브레이크 페이드

차량 제동계통 페이드(pade) 또는 브레이크 페이드(freed)는 특히 고부하 또는 고속 조건에서 브레이크를 반복 또는 지속적으로 적용한 후 발생할 수 있는 정지 출력의 감소다. 브레이크 페이드(break pade)는 자동차, 트럭, 오토바이, 비행기, 자전거 등 마찰 제동장치를 이용하는 모든 차량에서 하나의 요인이 될 수 있다.

브레이크 페이드(bread)는 브레이크 표면의 열 축적과 브레이크 시스템 구성 요소의 후속 변화 및 반응에 의해 발생하며 드럼 브레이크와 디스크 브레이크 모두에서 발생할 수 있다. 정지 동력 상실 또는 소멸은 마찰 페이드, 기계적 페이드 또는 유체 페이드로 인해 발생할 수 있다. 브레이크 페이드(ped)는 적절한 장비와 재료 설계 및 선택과 양호한 냉각에 의해 현저하게 감소할 수 있다.

브레이크 페이드 현상은 고성능 주행 중 또는 길고 가파른 언덕을 내려갈 때 가장 자주 발생한다. 그것은 그들의 구성 때문에 드럼 브레이크에 더 널리 퍼져있다. 디스크 브레이크는 열이 로터와 패드로부터 더 쉽게 방출될 수 있고 대부분의 차량의 경우 프론트 브레이크의 표준 기능이 되기 때문에 브레이크 페이드에 훨씬 더 강하다.

브레이크 페이드의 원인

브레이크 페이드라고 불리는 마찰의 감소는 온도가 온도-마찰 곡선의 "크네프포인트"에 도달하고 가스가 디스크와 패드 사이에 쌓일 때 발생한다.^{[citation needed]} 모든 브레이크 라이닝은 가열 및 냉각 곡선 배영 후 기계적 압력으로 경화되며, 마찰 재료를 최대 232°C(450°F)까지 가열하여 페놀 수지 열전셋 폴리머를 "경화"(크로스링크)한다. 페놀 수지는 열가소성 수지가 아니라 열가소성 수지이기 때문에 결합 수지는 녹지 않는다. 이러한 형태의 페이드에서는 브레이크 페달이 딱딱하게 느껴지지만 정지 능력이 감소한다. 페이드 또한 브레이크 액이 비등하여 압축성 가스가 방출될 수 있기 때문에 발생할 수 있다. 이러한 유형의 페이드에서는 브레이크 페달이 "스펀하게" 느껴진다. 대부분의 유형의 브레이크 액이 다양한 정도로 흡수되기 쉬운 물과 같은 유체 내에 오염물질이 있을 경우 이 상태가 악화된다. 이러한 이유로 브레이크 오일 교체는 표준 유지 관리다.

자체 보조 브레이크 페이드

밴드 브레이크와 많은 드럼 브레이크와 같은 다양한 브레이크 설계는 자체 유지된다. 브레이크가 작동되면 브레이크 메커니즘에 제동력의 일부가 다시 공급되어 브레이크를 추가로 자체 작동시킨다. 이것을 "긍정적 피드백" 또는 "자수적 서비스"라고 한다. 자가 보조 장치는 브레이크 작동에 필요한 입력력을 감소시키지만, 패드 마찰재의 높이나 두께가 감소하면 패드 힘도 감소하기 때문에 페이드 현상이 커진다. 이와는 대조적으로, 기존의 디스크 브레이크와 같이 자가 보조가 없는 브레이크의 경우, 패드 마찰재의 상실은 패드 힘을 변화시키지 않기 때문에 주어진 입력력에 대한 브레이크 토크 반응에서 필요한 손실이 없다.

