< Previous하태웅·홍승준 자동차안전학회지:제14권,제3호,2022 Fig. 9 Data log data analysis 주행화면분석항목 · 주행속도 · 차로편측 · 브레이크 횟수 · 조향력 상실 여부 (Yaw Rate) · 횡단 후 진입 차로 Fig. 7 Going straight driving scenario (Skewed intersection) 4. 실험 결과 및 분석 4.1. 비 직각 교차로 우회전 실험 결과 Fig. 8에 나타낸 것처럼 비 직각 교차로(예각, 둔각 교 차로)에서 우회전 합류 시나리오는 교차로로 접근 시 교 차 되는 도로에서 직진하는 차량이 지속적으로 존재하여 우회전 후 직진 차량과 합류해야하는 상황으로 교차로 진 입 전 많은 운전자의 순간 판단과 운전 반응을 알아볼 수 있는 시나리오이다. Fig. 8 Turning right (Elderly vs. Non-elderly) 모든 실험참가자의 주행속도, 차로편측, 선회 시 Yaw Rate, XYZ 방향 가속도, 브레이크 시점, 가속시점 등 운전 행태 분석을 위한 Data를 추출하여 피검자별 분석을 Fig. 9와 같이 실시하였다. 고령 실험참가자의 교차로 진입 전 직선로에서 최고속 도 평균이 44.8km/h로 비 고령 실험참가자의 61.4km/h 보다 낮았으며 교차로 진입 직전 속도도 고령 실험참가자 는 평균 11km/h로 비 고령 실험참가자의 18.3km/h 보다 낮았다. 교차로 통과시간(Approach → Turn → Recovery)이 20 초 이상 걸린 실험참가자의 비율이 고령자는 40%, 비 고 령자는 20%이었으며, 10초 이내 통과자는 반대로 고령자 20%, 비 고령자 40%로 나타나 고령자가 상대적으로 교 차로 통과에 딜레마 시간을 더 많이 소모하는 것으로 분석 되었다. 한편 비 직각 교차로에서 선회 시 보도 턱과의 충돌 율 은 고령 실험참가자와 비 고령 실험참가자 각각 44.0%와 40.0%로 유사하게 나타났으며 교차로 선회 시 조향 안정 성 우수비율은 고령자 44%, 비 고령자 80%로 약 2배 가 까이 낮은 것으로 나타났다. 특히, 교차로 진입 후 본선 합류 전 직진하는 차량과의 거리와 속도를 인지하기 위해 고개를 돌려 확인하는 비율 이 비 고령 실험참가자는 전원 확인하는 행태를 보였으나 고령 실험참가자는 72.0%만의 확인하는 행태를 보였다. Table 1 Experimental results (Turning right) 구분고령자(25명)비 고령자(10명) 최고속도44.8km/h61.4km/h 교차로 진입속도11.0km/h18.3km/h 교차로 통과시간 10초 이하20.0%40.0% 20초 이상40.0%20.0% 조향 안전성 우수비율44.0%80.0% 보도 턱 충돌비율44.0%40.0% 방향지시등 점등율64.0%50.0% 교차로 앞 정차율80.0%60.0% 직진차량 고개 돌려 확인율72.0%100.0% 차량 시뮬레이터 운전적응 실패 및 두통을 호소한 고령 자를 제외한 고령 실험참가자 25명과 비 고령 실험참가자 10명에 대한 비 직각 교차로에서 우회전 시 운전 특성 실 험 결과는 Table 1에 정리하여 나타내었다.고령 운전자 도심부 비 직각 교차로 운전행태 분석 자동차안전학회지:제14권,제3호,2022 Table 2 Experimental results (Going straight) 구분고령자(27명)비고령자(10명) 최고속도46.9km/h62.2km/h 교차로 진입속도28.8km/h45.2km/h 4.2. 교차로 직전 실험결과 녹색 직진신호에서 불균형 비 직각 교차로를 횡단하는 시나리오(Fig. 10)에서 교차로 진입속도는 고령 실험참가 자가 평균 28.8km/h로 비 고령 실험참가자의 45.2km/h 보다 크게 낮았다. 교차로 진입 전 직선로에서의 최고속 도 평균값도 고령 실험참가자는 46.9km/h로 비 고령 실 험참가자의 62.2km/h 보다 상대적으로 낮은 속도로 운행 하였다. 일부 고령 실험참가자 4번, 9번, 16번에서 교차로 진입 전 또는 교차로 횡단 과정에서 속도를 과도하게 낮추거나 정차함으로써 녹색신호를 보고 그대로 직진하여 교차로 를 빨리 횡단하려는 타 차량과 충돌사고 위험이 있는 것으 로 동영상 분석을 통해 확인하였다. 