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문제 정의
- 개선 방안으로 패드 사양의 변경을 설정한 것은 캘리퍼 개발 과정에서 주어진 여건을 고려해 브레이크 캘리퍼 모듈에서 개선 가능한 부분에 초점을 맞추고 개선하고자 하였다. 이는 종합적으로 차량 민감도 시스템 및 조향 및 현가장치 등의 종합적인 고려를 하기엔 개선의 자유도가 넓고, 차량 시스템 민감도 등 다른 인자들을 고려할 때 브레이크 시스템 개발시 고속 저더의 현 수준과 개선하고자 할 때 브레이크 패드의 개선이 일반적인 개선 방법이다.
- 이 논문에서는 브레이크 패드를 포함한 캘리퍼 어셈블리 관점에서 발생 요인을 검토하고 저더 진동 계측을 위한 장비를 활용하여 차량의 고속 저더를 평가하고 저더 발생 저감을 위한 개선안을 검토하고자 한다(5,9).
제안 방법
- 2명을 기준으로 캘리퍼 모듈 A와 B를 장착한 후 앞서 표에서 언급한 고속 저더 평가 모드(Type Ⅰ, Ⅱ)를 이용하여 평가하였다.
- 고속 저더 발생 원인을 차량의 현가, 조향 장치의 특성과 민감도 및 브레이크 시스템의 특성인지 확인하기 위해 동일한 차량에 서로 다른 2종류의 브레이크 모듈 A와 신규 브레이크 모듈 B로 구분하여 조향 휠에 전달되는 진동에 의한 저더 민감도 평가 결과는 다음과 같다.
- 따라서, “조향-현가계-차체”를 통한 진동 전달 메커니즘을 “가진계-전달계-응답계”로 모델링하고, 저더의 원인과 조건을 분류하였다.
- 상기 사양을 가지고 조향 휠의 응답에 의한 저더 민감도 평가와 차량 고속 저더 평가를 통해 제안된 개선 사양을 검증하였다.
- 이 논문에서 언급한 고속 저더 현상이 차량의 문제인지 브레이크 시스템의 문제인지 확인하기 위해 2종류의 캘리퍼 모듈을 이용, 고속 주행 중 제동시 조향 휠의 진동 응답을 통해 평가하였다.
- 조향 휠의 응답에 의한 저더 민감도 평가 방법은 차량에 장착된 현가계, 조향 장치, 너클, 로우암 등의 샤시 모듈이 동일한 상태에서 서로 다른 2 종류의 허브 베어링, 디스크, 캘리퍼, 패드를 비교하면서 저더의 발생 수준과 차체의 진동 응답 특성, 고속 주행 중 자연 감속에 의한 저더 수준을 정량적으로 비교, 평가하였다.
- 차량의 전륜 DTV는 10 μm 으로 양호한 수준이었으나, 후륜 DTV는 30 μm 이상으로 조향 휠에 입력된 진동이 심하게 나타나 후륜 휠에 불평형 질량을 부착하여 평가하였다.
- 차량의 전륜 휠에 120 g의 불평형 질량을 부착하여 강제 진동에 의한 조향 휠의 회전 방향의 진동 응답으로 평가를 진행하였다. 차량의 전륜 DTV는 10 μm 으로 양호한 수준이었으나, 후륜 DTV는 30 μm 이상으로 조향 휠에 입력된 진동이 심하게 나타나 후륜 휠에 불평형 질량을 부착하여 평가하였다.
- 나. 초기 제동 온도는 80, 150, 200 ℃의 온도이고 초기 차량 속도는 130 kph와 160 kph에서 50 kph로 감속 하여 0.2, 0.35, 0.5 g의 감속도로 제동하였다.
- 다. 평가시 발생하는 진동 레벨 수준은 주관적 평가(subjective rating)로 평가하고 고속 저더 평가시 동반되어 발생하는 럼블 소음(rumble noise)은 차 실내 공진에 의한 소음으로 약 250~500 Hz 내외의 주파수 특성을 갖는 것으로 소음의 발생 여부도 확인하였다.
