터 내부에 방사형으로 통풍 구멍을 뚫어놓는 디스크 브레이크도 일부 있습니다. 이런 유형을 벤틸레이디트 디스크 브레이크라고 합니다.
디스크 브레이크의 작동
- 브레이크 마스터 실린더에서 유압을 보냅니다.
- 피스톤이 전지합니다.
- 오른쪽의 브레이크 패드가 디스크 로터를 누릅니다.
- 오른쪽 브레이크 패드를 누르는 힘의 반력으로 캘리퍼가 이동합니다.
- 캘리퍼가 이동함에 따라 왼쪽의 브레이크 패드가 디스크 로터에 눌립니다.