또한 고령 실험참가자 중 4번, 12번, 20번, 21번은 불균형 교차로에서 선회각 부적응으로 조향에 실패하여 충돌사고의 위험이 존재하 는 것으로 역시 동영상 분석을 통해 확인하였다. Fig. 10 Going straight (Elderly vs. Non-elderly) 일부 비 고령 실험참가자(3번)의 경우에서도 교차로 횡단 후 본선 진입 과정에서 조향력을 상실해 중앙선을 넘거나 본선 진입이 불안한 행태를 보였다. 비 직각 교차 로에서 직진 시 운전 특성 실험 결과를 Table 2에 나타내 었다. 4.3. 실험결과 분석 비 직각 교차로 우회전 실험결과 고령 운전자는 비 고 령 운전자 대비 교차로 진입직전 속도가 7.3km/h 더 낮 아 방어운전 하려는 경향을 보여 운전 자신감 측면에서 비 고령 운전자 대비 낮았다. 또한 고령 운전자의 경우 교차로 통과시간이 10초 이하로 걸린 비율이 2배 낮고 20초 이상 걸린 비율은 2배 높아 교차로 딜레마 존에서 우회전 운전 조작을 판단하고 행동하는 시간이 상대적으 로 길었다. 교차로 우회전 시 사이드 미러로 확인 할 수 없는 좌측 에서 접근하는 직진 차량을 고개 돌려 확인하는 비율은 모든 비 고령 운전자의 경우 100% 확인 하였으나 고령 운전자의 28%가 고개 돌려 확인하지 않고 우회전하여 다 중 판단력과 주의를 필요로 하는 교차로에서 사고를 야기 할 수 있는 가능성이 높았다. 우회전 중 보도 턱 충돌 비율을 고령자와 비 고령자간 별다른 차이는 없었으며 우회전 직전 교차로 앞 정차율 은 고령 운전자가 20%p 높아 방어 운전하려는 경향을 보였다. 교차로 직전 시나리오에서는 고령 운전자의 교차로 내 에서 최고속도가 비 고령 운전자 대비 15.3km/h 더 낮았 고, 교차로 진입속도도 16.4km/h 낮아 비 고령 운전자 실 험 참가자들과 교차로에서의 속도 차이로 인해 고령 운전 자를 추월하기 위한 비 고령 운전자들의 잦은 차선 변경 및 추월을 유발 할 가능성을 높일 것으로 분석되었다. 5. 결 론 본 연구는 다양한 운전 판단이 요구되어 사고 발생 가 능성이 높은 비 직각 교차로에서 65세 이상 고령 운전자 의 운전 특성을 파악하기 위하여 차량 시뮬레이터를 활용 하여 실험하였다. 그 결과를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1)비 직각 교차로 우회전 시나리오에서 고령 운전자 는 비 고령자 대비 방어운전을 위해 속도를 낮추려 는 경향을 보이며 특히 교차로 진입 속도의 경우 비 고령 운전자는 18.3km/h, 고령 운전자는 11km/h 로 고령 운전자의 진입 속도가 약 40% 낮았다. 2)비 직각 우회전 시 교차로 진입 후 본선에 진입할 때까지 통과시간이 20초 이상 걸린 경우가 비 고령 운전자는 20%, 고령 운전자는 40%로 고령 운전자하태웅·홍승준 자동차안전학회지:제14권,제3호,2022 의 교차로 통과시간이 길었다. 3)비 직각 우회전 시 고령 운전자의 안정적인 조향 능 력이 상대적으로 낮았으며 주요 원인은 직진 차량 에 대한 고개 돌려 확인하는 비율이 비 고령 운전자 는 100%인 반면 고령 운전자는 72%로 상대적으로 낮았다. 4)비 직각 교차로에서 직진 주행 시 교차로 진입 속도 는 비 고령 운전자 62.2km/h, 고령 운전자 46.9km/h 로 고령자의 교차로 진입 속도가 약 25% 상대적으 로 낮았다. 5)비 직각 교차로에서 고령 운전자와 비 고령 운전자 의 운행 속도편차는 빈번한 차선변경 및 추월 등을 야기할 수 있어 사고 유발의 잠재적 원인이 된다. 따라서 본 연구 결과인 고령 운전자의 운전행태 특 성을 바탕으로 비 직각 교차로의 도로 설계개선 및 안전 운전 유도를 위한 교통 대책과 교차로 운행 교 통안전 교육이 필요하다. 6)향후 비 직각 교차로와 직각 교차로에서의 고령 운 전자 운전 특성 비교를 통해 비직각 교차로가 고령 운전자 운전특성에 미치는 영향 분석 연구가 필요 하다. 