- 평가시 차량 속도는 160 kph이상으로 가속한 다음 0.2~0.5 g의 제동 감속도로 5회 연속 제동하여 60 kph까지 자연적인 감속으로 차량과 조향 휠에 진동이 유입되는지 확인한다. Table 2에서 언급된 burnish는 평가시 발생할 수 있는 평가상의 오류를 차단하기 위해 디스크와 패드의 표면을 매끄럽게 하여 보다 정확한 평가를 위한 사전 준비 작업이다.
데이터처리
- 또, 조향 휠의 민감도 지수는 불평형 질량에 의한 차량의 가진량 대비 조향 휠의 1차 order의 응답 성분들 차량 속도별로 비교하여 가속도계에서 측정된 최대 가속도 성분을 불평형 질량에 의한 원심력으로 나눈 값으로 나타내기도 한다. 이렇게 계산된 결과값은 매우 작은 값을 가지기 때문에 이를 보정하기 위해 scale factor로 10-4를 곱하였다. 조향 휠의 민감도 지수 K값은 식 (2)에서 표기한 바와 같이 가속도를 힘으로 나눈 값인 이너턴스(inertance)로, 이것은 주파수 응답 함수 (FRF, frequency response function)의 한 종류이다.
이론/모형
- 차량 고속 저더 주관 평가는 브레이크 고속 저더 평가 모드(TypeⅠ·Ⅱ)를 적용하였고 세부적인 평가 방법은 Table 2와 Table 3에 각각 나타내었다.
성능/효과
- (1) 조향 휠의 응답에 의한 저더 민감도는 조향 및 현가장치의 차이보다는 가진원으로서 캘리퍼 브레이크 패드 재질과 캘리퍼 사양 특성에 대한 원인으로 작용하여 발생됨을 알 수 있었다.
- (2) 캘리퍼 모듈 B에 적용된 브레이크 패드의 재질에 15×5 mm의 수직 양단 챔퍼로 형상을 변경하여, 평가한 결과 약 주관평가 7점 수준으로 약 3점(약 60 %정도) 개선된 결과를 나타내었다.
- (4) 이 평가에 적용된 차량은 고속 주행중 제동시 차체의 공진에 의한 부밍 소음과 저더와 동반되는 럼블 소음은 개선되지 않았다. 이는 차량 전체 시스템에 대한 검증과 함께 차체 및 샤시 시스템의 민감도, 조향 시스템을 포함한 종합적인 개선 방안을 고려해야 할 것으로 판단된다.
- Figs. 15~16의 그래프에서 보는 바와 같이 캘리퍼 모듈 A와 B의 고속 저더 평가 모드 TypeⅠ 평가 결과는 6점 미만으로 불만족(기준 6.5점 이상)수준을 얻었고, 고속 저더 평가 모드Type Ⅱ로 평가 한 경우도 4점 이하로 일반 운전자가 인지할 수있는 수준으로 이에 대한 개선이 필요하였다. 또한 전륜에서 발생한 저더의 주관 평가 결과 또한 6점이하의 수준을 보였다.
- Fig. 17은 브레이크 패드의 개선 사양인 15×5 mm 수직 양단 챔퍼 사양으로 평가한 데이터로, 평가한 결과를 비교해 보면 제안된 개선 사양의 주관 평가 결과 약 3점(약60 %) 정도 향상된 수준을 보였으나 기존의 차량이 가지고 있었던 고속 주행 중 제동시 차체 공진에 의한 부밍 소음은 개선되지 않았음을 볼 수 있었다.
- 12~13에 평가 결과를 각각 나타내었다. 결과를 살펴보면, 후륜 DTV 값에 의해 고속 주행시 샤시와 차체 공진에 의한 진동과 럼블, 부밍 소음이 심하게 발생함을 확인하였다. 저더 진동은 회전 방향의 가진 성분이 인자로 나타나는 것과 비교해 본평가에서는 120 g의 질량을 부착하여 평가한 결과 차량의 X,Y,Z 모든 방향을 가진하여 일반적인 저더 특성과 전혀 다르게 나타남을 확인하였다.
