252-252 2025 [춘계학술대회]
| 제목 | 다구찌법을 활용한 브레이크 패드라이너의 형상 최적화 연구 |
|---|---|
| 분야 | 지능형 샤시 및 제어 |
| 언어 | Korean |
| 저자 | 박상준(현대모비스), 김성훈(현대모비스), 배지수(현대모비스) |
| Key Words | Caliper(캘리퍼), Drag performance(드래그 성능), Pad liner(패드라이너), Taguchi method(다구찌법), Shape optimization(형상 최적화) |
| 초록 |
최근 자동차 산업은 전 세계적으로 온실가스 감축과 기후 위기 대응 차원에서 수송부문의 탄소감축을 위한 노력이 강화되며 빠르게 변화하고 있다. 특히, 유럽연합은 유로7 규제를 통하여 배출가스 기준을 강화하였으며 이로 인해 기존 내연기관의 배기가스에만 적용되던 규제가 차량 부품에도 확대 적용되어 브레이크 패드가 마모되면서 발생되는 분진도 배출 기준을 만족해야 한다. 이러한 규제 강화는 브레이크 시스템을 포함한 자동차 부품의 설계와 성능에도 큰 영향을 미치고 있다. 강화된 규제를 만족하기 위해서 브레이크 캘리퍼의 드래그 개선이 요구되는데, 드래그 개선은 비제동시 패드와 디스크 간의 불필요한 마찰을 최소화하여 차량의 연비 향상과 함께 브레이크 분진 배출량 저감에도 중요한 역할을 한다. 이러한 배경을 바탕으로 본 연구에서는 브레이크 캘리퍼 구성 부품 중 패드라이너를 대상으로 하여 드래그 개선을 위한 형상 최적화 연구를 진행하였다. 패드라이너는 패드스프링으로도 불리며, 브레이크 패드와 캘리퍼 사이에 조립되어 패드의 움직임을 원활하게 하는 역할을 하며 제동 후에 디스크에 닿아 있는 패드를 원래 위치로 돌아갈 수 있도록 리턴 구조를 가지고 있어 드래그 성능에 직접적으로 영향을 미친다. 이때, 패드라이너의 리턴 하중이 부족하면 드래그 성능이 나빠지게 되며 반대로 드래그 성능 개선을 위해 리턴 하중을 높이면 제동 시에 더 많은 작동력을 필요로 하게 되어 브레이크 시스템의 응답 시간이 지연되는 단점이 있다. 또한, 패드라이너 제작 공법인 프레스 가공에서는 소재를 최대한 활용하기 위해 최적의 레이아웃 설계가 필수적이다. 전륜 사양의 경우 디스크가 위치할 부분의 소재를 활용하여 리턴 구조를 만들어 내는데 큰 문제가 없으나 후륜 사양은 상대적으로 사이즈가 작아 리턴 구조를 형성할 만큼 충분한 소재가 확보되지 않아, 불가피하게 리턴 구조를 만들기 위한 소재가 추가적으로 쓰이게 된다. 따라서, 성능뿐만 아니라 원가 및 생산성 측면에서도 한정된 레이아웃 내에서 최소한의 소재로 최적의 하중을 낼 수 있도록 패드라이너 리턴 구조의 형상을 설계하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 다구찌법을 활용하여 후륜 사양 패드라이너의 리턴 구조 형상에 대한 최적 설계를 진행하였다. 리턴력을 결정하는 주요 인자를 선정하여 실험계획법을 통하여 각 인자의 기여도 분석 및 패드라이너 주요 기능부의 최적 형상을 도출하였다. 도출된 형상을 유한 요소 해석을 통하여 목표 하중이 나오는지 사전 검증을 진행하였고 제품을 제작하여 실측을 통해 결과를 검증하였다. 본 연구를 통하여 목표하는 하중을 내기 위한 패드라이너 주요 기능부의 형상에 대해 설계 인자들을 결정할 수 있었으며, 실험계획법과 유한 요소 해석을 통해 인자별 하중에 대한 예측을 진행할 수 있었다. 또한, 실제 제품의 측정 결과와 비교를 통하여 해석 정합성을 높일 수 있었으며, 실제 제품을 제작하기 전에 설계 단계에서 목표 하중 구현을 위해 형상을 최적화하기 위한 기초를 마련할 수 있었다. |
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