임상시험윤리위원회(IRB) 본 연구는 충북대학교병원 기관심의위원회에서 심의 및 승인을 하였으며(No. CBNUH 2019-10-024-001) 연구 참여 전 사전 동의를 받았다. 후 기 본 연구는 한국교통안전공단의(No. KOTSA-2019- 05)의 연구비 지원에 의한 결과로써, 관계자 여러분께 감 사드립니다. 참고문헌 (1)경찰청, 2022, “2021년판 교통사고 통계분석,” 경찰청. (2)송윤아, 2019, “고령 교통사고 환자 증가 현황과 시 사점, KIRI 리포트,” 보험연구원. (3)이정택, 2017, “고령운전자가 유발한 교통사고의 특 징,” KIRI 리포트, 보험연구원. (4)Langford J, Bohensky M, Koppel S and Newstead S., 2008, “Do older drivers pose a risk to other road users?,” Traffic Inj Prev, 2008;9:181~9. (5)American Geriatrics Society, 2019, “Clinician’s guide to assessing and counseling older drivers,” 4th ed. New York, NY: American Geriatrics Society. (6)McGwin G Jr, Sims RV, Pulley L and Roseman JM., “Relations among chronic medical conditions, medications, and automobile crashes in the elderly: a population-based case-control study,” Am J Epidemiol 2000;152:424~31. (7)ORIT SHECHTMAN, SHERRILENE CLASSEN, and BURTON STEPHENS, 2007, “The Impact of Intersection Design on Simulated Driving Perfor- mance of Young and Senior Adults,” Traffic Injury Prevention. (8)Shechtman O, Classen S, Stephens B, Davis E, Bendixen R, Belchior P, Sandhu M, McCarthy D, and Mann W., 2006, “The Impact of Intersection Design on Simulated Driving Performance of Young and Senior Adults: Preliminary Results. Topics in Geriatric Rehabilitation,” Vol. 22, No. 1, pp. 27~ 35. (9)Bedard MB, Parkkari M, Weaver B, Riendeau J, and Dahlquist M., 2010, “Assessment of driving performance using a simulator protocol: validity and reproducibility,” Am J Occup Ther 2010;64: 336~40. (10)Shechtman O, Classen S, Stephens B, Bendixen R, Belchior P and Sandhu M., “The impact of intersection design on simulated driving perfor- mance of young and senior adults,” Traffic Inj Prev 2007;8:78~86. (11)Hoskins AH and El-Gindy M., 2006, “Technical report: Literature survey on driving simulator validation studies,” Int J Heavy Vehicle Systems, 2006;13:241~52. ◎ 논 문 http://dx.doi.org/10.22680/kasa2022.14.3.041 실차 비교 및 검증을 통한 복합재 브레이크의 개발 효용성 분석에 관한 연구 심재훈 * ·권영운 ** ·이중희 * ·신웅희 ** A Study on Analysis of Development Effectiveness of Composite Brake through Real Car Comparison and Verification 복합재 브레이크모노블록 캘리퍼마찰 특성제동 효력열용량서킷 주행 ABSTRACT Composite material is recently very important material for eco-friendly vehicles because of its excellent mechanical property and lightweight effect. So, many research results have been recently published for developing the composite material to apply vehicles. In this paper, new brake system is presented using composite material to response this situation. And advantages in terms of performance compared to competitive company will be discussed in depth to verify superiorities of the new composite brake. To do so, composite brake systems which have the same size as the competitive company to the same vehicle is applied. And superiorities through a variety of test results are presented. First, normal braking performances are compared with competitive company through braking effect, heat capacity and friction test, Second, circuit driving and high speed fade test are also verified with competitive company to confirm harsh braking performances for the new composite brake system. Finally, the effects of applying the composite brake to automobile industry like electric car are analyzed. * 현대자동차, 책임연구원 ** 현대자동차, 연구원 E-mail: jhs4u@hyundai.com 1. 서 론 최근 차량의 고성능 및 연비 강화 등과 같은 문제가 고 급차 및 친환경차를 중심으로 급격하게 요구되면서, 경량 화는 자동차 산업 전반에 걸쳐 중요한 이슈가 되고 있다. 이와 같은 상황에서, 복합재는 탁월한 기계적, 열적 특 성 및 경량화 효과로 인하여 항공기, 풍력 발전 및 자동차 분야 전반에 걸쳐 활발한 연구가 이루어지고 있으며, 향후 자동차 산업에서 중요한 핵심 소재로 널리 사용될 것으로 예측되고 있다. 특히, 제동시스템에 대한 복합재 적용은 제동성능 뿐만 아니라, 차량 상품성 및 스프링 아래 질량의 경량화를 실 현할 수 있으며, 이를 통해서 R&H 및 연비 향상 효과를 극대화할 수 있기 때문에 많은 연구자들에 의하여 완성도 높은 연구 성과가 보고되고 있다. Krupka는 디스크에 대한 복합재 적용을 초기에 고려했 던 연구자로써, 주철과 복합재의 물성에 대한 연구를 수행 하였으며, 복합재의 차량 적용시 우수한 제동성능 구현이 가능함을 제시하였다. (1) Gadow는 디스크의 적용에 대하여 복합재의 성형성을 향상시킨 연구 결과를 발표하여 차량 적용에 좀더 용이하 자동차안전학회지: 제14권, 제3호, pp. 41∼47, 2022 논문접수일: 2022.3.31, 논문수정일(1차: 2022.7.28, 2차: 2022.8.2), 게재확정일: 2022.8.25심재훈·권영운·이중희·신웅희 