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온실가스 배출을 줄이고 연비 효율이 높은 자동차를 설계하기 위한 방법 중의 하나로 디스크 브레이크의 경량화에 대한 연구를 하였다. 제동 시스템의 핵심 구성 요소인 디스크 브레이크는 차량의 안전에 직접적인 영향을 미치며, 경량화 될 시 강성 감소로 인해 열-구조적 안정성이 약화될 수 있다. 따라서 디스크 브레이크의 무게를 줄이면서 성능을 개선하는 것이 중요하다.
본 연구에서 디스크 브레이크의 무게를 줄이면서 온도 변화, 변형량 및 냉각 성능을 향상시키기 위한 디스크 브레이크의 최적 설계를 수행하였다. 현재 사용되고 있는 여러 디스크 브레이크들을 대상으로 하여 다양한 해석들을 수행하고 그 결과들을 이용하여 성능이 우수한 모델을 선정한 후에, 이 모델에 대하여 설계 ...

온실가스 배출을 줄이고 연비 효율이 높은 자동차를 설계하기 위한 방법 중의 하나로 디스크 브레이크의 경량화에 대한 연구를 하였다. 제동 시스템의 핵심 구성 요소인 디스크 브레이크는 차량의 안전에 직접적인 영향을 미치며, 경량화 될 시 강성 감소로 인해 열-구조적 안정성이 약화될 수 있다. 따라서 디스크 브레이크의 무게를 줄이면서 성능을 개선하는 것이 중요하다.
본 연구에서 디스크 브레이크의 무게를 줄이면서 온도 변화, 변형량 및 냉각 성능을 향상시키기 위한 디스크 브레이크의 최적 설계를 수행하였다. 현재 사용되고 있는 여러 디스크 브레이크들을 대상으로 하여 다양한 해석들을 수행하고 그 결과들을 이용하여 성능이 우수한 모델을 선정한 후에, 이 모델에 대하여 설계 최적화를 수행하였다. 최적의 형태를 선정하기 위해, 먼저 중형차에 일반적으로 사용되고 있는 디스크 브레이크의 4가지 형태에 대하여 열-구조 연성 해석과 열-유동 해석을 통해 온도 변화, 변형량 및 냉각 성능을 검토하였다. 디스크 브레이크 설계 기준인 JASO C406에 따라 비상 제동과 연속 제동에 대한 열-구조 연성 해석을 수행하여 구조적 안정성을 검토하였으며, 비상 제동 후 주행 상황을 모사하여 열-유동 해석을 통한 냉각 성능을 검토하였다. 검토된 결과를 바탕으로 Drilled with Side Groove Disc Brake를 연구 모델로 선정하였다. 이 모델을 다시 디스크 브레이크의 구멍 개수와 크기 및 베인 높이와 각도를 설계 변수로 두어, 다구찌 최적 설계 방법을 적용하여 9개의 실험 모델들을 선정하였다. 각 실험 모델에 대해 비상 제동과 재주행 상황에서의 온도 변화, 변형량, 냉각 성능 및 질량 감소를 평가하여 SN비 분석과 선형 회귀 분석을 통해 각 성능에 대한 주영향 인자를 도출하였다.
이를 통해 2개의 모델들을 확인하여 연속 제동 평가를 통해 최종적으로 최적 헤석모델을 제안하였다. 최종 선정된 모델은 기존 모델보다 구멍의 개수와 크기가 증가하고, 베인의 각도는 감소한 모델이다. 연속 제동 평가 시 최적 헤석모델은 기존 모델보다 온도 6.71%, 응력 2.43%, 변형 12.02%, 질량 12.60% 감소하였으며, 냉각 성능은 12.63% 향상되었다. 이에 따라 디스크 브레이크를 경량화하며 성능을 향상시킬 수 있는 방안을 마련하였다.

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