유압 브레이크

Hydraulic brake
유압 디스크 브레이크 시스템의 주요 구성 요소를 나타내는 도식입니다.

유압 브레이크는 일반적으로 글리콜 에테르 또는 디에틸렌 글리콜을 포함하는 브레이크 오일을 사용하여 제어 메커니즘에서 제동 메커니즘으로 압력을 전달하는 브레이크 메커니즘의 배열입니다.

역사

1904년 영국 레디치의 Frederick George Heath(Heath Hydraulic Brake Co., Ltd)는 핸들 바 레버와 피스톤을 사용하여 유압(water/glycerine) 브레이크 시스템을 고안하여 사이클에 장착했습니다.그는 "사이클 및 모터용 유압 작동 브레이크 개선"과 이후 개선된 유연한 고무 유압 파이프에 대한 특허 GB190403651A를 획득했습니다.

1908년 영국 브리스톨의 어니스트 월터 웨이트는 4륜 유압 브레이크 시스템을 고안하여 자동차에 장착했다.1908년 12월 영국(GB190800241A)에서 특허를 취득했고 이후 유럽과 미국에서 특허를 취득해 1909년 런던 모터쇼에 출품했다.그의 형인 윌리엄 허버트 웨이트는 특허를 개선했고(GB190921122A), 둘 다 1909/10년에 설립되었을 때 브리스톨 브릿지 스트리트 23번지의 중량 특허 자동차 브레이크사에 배정되었습니다.브리스톨의 럭웰 레인에 공장을 가지고 있던 이 회사는 1910년 11월 런던 모터쇼에서 전시된 힐과 볼 차체가 장착된 메탈러기크 섀시에 4륜 유압 브레이크 시스템을 설치했다.비록 더 많은 차들이 브레이크 시스템을 장착했고 회사는 광고를 많이 했지만, 그것은 마땅한 성공을 거두지 못한 채 사라졌다.

녹스 모터사는 1915년 트랙터 [1]사업부에서 유압 브레이크를 사용했다.

말콤 루그헤드(나중에 록히드라는 이름으로 철자를 바꾼 사람)는 1917년에 [2][3]그가 특허를 낸 유압 브레이크를 발명했다.프랑스에서 "Lockheed"는 브레이크 오일을 가리키는 일반적인 용어입니다.

Fred Dusenberg는 1914년 자신의 경주용[4] 자동차에 록히드사의 유압 브레이크를 사용했고, 그의 자동차 회사인 Dusenberg는 1921년 Dusenberg 모델 A에 이 기술을 처음으로 사용했다.

1915년부터 [5]미국 매사추세츠 주 스프링필드의 녹스 자동차 회사는 트랙터에 유압 브레이크를 장착하고 있었습니다.

이 기술은 자동차 사용으로 발전되었고 결국 오늘날에도 여전히 사용되고 있는 자체 동력식 유압 드럼 브레이크 시스템의 도입으로 이어졌다(Edward Bishop Boyon, London, 1927년 6월 28일).

건설

승용차, 오토바이, 스쿠터 및 모페드를 위한 유압 브레이크의 가장 일반적인 배열은 다음과 같습니다.

  • 브레이크 페달 또는 레버
  • 푸시 로드(작동 로드라고도 함)
  • 피스톤 어셈블리를 포함하는 마스터 실린더 어셈블리(피스톤 하나 또는 두 개, 리턴 스프링, 일련의 개스킷/O링 및 오일 탱크로 구성됨)
  • 강화유압라인
  • 브레이크 캘리퍼 어셈블리는 일반적으로 1개 또는 2개의 중공 알루미늄 또는 크롬 도금 강철 피스톤(캘리퍼 피스톤이라고 함), 열전도 브레이크 패드 세트 및 차축에 부착된 로터(브레이크 디스크라고도 함) 또는 드럼으로 구성됩니다.

이 시스템은 보통 글리콜 에테르 기반 브레이크 오일로 채워집니다(다른 오일도 사용할 수 있습니다).