자동차안전학회지:제14권,제3호,2022 Fig. 2 Installation on competitor and new composite brake 도록 기여하였다. (2) Ioannidis는 주철과 복합재에 대한 소음 및 진동 특성 에 대한 정량적 상대 비교 연구를 매우 심도 있게 수행하 였으며, 그 결과 복합재의 NVH 성능 향상에 크게 기여하 였다. (3) Ostermeyer는 이미지 프로파일러를 이용하여 트라이 볼로지 관점에서 주철과 복합재의 마찰 특성 및 변형에 대하여 분석하였으며, (4) Swarbrick은 마찰재에 대한 복 합재 표면 조건의 다양한 실험 결과를 제시하여 마찰재 개발에 크게 기여하였다. (5) 고동국은 복합재 디스크의 다양한 벤트 형상에 대한 유 동 특성을 해석하였으며, 벤트 형상에 따른 기여도 및 효 과 분석 결과를 제시하였다. (6) 그리고 심재훈은 다년간에 걸쳐 설계 및 해석 검증을 포함한 폭넓은 복합재 연구를 수행하여, 독창적인 복합재 체결구조 및 벤트 유동구조를 제시하였으며, 다양한 평가 검증을 수행하여 우수한 연구성과를 도출하였다. (7~12) 본 연구에서는, 복합재 브레이크의 다양한 실차 검증을 통하여 가혹 제동 상태에서의 성능 검증을 실시하였다. 그 리고 이와 같은 성능 검증의 객관성을 확인할 수 있도록 경쟁차 실차 데이터와 비교 분석을 실시하여 개발의 완성 도를 확인함과 동시에 경쟁차 동등 이상 수준의 성능과 국산화 및 내재화를 통한 원가 우위를 통하여 향후 수익성 향상에 기여하고자 하였다. 2. 본 론 2.1. 복합재 브레이크 개발 내용 2.1장에서는 복합재 브레이크에 대한 개발 내용에 관 하여 기술하고자 한다. 아래의 Fig. 1은 복합재 브레이크 를 위하여 새롭게 개발된 기술 내용을 나타내고 있다. 먼저, 체결구조 측면에서 기존 경쟁사에 보편적으로 적 용하고 있는 브릿지 타입의 체결구조를 웨이브 와셔를 적 용한 체결구조로 변경하여 보다 심플한 외관 이미지와 부 품수 축소를 실현하였으며, 복합재 마찰면의 SiC함량에 따른 복합재 디스크와 마찰재의 마찰 특성을 심도 있게 분석하였다. 추가적으로 선행개발을 완료한 마찰재는 향 후를 고려하여 중금속 법규 대응을 위한 Cu Free 마찰재 로 개발을 확장하였다. (7~8) 그리고 유동성능 향상을 위하여 복합재 벤트 구조를 2 단 와선형 벤트 구조로 최적화하였으며, 열전도도를 기존 22W/m･K에서 27W/m･K로 19% 향상시켰다. 그 결과 전 체 냉각성능을 7% 개선하는 효과를 얻을 수 있었다. (9~11) 또한, 복합재 수명 주기의 시인성 확보를 위하여 마모 수명 예측 구조를 경쟁사와 차별화되도록 추가하였으며, 후륜의 경우 전륜과의 일체감을 위하여 후륜 모노블록 캘 리퍼 적용을 고려한 DIH(Drum In Hat) 매칭면에 HAT 파킹 구조를 새롭게 개발하여 후륜 모노블록 캘리퍼의 적 용성 확보 및 추가 경량화 효과가 극대화될 수 있도록 하 였다. (9) 모노블록 캘리퍼 측면에서는 대구경 복합재 디스크 적 용에 따른 강성 확보를 위하여 모노블록 캘리퍼 상단에 강성 지지 구조를 적용하였으며, 경쟁사 동등 이상의 부착 성 및 광택효과를 얻을 수 있도록 도색 방법을 새롭게 개 발하였다. (10) Fig. 1 Development of composite brake 2.2. 실차 시험 구축 2.1장의 개발 내용을 기반으로 경쟁사와의 실차 비교 검증을 통하여 본 연구의 유효성을 검증하고자 하였다. 아 래의 Fig. 2는 경쟁사 및 당사 개발 복합재에 대한 실차 실차 비교 및 검증을 통한 복합재 브레이크의 개발 효용성 분석에 관한 연구 동차안전학회지:제14권,제3호,2022 시험을 나타내고 있다. 시험의 객관성을 위하여 차량은 K9에 동일하게 경쟁사 와 당사 개발 복합재 브레이크를 적용하여 평가를 수행하 도록 하였다. 이때, 모노블록 캘리퍼는 경쟁사의 사양을 동일하게 사용하였으며, 복합재 디스크와 마찰재에 대해 서만 개발 사양으로 적용하여 동등한 실차 조건에서의 제 동성능 비교 평가가 이루어질 수 있도록 하였다. 