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https://www.designnews.com/automotive/lightweight-aluminum-brakes-evs-are-continentals-aim
EV용 경량 알루미늄 브레이크는 콘티넨탈의 목표입니다.
경량 알루미늄은 EV 브레이크에 대한 확실한 선택처럼 보일 수 있지만 수많은 어려움이 있습니다
댄 카니 | 2020년 4월 30일
전기 자동차의 회생 제동은 기존 제동 시스템처럼 마찰열에 의해 자동차 에너지를 소산시키는 대신 대부분의 자동차 에너지를 배터리로 보냅니다. 그러나 스스로 차를 멈추게 하는 시스템의 비용과 차량의 무게 때문에 브레이크는 계속 장착되고 있습니다.
콘티넨탈은 오늘날 사용되는 브레이크보다 적은 비용과 무게로 EV의 감소된 제동 요구를 처리할 수 있는 경량 알루미늄 브레이크 부품의 가능성을 모색하고 있습니다.
회사는 2015년에 New Wheel Concept으로 이 영역에 대한 조사를 시작했습니다. 이 프로젝트는 매우 가벼운 알루미늄 휠과 유사한 경량 알루미늄 브레이크 캘리퍼 및 심지어 브레이크 로터까지 알루미늄으로 하는 것을 제안했습니다. New Wheel Concept은 회사의 새로운 프로젝트로 발전했습니다. 알루미늄 로터를 사용하도록 제안된 Bionic 경량 캘리퍼 그리고 경량 복합 드럼이 있는 지능형 유압 드럼 브레이크
드럼의 경우 "컴포지트"는 플라스틱이나 탄소 섬유 소재가 아니라 알루미늄과 철의 조합을 의미합니다. Continental에 따르면 이것은 기존의 철제 브레이크 드럼에 비해 브레이크 드럼에서 나오는 질량의 약 30%를 줄입니다.
디스크 브레이크가 더 나은 성능을 제공하는 반면, 특히 리어 액슬에서 EV 브레이크의 필요성 감소는 드럼 브레이크의 더 낮은 비용과 감소된 항력을 매력적으로 만듭니다. Continental 컨셉 시스템에는 EV의 회생 제동과 마찰 브레이크의 원활한 조정을 위해 브레이크 토크를 측정하는 내부 센서가 포함되어 있습니다. 회사는 직경 10인치에서 14인치 범위의 크기로 제안합니다.
구식 디자인으로 드럼 브레이크에 대한 편견을 극복하는 것이 어려울 수 있습니다. "이게 중세 기술입니까?" Continental의 유압 브레이크 시스템 사업부의 커뮤니케이션 매니저인 Benedikt Grudda는 농담을 했습니다. "전기 자동차의 요구 사항에 완벽하게 부합합니다."라고 더 진지하게 선언했습니다.
이는 EV의 제동 요구량 감소와 드럼 시스템의 제동 제동으로 인한 마찰 감소 때문입니다. Grudda는 항력 감소의 이점을 인정했지만 정량화할 수 있는 것은 아닙니다. "예, 확실히 항력을 상당히 감소시켰지만 정량화할 수는 없었습니다."
그 감소된 항력은 또한 브레이크 재료의 수명 연장에 기여하므로 콘티넨탈은 유지 보수 없이 예상되는 차량 수명을 지속할 수 있을 만큼 충분히 내구성이 있는 컨셉 브레이크 시스템을 선전하고 있다고 그는 덧붙였습니다.
드럼 브레이크의 또 다른 장점은 드럼이 제동 구성 요소를 내부에 밀봉한다는 것입니다. 둘러싸는 드럼이 알루미늄이면 차량의 외관을 손상시키는 녹이나 부식이 없습니다. Continental은 이미 이 시스템에 대한 고객을 보유하고 있습니다. 폭스바겐은 뒷바퀴에 Continental 알루미늄 합성 드럼 브레이크 시스템을 사용하는 ID.3 EV를 선보였습니다.
