세계 최초의 브레이크(Brake)

Published on November 13, 2020 / Glen Rushton

 

 

개요

 자동차에 장착된 브레이크는 운전자가 속도를 조절하고 차량을 안전하게 정지시킬 수 있도록 해주기 때문에 자동차의 필수구성요이며, 탑승자의 안전과도 직결되기 때문에 현대의 자동차 또한 관리가 주기적으로 점검이 필요한 부품이다. 

 최초의 자동차가 처음 개발되었을 때부터 오늘날 우리가 사용하는 현대적인 시스템으로 어떻게 진화해 왔고 시대별로 어떤 형태의 브레이크를 사용했는지 알아보자.

 

 

최초의 브레이크

 최초의 자동차에는 오늘날 우리가 생각하는 형태의 브레이크 시스템은 없었다. 대신 속도를 줄이거나 멈추기 위해 바퀴나 차축을 누르는 나무 블록이나 가죽 끈과 같은 마찰 장치에 의존했다. 하지만 이러한 장치는 비효율적이고 신뢰할 수 없었으며 마모되기 쉬웠다. 거기에 더해 해당 장치는 오직 하나 또는 두 개의 바퀴에만 적용될 수 있었고 이로 인해 제동력과 안정성을 감소시켰다.

 

A textbook on the locomotive and the air brake

 

Break by Holland and Holland 1894

 

 

최초의 드럼식 브레이크

 독일의 고틀리프 다임러(Gottlieb Daimler)와 함께 자동차의 역사를 시작한 빌헬름 마이바흐(Wilhelm Maybach)는 1901년 세계 최초로 벤츠에 드럼 브레이크를 장착했다. 하지만 자동차의 표준이 된 드럼 브레이크를 발명한 사람은 프랑스의 루이 르노(Louis Renault)였다. 1902년 그는 로드(Rod)와 레버(Lever)를 사용해 네 바퀴 동시에 압력을 가하는 기계식 드럼 브레이크를 개발했다. 기계식 드럼 브레이크의 발명으로 자동차의 제동 효율과 균형을 향상시킬 수 있었다.

 

Wilhelm Maybach Protrait

 

Mercedes 35hp by Wilhelm Maybach

 

 하지만 몇 가지 단점을 가지고 있었는데, 최초의 정렬된 위치에서 벗어나거나 제동력을 상실했기 때문에 잦은 조정과 유지보수가 필요했다. 또한 많은 열과 마찰을 발생시키면서 제동력과 반응성이 달라지는 경우가 많았으며 비나 눈과 같은 날씨 조건에 따라 제동력이 변화하기도 했다.

 이러한 한계를 벗어나기 위해 1918년에 미국의 발명가이자 엔지니어였던 말콤 루그헤드(Malcolm Loughead)에 의해 유압식 드럼 브레이크가 개발되었다. 유압식 드럼 브레이크는 케이블이나 로드 대신 유체로 채워진 파이프를 사용하여 압력을 전달함으로써 별도 조정이 필요 없었고 제동력과 반응성을 향상시킬 수 있었다. 하지만 대부분의 성능에서 기계식 드럼 브레이크를 뛰어넘는 성능을 가진 유압식 드럼 브레이크였지만 여전히 열과 마찰문제는 해결할 수 없었다.

 

Brake Drum

 

Drum brake testrender

 

 

최초의 디스크 브레이크

 유압식 드럼 브레이크의 단점을 보완하는 작업은 계속해서 진행되었지만, 약 30년의 시간 동안 해결하지 못하다가 1949년 영국의 엔지니어이자 발명가였던 프레드릭 란체스터(Frederick Lanchester)에 의해 디스크 형태의 브레이크가 개발되었다. 디스크 브레이크는 한 쌍의 브레이크 패드로 압착된 각 휠 허브에 부착된 금속 디스크를 사용했고 이를 통해 제동 시 발생하는 열과 마찰을 줄이고 브레이크의 냉각 및 성능을 향상시킬 수 있었다. 또한 물과 먼지에 대한 저항력도 향상시킬 수 있었다.

 

Disk brake

 

 디스크 브레이크가 개발된 후 처음에는 스포츠카나 경주용 자동차와 같은 고성능 자동차에만 사용되었고 유럽에서 최초로 디스크 브레이크를 장착한 자동차는 1951년 재규어(Jaguar)의 C-Type과 1955년 시트로엥(Citroën)의 DS였다. 하지만 이후 점차 다른 종류의 자동차에도 보급되기 시작했다.

 

Jaguar C-Type

 

Citroen DS

 

 

최초의 ABS

 자동차의 제동 기술의 가장 중요한 혁신 중 하나는 ABS(Anti-Lock Brake System)로 제동과 동시에 완전히 브레이크가 잠기지 않고 부분적으로 잠기게 하는 장치였다. 이것은 자동차의 조향 제어와 안정성을 향상시켰고 제동거리를 혁신적으로 줄임으로써 미끄러짐과 사고를 줄일 수 있었다. ABS는 1929년 프랑스의 자동차 및 항공기 선구자라고 불리는 가브리엘 보이신(Gabriel Voisin)이 비행기의 미끄러짐 방지를 하기 위해 처음 도입되었는데 완전히 기계적인 시스템이었다. 1928년 칼 바젤(Karl Waessel)과 1936년 로버트 보쉬(Robert Bosch)는 ABS와 유사한 시스템에 대한 특허를 얻기도 했다.

 

Voisin Brothers

 

 하지만 비행기에 적용된 이후 1978년이 되어서야 보쉬에 의해 자동차에 적용됐는데, ABS에 장착된 센서를 사용해 각 바퀴의 속도를 모니터링하고 이에 따라 자동차 ECU(Electronic Control Unit)를 통해 브레이크 압력을 조절하는 시스템이었다. 이후 ABS는 차량 바퀴의 정지 마찰력의 손실을 방지하기 위한 트랙션 컨트롤 시스템(Traction control system, TCS)이나 전자 제어 안정 장치인 ESC(Electronic Stability Control)와 같은 다른 시스템과도 어우러져 안정성과 성능을 향상 시킬 수 있었다.

 

Robert Bosch im Bosch-Verkaufshaus Frankfurt bei der Prüfung einer Lehrlingsarbeit

 

 

오늘날의 브레이크와 미래

 오늘날 우리가 접할 수 있는 자동차 브레이크는 그 어느 때보다 진보되었다. 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 회생 제동(Regenerative braking), 적응형 크루즈 컨트롤(Adaptive Cruise Control), 자율비상제동(Autonomous Emergency Braking System, AEB), 브레이크 바이 와이어(Brake By-Wire, BBW) 등 다양한 기술을 사용하고 있다. 이러한 기술은 운전을 보다 편안하고 효율적이며 안전하게 하는 것을 목표로 하고 있다.

 브레이크의 시작은 단순한 마찰장치에서 시작해 AI를 사용하는 정교한 시스템으로까지 진화했다. 미래에 어떤 혁신이 기다리고 있는지는 알 수 없지만, 내연기관 자동차가 저물고 전기자동차 시대가 도래하면서 자동차의 구조가 완전히 바뀐 만큼 어쩌면 언젠가는 브레이크가 전혀 필요하지 않을 수도 있을 것이다.

 

 

---

 

---