한편, 아 래의 Table 1은 시험에 적용된 전･후륜 복합재 브레이크 사양의 비교를 나타내고 있다. Table 1 Specification on front and rear composite brake 2.3. 효력 평가 기본적인 제동감에 대한 상대 비교를 위해서 동일 차량 에 경쟁사 및 새로운 복합재에 대한 실차 효력 평가를 수 행하였다. 아래의 Fig. 3은 차량 잠김 상황까지 제동을 했 을 때 효력 특성을 나타낸다. Fig. 3 Validity test on competitor composite brake and new composite brake 일반적으로, 차량 잠김은 감속도 1g 전･후에서 발생하 게 된다. 여기서, 1g에 대하여 운전자가 필요하는 요구 제 동 답력을 적절하게 확보하는 것이 중요한다. 도시된 바와 같이 차량 잠김 상황에서도 안정적인 답력 특성을 계측할 수 있었으며, 경쟁사 대비 다소 우세한 결 과를 확인할 수 있었다. 2.4. 열용량 평가 저속 및 고속 주행을 고려한 열용량 평가를 실시하였으 며, 아래의 Fig. 4에 그 결과를 도시하였다. 제동시스템의 특성상 차량 속도가 증가할수록 제동시 디스크의 온도 상승이 발생하게 된다. 이때, 과도한 온도 상승은 주변 부품의 열해와 제동 소음 발생을 유발하게 된다. 이를 위해서 차량 제조사별로 주변 부품의 내열 온 도와 디스크 변형 억제를 위하여 일정 기준 온도 이하로 디스크 열용량을 확보하고 있다. 평가 결과, 경쟁사 및 새로운 복합재 모두 저속의 경우 200°C 이하, 고속의 경우 500°C 이하의 동일한 수준의 열용량을 갖는 것으로 확인되었다. 복합재는 기계적 특성이 뛰어나지만, 낮은 밀도로 인하 여 열용량 특성이 낮은 단점이 있다. 본 연구에서 적용된 새로운 복합재 디스크는 냉각성능을 향상시켜 복합재 고 유의 열용량 특성을 개선하였으며, 경쟁사와 비교했을 때 에도 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 따라서, 지속적으로 복합재의 냉각성능 개선 연구를 수 행하여 복합재 디스크의 사이즈 축소를 통한 원가 절감과 성능을 동시에 확보하는 것이 경쟁사와 차별화되는 기술 로 유용할 것이다. (11) Fig. 4 Heat capacity test on competitor composite brake and new composite brake 2.5. 마찰 특성 평가 복합재 브레이크를 활용한 경우 복합재의 우수한 내마심재훈·권영운·이중희·신웅희 자동차안전학회지:제14권,제3호,2022 모성 및 내열성으로 인하여 마찰 특성을 최대화하여 제동 성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 아래의 Fig. 5는 이와 같은 복합재 브레이크의 마찰 특성을 검증하기 위한 평가 결과를 나타내고 있다. Fig. 5 Friction characteristics test on competitor composite brake and new composite brake 고･저온 및 고･저속 등 다양한 제동 상황에 대한 마찰 특성 평가에서 새로운 복합재는 경쟁사 복합재 대비 전반 적으로 높은 마찰 특성을 갖는 것으로 나타났다. 그러나, 마찰 계수의 Min/Max 차이는 다소 경쟁사 대비 높은 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 계측 결과를 기반으로 차량 을 좀더 선형적인 제동감을 갖도록 구현하기 위해서는 마 찰재의 윤활제와 연삭제 등의 조성 제어를 추가적으로 실 시하여 경쟁사 동등 수준 이상의 마찰 계수 안정화 및 마 찰 특성을 확보하는 것이 유효할 것으로 판단된다. Fig. 6 Friction characteristics test on competitor composite brake and new composite brake in the same friction materials 한편, Fig. 6은 동일한 경쟁사 마찰재를 사용한 경쟁사 및 새로운 복합재 브레이크의 마찰 특성을 나타내고 있다. 도시된 바와 같이 경쟁사와 새로운 복합재 모두 동일 마찰 재에 대해서 동일한 마찰 특성을 같는 것으로 나타났다. 