복합 알루미늄/철 브레이크 로터는 새로운 것이 아닙니다. 1955년 Mercedes-Benz SLR에 사용된 Alfin 브레이크는 드럼에 철과 알루미늄의 조합을 사용했습니다. 그 브레이크는 하루동안 가능한 최대 성능을 내기 위해 설계되었기 때문에 매우 다른 방식이었습니다.
후면뿐만 아니라 4개의 바퀴에 모두 달려 있었고 거대한 드럼에는 마찰에서 발생하는 열을 분산시키는 데 도움이 되는 외부 냉각 핀이 있었습니다. 그 브레이크는 또한 내부에 장착되어 우리가 일반적으로 프론트 드라이브 자동차의 바퀴에 동력을 공급하는 것을 볼 수 있는 것처럼 하프 샤프트를 통해 프론트 휠에 작용합니다.
고성능 영역의 경우, 드럼 브레이크는 곧 1953년 르망 24시 레이스에서 Mercedes의 라이벌 Jaguar의 C-Type에 데뷔한 디스크 브레이크로 대체되었습니다. 그러나 저렴한 비용과 낮은 항력 덕분에 수십 년 동안 드럼은 후륜 브레이크로서 경쟁력을 유지했습니다. 이제 EV는 이 "중세" 기술의 수명을 더욱 연장할 수 있습니다.
분명히 Continental은 EV의 더 가벼운 요구 사항에 맞게 디스크 브레이크를 조정할 아이디어를 가지고 있습니다. 특히, 회사는 불필요한 재료를 모두 제거하여 무게를 최소한으로 줄이는 미니멀리스트 브레이크 캘리퍼를 개발했습니다.
그렇게 할 때의 문제는 대부분의 일상적인 EV 제동이 상대적으로 가볍고 회생 제동 시스템에 의해 처리될 수 있지만 여전히 갑작스러운 비상 정지에 대한 요구 사항이 있다는 것입니다.
이러한 상황에서 너무 많은 재료를 제거한 브레이크 캘리퍼는 고압 및 토크 적용으로 인해 변형됩니다. "만약 당신이 차를 운전하고 있는데 당신 앞에 있는 아이가 축구공을 차서 거리로 내보낸다면?" 그가 물었다. “비상 브레이크 기능을 위해서는 캘리퍼에 일정한 종류의 강성이 필요합니다. 무조건 축소할 수는 없습니다.”
Continental은 컴퓨터 디자인을 사용하여 보강재가 필요한 부분과 그렇지 않은 부분을 정확히 결정하고 결과를 3D로 인쇄했습니다. "우리는 이 강성을 보장하기 위해 관련이 없는 모든 것을 제거했습니다."라고 그는 말했습니다. "결과는 몸통의 뼈 구조처럼 보이기 때문에 '바이오닉'이라고 부릅니다." 최소화된 이 브레이크 캘리퍼는 알루미늄 11.3인치 로터를 사용하여 무게도 줄여줍니다.
알루미늄 운송 그룹의 브레이크 전문가인 Doug Richman은 알루미늄이 로터에 사용되지 않은 데는 그만한 이유가 있다고 이야기 합니다. Richman은 1998년 Plymouth Prowler 부티크 자동차를 위한 세계 유일의 알루미늄 브레이크 로터 프로그램 생산을 위해 작업했습니다.
그 차는 알루미늄 집약적인 구조를 특징으로 했기 때문에 팀은 브레이크를 포함 해 알루미늄 사용을 확장하려고 했습니다. 뒷 브레이크만 Prowler용 알루미늄 로터를 사용했고 Chrysler는 차량용 주철 교체용 로터만 제공했다고 Richman은 말했습니다. “우리는 이 프로그램에서 꽤 많은 것을 배웠습니다.”라고 그는 회상했습니다. “크라이슬러 사람들은 이것을 그들의 혁신 기술로 만들기 위해 열심히 노력했습니다. 하지만 보이는 것처럼 그렇게 간단하지 않습니다.”
