제동거리

Braking distance

브레이크를 밟은 순간부터가 아닌 브레이크가 완전히 작동한 순간부터 자동차가 완전히 멈출 때까지 자동차가 움직인 거리를 제동거리라고 한다. 이것은 주로 자동차의 원래 속도와 타이어와 노면 사이의 마찰 계수에 의해 직접적으로 영향을 받으며 타이어의 회전 저항과 차량의 공기 저항 등은 영향이 적어 무시할 수 있다. 제동거리에서 운전자의 속도와 지각 반응 시간의 곱인 반응 거리 고려하지 않는다. 차의 속력, 무게 뿐 아니라 도로의 상황, 바람 등에 의한 공기 저항, 브레이크의 상태, 차량의 상태 등이 제동거리에 영향을 줄 수 있다.

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그림 1. 공주거리, 제동거리, 정지거리 (출처: 한국물리학회)

공주거리란 운전자가 위험을 인식하고 브레이크가 실제로 작동하기까지 걸리는 공주 시간동안 진행한 거리를 말하고, 정지거리는 공주거리와 제동거리를 합한 것을 일컫는다. 자동차 정지거리보다 조금 긴 거리를 의미하는 안전거리는 앞 차가 갑자기 정차하더라도 충돌을 피할 수 있는 거리를 말한다. 자동차의 제동과 관련된 거리에는 이렇게 4가지가 존재한다. 자동차의 무게와 속도, 중력상수, 마찰계수를 확인하면 제동거리를 구할 수 있는데, 속도의 제곱에 비례하고 마찰계수에 반비례함을 확인할 수 있다. 일의 정의 (일=힘거리)에 의해, 자동차의 운동에너지는 브레이크의 힘에 제동거리를 곱한 값과 같다.

브레이크 힘이 일정하다면 제동거리는 자동차 속력의 제곱에 비례하므로 그림 2와 같은 정지 위치를 갖는다.

그림 2. 속력에 따른 제동거리 (출처: 한국물리학회)

단, 많은 공기 저항을 무시하고 노면과 타이어 간의 마찰 계수와 속도 역시 일정하다고 가정한 식이다. 또한, 브레이크 패드와 디스크 (브레이크 라이닝과 드럼) 사이의 마찰력 역시 무시하고 타이어와 노면 사이의 마찰력만 고려한 식이기에 실제 현상과는 상이하다.

제동 장치는 차량이 가진 운동 에너지를 열에너지로 변환하여 타이어와 노면 사이의 마찰력에 의해 결정되는 제동력을 필요로 한다. 제동력은 타이어와 노면 사이 마찰력에 의해 결정된다. 또한, 운전자의 조작력을 전달시키는 부분과 마찰력을 발생시켜 제동 작용을 하는 부분으로 되어 있는데, 차량 중량과 최고 속도를 고려하여 제동이 확실하고 신뢰성과 내구성이 클 수 있도록 제작된다. 보통 승용차에 많이 사용되는 제동 장치는 유압식에 배력 장치를 첨가한 방식이다.

제동장치는 용도, 작동 방식, 브레이크 구조 등에 의해 분류할 수 있다. 용도에 따라서는 주 브레이크, 주차 브레이크, 감속 브레이크, 비상 브레이크로 분류되며 작동 방식에 따라서는 기계식, 유압식, 배력식으로 구분된다. 마지막으로 브레이크 구조에 따른 분류로는 외부 수축식 브레이크, 내부 확장식 브레이크, 디스크 브레이크가 있다.