한 때, 승용차는 일반적으로 네 바퀴 모두에 드럼 브레이크를 사용했습니다.나중에 디스크 브레이크가 앞쪽에, 드럼 브레이크가 뒷쪽에 사용되었습니다.그러나 디스크 브레이크는 열 방산이 더 우수하고 '페이드'에 대한 저항성이 더 높으므로 일반적으로 드럼 브레이크보다 안전합니다.그래서 4륜 디스크 브레이크는 가장 기본적인 차량을 제외한 모든 차량의 드럼을 대체하면서 점점 더 인기를 끌고 있다.그러나 많은 2륜 차량 디자인은 뒷바퀴에 드럼 브레이크를 계속 사용합니다.

다음 설명에서는 / 및 단순 디스크 브레이크 구성에 대한 용어를 사용합니다.

시스템 운용

Crystal Project video camera.png
미군 훈련 영화:유압 브레이크 작동(1983년경)

유압 브레이크 시스템에서는 브레이크 페달을 밟을 때 푸시 로드가 마스터 실린더 내의 피스톤에 힘을 가하여 브레이크 오일 탱크에서 나온 오일이 보상 포트를 통해 압력 챔버로 흐르게 한다.그 결과 전체 유압 시스템의 압력이 증가하여 유압 라인을 통해 오일이 하나 이상의 캘리퍼 쪽으로 이동하게 되며, 캘리퍼가 하나 이상의 착석된 O-링에 의해 씰링된 하나 이상의 캘리퍼 피스톤에 작용하여 오일 누출을 방지합니다.

그런 다음 브레이크 캘리퍼 피스톤이 브레이크 패드에 힘을 가하여 회전하는 로터에 밀면 패드와 로터 사이의 마찰로 제동 토크가 생성되어 차량이 느려집니다.이 마찰로 인해 발생하는 열은 로터의 통풍구와 채널을 통해 방산되거나 패드를 통해 전도됩니다. 패드는 케블라 또는 소결 유리와 같은 특수 내열성 재료로 만들어집니다.

또는 드럼 브레이크에서 유체가 휠 실린더에 들어가 회전 드럼 내부에 1개 또는 2개의 브레이크 슈를 누른다.브레이크 슈는 디스크 브레이크에 사용되는 패드와 유사한 내열성 마찰 재료를 사용합니다.

이후 브레이크 페달/레버를 놓으면 마스터 실린더 어셈블리의 스프링이 마스터 피스톤을 제자리로 되돌릴 수 있습니다.이렇게 하면 캘리퍼의 유압이 먼저 완화되고 캘리퍼 어셈블리의 브레이크 피스톤에 흡인이 가해지며, 피스톤이 하우징 안으로 다시 이동하고 브레이크 패드가 로터를 해제할 수 있습니다.

유압 브레이크 시스템은 폐쇄형 시스템으로 설계되어 있습니다. 시스템에 누출이 없는 한 브레이크 오일이 브레이크 오일에 유입되거나 유출되지 않으며, 사용 시 오일이 소모되지 않습니다.그러나 누출은 O-링의 균열이나 브레이크 라인의 펑크로 인해 발생할 수 있습니다.두 가지 유형의 브레이크 오일이 혼합되거나 브레이크 오일이 물, 알코올, 부동액 또는 기타 [6]액체에 오염될 경우 균열이 발생할 수 있습니다.

유압 브레이크 시스템의 예

유압 브레이크는 에너지를 전달하여 물체(일반적으로 회전하는 축)를 멈추게 합니다.매우 단순한 브레이크 시스템에서는 실린더 2개와 디스크 브레이크 1개만 있으면 실린더 내부에 피스톤이 있는 튜브를 통해 실린더를 연결할 수 있습니다.실린더와 튜브는 압축할 수 없는 오일로 채워져 있습니다.두 실린더는 부피는 같지만 지름이 다르므로 단면적이 다릅니다.작업자가 사용하는 실린더를 마스터 실린더라고 합니다.회전 디스크 브레이크는 단면이 큰 피스톤에 인접합니다.마스터 실린더의 직경이 슬레이브 실린더의 절반이므로 마스터 실린더의 단면이 4배 작다고 가정합니다.이제 마스터 실린더의 피스톤을 40mm 아래로 누르면 슬레이브 피스톤이 10mm 이동합니다.마스터 피스톤에 10N의 힘이 가해지면 슬레이브 피스톤이 40N의 힘으로 압압합니다.