주요 문제는 재료의 근본적인 매력적인 품질, 즉 감소된 질량입니다. 브레이크 시스템에서는 방열판으로 질량이 필요합니다. 질량이 적을수록 방열판이 적으므로 열 관련 브레이크 페이드에 대한 저항이 적습니다.
크라이슬러는 로터를 13인치로 확대하여 이에 대응했습니다. 이로 인해 프라울러의 앞바퀴에 있는 철제 로터보다 리어 로터가 커진 것은 독특한 상황이었습니다. 그렇게 하는 것이 도움이 되었지만 덜 무거운 알루미늄을 통한 열의 전도율은 자동차의 뒷바퀴 베어링에서 기름을 제거하는 문제가 있었습니다.
뜨거운 알루미늄은 강도를 잃는다고 Richman은 덧붙였습니다. Prowler의 후방 브레이크가 경험하는 260도 C의 온도에서 알루미늄 소재는 강도의 절반을 잃어 시간이 지남에 따라 고정 볼트가 느슨해졌습니다.
EV에서 재생은 마찰 브레이크에서 대부분의 부하를 제거하여 잠재적으로 알루미늄 로터를 더 실용적으로 만들 수 있습니다. 그러나 그 에너지를 흡수하려면 차량의 배터리가 에너지를 흡수할 수 있는 용량이 있어야 합니다. 우리는 일반적으로 100% 배터리 충전을 스마트폰과 EV에 이상적인 상태라고 생각하지만, 자동차는 이미 가득 찬 배터리에 브레이크 에너지를 흡수할 수 없기 때문에 제동 관점에서 보면 재앙입니다.
제동 테스트는 완전히 충전된 배터리로 산 아래로 긴 하강을 포함하여 가능한 모든 시나리오를 고려해야 합니다. 펜실베이니아주 제너스타운의 언덕. Richman에 따르면 브레이크 테스트의 표준입니다. 차량은 브레이크 효과를 잃지 않고 수 마일 내리막 길을 가야한다고 그는 말했다.
Grudda는 콘티넨탈의 테스트 통과를 기대했다고 말했습니다. 산악 테스트에서 브레이크 온도는 회생제동 없이 섭씨 720도, 회생제동 한 경우에는 섭씨 20도에 불과했습니다. "디스크 온도에 큰 차이가 있는 것을 볼 수 있습니다."라고 그가 말했습니다. 회생제이 불가능할 가능성을 해결하기 위해 EV는 해당 상태에 도달하지 않도록 프로그래밍할 수 있으므로 항상 배터리에 에너지를 버릴 수 있다고 Grudda는 제안했습니다.
경량 브레이크 시스템에 대한 콘티넨탈의 개념은 산 정상에 오르기 어려울 것 같은 초소형 도시 자동차를 위한 것입니다. 그는 “현재 논의하고 생각하고 있는 것은 '전기자동차, 특히 도시에서 주행하는 자동차의 요구사항은 무엇이어야 할까?'이다.
“우리는 현재 시속 100km로 언덕을 내려가면서 브레이크를 10번 연속으로 밟는 상황을 시뮬레이션합니다. 작은 도시 차량에서 이런 상황이 발생할 수 있습니까?” 그는 도시 차량의 낮은 수요를 고려할 때 요구 사항을 줄여야 한다고 제안했습니다. "요구 사항을 줄이면 더 가볍게 만들 수 있고 더 작고 생태학적으로나 경제적으로 효율적이고 저렴하게 만들 수 있습니다."
규제 기관이 다양한 차량에 대한 다양한 요구 사항을 인식하게 됨에 따라 "다양한 유형의 차량에 대한 요구 사항이 더욱 다양해질 것이라고 믿습니다."라고 Grudda는 말했습니다.
그는 “이는 자동차 제조사와 논의해야 할 사항이자 일반 대중과도 논의할 주제”라고 말했다. “저는 개인적으로 이 주제를 좋아합니다. 흥미롭고 긍정적인 방식으로 이동성을 변화시킬 것이라고 생각하기 때문입니다.”
EV용 경량 알루미늄 브레이크는 콘티넨탈의 목표입니다.