- 브레이크 패드 사양 변경을 통한 다이나모 평가 결과 및 차량 평가를 통해 코너 모듈 B에 적용된 브레이크 패드 재질이 열적 특성(thermal roughness) 과 저더 특성이 우수한 재질이 아님을 확인할 수 있었고, 브레이크 캘리퍼 모듈 개발시 저더 특성에 우수한 재질을 적용하는 것이 가진원으로서 저더의 중요한 개선 포인트임을 확인할 수 있었다.
- 앞에서 캘리퍼 모듈 A와 BTV특성을 비교하였을 때 모듈 B의 BTV(brake torque variation)특성이 열세임을 다이나모 평가로 확인할 수 있었고, 캘리퍼 모듈 B의 BTV 특성이 저더를 유발하는 요인임을 확인할 수 있었다.
- 5, 6에 나타내었다. 이 결과를 살펴보면 차량 전후 방향(X방향)의 진폭이 가장 크게 나타나 2차 order 성분인 33 Hz가 조향 휠의 진동 특성에 지배적인 결과를 나타내었다. 초기 DTV는 약 10 μm이하임에도 불구하고 전륜 디스크 두께 변동(DTV)에 의해 진동이 발생하여 현가장치로 전달되고 이 진동이 조향 휠에 전달되는 특징을 나타내었다.
- 7에 나타내었다. 이 결과를 살펴보면 회전 방향의 진동이 크게 나타나는 전형적인 저더 특성을 보이고 있으며 차체의 진동이 저더로 인해 발생하고 있음을 알 수 있다. 이때의 저더 진동 주파수는 17.
- 의 차이에 의한 것으로 볼 수 있다. 이것은 다이나모 평가 결과와 동일한 결과로 차량 진동이 주된 요인이었으며, 조향 휠 진동은 종속적으로 나타나는 현상임을 알 수 있었다. 이와 달리 브레이크 캘리퍼 모듈 A의 평가 결과를 살펴보면, 전륜과 후륜 디스크의 DTV값은 10 μm이내로 매우 양호한 수준이었고, 전륜에 대한 고속 저더 평가 TypeⅠ모드에서의 결과는 조향 휠과 차량 body 진동이 저더 진동을 유발하는 것을 확인할 수 있었다.
- 고 개선하고자 하였다. 이는 종합적으로 차량 민감도 시스템 및 조향 및 현가장치 등의 종합적인 고려를 하기엔 개선의 자유도가 넓고, 차량 시스템 민감도 등 다른 인자들을 고려할 때 브레이크 시스템 개발시 고속 저더의 현 수준과 개선하고자 할 때 브레이크 패드의 개선이 일반적인 개선 방법이다.
- 이와 달리 브레이크 캘리퍼 모듈 A의 평가 결과를 살펴보면, 전륜과 후륜 디스크의 DTV값은 10 μm이내로 매우 양호한 수준이었고, 전륜에 대한 고속 저더 평가 TypeⅠ모드에서의 결과는 조향 휠과 차량 body 진동이 저더 진동을 유발하는 것을 확인할 수 있었다.
- 결과를 살펴보면, 후륜 DTV 값에 의해 고속 주행시 샤시와 차체 공진에 의한 진동과 럼블, 부밍 소음이 심하게 발생함을 확인하였다. 저더 진동은 회전 방향의 가진 성분이 인자로 나타나는 것과 비교해 본평가에서는 120 g의 질량을 부착하여 평가한 결과 차량의 X,Y,Z 모든 방향을 가진하여 일반적인 저더 특성과 전혀 다르게 나타남을 확인하였다. 이것은 평가에 적용된 차량이 차체 시스템의 민감도 및 조향, 현가 시스템에서의 고유한 특성이 존재함을 나타내는 것으로 이 논문에서는 생략하였다.
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