이 힘은 마스터 피스톤, 페달 및 피벗 지점 사이에 연결된 레버를 삽입하여 더욱 증가할 수 있습니다.페달에서 피벗까지의 거리가 피벗에서 연결된 피스톤까지의 거리의 3배인 경우 페달을 밟을 때 페달 힘을 3배로 곱하여 10N이 마스터 피스톤에서 30N, 브레이크 패드에서 120N이 됩니다.반대로 페달은 마스터 피스톤의 3배만큼 움직여야 합니다.페달을 120mm 아래로 누르면 마스터 피스톤이 40mm 이동하고 슬레이브 피스톤이 브레이크 패드를 10mm 이동합니다.

컴포넌트 상세

(일반 경차 브레이크 시스템의 경우)

4륜차에서 FMVSS Standard 105, [7]1976은 마스터 실린더를 내부적으로 두 개의 섹션으로 분할해야 하며, 각 섹션은 별도의 유압 회로를 가압한다.각 섹션은 하나의 회로에 압력을 공급합니다.이 조합을 탠덤 마스터 실린더라고 합니다.승용 차량에는 일반적으로 전방/후방 분할 브레이크 시스템 또는 대각 분할 브레이크 시스템이 있습니다(오토바이 또는 스쿠터의 마스터 실린더는 프론트 브레이크가 될 단일 장치만 가압할 수 있습니다).

프론트/리어 분할 시스템은 하나의 마스터 실린더 섹션을 사용하여 프론트 캘리퍼 피스톤을 가압하고 다른 섹션을 사용하여 리어 캘리퍼 피스톤을 가압합니다.현재 대부분의 국가에서는 안전을 위해 분할 회로 브레이크 시스템이 법률에 규정되어 있으며, 한 회로가 고장나더라도 다른 회로는 여전히 차량을 정지시킬 수 있습니다.

대각 분할 시스템은 1967년 생산 연도에 American Motors 자동차에 처음 사용되었습니다.프론트 우측과 리어 좌측에는 작동 피스톤이 하나, 프론트 좌측과 리어 우측에는 두 번째 작동 피스톤이 단독으로 제공됩니다(두 피스톤 모두 단일 풋 페달에서 각각의 결합 라인을 가압합니다).두 회로 중 하나에 고장이 발생할 경우, 하나 이상의 프론트 휠 브레이크(중량 전달로 인해 프론트 브레이크가 제동력의 대부분을 제공)가 있는 다른 회로는 기계적 손상을 입은 차량을 정지시키기 위해 손상되지 않은 상태로 유지됩니다.1970년대까지 대각선 분할 시스템은 미국에서 판매되는 자동차들 사이에서 보편화되었다.이 시스템은 시스템 고장 시 보다 나은 제어와 안정성을 유지하기 위해 전륜 구동 자동차의 서스펜션 설계로 개발되었습니다.

1967년식부터 Volvo 140 시리즈에 삼각 스플릿 시스템이 도입되었으며, 프론트 디스크 브레이크는 4기통 배열이며, 두 회로 모두 각 프론트 휠과 리어 휠 중 하나에 작용합니다.이 배열은 후속 모델 시리즈 200과 700을 통해 유지되었다.

마스터 실린더의 직경과 길이는 브레이크 시스템의 성능에 상당한 영향을 미칩니다.직경이 큰 마스터 실린더는 캘리퍼 피스톤에 더 많은 유압 오일을 공급하지만, 주어진 감속을 달성하기 위해 더 많은 브레이크 페달 힘과 더 적은 브레이크 페달 스트로크가 필요합니다.직경이 작은 마스터 실린더는 반대 효과가 있습니다.

