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[자동차 이야기(41)] 주차브레이크

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[자동차 이야기(41)] 주차브레이크

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모든 운전자들이 잘 알다시피 자동차의 브레이크 장치는 도로 상에 주행 중인 자동차의 속도를 감속하거나 정지시키는 장치로 혹은 주차상태를 유지하기 위해 사용하는 주요한 안전 장치이다. 운전 중에 브레이크 장치는 마찰 효과를 이용하여, 일정 속도로 주행하고 있는 자동차의 운동에너지(속도의 제곱에 비례)를 열에너지로 바꾸게 하고, 다시 이 열에너지를 공기 중으로 방출하여 제동 작용을 하는 마찰식 브레이크를 사용한다. 마찰열에 의해 냉각이 원활하지 않으면 마찰재(브레이크 패드 혹은 라이닝)의 마찰계수가 떨어지기도 하고, 심지어는 브레이크액을 끓게 하기도 하여 유압 전달을 어렵게 하기도 한다.

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제동장치의 원리(운동에너지 → 열에너지). 사진=한국산업인력공단

■ 풋 브레이크(Foot Brake)의 구성과 작동

자동차의 주행 중에 브레이크 페달을 사용하는 제동장치는, 브레이크액(brake fluid, DOT4를 주로 사용)을 이용하는 유압식 브레이크(hydraulic brake)이다. 유압식 브레이크는, 그림 2와 같이 운전자가 브레이크 페달에 가한 힘에 의해 기계적 및 유압 기구 등에 의해 마스터실린더에서 유압을 발생되고, 발생된 유압이 바퀴 측의 피스톤(혹은 휠실린더)으로 전달되어, 작은 페달 작동 힘으로도 큰 제동 작용을 할 수 있도록 한다. 브레이크 장치에서의 유압은, 무거운 물체를 들어올리는 기중기에서 도르래가 적은 힘으로도 무거운 물체를 들어 올리거나 혹은 내려놓는 일을 하는 작용과 유사하다고 할 수 있다.
유압식 브레이크는 브레이크 페달, 브레이크 부스터, 마스터실린더, 브레이크 파이프와 호스, 브레이크 디스크 및 피스톤(드럼식 브레이크의 경우에는 드럼 및 휠 실린더), 마찰재인 패드(또는 라이닝), 그리고 브레이크 액 등으로 구성된다. 일반적으로 디스크 방식 브레이크가, 드럼방식 브레이크보다 제동력이 균일하게 발생하고, 공기 중으로의 마찰열 냉각효과와 정비성이 우수하다는 장점이 있다.

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유압식 브레이크 장치의 개요. 사진=한국산업인력공단

■ 기계식 주차브레이크(Parking Brake)의 구성과 작동

주행 중인 자동차의 속도를 감속하거나 정지시킬 경우에는 유압식 브레이크가 사용되지만, 자동차의 정지 상태를 유지시키기 위해서는 기계적인 혹은 수동적인 힘으로 동작하는 주차브레이크가 사용된다. 주차브레이크는, 주행 중 유압식 브레이크가 고장일 경우에 비상 제동용으로도 사용되기도 한다. 필자의 경우에는 경사진 길에 정지하였다가 출발하는 하는 경우에, 경사로에서의 밀림을 최소화하기 위해 주차브레이크를 효과적으로 사용하기도 한다. 과거에는 레버식(lever type)의 주차브레이크를 손으로 작동하였기 때문에 핸드 브레이크라고도, 장착된 위치가 운전자 사이드(우측 혹은 좌측)이어서 사이드 브레이크라고도 하였다. 약 20년 전부터는 고급 차량을 중심으로 발(foot)로 작동하는 페달식(pedal type)도 많이 적용되고 있는 상황이다. 페달식의 장점은, 운전석과 조수석 사이의 공간 활용도가 높다는 장점이 높다고 할 수 있다.

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기계식 주차브레이크 조작기구(레버식과 페달식). 사진=한국산업인력공단