자기 평가 메커니즘은 물 펌프와 페이드의 양에 영향을 미친다. 예를 들어 아우스코 램버트와 머피 브레이크는 패드 마찰에 대략 비례하는 자기보조장치를 가지고 있기 때문에 전체 제동은 대략 마찰에서 손실의 사각형만큼 감소한다. 밴드 브레이크와 많은 공통 드럼 브레이크와 같은 다른 자기 평가 설계에는 $e{\displaystyle {}^{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{\mu \theta }}^{}}$ ${\$}}이$($가) 설명한 지수 자기 평가자가 있는데$,$ $여기$서 e ${\displaystyle e}$은 자연 로그 베이스, $\mu {\displaystyle }$ ${\displaysty \mu}$은 신발과 드럼 사이의 마찰 계수, $\theta {\displaystyle }$ ${\st$.$yle \theta }$은(는) 신발과 드럼 사이의 교전각이다. 마찰의 작은 변화는 자기 보조에 기하급수적인 변화를 일으킨다. 많은 일반 브레이크에서 마찰력이 약간 증가하면 고른 경량 적용으로 휠 잠금이 발생할 수 있다. 예를 들어 축축한 아침에 드럼 브레이크는 첫 번째 작동 시 잠길 수 있으며, 브레이크 페달을 놓은 후에도 멈춤으로 미끄러져 정지할 수 있다. 반대로 마찰력이 약간 감소하면 브레이크 페이드 현상이 심해질 수 있다.

페이드의 원인이 되는 요인

브레이크 페이드 고장이 폭포처럼 발생할 수 있다. 예를 들어 일반적인 5축 트럭/트레일러 조합에는 브레이크가 10개 있다. 브레이크 한 개가 닳으면 브레이크 부하가 나머지 9개 브레이크에 전달돼 더 열심히 일하고 뜨거워져 더 희미해진다. 페이드 상태가 균일하지 않은 경우 페이드로 인해 차량이 방향을 바꿀 수 있다. 이 때문에 무거운 차량은 조향 휠에 불균형적으로 약한 브레이크를 사용하는 경우가 많아 정지 거리가 손상되고 비조향 휠의 브레이크가 더 강하게 작용해 페이드 현상이 악화된다. 디스크 브레이크와 같은 로우파이드 브레이크의 장점은 조향 휠이 브레이크 조향을 일으키지 않고도 더 많은 제동을 할 수 있다는 것이다.^[1]

브레이크 페이드(fed)는 일반적으로 무거운 제동이나 지속적인 제동 중에 발생한다. 많은 고속 차량은 디스크 브레이크를 사용하고, 많은 유럽 중형 차량은 디스크 브레이크를 사용한다.^[1] 미국과 제3세계 중형차 상당수가 구입가격이 낮아 드럼브레이크를 사용하는 것으로 나타났다. 중형 차량의 경우 공기 드래그가 중량에 비해 작은 경우가 많기 때문에 브레이크는 일반 자동차나 오토바이보다 상대적으로 더 많은 에너지를 소모한다. 따라서 중형 차량은 종종 엔진 압축 제동을 사용해야 하며, 제동에너지가 더 긴 간격에 걸쳐 소멸되도록 속도를 줄여야 한다. 최근 미국에서는 FMVSS-121이라는 북미 표준을 사용하여 드럼 브레이크와 디스크 브레이크의 정지 거리를 테스트하기 위한 연구가 수행되고 있다. 그 결과 일반적으로 디스크 브레이크에 사용되는 마찰재의 새로운 배합을 드럼 브레이크에 적용할 경우 제동 거리나 브레이크 페이드에 사실상 차이가 없다는 것을 알 수 있었다. 미국이 2012년에 건설한 8등급 트럭에 대한 FMVSS-121 규정을 변경하여 정지거리를 약 1/3로 줄이자, 현행법에는 드럼이나 디스크 브레이크를 사용할 것을 권고하지 않았다.

새로운 드럼 기술과 이러한 드럼 내부의 터빈 냉각 장치는 또한 과중한 임무 적용에서 어떤 엣지 디스크 브레이크도 제거했다. 특수하게 구성된 드럼 내부에 브레이크 터빈을 설치하면 온도가 반으로 여러 번 절단되고 브레이크 페이드도 거의 제거된다.