경량 알루미늄은 EV 브레이크에 대한 확실한 선택처럼 보일 수 있지만 수많은 어려움이 있습니다
댄 카니 | 2020년 4월 30일
전기 자동차의 회생 제동은 기존 제동 시스템처럼 마찰열에 의해 자동차 에너지를 소산시키는 대신 대부분의 자동차 에너지를 배터리로 보냅니다. 그러나 스스로 차를 멈추게 하는 시스템의 비용과 차량의 무게 때문에 브레이크는 계속 장착되고 있습니다.
콘티넨탈은 오늘날 사용되는 브레이크보다 적은 비용과 무게로 EV의 감소된 제동 요구를 처리할 수 있는 경량 알루미늄 브레이크 부품의 가능성을 모색하고 있습니다.
회사는 2015년에 New Wheel Concept으로 이 영역에 대한 조사를 시작했습니다. 이 프로젝트는 매우 가벼운 알루미늄 휠과 유사한 경량 알루미늄 브레이크 캘리퍼 및 심지어 브레이크 로터까지 알루미늄으로 하는 것을 제안했습니다. New Wheel Concept은 회사의 새로운 프로젝트로 발전했습니다. 알루미늄 로터를 사용하도록 제안된 Bionic 경량 캘리퍼 그리고 경량 복합 드럼이 있는 지능형 유압 드럼 브레이크
드럼의 경우 "컴포지트"는 플라스틱이나 탄소 섬유 소재가 아니라 알루미늄과 철의 조합을 의미합니다. Continental에 따르면 이것은 기존의 철제 브레이크 드럼에 비해 브레이크 드럼에서 나오는 질량의 약 30%를 줄입니다.
디스크 브레이크가 더 나은 성능을 제공하는 반면, 특히 리어 액슬에서 EV 브레이크의 필요성 감소는 드럼 브레이크의 더 낮은 비용과 감소된 항력을 매력적으로 만듭니다. Continental 컨셉 시스템에는 EV의 회생 제동과 마찰 브레이크의 원활한 조정을 위해 브레이크 토크를 측정하는 내부 센서가 포함되어 있습니다. 회사는 직경 10인치에서 14인치 범위의 크기로 제안합니다.
구식 디자인으로 드럼 브레이크에 대한 편견을 극복하는 것이 어려울 수 있습니다. "이게 중세 기술입니까?" Continental의 유압 브레이크 시스템 사업부의 커뮤니케이션 매니저인 Benedikt Grudda는 농담을 했습니다. "전기 자동차의 요구 사항에 완벽하게 부합합니다."라고 더 진지하게 선언했습니다.
이는 EV의 제동 요구량 감소와 드럼 시스템의 제동 제동으로 인한 마찰 감소 때문입니다. Grudda는 항력 감소의 이점을 인정했지만 정량화할 수 있는 것은 아닙니다. "예, 확실히 항력을 상당히 감소시켰지만 정량화할 수는 없었습니다."
그 감소된 항력은 또한 브레이크 재료의 수명 연장에 기여하므로 콘티넨탈은 유지 보수 없이 예상되는 차량 수명을 지속할 수 있을 만큼 충분히 내구성이 있는 컨셉 브레이크 시스템을 선전하고 있다고 그는 덧붙였습니다.
드럼 브레이크의 또 다른 장점은 드럼이 제동 구성 요소를 내부에 밀봉한다는 것입니다. 둘러싸는 드럼이 알루미늄이면 차량의 외관을 손상시키는 녹이나 부식이 없습니다. Continental은 이미 이 시스템에 대한 고객을 보유하고 있습니다. 폭스바겐은 뒷바퀴에 Continental 알루미늄 합성 드럼 브레이크 시스템을 사용하는 ID.3 EV를 선보였습니다.
복합 알루미늄/철 브레이크 로터는 새로운 것이 아닙니다. 1955년 Mercedes-Benz SLR에 사용된 Alfin 브레이크는 드럼에 철과 알루미늄의 조합을 사용했습니다. 그 브레이크는 하루동안 가능한 최대 성능을 내기 위해 설계되었기 때문에 매우 다른 방식이었습니다.
