6. 캘리퍼
캘리퍼는 브레이크 패드를 디스크 로터에 압착하는 역할을 합니다. 마스터 실린더에서 전달된 유압이 캘리퍼 실린더의 피스톤을 밀어내고, 브레이크 마찰 패드를 움직여 디스크로 압착되는 구조이죠.
캘리퍼 실린더 개수는 1개부터 무려 12개까지 제품마다 상이합니다. 피스톤 (Piston, POT)의 줄임말인 ‘P’로 표기합니다. 1P, 2P, 4P ~ 요런식으로. 보통 피스톤 개수가 늘면, 캘리퍼가 디스크를 압착하는 힘이 커지고 휠 제동 토크 값이 커져 제동이 잘 됩니다. (피스톤 숫자와 제동력이 절대적으로 비례하지는 않습니다! 피스톤 숫자가 많아도 피스톤 면적이 작을 수도 있고, 디스크 사이즈, 브레이크 패드 마찰계수 차이, 디스크 열 방출 등 제동력이 결정되는 수많은 변수가 있습니다.) 자작차에서는 보통 전륜에 4p, 후륜에 2p 캘리퍼를 주로 사용합니다. 전륜 후륜 캘리퍼 실린더 크기가 다른 이유는 제동 과정에서 전방향 하중이동이 발생하므로, 보통 전륜에는 후륜보다 더 큰 제동력이 필요하기 때문입니다.
단동식 vs 복동식
캘리퍼는 작동 방식에 따라 단동식과 복동식 2가지로 구분할 수 있습니다.
단동식은 마찰 패드를 누르는 피스톤이 캘리퍼의 한쪽 면에만 있습니다. 그럼 어떻게 디스크를 양쪽에서 압착하냐? 캘리퍼가 고정되어 있지 않습니다. 한쪽 마찰패드가 디스크에 먼저 닿은 다음, 캘리퍼가 움직이며 반대편 패드가 디스크게 마찰됩니다. 아래 영상을 보면 바로 이해될 겁니다.
https://youtu.be/bMg_j5_AGMg?si=j9gvcwUZnhT_usBS
(유압식 브레이크 시스템 설명한 내용 잘 정리된 영상: 영상 보면 바로 이해될 거임. 영상 속 캘리퍼는 단동식)
이걸 왜 쓰냐면, 싸니까 씁니다 ㅋㅋㅋ
반대로 복동식 캘리퍼는 몸체가 완전 고정되어 있습니다. 몸체는 움직이지 않는 상태로 피스톤이 양쪽에서 마찰 패드를 누르죠.
https://youtu.be/UVTZxRNkaZs?si=5kt2K6gTDPYsyigU
(캘리퍼 교체 방법: 이거 보면 캘리퍼 구조 쉽게 머리에 들어옴)
예를들어, 람보르기니 우르스는 전륜에 Akebono 사 복동식 10p Caliper를, 후륜에는 단동식 1p Caliper를 장착하였습니다. 오른쪽 사진은 우르스 전륜 캘리퍼와 디스크 로터
7. 디스크 로터
다음은 디스크 로터입니다. 디스크 로터는 제동 시스템 설계에서 가장 핵심적인 부분이지만, 아직 어울수레에서 설계와 해석을 시도하지 못한 분야입니다. 시속 300km 이상으로 달리다가 5G의 감가속도로 순식간에 제동할 수 있는 F1 머신의 브레이크 시스템도 성능 좋은 디스크 로터가 있기에 가능합니다.
이전 글에서 에너지 관점에서 브레이크는 차량의 운동에너지를 열에너지로 변환하는 장치라고 설명했습니다. 디스크가 흡수할 수 있는 열에너지의 총량이 많고, 깨지지 않고 견디는 최대 온도가 높을수록 차량은 잘 제동할 수 있습니다. 같은 이유로 한번 뜨거워진 디스크 로터를 냉각하는 일도 매우매우 중요합니다. 뜨거워진 디스크는 주로 공기로 냉각시킵니다. F1 자동차와 상용차에는 디스크 냉각을 위한 에어 덕트 구조물이 있습니다. 또, 디스크 로터 자체에 작은 구멍을 수없이 뚫어 디스크의 열방출을 용이하게 하거나(Ventilated Brake disk), 주철 대신 세라믹과 카본을 재료로 디스크를 제작합니다.
디스크 로터의 직경이 커질수록 제동 토크 값은 비례하여 증가합니다. 보통 디스크 설계는 로터 직경을 정하고 초기 디스크 디자인에 구멍을 다르게 뚫어가며 열 해석, 응력 해석, (에어 덕트와 함께) 공기 유동 해석을 진행합니다.
+https://cafe.daum.net/eoulsure/9rtB/6
신홍이형이 올려준 KUHO 연합팀 카페 글에서 복동식 캘리퍼 사이에 들어가는 플로팅 디스크가 소개되어 있습니다. 첨부된 강민호 자작차 블로그 글만으로는 이해하기 어려웠는데 아래 영상을 보면 사용 이유가 열팽창과 경량화 때문임을 쉽게 이해할 수 있습니다.
https://youtu.be/VrUQr7BAyLA?si=wOJ8A30pxHsXQz-6