브레이크 고장은 브레이크 슈 간극이 마모되어 과도해지는 브레이크 드럼 열팽창에 의해서도 발생한다. 이것은 1950년대에 자가 조정 브레이크에 의해 크게 개선되었다.^[2] 드럼 에어 브레이크가 장착된 트럭에서는 마모와 함께 부적응한 조정이 여전히 한 요인이다.^[3] 자체 조정 브레이크를 사용하는 트럭의 10% 이상이 임의로 정지된 대형 트럭을 대상으로 한 캐나다 조사에서는 자체 조정 메커니즘의 고장이나 자체 조정기의 용량을 초과하는 마모로 인해 적어도 하나의 브레이크가 조정되지 않았다. 신형 브레이크 피스톤("칸")은 스트로크를 약 65mm에서 약 75mm까지 연장한다. 약 30mm의 스트로크가 패드를 드럼에 접촉시키는 것만으로도 사용되기 때문에 추가된 10mm의 스트로크는 유용한 스트로크가 25% 이상 증가한다. 스트로크가 길면 특히 마모 관련 페이드 현상이 줄어들지만 드럼 브레이크는 여전히 기본적으로 뜨거워지면 페이드되기 쉽다.

냉각 후, 브레이크 슈 및/또는 패드를 눈에 띄게 변경하지 않고 빛바랜 브레이크는 보통 이전과 같이 작동한다. 단, 브레이크가 지나치게 뜨거운 상태가 장기간 지속되면 신발과 패드의 마찰 라이닝 모두에 유리가 발생할 수 있다. 이 경우 라이닝의 접촉 표면은 부드럽고 빛나는 외관을 가지며, 제동 중인 차량의 속도를 늦추기 위해 효율적으로 작동하지 않는다. 이 글레이징은 에메리 종이에 부드럽게 사용하거나 몇 마일 동안 브레이크의 가벼운 사용을 구현하면서 차량을 조심스럽게 주행함으로써 쉽게 제거할 수 있다.

때때로 브레이크 페이드에 대해 잘못된 설명은 열선내장 브레이크 슈가 증발하여 드럼에서 분리되는 가스를 발생시킨다는 것이다. 그러한 효과는 상상하기 쉽지만, 그러한 효과에 필요한 많은 양의 가스로 인해 물리적으로 불가능하다. 가스 베어링은 패드나 신발에 접근할 때 표면에 가스가 없기 때문에 디스크나 드럼이 움직이는 만큼 빨리 가스를 보충해야 할 것이다. 또한 디스크 브레이크는 동일한 소재를 많이 사용하며 디스크가 뜨겁게 빛날 때에도 페이드 현상이 거의 없이 잘 작동한다. 브레이크 재료가 드럼 온도에서 과소평가되면 디스크 온도에서도 과소평가되어 상당히 퇴색될 수 있다. 디스크는 페이드 현상이 거의 없기 때문에, 그들은 또한 아웃가싱이 페이드의 원인이 아니라는 것을 보여준다. 일부 디스크 브레이크는 드릴로 뚫거나 슬롯을 설치하지만 부드러운 디스크는 더 이상 페이드하지 않는다.

드럼 브레이크가 장착된 트럭에 의해 만들어진 고속도로의 긴 이중 타이어 스키드 마크는 브레이크 반응과 페달 압력 사이의 비선형성을 보여주는 가시적인 예다. 대형 트럭은 경제적이고 동등한 디스크 브레이크가 없는 곳에 쉽게 장착되기 때문에 드럼 브레이크를 여전히 사용한다. 보다 최근에 트럭용 디스크 브레이크는 자기애시스트(self-servo)가 없기 때문에 가능한 페이드 없음과 같은 목록 기능이 촉진되었다.^[4]

철도

철도는 승용차에 디스크 브레이크를 60년 이상 사용해 왔지만, 바퀴가 레일 표면에 잠기고 미끄러질 때(열차가 지나가는 것처럼 일정한 뱅뱅뱅 소음으로 들릴 때) 플랫 스폿(또는 "스퀘어 휠")을 만들지 않기 위해 롤로크론 안티 록 시스템과 결합했다.바퀴가 레일 이음매 위로 굴러서 만든 귀리). 보통 브레이크 디스크는 차축의 중앙에 설치되지만, 일부 애플리케이션(예: 봄바디어 바이레벨 통근차)에서는 트럭 프레임 바깥쪽의 차축 끝단에 탑재된 하나의 디스크만 사용된다. 고속 열차(TGV 등)는 차축당 4개의 디스크를 사용할 수 있다.