후면뿐만 아니라 4개의 바퀴에 모두 달려 있었고 거대한 드럼에는 마찰에서 발생하는 열을 분산시키는 데 도움이 되는 외부 냉각 핀이 있었습니다. 그 브레이크는 또한 내부에 장착되어 우리가 일반적으로 프론트 드라이브 자동차의 바퀴에 동력을 공급하는 것을 볼 수 있는 것처럼 하프 샤프트를 통해 프론트 휠에 작용합니다.
1955년 Mercedes-Benz SLR, 내부 Alfin 전면 브레이크 드럼이 보입니다. 이미지 출처: 메르세데스-벤츠
고성능 영역의 경우, 드럼 브레이크는 곧 1953년 르망 24시 레이스에서 Mercedes의 라이벌 Jaguar의 C-Type에 데뷔한 디스크 브레이크로 대체되었습니다. 그러나 저렴한 비용과 낮은 항력 덕분에 수십 년 동안 드럼은 후륜 브레이크로서 경쟁력을 유지했습니다. 이제 EV는 이 "중세" 기술의 수명을 더욱 연장할 수 있습니다.
분명히 Continental은 EV의 더 가벼운 요구 사항에 맞게 디스크 브레이크를 조정할 아이디어를 가지고 있습니다. 특히, 회사는 불필요한 재료를 모두 제거하여 무게를 최소한으로 줄이는 미니멀리스트 브레이크 캘리퍼를 개발했습니다.
그렇게 할 때의 문제는 대부분의 일상적인 EV 제동이 상대적으로 가볍고 회생 제동 시스템에 의해 처리될 수 있지만 여전히 갑작스러운 비상 정지에 대한 요구 사항이 있다는 것입니다.
이러한 상황에서 너무 많은 재료를 제거한 브레이크 캘리퍼는 고압 및 토크 적용으로 인해 변형됩니다. "만약 당신이 차를 운전하고 있는데 당신 앞에 있는 아이가 축구공을 차서 거리로 내보낸다면?" 그가 물었다. “비상 브레이크 기능을 위해서는 캘리퍼에 일정한 종류의 강성이 필요합니다. 무조건 축소할 수는 없습니다.”
콘티넨탈 바이오닉 브레이크 캘리퍼. 이미지 출처: 콘티넨탈
Continental은 컴퓨터 디자인을 사용하여 보강재가 필요한 부분과 그렇지 않은 부분을 정확히 결정하고 결과를 3D로 인쇄했습니다. "우리는 이 강성을 보장하기 위해 관련이 없는 모든 것을 제거했습니다."라고 그는 말했습니다. "결과는 몸통의 뼈 구조처럼 보이기 때문에 '바이오닉'이라고 부릅니다." 최소화된 이 브레이크 캘리퍼는 알루미늄 11.3인치 로터를 사용하여 무게도 줄여줍니다.
알루미늄 운송 그룹의 브레이크 전문가인 Doug Richman은 알루미늄이 로터에 사용되지 않은 데는 그만한 이유가 있다고 이야기 합니다. Richman은 1998년 Plymouth Prowler 부티크 자동차를 위한 세계 유일의 알루미늄 브레이크 로터 프로그램 생산을 위해 작업했습니다.
그 차는 알루미늄 집약적인 구조를 특징으로 했기 때문에 팀은 브레이크를 포함 해 알루미늄 사용을 확장하려고 했습니다. 뒷 브레이크만 Prowler용 알루미늄 로터를 사용했고 Chrysler는 차량용 주철 교체용 로터만 제공했다고 Richman은 말했습니다. “우리는 이 프로그램에서 꽤 많은 것을 배웠습니다.”라고 그는 회상했습니다. “크라이슬러 사람들은 이것을 그들의 혁신 기술로 만들기 위해 열심히 노력했습니다. 하지만 보이는 것처럼 그렇게 간단하지 않습니다.”
