브레이크페달
브레이크페달(brake pedal)은 운전자가 제동을 하기 위해 발로 조작하는 페달이다. 브레이크페달은 자동차의 스티어링휠 중심으로 내려보면 거의 가운데에 있으며, 가속페달(액셀)의 바로 왼쪽에 위치한 넓은 직사각형 모양의 페달이다.[1]
개요[편집]
브레이크페달은 브레이크 장치를 작동하여 마찰을 줘서 바퀴의 속도를 줄이는 조작을 한다. 브레이크페달은 지렛대의 원리를 이용한 것으로 작용점을 중심으로 설치되어 페달을 밟으면 고정점에서 푸시로드에 작용하는 힘이 마스터 실린더의 피스톤을 밀어 유압이 발생되고 이 유압은 각 휠 실린더에 일정하게 전달된다. 브레이크페달은 지렛대의 작용을 이용하여 밟는 힘이 3∼6배 정도의 힘을 마스터 실린더에 전하는 것이 주목적으로 사람과 기계가 상관되는 접점이다. 브레이크페달을 밟았을 때 마스터 실린더 유압이 브레이크 라이닝을 밀어서 드럼에 닿을 때까지의 간격을 행정 또는 자유 유격이라고 한다. 브레이크의 효력과는 별도로 페달 행정이 너무 작으면 나무를 밟고 있는 것 같아 컨트롤하기 힘들고 느낌도 나쁘다. 반대로 행정이 너무 커져도 물렁물렁한 느낌으로 좋지 않으며 드럼이 편심(偏心)되어 있으면 브레이크 페달의 반력(킥백)을 느끼게 되고 앤티로크 브레이크도 작동 중에는 반력이 있다.
브레이크페달을 이용한 브레이크를 풋브레이크라고 부르며 자동차의 안전성과 직결되는 매우 중요한 장치이다. 브레이크페달을 누르는 힘은 작아도 바퀴를 누르는 힘은 커지면서 적은 힘으로 큰 질량의 자동차를 제동시킬 수 있다. 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 유압 시스템에 압력을 가해 유압력으로 전환시키고 브레이크 라인을 통해 휠 실린더에 전달된 뒤 휠 실린더에서 다시 기계적 압력인 제동으로 변환된다. 자동차에서 브레이크페달을 가속페달보다 크게 만든 이유는 가속도다 제동이 중요하고 언제든 바로 밟을 수 있게 하기 위해서이다.[2][3][4][5][6]
브레이크페달을 이용하여 제동할 때 차량이 가지고 있는 운동 에너지를 소모해야 한다. 일반적인 차량은 마찰 브레이크를 통해 운동 에너지를 전부 열로 변환하여 소모한다. 전기자동차, 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드와 같은 전기모터 동력 장치가 탑재된 차량 및 일반적인 전기기관차와 전동차는 제동장치에 발전기를 장착하여 차량의 운동 에너지로 돌려서 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하면서 제동할 수도 있다. 발생하는 전기 에너지를 배터리에 저장하거나 전원으로 되돌려보내는 식으로 재사용이 가능하게 구성하면 회생제동이고 저항으로 보내서 열로 다 태워버리는 그냥 전기식 제동이면 발전제동이 된다.[7]
원리[편집]
지렛대 원리[편집]