따라서, 새로운 복합재 브레이크에 대한 경쟁사 상대 비교시 동등한 수준의 개발 완성도를 확인할 수 있었으며, Fig. 5에서 언급한 마찰재 안정화를 고려하였을 때, 경쟁 사 대비 우수한 복합재 브레이크의 개발이 가능함을 상대 비교 계측 결과를 통하여 확인할 수 있었다. 2.6. 서킷 주행 평가 서킷 주행 평가는 고성능 구현을 위한 차량을 위하여 필수적으로 검증해야 하는 평가이다. 본 연구에서도 새로 운 복합재 브레이크의 우수성을 검증하기 위하여 다양한 고급차와 새로운 복합재 브레이크를 장착한 차량과 비교 평가를 실시하였다. 아래의 Fig. 7은 서킷 주행로를 동일 조건으로 주행한 상태에서 차량 감속도가 0.7g 시점에서의 스트로크 계측 결과를 나타내고 있다. 계측 결과 새로운 복합재 브레이크 는 서킷 10 LAP 주행 후 스트로크의 증가량이 매우 적었 으며, 다른 일반 고급차의 경우 스트로크 변동이 급격하게 증가하였다. 특히, 10 LAP 제동시에는 복합재 브레이크 대비 3배이상 증가함을 확인할 수 있다. Fig. 7 Circuit test on competitor composite brake and new composite brake 2.7. Fade 평가 서킷 주행 평가와 더불어 Fade 평가를 병행 실시하여 마찰재의 추가 검증을 실시하였다. 아래의 Fig. 8은 15회 제동 후 스트로크의 증가량을 나타내고 있다. 여기서, 서킷 주행 평가와 Fade 평가에서 스트로크의 변 화량을 계측하는 이유는 가혹 제동에 따른 마찰재의 과다 마 모 및 이탈 등으로 인한 제동성능 저하를 확인하기 위함이다. 계측 결과 경쟁사 및 새로운 복합재 브레이크 모두 1회 에서 15회까지 안정적인 스트로크를 확인하였으며, 이를 통해서 동등한 Fade 성능을 나타내고 있음을 확인하였다. 실차 비교 및 검증을 통한 복합재 브레이크의 개발 효용성 분석에 관한 연구 동차안전학회지:제14권,제3호,2022 Fig. 8 Fade test on competitor composite brake and new composite brake with cast iron brake 또한, Fig. 8에 기존 일반 브레이크에 대한 추가 평가 결과를 함께 도시하였다. 도시된 바와 같이 일반 브레이크 의 경우 15회 반복 제동 상황에서 지속적으로 스트로크가 증가됨을 확인할 수 있었으며, 15회 제동시에는 복합재 브레이크 대비 약 7배 이상으로 스트로크가 악화됨을 확 인할 수 있었다. 이와 같은 서킷 주행 평가 및 Fade 평가를 통하여 복합 재 브레이크가 고성능 요구에 대하여 매우 적합한 제동성 능을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 2.8. 개발 효과 분석 본 장에서는 복합재 브레이크를 차량에 적용시 발생되 는 제동 개발 효과에 대하여 기술하고자 한다. (7) 첫째, 가장 중요한 파급 효과 중 하나는 전술한 바와 같이 매우 우수한 제동성능을 구현할 수 있다는 점이었다. 이와 같은 점은 기존 제동시스템에서는 구현될 수 없는 기술로서 고출력을 갖는 전기차 및 고급차의 선형적인 제동 고급감 구현과 상품성 향상에 크게 기여할 수 있을 것이다. 둘째, 매우 탁월한 경량화 효과를 통한 주행성능과 연 비 및 전비 향상 효과를 얻을 수 있게 된다. 이와 같은 결과 는 복합재의 소재 특성 가운데 하나인 밀도가 단일 주철 재질 대비 33% 수준이면서, 열적, 기계적 특성이 우수하 기 때문에 가능한 결과이다. 상세한 경량화 효과 분석을 위하여 아래의 Table 2에 3가지 디스크 재질에 대하여 동 일 사이즈를 고려하여 설계했을 경우 각각의 재질별 중량 차이를 비교한 결과를 도시하였다. 도시된 바와 같이 복합재 디스크는 단일 주철 재질 디 스크 대비 54% 이상의 경량화 효과, 이종 주조 재질 디스 크 대비는 47% 이상의 경량화 효과를 각각 얻을 수 있게 된다. 