주요 문제는 재료의 근본적인 매력적인 품질, 즉 감소된 질량입니다. 브레이크 시스템에서는 방열판으로 질량이 필요합니다. 질량이 적을수록 방열판이 적으므로 열 관련 브레이크 페이드에 대한 저항이 적습니다.
크라이슬러는 로터를 13인치로 확대하여 이에 대응했습니다. 이로 인해 프라울러의 앞바퀴에 있는 철제 로터보다 리어 로터가 커진 것은 독특한 상황이었습니다. 그렇게 하는 것이 도움이 되었지만 덜 무거운 알루미늄을 통한 열의 전도율은 자동차의 뒷바퀴 베어링에서 기름을 제거하는 문제가 있었습니다.
뜨거운 알루미늄은 강도를 잃는다고 Richman은 덧붙였습니다. Prowler의 후방 브레이크가 경험하는 260도 C의 온도에서 알루미늄 소재는 강도의 절반을 잃어 시간이 지남에 따라 고정 볼트가 느슨해졌습니다.
EV에서 재생은 마찰 브레이크에서 대부분의 부하를 제거하여 잠재적으로 알루미늄 로터를 더 실용적으로 만들 수 있습니다. 그러나 그 에너지를 흡수하려면 차량의 배터리가 에너지를 흡수할 수 있는 용량이 있어야 합니다. 우리는 일반적으로 100% 배터리 충전을 스마트폰과 EV에 이상적인 상태라고 생각하지만, 자동차는 이미 가득 찬 배터리에 브레이크 에너지를 흡수할 수 없기 때문에 제동 관점에서 보면 재앙입니다.
제동 테스트는 완전히 충전된 배터리로 산 아래로 긴 하강을 포함하여 가능한 모든 시나리오를 고려해야 합니다. 펜실베이니아주 제너스타운의 언덕. Richman에 따르면 브레이크 테스트의 표준입니다. 차량은 브레이크 효과를 잃지 않고 수 마일 내리막 길을 가야한다고 그는 말했다.
Grudda는 콘티넨탈의 테스트 통과를 기대했다고 말했습니다. 산악 테스트에서 브레이크 온도는 회생제동 없이 섭씨 720도, 회생제동 한 경우에는 섭씨 20도에 불과했습니다. "디스크 온도에 큰 차이가 있는 것을 볼 수 있습니다."라고 그가 말했습니다. 회생제이 불가능할 가능성을 해결하기 위해 EV는 해당 상태에 도달하지 않도록 프로그래밍할 수 있으므로 항상 배터리에 에너지를 버릴 수 있다고 Grudda는 제안했습니다.
경량 브레이크 시스템에 대한 콘티넨탈의 개념은 산 정상에 오르기 어려울 것 같은 초소형 도시 자동차를 위한 것입니다. 그는 “현재 논의하고 생각하고 있는 것은 '전기자동차, 특히 도시에서 주행하는 자동차의 요구사항은 무엇이어야 할까?'이다.
“우리는 현재 시속 100km로 언덕을 내려가면서 브레이크를 10번 연속으로 밟는 상황을 시뮬레이션합니다. 작은 도시 차량에서 이런 상황이 발생할 수 있습니까?” 그는 도시 차량의 낮은 수요를 고려할 때 요구 사항을 줄여야 한다고 제안했습니다. "요구 사항을 줄이면 더 가볍게 만들 수 있고 더 작고 생태학적으로나 경제적으로 효율적이고 저렴하게 만들 수 있습니다."
규제 기관이 다양한 차량에 대한 다양한 요구 사항을 인식하게 됨에 따라 "다양한 유형의 차량에 대한 요구 사항이 더욱 다양해질 것이라고 믿습니다."라고 Grudda는 말했습니다.
그는 “이는 자동차 제조사와 논의해야 할 사항이자 일반 대중과도 논의할 주제”라고 말했다. “저는 개인적으로 이 주제를 좋아합니다. 흥미롭고 긍정적인 방식으로 이동성을 변화시킬 것이라고 생각하기 때문입니다.”