지렛대 원리는 고대 그리스의 수학자 및 물리학자인 아르키메데스가 고안해 냈다. 지렛대는 작은 힘을 큰 힘으로 바꾸는 장치다. 지렛대는 막대를 받치는 고정된 받침점, 힘이 작용하는 힘점, 힘이 작용되는 작용점으로 구성된다. 힘점과 받침점 사이의 거리와 작용점과 받침점 사이 거리에 따라 더 큰 힘을 내거나 짧은 길이를 움직여서 물체를 멀리 움직일 수 있다.[8]
파스칼 원리[편집]
파스칼 원리는 1653년 블레즈 파스칼이 발견하였다. 파스칼의 원리는 밀폐된 공간에 채워진 액체나 기체의 일부분에 압력을 가했을 때 이 압력은 밀폐된 모든 면에 같은 크기로 전달된다는 원리이다. 단면적에 작용하는 힘이 똑같고 모든 면으로 동일한 압력이 가해지기 때문에 힘을 조금만 가해도 큰 힘이 발휘될 수 있다. 이렇게 유체의 압력을 이용해 동력을 전달하는 장치를 유압장치라고 부른다. 자동차 브레이크 역시 이와 같은 원리를 이용했다. 브레이크 페달을 누르면 유압로의 유체가 분사되고 페달을 누르는 압력이 지렛대의 원리에 따라 큰 힘으로 증폭되어 바퀴를 잡아주는 장치인 휠실린더로 전달된다. 크고 무거운 자동차지만 발 밑 페달을 누르는 작은 힘 만으로 빠른 속도로 이동하던 자동차가 멈출 수 있게 된다.[9]
스펀지 현상[편집]
자동차 주행 시 운전자 안전을 위한 가장 중요한 장치 중의 하나가 바로 제동장치이다. 일반적으로 운전자는 브레이크 패드 또는 센서 불량 등에 의한 제동 문제에 대해서는 알고 있지만 브레이크 페달을 밟았을 때 페달이 쑥 들어가 버리는 스펀지 현상에 대한 원인은 정확하게 알지 못하고 있다. 운전 중 브레이크 작동 시 발생하는 스펀지 현상이 발생하게 되면 순간적으로 당황할 수밖에 없다. 스펀지 현상이란 제동 회로 내에 공기 함입 시 제동 페달을 밟아도 압력이 생기지 않고 페달이 쑥 밀려 들어가 제동이 되지 않는 현상을 말한다.
원인[편집]
- ABS 모듈레이터 불량에 의한 원인
ABS 시스템은 안티 스키드(Anti-skid) 시스템이라고도 하며 차량이 급제동할 때 자동차 바퀴의 잠김을 방지하기 위하여 노면과 타이어 간의 접착력에 맞추어 휠 브레이크의 제동 압력과 휠의 조향력을 제어하는 시스템이다. 일반적으로 자동차의 주행 속도가 10km 이상에서 시스템이 작동을 하게 되며 ABS가 장착된 자동차는 바퀴마다 스피드 센서가 부착되어 있어 센서에서 감지되는 정보가 전달되어 한쪽 바퀴가 잠기게 되면 그 바퀴만 펌핑하여 네 바퀴의 균형을 유지시켜 주어 차량이 미끄러지는 스키드 현상을 방지해 주게 된다. 이러한 전자 제어 기능 역할을 담당하는 장치를 ABS 모듈레이터라고 하는데 각 바퀴를 담당하는 밸브가 따로 연결되어 있기 때문에 4개 모두 정상적으로 작동하여야 한다. 이때 모듈레이터의 문제가 발생하게 되면 압력 전달이 되지 않아 스펀지 현상이 나타나게 된다. ABS 모듈레이터의 불량이 발생할 경우 제동 시 차량이 한쪽만 제동이 작동하는 편제동으로 인하여 미끄러지거나 운전자가 방향을 제어할 수 없는 위험한 상황을 초래할 수 있다. 계기판의 경고등이 점등되거나 편제동의 발생한다면 반드시 ABS 브레이크 모듈레이터를 점검하여야 한다.
