미래의 브레이크: 미래의 제동 시스템

2부. 미래의 자동차에 대한 제동 시스템

"미래의 브레이크” 1부, 에서 자동차의 진화 과정에서 일어난 변화를 분석한 지금, 환경 지속 가능성 변수와 자율 주행 도입과 같은 현재의 트렌드를 바탕으로 미래의 브레이크 시스템이 어떻게 변할지 살펴보겠습니다.

환경 지속 가능성과 제동 시스템: 미래는 어떻게 될까요?

환경 지속 가능성 변수, 특히 가장 어려운 과제인 이산화탄소 배출량 감소부터 시작하겠습니다. 대기 중으로 방출되는 이산화탄소의 양을 줄이려면 소비를 줄여야 합니다. 소비량은 탑재된 엔진 유형 외에도 차량의 무게에 크게 영향을 받습니다. 따라서 무게를 줄이기 위해 브레이크 시스템을 조정해야 합니다.

제동 시스템의 무게를 줄이는 방법

여기서 자동차 제동 시스템의 무게를 줄이기 위해 고려할 기술은 브레이크 디스크, 브레이크 패드 및 캘리퍼입니다.

브레이크 디스크 기술

브레이크 디스크부터 시작하여, 현재 시장에 나와 있는 주요 기술과 곧 출시될 기술들을 분석해보겠습니다.

주철 및 알루미늄의 컴포지트 디스크(BMW)

주철 제동 표면과 알루미늄 허브, 스틸 핀으로 기계적으로 결합: 이 솔루션은 일체형 주철 브레이크 디스크에 비해 무게를 약 15% 줄입니다.

주철 및 스틸의 컴포지트 디스크(MB)

벤츠는 2014년부터 고급 모델에 주철 제동 표면이 강철 허브에 간섭 장착된 브레이크 디스크를 장착하고 있습니다. Brembo에서 벤츠 OE(Original Equipment)로 생산되는 이 솔루션은 무게를 약 15% 줄입니다.

주철과 스틸의 코캐스트 디스크(MB 애프터마켓)

Brembo의 이 솔루션은 주철 제동 표면과 스틸 허브를 공동주조 방식으로 연결해, 성능과 디자인에 영향을 주지 않으면서 무게를 15% 줄입니다.

주철과 알루미늄의 에코 캐스트 디스크

아직 시판되지 않은 Brembo의 솔루션으로, 컴포지트 디스크(제동 표면용 주철과 허브용 알루미늄)를 코캐스팅으로 결합하는 방식입니다.

주철과 알루미늄의 듀얼 캐스트 디스크(1세대 및 2세대)

레이싱 및 스포츠 모델에 적합한 1세대 디스크는 카본 주철 제동 표면과 알루미늄 허브의 두 부분으로 구성되며, 공동주조로 결합하여 무게를 약 20% 줄이고 시스템 탄성을 높여 제동 표면과 허브 사이의 변형 위험을 줄였습니다.

2세대 디스크는 제동 표면과 허브를 연결하는 핀의 위치를 달리하여 디스크 통기성을 개선하고 열 방출 능력과 열 균열에 대한 저항력을 높였습니다.

기계적 연결이 가능한 플로팅 디스크

알루미늄 허브에 연결된 고탄소 주철 디스크는 탄성 부시를 사용하여 시스템 탄성을 보장하고 변형과 원치 않는 진동을 방지합니다.

스틸 및 스테인리스 스틸의 컴포지트 디스크

스테인리스 스틸 제동 표면에 기계적으로 연결된 스틸 허브가 있는 디스크. 스틸을 사용함으로써 제동 표면(최대 8mm)과 허브(2.5mm)의 두께를 모두 줄일 수 있습니다. 제동 표면은 최대 온도를 600°까지 편안하게 견딜 수 있습니다. 주철 디스크에 비해 무게는 약 30% 감소하지만 디스크와 패드 모두의 내구성은 증가합니다. 강판 허브는 구멍과 슬롯이 천공으로 제조되는 것과 달리 딥 드로잉으로 제작됩니다. 제동 표면은 스테인리스 스틸을 냉간 펀칭하여 제작합니다. 그런 다음 두 부품을 조립하고 나머지 표면은 필요한 공차 값을 충족하기 위해 최종 연삭 공정을 거칩니다.

일체형 알루미늄 디스크

알루미늄 소재는 400° 이상의 온도에서 나타나는 중요한 특성으로 인해 특수 브레이크 패드를 사용해야 하는 어려움이 있습니다. 알루미늄을 사용하면 유사한 주철 디스크에 비해 약 40%까지 무게를 줄일 수 있습니다.

