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브레이크 시스템의 진화

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2004-10-14 17:51:03

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브레이크 시스템의 진화

오늘날의 자동차에 대부분 예외없이 장치되어 있는 디스크 브레이크는 항공기로부터 연유한 것. 안전하게 단거리에서 정지하는 이 시스템은 철도와 자동차 등에 널리 보급되어 있다. 이번에는 엔진 이상으로 중요한 부품인 브레이크 시스템의 역사를 살펴 보자.

제 2차 대전 후 폭발적으로 보급되기 시작한 자동차에는 대전 전에는 볼 수 없었던 몇 개의 특징이 있다. 그 하나로서 디스크 브레이크의 일반화를 들 수 있다. 또 안전성 향상을 위해 브레이크의 2계통화, 그리고 안티 스키드 장비로서 유압 컨트롤 방식의 PCV 밸브, 컴퓨터를 사용한 전자제어방식(ESC), 그리고 가장 넓에 채용된 ABS가 있다. 이러한 실용화에는 실은 제 2차 대전 중에 급속히 진보한 항공기술에 힘입은 바가 크다.
왜냐하면 디스크 브레이크, 안티 스키드 장비, 그리고 이야기가 약간 다르지만 텔레스코픽 쇽 업소버는 이미 고속화해 착륙시에 거대한 부하가 걸려 항공기의 장착장비(랜딩 기어)에는 불가결한 요소였기 때문이다.
대전 전부터 군용기를 중심으로 올레오(Oleo)각이라고 하는 강제착륙 장치가 개발되었는데 올레오란 기름을 의미하는데로 현행의 유압식 쇽 업소버와 같은 원리의 시스템이 스프링으로서 사용되었다. 그리고 착륙 후의 스피드 컨트롤을 위한 디스크 브레이크에 안티 스키드 시스템을 조합시킨 것인 채용되었다.
항공기의 개발에는 전체적으로 막대한 비용이 들어간다. 신기술의 채용에 있어서도 물론 상식적으로는 어려운 방법들이 동원되었다. 예를 들면 강제착륙장치의 경우에도 자동차 메이커에서는 불가능한 비용을 들여 개발이 진행되었는데 그것은 전쟁이라는 비상상황이기 때문에 가능했던 일이었다. 그리고 그 혜택을 받은 것이 전후의 자동차 메이커였다.

최초의 디스크 브레이크 채용은 미국차였다

디스크 브레이크를 시판승용차로서 최초로 채용한 것은 항공기 생산의 경험과 노하우를 살린 크라이슬러사였다.(1949년) 그런데 세계적으로 주목을 끌게 되었던 것은 던롭사가 항공기술을 살려 개발한 디스크 브레이크를 장착한 재규어 C타입(스포츠 레이싱카)으로 르망을 시작으로 하는 레이싱계에서 활약했다.
던롭사는 이 분야에서는 개척자적인 역할을 했는데 1965년 혁신적인 로드카 젠센 C V8 FF에는 오늘날의 ABS로 이어지는 동사가 개발한 맥서레이트식 안티 스키드 브레이크 시스템(디스크 타입)이 세계 최초로 채용되었다. 젠센 FF는 이 역시 시판형으로서 세계적으로 앞선 4WD시스템도 주목을 끌었다.
말할 것도 없이 브레이크는 엔진과 서스펜션, 스티어링 등과 같이 자동차에는 불가결한 요소다. 그런데 막 태어날 당시의 자동차는 속도가 아주 낮았기 때문에 마차에서 이어받은 초보적인 것으로도 어느정도 해결할 수가 있었다. 하지만 전회에도 이야기한 것처럼 자동차의 속도는 예의 파리 레이스를 계기로 해마다 향상되었다. 20세기에 들어서자 일상 주행에서도 50km/h를 넘는 것은 다반사였다.
제 1차 대전(1914∼1918년) 전에는 시판차의 브레이크는 두 종류였다. 풋 브레이크는 트랜스미션 샤프트에 장착된 드럼으로 작동하고 또 하나의 핸드 브레이크는 후륜의 브레이크 드럼으로 작동했다. 핸드 브레이크 레버는 통상은 차체 바깥쪽에 설계되었다.
그런데 트랜스미션 브레이크는 디퍼렌셜과 구동축에 과대한 부담이 걸렸기 때문에 긴급시를 제외하면 핸드 브레이크가 주로 사용되었다.
후륜의 드럼 브레이크는 원리상으로는 그 후의 갓과 같아 1960년대까지 브레이크의 주류를 이루었다. 그런데 어느 시대에도 그 때문에 발생하는 마찰열은 골치거리로 기술자들을 괴롭혔다.
여기에 대응해 나온 것이 수냉 브레이크다. 예를 들면 1902∼1904년까지의 메르세데스에는 페달을 밟으면 드럼 위의 물탱크에서 물방울이 떨어지는 간단한 시스템이 채용되었다.
또 1907∼1910년의 이스파노 수이자 20/24마력형과 40마력형에는 중공(中空)의 주조 알루미늄 브레이크 슈와 엔진 냉각수가 플랙시블 튜브로 연결되는 시스템이 채용되었다.