마스터 실린더는 또한 두 섹션 간에 서로 다른 직경을 사용하여 캘리퍼 피스톤 한 세트 또는 다른 세트의 오일량을 늘릴 수 있으며 이를 "퀵 와인딩" M/C라고 합니다.연비를 높이기 위해 "저저항" 프론트 캘리퍼와 함께 사용됩니다.

급제동 시 리어 브레이크에 대한 압력을 줄이기 위해 비례 밸브를 사용할 수 있습니다.이는 리어 브레이크를 제한하여 리어 브레이크를 잠글 가능성을 줄이고 회전 가능성을 크게 줄여 줍니다.

파워 브레이크

진공 부스터 또는 진공 서보는 휠이 4개인 대부분의 최신 유압 브레이크 시스템에 사용됩니다.진공 부스터는 마스터 실린더와 브레이크 페달 사이에 부착되어 운전자가 가하는 제동력을 배가시킵니다.이들 유닛은 중앙을 가로질러 움직이는 고무 다이어프램이 있는 중공 하우징으로 구성되어 2개의 챔버를 형성합니다.스로틀 바디 또는 엔진의 흡기 매니폴드의 저압 부분에 부착하면 장치의 양쪽 챔버 압력이 낮아집니다.양쪽 챔버의 저압에 의해 생성되는 평형은 브레이크 페달을 밟을 때까지 다이어프램이 움직이지 않도록 합니다.리턴 스프링은 브레이크 페달을 밟을 때까지 다이어프램을 시작 위치에 유지합니다.브레이크 페달을 밟으면 공기 밸브가 열리고 기압 공기가 부스터의 한 챔버로 유입됩니다.한쪽 챔버에서 압력이 높아지기 때문에 다이어프램의 면적과 차압에 의해 생성되는 힘으로 다이어프램이 하부 압력 챔버를 향해 이동합니다.이 힘은 운전자의 발에 가해지는 힘과 더불어 마스터 실린더 피스톤을 누른다.비교적 작은 직경의 부스터 유닛이 필요합니다. 매우 보수적인 50% 매니폴드 진공의 경우 면적 0.03m2의 20cm 다이어프램에 의해 약 1500N(200n)의 보조력이 생성됩니다.격막은 챔버 양쪽의 힘이 평형에 도달하면 움직임을 멈춥니다.이는 (페달 작동 중지로 인해) 공기 밸브가 닫히거나 "런아웃"에 도달한 경우에 발생할 수 있습니다.런아웃은 한 챔버 내의 압력이 대기압에 도달하여 현재 정체된 차압에 의해 추가 힘을 생성할 수 없을 때 발생합니다.런아웃 지점에 도달한 후에는 운전자의 풋포스만 사용하여 마스터 실린더 피스톤을 추가로 작동시킬 수 있습니다.

마스터 실린더의 오일 압력은 한 쌍의 강철 브레이크 튜브를 통해 압력 차동 밸브로 이동합니다. 이 밸브는 두 가지 기능을 수행합니다. 즉, 두 시스템 간의 압력을 균등하게 하며, 한 시스템이 압력을 잃으면 경고를 제공합니다.압력 차동 밸브에는 2개의 챔버(유압 라인이 부착되는 챔버)가 있으며, 챔버 사이에 피스톤이 있습니다.어느 한쪽 라인의 압력이 평형을 이루면 피스톤은 움직이지 않습니다.한쪽 압력이 손실되면 다른 쪽 압력이 피스톤을 움직입니다.피스톤이 장치 중앙에 있는 단순한 전기 프로브와 접촉하면 회로가 완성되고 작동자에게 브레이크 시스템 고장이 경고됩니다.