카본 세라믹 디스크

카본 세라믹 소재를 제동 표면에 사용한 플로팅 디스크는 주철 디스크에 비해 최대 50%까지 무게를 줄일 수 있습니다. 이 기술은 기타 다음의 장점도 제공합니다: 열 변형 없음, 높고 일정한 마찰 계수, 우수한 내구성(200,000km 이상) 등입니다.

차트 1 - 브레이크 디스크 경량화

그래프 1에는 디스크의 무게를 줄이기 위해 수년 동안 구현된 솔루션이 요약되어 있으며, 위에 나열되어 있습니다. 이러한 솔루션은 슈퍼카와 스포츠카에 처음 사용된 이후 시장의 상당 부분을 차지하는 일반 자동차에도 점차 적용되고 있으며, 이러한 추세는 가까운 미래에 계속될 것으로 보입니다.

브레이크 패드 기술: 프로젝트 라이브라

라이브라 프로젝트는 브레이크 패드에 일반적인 금속 심 대신 섬유유리 심을 사용하는 것을 포함합니다. 따라서 이 심은 현재 브레이크 패드 생산에 사용되는 것과는 상당히 다른 생산 공정에서 마찰재와 함께 성형되며, 다음과 같은 장점이 있습니다:

브레이크 패드 무게 약 30% 감소
열 전도성 감소
부식 문제 해결

이 솔루션은 특히 회생 제동으로 디스크 사용량이 줄어들고 작동 온도가 낮아지며 마모가 적은 전기 자동차의 리어 액슬에 사용하기에 적합합니다.

캘리퍼 기술: 반고체 금속 성형

반고체 금속 성형은 1차 알루미늄(보크사이트를 채굴하여 다른 재료와 합금하여 브레이크 캘리퍼를 생산하는 순수 알루미늄) 대신 2차 알루미늄(재활용 알루미늄에서 유래)으로 알루미늄 브레이크 캘리퍼를 생산할 수 있는 공정으로, 다음의 두 가지 주요 목적을 가지고 있습니다:

재활용 알루미늄을 사용하여 환경에 미치는 영향이 적고 친환경적.
동일한 기계적 강도를 유지하면서 두께를 줄여 기계적 특성을 개선하고 캘리퍼를 경량화

Brembo 기술은 기존 공정에서 사용되는 740° 대신 650°C에서 용융되는 2차 알루미늄을 사용합니다. 이 용융 온도에서 얻은 알루미늄은 반고체 상태로 불순물이 형성되지 않으며, 혼합된 반고체 구조는 구형 또는 구형 구조로 금형에 배열되어 캘리퍼의 기계적 강도를 높입니다. Brembo는 현재 캘리퍼 무게를 약 8% 줄이는 것을 목표로 알루미늄에도 동일한 기술을 적용하기 위해 노력하고 있습니다.

브레이크 패드에서 발생하는 미립자를 줄이는 방법

브레이크 패드 마모로 인해 도로에 쌓이는 구리 및 기타 금속은 특정 수중 미생물에 독성을 나타냅니다. 따라서 2010년 캘리포니아주와 워싱턴주에서는 두 주에서 판매되거나 장착되는 브레이크 패드에 구리 및 기타 중금속 함량을 낮추는 법안을 통과시켰습니다. 이 "더 나은 브레이크 규정"은 전 세계에 영향을 미칠 수 있는 지역 규정으로, 두 주에서 3가지 종류의 유해 금속 함량이 예측되며 2025년부터는 구리 함량이 마찰재 전체 무게의 0.5% 미만인 레벨 N 브레이크 패드만 판매할 수 있습니다.

프로젝트 코브라

Brembo는 Mario Negri Institute, Italcementi 및 Connecting Ambition과 협력하여 기존의 페놀 수지를 시멘트 기반 신소재로 대체하는 새로운 브레이크 패드 생산 기술을 사용하여 브레이크 미립자를 줄이기 위한 프로젝트 코브라에 참여하고 있습니다.

페놀 수지는 페놀과 포름알데히드로 만들어지는데, 이는 휘발성이 매우 강하고 사람의 호흡기로 들어갈 수 있어 매우 위험한 물질입니다.

새로운 시멘트 기반 소재는 기존 소재와 동등한 성능을 제공해야 합니다. 즉, 가장 까다로운 스포츠 분야에서 기대하는 높은 성능 기준을 충족하면서도 미세 입자 배출과 환경에 미치는 영향을 최소화해야 합니다. 새로운 공정은 제동 시 미세 입자를 감소시킬 뿐만 아니라 생산 과정에서 에너지와 물 소비를 줄일 수 있습니다. 화합물은 이미 ECE-R90 승인을 받았습니다.