이와 같은 경량화 효과로 차량의 스프링 아래 질량 을 크게 저감할 경우 주행 성능과 연비 및 전비 향상에 크 게 기여할 수 있게 된다. Table 2 Comparison of lightly weight effect 셋째, 미래 모빌리티 분야에서 각광받고 있는 제동 기 술 분야인 BBW(Brake By Wire) 기반의 EMB(Electro Mechanical Brake) 시스템을 고려할 경우, 복합재를 적용 하여 기존 제동시스템 대비 상대적으로 뛰어난 마찰 특성 을 얻게 된다면, EMB의 모터 사이즈를 대폭 축소하는 것 이 가능하게 된다. 이와 같은 결과는 원가 절감과 PE(Power Electric) 공 간 내의 유압 발생 엑추에이터 삭제를 통한 충돌 성능 향 상 효과를 얻을 수 있게 되며, 순차적으로 EMB의 실차 적 용에 있어 기술적으로 한발 더 다가갈 수 있게 될 것이다. 넷째, 전반적인 차량의 제동 안정성 기술 향상 측면에 서도 AEB(Automatic Emergency Braking) 등과 같은 타 시스템과의 협조 제어 기술을 향상시키기 위해서는 기본 적인 제동 성능 확보 토대 위에서 제어 기술을 지속적으로 발전시켜야 전체적인 차량의 제동 제어 안정성을 향상시 킬 수 있을 것이다. 다섯째, 전기차 등의 다양한 친환경 차량 개발을 위하 여 지속적으로 회생 제동량을 증대해야 하는 상황이며, 이 는 제동 횟수 감소로 인한 디스크 녹 발생 문제를 야기시 키게 된다. 하지만, 복합재 디스크는 녹 발생과 같은 부식 문제를 완벽하게 해결할 수 있어서 클레임 발생 억제를 통한 품질 비용 저감에 크게 기여할 수 있다. 여섯째, 경쟁사들의 경우 카본 세라믹 복합재 브레이크 를 독자적인 모델로 활용하면서 높은 수익성 및 자사 고급 차의 브랜드 가치를 높이고 있다. 따라서, 고급차 및 전기 차 시장에서 지속적으로 경쟁하면서 기존 차량과의 성능 및 브랜드 차별화를 이루기 위해서는 복합재 브레이크의 적용이 필요할 것이다.심재훈·권영운·이중희·신웅희 자동차안전학회지:제14권,제3호,2022 3. 결 론 본 연구는 최근 자동차 산업에서 고급 경량화 기술로 활발한 연구가 이루어지고 있는 복합재 브레이크 개발 및 경쟁사와의 제동성능 비교 검증에 관한 연구였으며, 아래 와 같은 결론을 통하여 본 연구의 유효함을 확인하였다. 1)기존 복합재에 대한 다양한 연구 결과를 고찰하였 으며, 이를 통하여 경쟁사에 대응할 수 있는 새로운 복합재 브레이크를 제시하였다. 2)구현된 새로운 복합재 브레이크를 실차에 적용하여 제동성능을 정량적으로 분석하고자 하였으며, 객관 적인 분석 및 기준을 위하여 경쟁사 복합재 브레이 크와 함께 실차 상태에서 상호 비교 검증할 수 있도 록 하였다. 3)실차 효력 및 열용량 평가를 수행하였으며, 경쟁사 및 새로운 복합재 브레이크 모두 기본 성능에 대한 성능 만족함을 확인하였다. 또한, 추가적인 열용량 향상을 위해서는 본 연구에서 제시한 열전도도 향 상 및 유동구조 최적화와 같은 냉각성능 개선 연구 들이 유효함을 확인하였다. 4)마찰 특성 평가, 서킷 주행 평가 및 Fade 평가를 수 행하여 가혹한 반복 제동 상황에서의 제동성능을 검증하였다. 그 결과 복합재 브레이크가 탁월한 마 찰 계수를 확보하면서, 전 제동 구간에 대하여 안정 적인 스트로크를 나타내고 있음을 확인하였다. 5)새로운 복합재 브레이크는 경쟁사 대비 동등 이상 의 우수한 제동성능 및 양산성 구현이 가능함을 실 차 평가를 통하여 검증하였다. 6)복합재 브레이크를 자동차 산업에 적용시 효과 분 석을 수행하였으며, 전기차와 같은 친환경 차량에 대하여 중량, 성능, 신기술 그리고 클레임 측면에서 매우 유용함을 제시하였다. 7)국산화 및 기술 내재화 개발을 통하여 고급화 제동 기 술 인프라 구축 및 수익성 향상에 기여하도록 하였다. 4. 향후 계획 급변하는 친환경 고출력 차량 대응을 위해서는 기존 제 동시스템으로는 동력성능에 걸맞은 제동성능을 확보하기 어려울 것이다. 따라서, 고급화 기술 확보를 위하여 지속 적인 연구 및 실차 검증을 수행하여 경량화를 포함한 전 비, 수익성 및 상품성을 향상시킬 계획이다. 참고문헌 (1)M. 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