브레이크 튜닝시 유의할 사항

우리들이 고성능 브레이크 시스템을 선택할 경우 몇 가지 고려하여야 할 사항들이 있습니다. 성능의 우수성과 안전성 그리고 장착상의 편의성 및 경제성 등이 그 것인데 궁극적인 목적은 장기적인 관점에서 소비자들의 욕구를 신뢰성있게 충족시키면서 부작용이 없고 저렴한 비용이 드는 시스템을 선택하는 길일 것입이다.

 

 

 

 

그럼 여기서 우선 브레이크 시스템은 논할 때 반드시 염두에 두어야 할 기본사항들을 짚어 보겠습니다.

1. 브레이크가 자체가 차량을 멈추는 것이 아니고 타이어가 차량을 정지시키는 것이다. 브레이크는 다만 휠과 타이어의 회전을 늦추는 것에 불과하다. 이는 차량의 제동거리는 거의 전적으로 타이어의 마찰력에 의존한다는 것을 뜻한다. 따라서 너무 강한 마찰력으로 타이어의 회전을 조기에 정지시켜 타이어가 노면에 미끌어지게 하는 것(락킹)은 바람직하지 않다.

2. 브레이크는 기계적 에너지를 열에너지로 변화시키는 역할을 하는데 이때 발생하는 열은 시스템 주변이나 대기중으로 방출되어야 한다. 레이싱용 2피스 로터의 경우는 발생열의 10%가 전도로 45%가 복사로 그리고 나머지 45%가 대류에 의하여 방출되고 있으며 1피스 로터의 경우는 전도와 대류로 각각 25% 그리고 나머지 50%는 복사에 의하여 방출된다. 따라서 발생열의 10%만 감당하고 있는 2피스(piece) 로터가 25%를 감당하여야 하는 1피스 로터 보다 유리하다.

3. 브레이크를 연속적으로 과격하게 사용하려면 디스크의 효율적인 열 방출능력과 동시에 높은 열 저장능력이 요구된다. 단위 무게당 디스크의 면적이 넓거나 공기 통과율이 높을수록 보다 빠르게 열 방출이 가능하고 따라서 시스템의 효율이 높아진다. 로터의 지름이 크고 가운데가 비어 있는 2피스 로터가 우수하다는 것을 말함.

4. 조절과 균형이 제동력 자체 만큼이나 중요하다. 브레이킹 시스템의 목적은 락킹현상이 없이 모든 타이어의 마찰력을 최대한 이끌어 내는데 있다. 따라서 이를 성취하기 위하여 앞뒤 브레이크 시스템의 발란스가 매우 중요하다. 동시에 운전자가 페달을 밟는 속도, 깊이 및 강약으로 제동력을 자유자재로 조절할 수 있어야 한다. 단순하게 앞쪽이나 뒤쪽만의 일방적인 성능 업그레이드는 큰 의미가 없다.

5. 브레이킹 성능은 단순한 브레이크를 넘어선 그 이상이다. 최고급 시스템이라고 할지라도 효율적으로 작동하기 위해서는 타이어와 서스펜션 그리고 운전자의 테크닉을 최대한 활용하여야 한다. 최상의 조건이 될려면 차량의 전후좌우의 적절한 무게 배분, 낮은 무게 중심, 긴 축거, 보다 높은 뒷쪽 무게 비중 그리고 뒤쪽의 강한 다운포스가 요구된다.

 

** 브레이킹과 관련된 몇가지 물리적 특성과 정의

1. 기계적인 페달 비
어느 누구도 차량을 멈출 정도로 강하게 마스타실린더를 직접 누를 수는 없다. 브레이크 페달은 운전자의 답력을 지레의 원리에 의하여 증폭시키게 설계되어 있다. 일반적으로 4 : 9 정도의 비율을 가지고 있는데 이것이 크면 그만큼 힘은 커지며 페달 행정은 길어진다.

2. 브레이크 라인의 압력
페달이 눌려지는 힘으로 마스타실린더에서 발생하는 유압으로 실질적으로 브레이킹 시스템을 작동시키는 힘이다. 주로 PSI로 표시되는데 이는 운전자의 페달 답력에 페달 비를 곱하고 마스타실린더의 단면적으로 나누어 구할 수 있다. 여기서 마스타실린더의 단면적은 작을수록 압력이 높아짐을 알 수 있다. 일반적으로 정지시는 800PSI 정도 그리고 작동시에는 2,000PSI에 이른다.

3. 압착력(Clamping force)
캘리퍼의 압착력은 캘리퍼의 피스톤에 의하여 디스크 로터에 구현된다. 이는 브레이크 라인의 압력(PSI)과 캘리퍼의 피스톤 단면적에 비례한다. 캘리퍼가 고정식이든 부동식이든 상관하지 않는다. 다만 여기서 패드의 단면적은 압착력의 크기와는 무관하다는 점을 유의할 필요가 있다.