■ 전자식 주차브레이크(EPB)의 종류와 동작원리

약 20년 전부터 기계식 조작기구를 대신하여 특수한 전기모터를 사용하여 작동하는 전자식 주차브레이크(EPB : Electronic Parking Brake, 이하 EPB)가 편의장치로 고급 차량을 중심으로 적용되고 있다. 2001년 출시된 BMW 7시리즈에 최초 적용된 전자식 주차브레이크(EPB)는, 기계식 주차브레이크에서 사용되는 레버나 페달을 사용하지 않고 그림 4에서와 같은 EPB 스위치(P)를 사용하게 된다. 단순히 EPB 스위치를 조작하면, EPB 모터가 작동되어 뒷바퀴 양쪽에 있는 주차브레이크 구성부품들이 작동하여 큰 주차 제동력을 발생시키도록 한 것이다.
전자식 주차브레이크(EPB)의 종류에는 케이블 방식과 캘리퍼 방식으로 구분할 수 있다. 그림 5는 케이블 방식에 사용되는 EPB 모터로서 뒷바퀴축의 중심(크로스멤버)에 위치하여 케이블을 당겨서 주차브레이크가 작동되는 방식이다. 한편 캘리퍼 방식은, 그림 6과 같이 캘리퍼에 장착된 모터가 작동하여 주차브레이크가 작동되는 방식으로서 EPB 모터가 구동되면 유성기어 회전에 의한 스핀들이 전진 혹은 후진되어 캘리퍼 내의 브레이크 피스톤을 작동시켜 마찰재인 브레이크 패드를 디스크에 밀착하거나 벌어지게 되어 해제되게 된다.

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EPB 스위치. 사진=현대자동차

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케이블식 EPB용 구동모터. 사진=한국산업인력공단

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캘리퍼식 EPB용 구동모터 및 구동모터 투시도. 사진=네오테크

■ 전자식 주차브레이크(EPB)의 주요 기능

(1) 수동 정차 기능 : 자동차의 속도가 3km/h 이하에서 EPB 스위치의 조작으로 작동과 해제가 가능하다. 정차 기능을 해제하기 위해서는 이그니션 ON 상태에서 브레이크 페달을 밟고, EPB 스위치를 당기면 EPB는 해제되고 동시에 클러스터 계기판의 브레이크 램프도 소등된다.

(2) 비상제동 기능 : 자동차의 속도가 3km/h 이상으로 주행 중에 브레이크 페달을 조작하기 힘든 상황이 있을 수 있다. EPB 스위치 계속 누르게 되면 운전자가 원하는 속도로 까지 감속할 수가 있다. 자동차의 속도를 최대한 감속하여 제동 안전성을 확보하기 위한 기능이라고 할 수 있다.

(3) EPB 자동해제 기능 : EPB 작동 중이라도 가속페달을 밟게 되면 자동으로 EPB가 해제되는 기능이다. 다만 운전석 도어가 열려있거나, 운전석 시트벨트가 미착용된 경우, 그리고 보닛(혹은 후드)가 열려있거나, 트렁크가 열려있는 경우에는 EPB가 자동으로 해제되지 않는다.

(4) 엔진 정지 시 주차기능 : 엔진 시동이 꺼진 경우에 자동으로 EPB가 작동하는 기능이다. 다시 시동을 걸어 출발 시에는 EPB가 자동으로 해제된다. 다만 주차장에서 일렬 주차해야 할 상황이라면 차량이 밀릴 수 있도록 EPB를 해제상태로 주차를 해야 하므로 브레이크를 밟고 EPB 스위치를 당긴 상태에서 시동을 끄거나, EPB 스위치를 당겼다가 놓은 후 약 5초 이내에 시동을 끄면 된다.

(5) 자동 정차 유지 기능 : 도로 신호대기 등으로 정차 시에 브레이크 페달을 밟지 않더라도 자동으로 EPB가 작동하여 자동으로 자동차가 정지되는 기능이다. 이 기능을 통하여 언덕과 같은 경사로에 정차한 후 재출발하는 경우에 자동차의 밀림 방지을 방지한다.

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한상욱 신한대 교수

이상과 같은 EPB 기능 중에서도 가장 큰 장점은 자동정차 기능(AVH·Automatic Vehicle Hold)일 것으로 보인다. 가다-서다를 반복하는 도심 주행도로에서 브레이크 페달을 계속 밟고 있을 필요가 없게 되므로 운전으로 인한 피로감이 확실히 줄어들 것이다. 특히 경사로 출발 시 미끄럼 방지에 도움을 주고 오토홀드가 켜진 상태에서 도어 열림, 안전벨트 풀림, 엔진의 시동 여부 등의 상태를 감지하여 주차브레이크가 자동으로 작동하기 때문에 제동 안정성이 확보된다. 또한 차량 주차 시에 자동변속기의 기어단을 P(파킹)에 위치시키면 자동으로 EPB가 작동되고, 기어단을 D(드라이브)단에 위치시키면 EPB가 자동으로 해제되는 기능까지 있으므로 현대인들에게는 유익한 편의장치임에는 틀림없다.


한상욱 신한대 교수