- 브레이크 호스 불량에 의한 원인
브레이크 호스는 브레이크 작동 시 브레이크액 압력이나 공기압을 전달하기 위하여 양축을 연결하는 호스이다. 일반적으로 고무 또는 스테인리스 스틸 재질로 되어있는데 고온의 오일의 열기에 의해 고무 재질의 브레이크 호스의 경우 쉽게 팽창하는 단점이 있어 제동거리 단축 또는 스펀지 현상 방지하며 브레이크 반응 향상을 위하여 특수 코팅된 고무 재질 호스 또는 스테인리스 재질을 주로 사용하고 있다. 브레이크 호스가 고온의 열기로 인하여 팽창할 경우 피스톤 압력이 저하되어 제동력이 떨어지게 되며 호스 파손 또는 손상까지 일어날 수 있다. 브레이크 호스가 손상을 입을 경우 압력이 떨어지게 되어 제동 기능 저하와 함께 스펀지 현상이 발생하게 된다. 따라서 스펀지 현상이 나타난다면 1차적으로 브레이크 호스 상태를 점검해 볼 필요가 있다.
- 브레이크 마스터실린더 불량에 의한 원인
브레이크 마스터 실린더는 유압식 브레이크에 있는 브레이크를 밟을 때 발생하는 기계적인 힘을 유압의 힘으로 바꾸는 유압 실린더를 말한다. 즉 브레이크 페달을 밟는 힘을 유압으로 전환해주는 부품이다. 제동의 원리를 간단하게 정리하면 마스터 실린더 내부에 들어 있는 브레이크액과 피스톤에 의해 발생된 유압이 브레이크 호스를 통하여 휠 실린더에 전달되게 되고 휠 실린더에 있는 피스톤의 유압으로 브레이크 패드를 디스크에 밀착시켜 제동력을 발생시키게 된다. 이때 브레이크 마스터 실린더 내의 리턴 스프링 압축 고무가 마모되면 유압이 떨어지게 되고 이로 인하여 페달에 힘이 가해져도 오일 누유 현상이 발생하여 브레이크 스펀지 현상이 나타나게 된다.[10]
각주[편집]
- ↑ 〈브레이크 페달〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈브레이크 페달 자유 유격〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 정보e세상, 〈자동차 브레이크 원리 및 종류〉, 《티스토리》, 2020-05-08
- ↑ KUSARF, 〈자동차 제동 장치의 구조 & 원리〉, 《네이버 블로그》, 2017-11-21
- ↑ 장가드, 〈자동차 엑셀 위치/ 브레이크 위치 알아봐요〉, 《네이버 블로그》, 2019-04-02
- ↑ 디테일러 윙, 〈자동차 브레이크 위치 엑셀 위치 헛갈리면 안 돼요〉, 《네이버 블로그》, 2019-11-07
- ↑ 〈회생제동〉, 《나무위키》
- ↑ 〈지렛대〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 문현식, 〈무거운 차를 손바닥 만한 페달로 멈추는 비결〉, 《이웃집과학자》, 2018-12-26
- ↑ 〈브레이크 페달 스펀지 현상 원인과 해결〉, 《카카오 콘텐츠》, 2019-03-08
참고자료[편집]
- 〈브레이크 페달〉, 《네이버 지식백과》
- 〈브레이크 페달 자유 유격〉, 《네이버 지식백과》
- 〈지렛대〉, 《네이버 지식백과》
- 〈회생제동〉, 《나무위키》
- 정보e세상, 〈자동차 브레이크 원리 및 종류〉, 《티스토리》, 2020-05-08
- KUSARF, 〈자동차 제동 장치의 구조 & 원리〉, 《네이버 블로그》, 2017-11-21
- 장가드, 〈자동차 엑셀 위치/ 브레이크 위치 알아봐요〉, 《네이버 블로그》, 2019-04-02
- 디테일러 윙, 〈자동차 브레이크 위치 엑셀 위치 헛갈리면 안 돼요〉, 《네이버 블로그》, 2019-11-07
- 문현식, 〈무거운 차를 손바닥 만한 페달로 멈추는 비결〉, 《이웃집과학자》, 2018-12-26
- 〈브레이크 페달 스펀지 현상 원인과 해결〉, 《카카오 콘텐츠》, 2019-03-08
같이 보기[편집]