화물차(그리고 트랙션 모터가 디스크 브레이크를 배치할 수 있도록 차축에 공간을 주지 않는 복수 유닛 자동차와 같은 일부 승용차는 바퀴의 구르는 표면을 직접 잡는 걸쇠 브레이크가 장착되어 있다(예년도의 낡은 마차 브레이크와 유사함). 그러한 브레이크는 외부 쇼 드럼 브레이크지만, 밴드 브레이크와 많은 내부 쇼 드럼 브레이크와는 달리 자기 보조/자습적인 효과가 없기 때문에 자기 보조 브레이크보다 잠금에 훨씬 덜 취약하다. 이러한 걸쇠 브레이크는 높은 강성과 상대적으로 낮은 출력으로 인해 많은 디스크 브레이크에 비해 잠기기 쉬우므로 이를 사용하는 화물차에는 잠김방지 장치가 갖추어져 있지 않다.

현대 세라믹 브레이크의 첫 번째 개발은 1988년 TGV 응용을 위해 철도 산업에 종사하는 영국 기술자들에 의해 이루어졌다. 목표는 매우 빠른 속도와 모든 온도에서 안정적인 마찰을 제공할 뿐만 아니라 차축당 브레이크 수인 중량을 줄이는 것이었다. 그 결과는 탄소 섬유 강화 세라믹 공정으로, 현재 자동차, 철도 및 항공기 브레이크 적용을 위해 다양한 형태로 사용되고 있다.

주행 기술을 통한 페이드 제어

브레이크 페이드 및 로터 뒤틀림은 적절한 제동 기술을 통해 감소할 수 있다. 브레이크 페이드 및 로터 뒤틀림은 브레이크가 필요한 긴 다운그레이드를 실행할 때 단순히 더 낮은 기어를 선택한다(자동 변속기의 경우 기어 선택 후 스로틀을 짧게 적용해야 할 수 있음). 또한 브레이크의 연속적인 적용보다는 주기적인 방법으로 작동 사이에 냉각시킬 수 있다. 브레이크의 연속적인 빛 적용은 마모 및 브레이크 시스템에 열을 가하는 과정에서 특히 파괴적일 수 있다.^[5]

페이드 감소를 위한 브레이크 수정

고성능 브레이크 구성품은 브레이크 페이드 감소와 마찰력을 개선하여 제동력을 향상시킨다. 마찰 계수가 표준 브레이크 패드보다 높은 라이닝 소재에 의해 개선된 마찰이 제공되며, 반면 녹는점이 더 높은 고가의 바인딩 레진과 더불어 기체 경계층을 감소시키는 슬롯형, 드릴형 또는 딤플 디스크/로터의 사용을 통해 브레이크 페이드 현상이 감소한다.열 방출 브레이크의 열 증가는 차가운 공기를 브레이크로 유도하는 차체 개조 작업을 통해 추가로 해결할 수 있다.

'기체 경계층'은 드럼브레이크가 발생했을 때 브레이크 페달 아래에 벽돌처럼 느껴져 자체 서보 효과에 실패한 핫 로드 역학 설명이다. 이러한 효과에 대응하기 위해 브레이크 슈를 드릴로 천공하고 가스를 배출하도록 슬롯을 달았다. 그럼에도 불구하고, 드럼 브레이크는 그들의 자기 서비스 효과를 위해 버려졌다. 디스크는 작용력이 그 결과로 발생하는 제동력에 직각으로 적용되기 때문에 그러한 힘을 가지고 있지 않다. 상호 작용이 없다.