4. 브레이킹 토크(제동 토크)
우리가 브레이크 부분을 논할 때 중요한 것은 라인의 유압이나 캘리퍼의 피스톤 압착력이나 브레이크 오일 등이 아니라 실질적이고 최종적으로 제동력이 발휘되는 브레이킹 토크이다. 이 힘은 다음과 같이 구할 수 있다.
제동 토크 = 디스크의 유효 반지름 x 캘리퍼 피스톤의 압착력 x 패드와 디스크의 마찰 계수
일반적으로 전륜 한 바퀴의 최대 제동토크는 그 자동차의 엔진토크를 능가하는 것이 정상이다.

 

 

** 앞 뒤 브레이크의 편차

급격한 브레이킹에서 안정성과 조종성은 적어도 제동력의 크기 만큼이나 중요하다. 픽업에서 F1 머쉰에 이르기까지 모든 자동차들은 브레이킹 토크의 대부분이 앞 바퀴에 걸려있다. 여기에는 두 가지 이유가 있다.

첫째, 공기역학적인 다운포스를 무시한다면 자동차의 네 바퀴의 하중의 합계는 어떠한 조건에서도 동일해야 한다. 자동차가 감속할 때 차량의 무게가 뒤에서 앞으로 이동한다. 하중의 이동은 무게 중심의 높이와 휠 베이스의 길이 그리고 감속의 정도에 비례하여 결정된다. 서스펜션 튜닝에 의한 앤티다이브 지오메트리는 실질적으로 하중 이동의 양에는 영향을 미치지 않는다. 다만 이동의 결과가 다를 뿐이다.

둘째, 브레이킹시 타이어가 잠기게 되면 제동능력이 크게 줄어들 뿐만아니라 횡적 이동능력을 완전히 상실한다. 그러므로, 앞바퀴가 뒷바퀴보다 먼저 잠기면 스티어링 콘트롤이 불가능해지고 차량은 앞으로만 미끌어지게된다.

그러나, 이 언더스티어는 적어도 크게 위험하지는 않다. 간단하게 페달에서 힘을 조금만 줄이면 스티어링 콘트롤이 되살아나기 때문이다. 그러나 만약 뒷바퀴가 먼저 잠기게 되면 그 결과는 즉각적인 오버스티어로 이어지고 자동차는 스핀하게 된다. 이 것은 특히 코너링시에 발생하면 회복하기 어려운 매우 치명적으로 불안정한 상태가 된다.

대부분의 미드 엔진 레이싱 전용카는 후륜에 하중의 55-60%를 그리고 제동 토크의 45-50%를 배분한다. 이 차량들은 말 그대로 엄청난 공기역학적인 다운포스를 발생시킨다. 따라서 후륜 타이어의 자국이 항상 전륜보다 선명하다.

대부분의 승용차들은 전엔진이다. 그 들 중 어느 차량도 상당한 수준의 다운로드를 가지고 있지 않으며 그 모두가 앞뒤 동일한 사이즈의 타이어를 장착하고 있다. 극단적인 경우 (즉 FF의 경우) 70% 정도의 하중을 전륜이 부담하고 있다. 따라서, 거기에 상응하는 앞 바퀴의 제동 토크가 주어지게 설계되어 있다.

대부분의 최신 차량들은 모두 ABS 시스템을 장착하고 있다. 정교한 ABS 시스템은 각기 다른 노면 위에서도 각각의 타이어가 최대한의 능력을 발휘하는 수준에서 제동하게 된다. 이는 ABS 시스템이 타이어의 잠김 상태를 방지하기 때문이다.

 **리어 브레이크 라인 압력 제한 밸브

뒷 바퀴에서 앞 바퀴로의 하중 이동이 뒷바퀴의 제동 능력을 떨어뜨리기 때문에 ABS가 장착되지 않은 대부분의 승용차에서 후륜의 잠김을 방지하기 위하여 브레이크 라인의 압력 제한 밸브가 필요하다. 그것의 기능은 급격한 제동시 뒷바퀴 쪽에 전달되는 브레이크 라인의 압력의 양을 제한하는 것이다.

일정 시점에 도달하기 전에는 텐덤 마스터 실린더의 지름이 동일하다면 전후륜 라인의 압력은 동일하다. 그 시점부터는 브레이크 패달을 점점 더 강하게 밟아도 후륜 라인의 압력은 전륜에 비하여 보다 느린 속도로 올라간다. 그래프로 보면 분명하게 꺾인 점이 나타난다. 그 이상부터는 상승이 급격하게 둔화된다. 후륜의 잠김을 방지하기 위해서이다. 급제동시 후륜의 하중이 엄청나게 전륜으로 이동될 때 오는 오버스티어를 방지하기 위함이다.

따라서, 압력 제한 밸브를 제거하는 것은 옳지 않다. 언더스티어는 크게 위험하지는 않지만 오버스티어는 그렇지 않기 때문이다. 그러므로 ABS가 없는 차량에서도 급제동 시 후륜 타이어가 먼저 잠기는 법은 없는 것이다. 따라서 스트리트용 차량에서 후륜 브레이크 토크를 증가시키는 것은 결코 바람직하지 않다. 즉 브레이크 시스템은 앞뒤 밸란스가 매우 중요한 것이다.

 

 

 

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