브레이크 튜브는 압력 차동 밸브에서 휠에 있는 브레이크 유닛으로 압력을 전달합니다.휠은 자동차와 일정한 관계를 유지하지 않으므로 차량 프레임의 강철 라인 끝에서 휠의 캘리퍼까지 유압 브레이크 호스를 사용해야 합니다.강철 브레이크 튜브가 구부러지도록 하면 금속 피로가 유발되고 궁극적으로 브레이크 고장이 발생합니다.일반적인 업그레이드는 표준 고무 호스를 스테인리스 스틸 와이어로 외장 보강된 세트로 교체하는 것입니다.편조된 와이어는 압력 하에서 팽창이 거의 없으며 일정한 제동력만큼 페달 행정량이 적으면서 브레이크 페달에 더 단단한 느낌을 줄 수 있습니다.

'파워 유압 브레이크'라는 용어는 엔진 구동 펌프가 중앙 어큐뮬레이터에서 지속적인 유압을 유지하는 매우 다른 원리로 작동하는 시스템을 가리킬 수도 있습니다.운전석 브레이크 페달은 단순히 밸브를 제어하여 휠에 있는 브레이크 유닛으로 압력을 블리딩할 뿐 피스톤을 눌러 마스터 실린더에 압력을 실제로 생성하지는 않습니다.이러한 형태의 브레이크는 에어 브레이크 시스템과 유사하지만 작동 매체로 유압 오일을 사용합니다.그러나 에어 브레이크에서는 브레이크를 해제하면 시스템에서 공기가 배출되므로 압축 공기를 보충해야 합니다.파워 유압 브레이크 시스템에서는 브레이크가 해제되면 휠에 있는 브레이크 유닛에서 엔진 구동 펌프로 저압 상태의 오일이 반환되므로 중앙 축압기는 거의 즉시 재압축됩니다.따라서 파워 유압 시스템은 자주 정차하고 출발해야 하는 차량(예: 도시의 버스)에 매우 적합합니다.또한 지속적으로 순환하는 유체는 추운 기후에서 공기 시스템을 괴롭힐 수 있는 동결 부품 및 수집 수증기 문제를 제거합니다.AEC 루트마스터 버스는 동력 유압 브레이크의 응용으로 잘 알려져 있으며, 수압식 서스펜션이 장착된 후속 세대의 시트로엥 자동차도 기존의 자동차 브레이크 시스템이 아닌 완전 동력 유압 브레이크를 사용했습니다.또한 대부분의 대형 항공기는 제공할 수 있는 엄청난 제동력으로 인해 동력 유압 휠 브레이크를 사용한다. 휠 브레이크는 항공기의 주요 유압 시스템 중 하나 이상에 연결되며, 유압 고장 시에도 항공기를 제동할 수 있는 축전지를 추가한다.

특별한 고려 사항

에어 브레이크 시스템은 부피가 커서 공기 압축기와 탱크 탱크가 필요합니다.유압 시스템은 더 작고 더 저렴합니다.

유압 오일은 압축되지 않아야 합니다.밸브가 열리고 압력이 충분히 상승할 때까지 라인과 브레이크 챔버로 공기가 유입되는 에어 브레이크와 달리 유압 시스템은 피스톤의 단일 스트로크에 의존하여 유체가 시스템을 통과하도록 합니다.증기가 시스템에 유입되면 증기가 압축되고 압력이 브레이크를 작동하기에 충분히 상승하지 않을 수 있습니다.

유압 브레이크 시스템은 급경사를 내려갈 때와 같이 작동 중에 고온에 노출될 수 있습니다.따라서 유압 오일은 고온에서 기화에 저항해야 합니다.

물은 열에 의해 쉽게 증발하고 시스템의 금속 부분을 부식시킬 수 있습니다.소량이라도 브레이크 라인으로 유입되는 물은 대부분의 일반적인 브레이크 용액(흡습성[8][9] 용액)과 반응하여 브레이크 라인과 탱크가 막힐 수 있는 침전물이 형성됩니다.브레이크 시스템이 물에 노출되지 않도록 완전히 밀봉하는 것은 거의 불가능합니다. 즉, 브레이크 오일을 정기적으로 교환하여 시스템이 물과 반응하여 발생하는 침전물로 과다하게 채워지지 않도록 해야 합니다.경유는 물과 반응하지 않기 때문에 유압 유체로 사용되기도 합니다. 즉, 오일은 물을 대체하고 플라스틱 부품을 부식으로부터 보호하며 기화 전에 훨씬 높은 온도를 견딜 수 있지만 기존 유압 유체와 비교하여 다른 단점이 있습니다.실리콘 액체는 더 비싼 옵션이다.