낙타 털을 이용한 브레이크 슈도 있었다.

드럼 브레이크의 최대의 난점은 브레이크 라이닝이 열 때문에 표면이 녹기도 하고 드럽의 변형이 일어나기도 하는 것이었는데 그것을 어느정도 해결한 하나의 발명이 이루어졌다. 그것이 오늘날에는 인체에 해롭다는 것으로 판명된 석면제 브레이크였다. 발명한 것은 허버트 플랫이었다. 상품명은 ‘페로드’였는데 이 브레이크는 1905년 이래의 자동차에 예외없이 채용되었다. 그때까지의 브레이크 슈의 재질은 다양해 가죽, 나무, 압축한 섬유, 낙타의 털로 짠 직물 등이 있고 당연히 빨리 마모되었다. 금속과 금속의 마찰에 의한 브레이크도 있었는데 소리가 아주 컸고 벌겋게 달아오르는 경우가 많았다.
앞서 얘기했듯이 초기 자동차의 브레이크는 후륜(과 구동륜)에만 장착되어 있었는데 전후륜 모두에 장착하려는 시도도 1차 대전 전부터 일어나기 시작했다. 스코틀랜드의 아롤 젠스톤, 이탈리아의 이소타 프라스키니(Isota Fraskini, 1909년)가 그것이다. 그런데 전후륜의 브레이크 힘의 밸런스를 운전자가 조절하기는 아주 어려운 일이었고 위험을 수반했다.
당시의 브레이크는 모두 로드 혹은 와이어를 매개로 한 답력 또는 손의 힘(사이드 브레이크)를 기계적으로 각 차륜에 전달하는 시스템이었다. 그리고 유압 브레이크(4륜)를 처음으로 채용한 것은 미국의 뛰어난 레이싱카 메이커로 알려졌던 듀센버그(Dusenburg, 1921년)였다. 그리고 전후륜 브레이크는 1920년대에 들어서면서 일반화되었다.
역시 양산차로서는 신흥이있던 1923년 창립한 크라이슬러 70(1924년)이 최초였다.
모두에 서술했듯이 현재의 브레이크의 주류는 디스크 타입으로 되어 있는데 이 방식은 20섹 초두에 일찍이 고안된 것이다.
영국의 란체스터사는 영국에서 최초로 4륜 가솔린 자동차를 제작(1895년)했는데 동사를 운영하고 있던 란체스터 3형제는 지극히 독창적인 아이디어의 소유자로 예를 들면 자동 트랜스미션의 최초 채용(프리 셀렉터식 트랜스미션)으로도 알려져 있다. 그리고 회전원반에 패드를 압착시킨 디스크 브레이크도 채용했었다.

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