가스 배출의 추종자들은 오토바이, 자전거 그리고 "스포츠" 자동차에 그러한 믿음을 전달해 왔으며, 같은 자동차 회사의 다른 모든 디스크 브레이크 사용자들은 내부 방사상 공기 통로가 사용되기는 하지만 디스크의 면에 구멍이 없다. 가스를 배출할 수 있는 환기구가 철도, 항공기, 승용차 브레이크 등에서 발견되지 않은 것은 배출할 가스가 없기 때문이다. 한편, 무거운 트럭은 같은 공간을 차지하기 때문에 여전히 드럼 브레이크를 사용한다. 철도는 확장되는 드럼 브레이크가 미끄러져 강철 바퀴에 값비싼 플랫 스팟을 일으키기 때문에 한번도 내부 확장 브레이크를 사용한 적이 없다.

디스크 브레이크와 드럼 브레이크는 브레이크 표면의 열을 제거하는 모든 기법으로 개선될 수 있다.

드럼 브레이크 페이드(pade)는 드럼 드릴링의 오래된 "핫 로드더(hot lodder)" 기법에 의해 감소할 수 있고 전반적인 성능이 다소 향상될 수 있다. 조심스럽게 선택된 형태의 구멍은 드럼 작업 구간을 통해 드릴로 뚫리고, 드럼 회전은 소량의 공기를 신발을 통해 드럼 틈으로 원심분리로 펌핑하여 열을 제거하며, 물이 원심분리로 배출되기 때문에 워터웨트 브레이크에 의한 페이드 현상이 감소하며, 일부 브레이크 재료의 먼지는 구멍에서 빠져나간다. 브레이크 드럼 드릴링에는 브레이크 드럼 물리학에 대한 세심한 세부 지식이 필요하며 전문가에게 남겨지는 것이 가장 좋은 기술일 것이다. 필요한 수정을 안전하게 할 성능 브레이크 숍이 있다.

브레이크 오일 과열에 의한 브레이크 페이드(페달 페이드라고도 함)는 브레이크 패드와 브레이크 캘리퍼 피스톤 사이에 있는 열 장벽을 사용하여 감소시킬 수 있으며, 이는 패드에서 캘리퍼로 열 전달을 감소시키고 유압 브레이크 오일도 감소시킨다. 일부 고성능 레이싱 캘리퍼에는 이미 티타늄이나 세라믹 소재로 만든 브레이크 히트 실드가 포함되어 있다. 그러나 기존 브레이크 시스템에 맞는 애프터마켓 티타늄 브레이크 히트 실드를^[6] 구입하여 브레이크 열로부터 보호할 수도 있다. 이 삽입물은 가능한 한 많은 패드를 덮을 수 있도록 정밀 절단한 것이다. 비교적 저렴하고 설치도 간편해 레이서나 트랙데이 매니아들에게 인기가 높다.

브레이크 페이드 방지를 위해 사용되는 또 다른 기법은 페이드 스톱 브레이크 쿨러의 통합이다. 티타늄 히트 실드와 마찬가지로 브레이크 쿨러는 브레이크 패드 백킹 플레이트와 캘리퍼 피스톤 사이에서 미끄러지도록 설계되어 있다. 그것들은 높은 열전도율, 높은 항복강도 금속 복합체로 구성되며, 이 복합체는 인터페이스에서 캘리퍼 외부와 기류에서 열제거원으로 열을 전달한다. 그들은 캘리퍼 피스톤의 온도를 20% 이상 낮추고 또한 식히는 데 필요한 시간을 현저하게 줄이는 것으로 나타났다.^[7] 그러나 티타늄 히트 실드와 달리 브레이크 쿨러는 실제로 열을 주변 환경으로 전달하여 패드를 냉각시킨다.

참고 항목

• 디스크 브레이크
• 드럼 브레이크

참조 및 출처

외부 링크

• 마찰재료표준연구소
• 티타늄 브레이크 히트 실드에 대한 실험실 테스트 결과
• 하드 브레이크 티타늄 브레이크 히트 실드 기술 정보
• 페이드 스톱 브레이크 쿨러 개발
• 브레이크 페이드 완화