"브레이크 페이드"는 과열로 인해 브레이크 효과가 감소하여 손실될 수 있는 상태입니다.여러 가지 이유로 발생할 수 있습니다.회전 부품을 결합하는 패드가 과열되고 "유리가 덮혀" 매끄럽고 단단해져서 차량 속도를 늦출 수 없습니다.또, 극단적인 온도하에서 액압 오일이 증발하거나 열변형이 일어나면 라이닝의 형상이 변화해 회전부의 표면적이 작아질 수 있다.또한 열 왜곡으로 인해 금속 구성 요소의 형상이 영구적으로 변경되어 제동 능력이 저하되어 해당 부품의 교체가 필요할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 자동차 공학, Vol.II, 페이지 1831919년 시카고, 미국 기술 협회
  2. ^ 러프헤드, 말콤, "제동장치", 미국 특허번호 1,249,143 (파일: 1917년 1월 22일, 발행: 1917년 12월 4일)
  3. ^ Csere, Csaba (January 1988), "10 Best Engineering Breakthroughs", Car and Driver, vol. 33, no. 7, p. 61
  4. ^ "Stopping Power Put Duesenbergs Forever in Industry's Winner's Circle". 13 December 2005.
  5. ^ "Motor Age". 1915.
  6. ^ Sean Bennett (3 November 2006). Modern Diesel Technology: Brakes, Suspension & Steering. Cengage Learning. p. 97. ISBN 978-1-4180-1372-1.
  7. ^ "Federal Motor Vehicle Safety Standards and Regulations". www.nhtsa.gov. Retrieved 2016-10-01.
  8. ^ "CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Ethylene glycol". www.cdc.gov. Retrieved 11 April 2018.
  9. ^ "CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards - Propylene glycol monomethyl ether". www.cdc.gov. Retrieved 11 April 2018.

외부 링크

특허

  • US 2746575 도로 및 기타 차량용 디스크 브레이크.킨친 1956-05-22
  • US 2591793 유체 작동 수단의 복귀 이동 조절 장치.뒤보아 1952-04-08
  • US 2544849 유압 브레이크 자동 조절 장치.마틴 1951-03-13
  • US 2485032 브레이크 장치.브라이언트 1949-10-08
  • US 2466990 싱글 디스크 브레이크존슨 웨이드 C, 트리시먼 해리 A, 스트랫턴 에드거 H. 1949-04-12
  • US 2416091 유체 압력 제어 메커니즘피치 1947-02-12
  • US 2405219 디스크 브레이크램버트 호머 T. 1946-08-06
  • US 2375855 멀티디스크 브레이크램버트 호머 T. 1945-05-15
  • US 2366093 브레이크포브스 조지프 A. 1944-12-26
  • US 2140752 브레이크라브리 1938-12-20
  • US 2084216 자동차용 V형 브레이크.Page Robert A.와 Page Marlin Z. 1937-06-15
  • US 2028488 브레이크에이버리 윌리엄 레스터 1936-02-21
  • US 1959049 마찰 브레이크.뷔스 닐스 피터 발데마르 1934-05-15
  • US 1954534 브레이크노턴 레이먼드 J 1934-04-10
  • US 1721370 차량에 사용되는 브레이크.부톤 에드워드 비숍 1929-07-16
  • DE 695921 Antriebsvorrichtung mit 유압식 Gestaenge...보르그와르 카를 프리드리히 빌헬름 1940-09-06
  • GB 377478 유압 브레이크를 위한 휠 실린더 개선.홀 프레데릭 해럴드 1932-07-28
  • GB 365069 유압 작동 장치 및 특히 차량의 브레이크에 대한 제어 기어 개선.루브리 존 메레디스 1932-01-06